Дифференциальный операционный усилитель для измерения отрицательного тока, протекающего через шунт (рейки установлены на 0 и 5 В)

Примечание. * Я провел некоторый поиск, и хотя есть темы, связанные с этой, эта уникальна, и я думаю, что она заслуживает отдельного вопроса, тем более что задавать дополнительные вопросы в другой теме запрещено.

Измерение тока батареи через шунт

Это похоже на мою проблему, но реальный вопрос в другом.

Я хочу измерить ток и преобразовать его в аналоговый сигнал напряжения 0-5. У меня уже есть шунт. Я думаю, что это 0,5 МОм. Ток будет колебаться от -50А до +200А (или даже +400А возможно в будущем). Меня интересует только обратный ток. Меня вообще не волнует положительный ток. 0 ампер и +200 ампер могут выводить ноль. У меня уже есть схема на основе операционного усилителя для других функций, связанных с этим проектом. Все операционные усилители в этой схеме имеют шины, настроенные на 0 и 5 В. Если бы меня интересовало только положительное напряжение, я бы подумал, что могу просто подключить каждую сторону шунта к входам дифференциального операционного усилителя.

Итак, если предположить, что это сработает, будет ли это работать в обратном направлении? Ну, конечно, нет, разница между ними отрицательная, и будет ругаться при 0v. Но если я переключаю s+ и s- как входные на противоположные входы операционного усилителя, то их разность (v2-v1) положительна (-2 мВ - -4 мВ).

Так что, на мой взгляд, я думаю, что это должно сработать, но реальный вопрос в том, что оба входа находятся ниже отрицательной направляющей. Я не работал с операционными усилителями с входными сигналами за пределы рельсов. Из-за этого мой прототип не работал, или это была ошибка, которую я не нашел?

Я также понимаю, что буду измерять очень малые падения напряжения на этой штуке. Если я хочу разрешить до 5 ампер на шунте 0,5 мОм, это должно быть 5a * 0,5 ohm / 1k = 2,5 мВ. Однако входное смещение операционного усилителя составляет 200 мкВ, поэтому я предполагаю, что я должен увидеть эквивалентную разницу в 2,3 или 2,7 мВ на входе операционного усилителя, я ошибаюсь?

Если я установлю коэффициент усиления, например, 200, то примерно для 50 ампер в обратном направлении я должен видеть около 5 В на выходе операционного усилителя. 10 ампер будет около 1В. Для моего приложения не имеет большого значения, если входное смещение немного искажает его. Мне просто нужно какое-то понимание амплитуды обратного тока. Я понимаю, что это что-то вроде книги; мои извинения.

Обновление1*

Я только что построил дифференциальную схему, используя тот же операционный усилитель. Я подал на рельсы 0 и 5 В и установил усиление на 10. Затем я случайным образом менял каждый входной сигнал от 0 до -1,4 В и провел около десяти измерений входов и выходов, и, похоже, я получил желаемые результаты. G(V2-V1). примечание* Я установил r1=r2, а r3=r4, чтобы уравнение дифференциального операционного усилителя упростилось до r2/r1(v2-v1), но тем не менее. Кажется, он работает для тех напряжений, которые я тестировал, но входные напряжения в тестах имели довольно большую амплитуду по сравнению с тем, что я буду снимать с шунта. Есть идеи?

Update2 * Итак, видя, что я могу получить правильный вывод для входных данных за пределы рельсов, это означает, что на половину этого вопроса дан ответ. Остается вопрос, будет ли это работать для входов до -2 мВ?

Я сомневаюсь в этом. Вот одна из причин почему. Когда я регулировал свои отрицательные напряжения, которые подавались на операционный усилитель (я делал это с помощью потенциометров), я устанавливал один, скажем, на -0,5 В, и переходил к настройке другого. После настройки другого я смог вернуться и проверить исходный узел -0,5 В только для того, чтобы обнаружить, что он сместился на -0,65 В. Я получаю некоторую нестабильность. Обычно я бы боролся с этим, буферизируя оба входа повторителем напряжения, прежде чем они попадут на входы вычитателя + и -. Однако в данном случае это невозможно, так как повторитель напряжения просто упадет до 0, и отрицательные напряжения будут потеряны.

Возникает вопрос: можно ли использовать простой инвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления -1 в качестве эффективного повторителя отрицательного напряжения и обеспечить необходимую стабильность системы без потери отрицательных входных напряжений? Есть идеи?

Update3 * Я попробую это и посмотрю, сработает ли это для меня. Инвертирующий буфер с операционными усилителями Почему меня должно волновать, если сигнал выключен на 3%? Меня не волнует, что разница сигналов точно соответствует масштабу. Мне просто нужно видеть, как он поднимается и опускается.

Вот вопрос. Если я отвечу на свой вопрос сам, должен ли я удалить его или оставить здесь, чтобы другие могли учиться?