Förstärka signal som varierar mellan 23-27 mV?

[Ansvarig]

Hallå!

Jag håller på att koppla in en analog syrgassensor till en microcontroller.

Sensorn ger en utsignal (DC) på 23mV vid 0% syrgas och 27mV vid 100% syrgas. Jag skulle gärna vilja förstärka/omvandla denna signal så att man vid 0% syrgas får 0V till MC:n och vid 100% får 5V, vilket gör att jag kan utnyttja ADC:ns upplösning maximalt. Hur gör jag detta?
Är svaret så enkelt som: OP-amp?
I sådana fall, vilken och hur skall den kopplas?
Jag kan nämligen inte klura ut det

//Adam

[Icecap]

Ganska enkelt faktisk.

En op-amp kopplat som icke-inverterande förstärker (1250 gg) och sedan utgår referensen ifrån 23mV.

Välj en rail-2-rail op-amp med bra data, kanske OP196.

[psynoise]

Man kan koppla en differentialförstärkare där ena ingången kopplas till 23 mV referensspänning.

http://en.wikipedia.org/wiki/Operationa ... _amplifier

[Ansvarig]

Härligt!
Tack för svaren!

Då var det ungefär lika enkelt som jag tyckte att det borde ha varit!
Nu kommer en ny fråga:
Hur åstadkommer man en väldigt exakt referensspänning på 23 mV?
Även en väldigt liten variation här, ger ett stort fel på utspänningen efter OP-ampen...
Är det spänningsdelning m.h.a resistorer som gäller eller finns det någon bättre, gärna integrerad lösning?

PS. Vad är "Offset Nulling", och varför används det? DS.

//Adam

[Henry]

Offset nulling hade du hittat info om på nätet. Det används för att få utgången från en OP med sammanlagd noll på dess ingångar att visa exakt noll på dess utgång vilket många om inte tom alla OP aldrig gör pga ofrånkomliga toleranser vid tillverkningen. Med offsett null så kan man med en enkel vridresistior kopplat till speciella ben på OP:n justera utgången så att den verkligen blir noll när den skall vara noll men man kan även använda den för att få ut en lite högre eller lägre spänning vid 0 V in om man velat det men inom vissa rätt så snäva gränser förstås.

Eftersom det är så låga spänningar det handlar om i ditt fall så kan utgången ligga mer fel än ingångsvärdena beroende på vilken OP du kommer att använda och då är det i ditt fall ett krav att kunna justera bort detta för att inte få oanvändbara mätvärden.

En spänningsreferens på 23mV kanske inte är det enklaste nej men ev kan det fungera med en väldigt stabil spänningsreferens med låg späning och ev sp. delare med resistorer men det kan då hända att dessa måste beräknas vädigt noga för att inte få fel värden om strömmen som dras inte är inräknad då det är så små spänningar involverat.

[xxargs]

Det finns speciella spänningsreferenskretsar som kan se ut som en BC548 i kapsling dvs. 3 ben och sedan spänningsdelning efter med kanske en liten trimpotentiometer för kalibreringen. (även sensorerna sprider sig lite). det som brukar vara knepigare är temperaturdriften då sensorn och referensspänningen förmodligen rör sig i olika takt och du måste skapa olika tabeller beroende på temperatur - så glöm inte temperatursensorn...

när spänningen ligger så nära jord som 23 mV över gjord så får dom flesta OP-ampar, även rail to rail problem i närområdet 0 Volt på utgången då minsta ström in till OP-ampen lyfter nivån en smula även om även drivsteget är av FET-trissemodell.

Att ha typ 0.5 - 1 Volt negativ matningsspänning till OP-ampen underlättar sakerna väldigt mycket... - alternativt får du offra i området 0.0 - 0.1, kanske 0.2 Volt av A/D-omvandlarens dynamik...

hur tänker du kalibrera? - själv skulle jag inte lita på vad som står i databladet utan att kolla med egna tester att det också verkligen stämmer.

[Ansvarig]

Hej igen!
Tack för svaren!

Jag har tydligen misstolkat sensorns datablad (tyvärr har jag ingen att laborera med än, de är på väg från Tyskland)

Sensorn ger en signal på 25±2mV i luft(21% 02, PP02=21,3 kPa).
Sensorn utsignal ökar och minskar sedan proportionellt med syrgaspartialtrycket (PP02)

Alltså, vid 0% syrgas, är utsignalen cirka 0mV!

Så nu kör jag en sjysst Rail-to-Rail OP-amp med icke inverterande koppling och enkelsidig drivspänning (tänk OP196)...
Referensspänning GND.

Att OP-ampen lyfter utspänningen lite vid inspänning 0V spelar ingen större roll, då mätområdet i applikationen blir 40%-100% syrgas, och då vill jag helst ha ett par volts marginal till max inspänning på ADC:n.Utspänningen här blir kanske 3 volt vid 100%. Området som ADC:n skall arbeta i blir kanske 0.5-5 volt!

Därför kan jag utan problem offra ADC:ns dynamik i området 0.0-0.2 Volt för att förenkla kretsen och slippa en negativ Vreg.

Hur ser det här ut:

[Korken]

Personligen hade jag valt R2 och R9 mycket större, runt 10-100ggr mer.
En OP-Amp är trotts allt en spänningsförstärkare så man vill ha hög impedans.

Edit: Samt, ska inte R9 vara kopplad som en variabel resistans och inte som spänningsdelare?

[grym]

på en del saker med enkel matingspänning så skapar jag en extra nolla 0.5-1v över den ordinarie, och jobbar därifrån med dom små signalerna

då har man inga problem att gå ner till den nya nollan

men det beror mycket på vad man ska göra
beskriv hela kretslösningen , men allt runtomkring så kanske det blir lättare

[Icecap]

Håller helt med Korken om motståndsstorlekarna!

Jag kör ett projekt med OP296 (en dubbel OP196), ref är just GND, matning likaså. Fungerar bra! Men ta bort offset-justeringen, den sköter du i µC'n sedan, det blir färre komponenter, mindre glapp och bara obetydligt med extra programmering.