Escale la señal de 30-50 mV a un rango de 0-5 V

Tengo un sensor de CO ₂ que emite valores de señal de 30-50 mV. Necesito traducir estos voltajes a 0-5 V para mi microcontrolador con la resolución más alta. Entiendo que puedo amplificar el voltaje usando un circuito de amplificador operacional no inversor, como se muestra, a un rango de 3-5 V, pero ¿es posible ampliar ese rango a 0-5 V para obtener una mejor resolución de valores del sensor?

Puede usar un amplificador diferencial para restar el desplazamiento de 30 mV.

Cuando R1 = R2 y R3 = R4 la función de transferencia es

$V_{OUT} = \dfrac{R3}{R1}(V_2 - V_1)$

Por lo tanto, configure V1 a 30 mV y elija R3 = 250 R1. $\times$

Un problema con los amplificadores diferenciales es que R1 cargará el divisor de resistencia para obtener el desplazamiento de 30 mV, por lo que tendrá que volver a calcular las resistencias, y también V2 tendrá una impedancia de entrada que puede distorsionar la medición.

Un amplificador de instrumentación es la solución.

La mayoría de los amplificadores de instrumentación son amplificadores diferenciales con una etapa de entrada de almacenamiento en búfer. La etapa de entrada establece la ganancia, mientras que la etapa diferencial suele ser un 1 amplificador. La amplificación es entonces$\times$

$V_{OUT} = \dfrac{2 R2}{R1}\cdot \dfrac{R4}{R3} (V_2 - V_1)$

El Microchip MCP6N11 es un dispositivo adecuado.

Lo que necesita aquí es un amplificador de instrumentación (aunque podría usarse un amplificador operacional con cierta atención al detalle) Sin embargo,
dependiendo de su suministro (único, doble) debe tener cuidado. Si usa una sola fuente (p. Ej., 0-5V) debe asegurarse de que el InAmp pueda manejar entradas de modo común del nivel de sus señales de entrada, que serán 30-50mV con respecto a tierra (por lo que el rango de entrada debe incluir tierra)
También desde su salida incluye tierra (y riel de potencia si usa un suministro de 5V) debe asegurarse de que la salida pueda girar completamente a ambos rieles. Muchos InAmps no hacen ninguna de estas cosas. El LTC2053 es una opción de entrada / salida de riel a riel, al igual que el MCP6N11 que menciona Steven.

EDITAR: el LTC2053 no será adecuado ya que la impedancia de entrada no es lo suficientemente alta. La hoja de datos MG811 especifica la necesidad de un Opamp / Inamp con una impedancia de entrada de> 100GΩ, por lo que se necesita algo como el MCP6N11 que recomienda Steven. Esto tiene una resistencia de entrada de , que es . He dejado el resto de la respuesta para demostrar una configuración típica, ya que el principio es el mismo independientemente del Inamp utilizado. 10 T $10^{13}\Omega$$10\ T\Omega$

De todos modos, siempre que tenga cuidado con lo anterior, la configuración es bastante simple. Aplique 30mV a la entrada inversora, señale a la entrada no inversora y ajuste la ganancia para (5V - 0V) / (50mV-30mV) = 250.

Aquí hay un circuito de ejemplo de doble riel (+ -5V) con el LT1789 InAmp:

Simulación:

Circuito LTC2053 de suministro único (la simulación no se muestra ya que es la misma que la anterior):

Use un amplificador de instrumentación como este .

Como desea amplificar 30-50mV a 0-5V, 5V / (50mV-30mV) = ganancia de 250. Use la hoja de datos para seleccionar una resistencia de ganancia. Para mi ejemplo, G = 1 + (100k / Rg), entonces Rg = 100k / (G-1) para 402 Ohms. Estos valores deben ser bastante exactos y, en caso de duda, hacerlo un poco más grande y sacrificar un poco. Como desea 0-5V, querrá establecer el voltaje de referencia en 2.5V, ya que es la mitad del intervalo. Use un diodo de referencia para eso.