وتشكل أجهزة الإشارة النشطة العمود الفقري للتأهيل المختبري، وتمكين المهندسين والتقنيين والباحثين من قياس الكميات الكهربائية ذات الصبغة العالية، وخلافاً للمترات السلبية التي تعتمد فقط على آليات إزالة الألغام أو العناصر السلبية، تستخدم الأجهزة النشطة أجهزة التصعيد (الأجهزة الضوئية) لتضخم الإشارات ووضعها وضبطها قبل القراء، وهذا النهج النشط يوفر حساسية أعلى، ويقلل من وزنها في إطار تطبيق المادة.

دور " أوب أمبس " في تحديد الإشارات

وتُستخدم أجهزة الاستنشاق في العمليات كقلب أجهزة الإشارة النشطة لأنها توفر مزيجاً شبه إيدي من الإدخال الكبير، وضآلة الإنتاج، وارتفاع المكاسب المفتوحة، والرفض الممتاز للحركة المشتركة، وهذه الخصائص تتيح للمتر استخراج كميات صغيرة من مصادر عالية التبسيط دون إزعاج الدائرة، مثلاً، فإن الإصدار الكهربائي للكمبيوتر أو الحساس المثبط للكمبيوتر يمثل مصدراً عالياً.

وتشمل البارامترات الرئيسية للاختبارات الحاسمة الأهمية لأداء قياس الإشارات ما يلي:

  • Input Bias Current] - In low-level DC measurements, bias current flowing through source resistance creates an compensate voltage error. Choosing a FET-input op amp (e.g., TL072, OPA140) with picoamp bias currents minimizes this error.
  • Input Offset Voltage and Drift] - Variations in compensate with temperature limit DC accuracy. Precision op amps like the OP07 or ADA4522 offer low initial compensate and low equity.
  • Noise density] - For microvolt-level signals, voltage noise (nV/√Hz) and current noise (fA/√Hz) determine the smallest measurable signal. The LT1028 excels in low-voltage noise but has higher current noise; the ADA4898-1 offers a balance for moderate impedance sources.
  • Gain Bandwidth Product (GBW)] - For AC voltmeters or high-speed signals, sufficient GBW ensures accurate amplification without phase errors. The NE5532 is a traditional audio-bandwidth choice; for wider bandwidth, consider the LMH6629.

مبادئ تصميم أجهزة الإشارة النشطة

ويتطلب التصميم الناجح اهتماما دقيقا بالمبادئ التالية، التي نستكشفها بالتفصيل.

Op Amp Selection Strategy

وتبدأ عملية الاختيار بتحديد نطاق القياس والدقة وزوارق النطاق وازدحام المصدر: بالنسبة لمختبرات الأغراض العامة، توفر أجهزة قياس ذات مستوى منخفض، أو ذات قدرة منخفضة على الدفع، أو ذات قدرة منخفضة على إحداث الاحترار، أو تعمل على نحو أفضل على مستوى الحساسية، أو على مستوى أعلى من مستوى الحساسية، أو على مستوى منخفض من حيث القدرة على إحداث الاحترار، أو على نحو أكبر، على نحو ما هو عليه.

وينبغي أن ينظر الاختيار العملي أيضا في كميات الإمدادات، إذ توفر إمدادات الطاقة المختبرية عادة 15 V أو 12 V.. Many modern op amps operate on single supplies between 3 V and 5 V, which can be convenient for portable or USB-based meters. Ensure the op amp output can temp to within a few hundred millivolts of the supply rail rail output types if needed.

تصميم شبكة التغذية

Forty feedback network determines the gain, bandwidth, and stability of the meter. For a non-inverting formation, the gain is G = 1 + R]f/Rg

وفي التطبيقات التي تتطلب مكاسب عالية جدا (مثلا 1000 x لاشارات الفولط المصغر)، يمكن أن يتجنب استخدام شبكة معلوماتية في مسار التغذية المرتدة استخدام مقاومين كبيرين من الناحية العملية، وتستخدم الشبكة مانعين في سلسلة إلى أخرى ومقاوم ثالث للناتج، مما يضاعف من مقاومة التعليقات بشكل فعال، غير أنها تزيد أيضا من الضوضاء وتقابلها؛ ومن الضروري وضع مخططات دقيقة.

(ب) استخدام مقاومي القذارة المعدنية ذات معامل حرارة منخفض (مثلاً، 25 جزء من المليون/س) إذا كان يجب تحويل المتر بين النطاقات، أو استخدام صفائف مقاومة الدقة أو مقاومات مُنحرفة من أجل الحفاظ على الاستقرار عبر القراءات.

تحديد إمدادات الطاقة وحصرها

وتحتاج العمليات إلى إمدادات من الطاقة النظيفة لتجنب حقن الطحالب في مسار الإشارة، حيث يمكن أن يكون 0.1 ميكروفلوريك سيراميك أقرب ما يمكن لكل ملصق إمدادات من المواد الأفيونية، مستكملا بعشرة ميكروفونات كهروليتية أو خماسي كلور في نقطة دخول السلطة، أما بالنسبة للإمدادات المقسمة، فتستخدم أجهزة مستقلة للإرساليات الإيجابية والسلبية، فتستحق اهتماما خاصا:

الاعتماد المتعلق بالحسابات المعايرة

وينبغي أن يتضمن كل تصميم فعال للمتر وسيلة للموازنة، ويستخدم أبسط طريقة مقياساً ثلاثياً في مسار التغذية المرتدة لتعديل المكسب أو ثلاث مرات في سلسلة مع مدخلات غير تحويلية لإلغاء التعويض، وبالنسبة للمنتجات العالية، فإن المعايرة الرقمية باستخدام معيار DAC أو تصحيح مبني على أساس EEPROM (مثل استخدام دليل مرجعي خارجي رقمي) تسمح بتعويض البرمجيات.

السيركات: مواضيع مختلفة من حيث أنواع القياس

ويفيد هذا الغرض، رهناً بالفولط المميّز من نوع الإشارة، أو الفولط المتمايز، أو التكوينات الحالية أو التي تتفاوت في عمليات المقاومة.

جهاز لا يُستشف من الإشارات المرجعية الأرضية

(أ) يقدم المضخم غير المتعمد عرضاً كبيراً (غير محدد من الناحية الجانبية) وقلة التحميل، مما يجعله مثالياً لقياسات الفولط من مصادر عالية القوادة مثل الإشارة إلى الفول أو ناتج الاستشعار.

Inverting Amplifier for Bipolar or Extended Range

ويوفِّر اللافتر المضخ مكاسب سلبية ويمكن أن يكون مفيدا عندما تكون الإشارة إلى المدخلات ثنائية القطب، ويحتاج مركز البيانات المستقل إلى نطاق أحادي القطب (مثل 0-5-5 خامسا). ومن خلال تلخيص كمية مرجعية من المدخلات غير المحولة، يمكن تعويض الناتج من المستوى.

جهاز تفريقي لقياسات التقلبات

وعندما لا يشار إلى مصدر الإشارة إلى أرض المتر، فإن المضخم المتفاوت يزيل التطاير المشترك، إذ أن المضخة التقليدية ذات المركبتين أو جهازاً مضاداً للأشعة، أو مركباً واحداً به أربعة مقاومين مطابقين، يمكن أن تنفذ مضخماً متمايزاً، وتتوقف نسبة الرفض الموحدة على المطابقة بين أجهزة القياس العالية التي تبلغ 0.01 في المائة من أجهزة الخفض المميتر.

For a single-op-amp differential amplifier, the output is V

من المتعهد الحالي إلى المتطوع

For measuring current, a transimpedance amplifier (TIA) converts current into a proportional voltage. The op amp’s noninverting input is grounded, and the current source is connected to the inverting input. The feedback resistance sets the gain: V[FLT:]out

النظر في المسائل المسبقة للمختبرات - الحد الأدنى

تقنيات الحد من الضوضاء

وتحد الضوضاء من حل أي جهاز من أجهزة الإشارة، والمصادر الرئيسية للضوضاء هي الضوضاء التي تصدرها شركة " أوفام " وضوضاء الحال، بالإضافة إلى الضوضاء الحرارية التي تصدرها مقاومات التغذية المرتدة، وذلك للحد من الضوضاء:

  • استخدام أقل قيم المقاومة الممكنة التي لا تزال تحقق المكاسب المنشودة، بما يتسق مع القيود المفروضة على التحميل.
  • (ب) اختيار مدخل مقطعي ذي كثافة ضوضاء فولتية تقل عن 10 اثنا عشر اثنا/ن/هرتز لتطبيقات مربحة متوسطة.
  • تطبيق مرشح منخفض التجويف بعد المضخم للحد من نطاق الترددات إلى ما هو مطلوب للقياس، وبالنسبة لمترات العاصمة، فإن مرشحا بسيطا من طراز RC مع ثابت زمني قدره 0.1 s to 1 s cuts 60 Hz hum بفعالية.
  • النظر في استخدام مضخم مُقَرَّف مُقَرَّد للمروحيات لقياسات قريبة من البلدان النامية، حيث إنه يلغي فعلياً الضوضاء المتقابلة والضوضاء المنخفضة التردد (1/و).
  • درع مسار المدخلات بأكمله مع مسرد معدني مبرّر واستخدام الكابلات الملتوية أو الكاسيات إلى المصدر.

For an in-depth treatment of op amp noise, refer to Analog Devices’ op amp noise analysis guide].

حماية المدخلات ومعالجة المؤثرات المفرطة

وفي المختبر، يُعتبر التطبيق العرضي للفولط المرتفع أمرا شائعا، ويحمي مدخلات الارتفاع المفاجئة بسلسلة من المقاومين (مثلا، 1 كيلو مترا إلى 10 أمتار) ويُضفي على أجهزة الحماية المزودة بأجهزة الحماية المباشرة، ويزيد من التضحية بمثل نظام " بوتك " (BAT54) إلى حد أدنى من الفول السوداني السريع.

النظر في معدلات الضمادات والربط

أما بالنسبة لثلاجات التصفيق فيحدد مدى قدرتها على تعقب إشارات التبديل السريع، أما بالنسبة لمركبات الكربون المشبع بالفلور، فإن الناتج المربح لحجم الأورام المحتوية على ذرة من الأنبوبة يجب أن يكون عشرة أضعاف الحد الأقصى للتردد في للحفاظ على الاستجابة المسطحة، مثلاً لقياس 100 كيلو متر مكعب مع ارتفاع معدلات الانبعاث الحراري/الكمبيوتر المميتة، فإن معدل النزيف في الجسم يبلغ 10 ميغاهيدروجين.

التكامل مع المتحولين من قبيلة المحاماة إلى فئة الخدمات

وكثيرا ما تحل أجهزة المختبر الحديثة محل أجهزة القياس المشابهة بالعرض الرقمي ويمكن أن يؤدي إنتاج المواد الأفيونية مباشرة إلى استخدام أجهزة الحفر المتطورة، وتشمل الاعتبارات الرئيسية للوصلات البينية ما يلي:

  • نطاق الناتج: جدول الناتج الأولي للمواءمة بين نطاق مدخلات شركة التعمير الأفريقية (مثلاً، 0-5 خامساً لمؤسسة ADC ذات عرض واحد، أو 10 خامساً لمؤسسة ثنائية القطب).
  • القدرة على القيادة: لدى بعض البلدان الجزرية الصغيرة النامية قدرة عالية نسبيا على الإسهام؛ ويجب أن تكون عملية التأديب مستقرة مع هذا العبء، وأن تستخدم سلسلة صغيرة من المقاومات (50 درجة إلى 100 درجة مئوية) في الناتج لعزل الحمولة الأسرية.
  • تصفية مكافحة التحرّك: وضع مرشح بسيط من طراز RC منخفض التجوّل بين مُنطّط وشركة ADC مع تردد زاوية أدنى من نصف معدل أخذ العينات.
  • المرجع: بالنسبة للقياسات المقارنة، يمكن تقاسم الفولط المرجعي لشركة التعمير الأفريقية مع شبكة " أومبل " المعايدة لتحسين الدقة.

ويمكن الحصول على دليل شامل للتدخل في إطار لجنة التنسيق الإدارية من مذكرة تطبيقية للصكوك بشأن قيادة شركة ADCs ].

معايرة واختبارات في الممارسة العملية

وبعد بناء مطياف الإشارة، يكفل إجراء معايرة منهجي الدقة، وتنطبق الخطوات التالية على تصميم مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس التنمية الصناعية بمكسب قدره 10:

  1. اضغط الدائرة وسمح بفترة دفء لا تقل عن 10 دقائق لتثبيت التدرجات الحرارية
  2. اختصار المدخلات لقياس الناتج وقياسه، وإذا تجاوز الحدود المقبولة، عدل الرقم الثلاثي (إذا كان موجودا) ليصل الناتج إلى الصفر.
  3. تطبيق مصدر دقيق للفولط (مثل 100.00 متر مربع من معايرة معيرة مثل Fluke 5700A) على المدخلات، وقياس الناتج، والناتج المتوقع هو 1000 خامسا. وإذا لم يكن ذلك بالضبط، تعديل ثلاثية المكاسب تبعا لذلك.
  4. تطبيق فولتاج ثان (مثل 500.00 متر ف) والتحقق من التسلسل، وينبغي أن يكون الناتج 5.000 خامساً التسامح مع معيار المعايرة.
  5. سجل نتائج القياسات، بالنسبة للمعايرة الرقمية، معامل التصحيح في المخزن في الذاكرة غير المُلتوية.

وللاطلاع على مزيد من التفاصيل بشأن معايير وإجراءات المعايرة، انظر صفحة NIST calibration services page ].

خاتمة

(ب) أن تُجمع بين أجهزة القياس العاملة ذات الإشارات الفعّالة والمضخمات التشغيلية الإلكترونية المشابهة الأساسية وبين الأحكام الهندسية العملية، وباختيار المواصفات المناسبة لمجال القياس، وتصميم شبكة التغذية المرتدة من أجل الربح المطلوب وربط النطاق الترددي، وتنفيذ مخططات الطاقة والمساحة المناسبة، وإدراج خصائص المعايرة والحماية، يمكن أن تُبنى أدوات قياسية تقدم نتائج دقيقة ومكررة، ومرونة عمليات الإنتاج تسمح لك بتكييف التصميم إلى بيئة متطورة.