تطوير دوائر لتقوية السلطة مع تطبيقات الإشارات الصغيرة

مقدمة

وتُستخدم أجهزة تقوية القوى العاملة التي تُبنى بمضخمات تشغيلية (الأجهزة الضوئية) كحجر الزاوية في التصميم الإلكتروني الحديث، ولا سيما في التطبيقات التي تتطلب تضخيماً دقيقاً وخفيفاً للإشارة إلى إشارات صغيرة، وتُقدم تطبيقات صغيرة ذات طابع توجيهي للرفض، وأجهزة قياسية سمعية، وقنوات للتصنيف، وأجهزة استقبال للأجهزة المحمولة التي يمكن أن تعزز من عدم الاستقرار.

أساسيات التضخيم اللافتي الصغير

وينطوي هذا التكسير على زيادة الإشارات الكهربائية المنخفضة المستوى مع الحفاظ على شكلها وتكاملها، وعلى عكس عملية الوصل الكبيرة التي يمكن للمترجمين أن يتبادلوا فيها بين مناطق الاختراق وفهم الرش، فإن دوائر الإشارة الصغيرة تعمل في المنطقة المتفرقة من الأجهزة العاملة، وهذا التسلسل ضروري للحفاظ على التصاميم الإشاري.

اعتبارات التصميم الأساسي

تداول الغاز

ويحدّد اكتساب مضخم مركب مركب مركب من طراز " أوف " بشبكة التغذية المرتدة، وفي شكل غير مقص، فإن مكسب الفولط هو 1 + (Rf/ Rg)، حيث يكون Rf هو المقاوم للتغذية، و Rg هو المقاوم للأرض، بينما يؤدي التقلب المتأني إلى زيادة في حجم الترددات/الترددات، وفي حالات الانتقاء العالية التي لا تدرّب فيها.

معالجة الطاقة ودرجة الناتج

ولا يمكن أن تؤدي العمليات النموذجية إلا إلى إنتاج محدود (من 10 إلى 50 متراً مربعاً) وتقلّب الفولط القطبي الواحد بالقرب من سكك الحديد، أما بالنسبة للطلبات التي تتطلب أكثر من بضعة مليارات أو تقلبات فولتية أكبر، فلا بد من إضافة مرحلة طاقة خارجية تشمل مجموعة واحدة من نماذج التحيزات (منتبة) في شكل مضاعف (ملحق) لزيادة الإنتاج الحالي أو في مرحلة الدفع.

Impedance Matching

وتنشأ أكبر قدر من نقل الطاقة وقلة الإشارات عندما يكون مصدرها، وضد المدخلات في المضخم، وضبط الشحنات على النحو المناسب، كما أن عدم الكشف عن المواد ذات التأثيرات العالية جداً (الشكل)، مما يجعلها مثالية للتداخل مع مصادر الإشارات العالية التبسيط مثل أجهزة الاستشعار ذات التأثيرات الفائقة أو أجهزة التلقيم الدقيقة.

باندويث وبيت السلوي

(أ) إذا كان معدل الإشتعال في النطاق الترددي الصغير محدوداً في المقام الأول بسبب ناتج الترددات القريبة من الأرض (GBW) حيث إن معدل الإشهار في الترددات العالية (GBB) هو أعلى رقم (XBW) مقسم إلى مكسب ضوئي، إلا أن معدل الذوبان غير كاف يسبب تشويهاً حاداً في الطرف الآخر.

الاستقرار والتعويض

ويجب أن تظل أجهزة الاستنشاق العاملة مستقرة في ظل جميع ظروف التشغيل - خاصة عندما تؤدي هذه المركبات إلى تحميلات ضارة (مثل الكابلات الطويلة) أو عندما تُحدث شبكة التغذية المرتدة تباطؤاً تدريجياً، وتُعوض معظم العمليات الحديثة داخلياً عن استقرار الوحدة، ولكن قد يلزم تعويض خارجي عندما يكون المكسب المغلق منخفضاً أو عندما يؤدي إلى تحميل كميات كبيرة من المواد المؤثرة الثقيلة.

اختيار المضخم التشغيلي الصحيح

البارامترات الرئيسية

إن اختيار المشهد الصحيح أمر حاسم بالنسبة لأداء أجهزة مضاعفة الطاقة الصغيرة، وينبغي تقييم المعايير التالية:

Gain —Bandwidth Product (GBW):] Determines the maximum closed —loop bandwidth at a given gain. For audio small signals, a GBW of 1 - 10 MHz is typical; for ultrasonic or video applications, 100 MHz or more may be required.
Slew Rate:] For full —power bandwidth calculations, ensure the slew rate can handle the expected maximum output voltage temptage at the highest frequency.
Input Voltage Noise:] Low —noise op amps (e.g., LME49720, OPA1611) have noise densities below 1 nV/Hz and are essential for millivoltlevel signals from sensors or microphones.
Output Current Capability:] If no external power stage is used, the op amp must supply the full load current. Many audio op amps can deliver 20 -50 mA, but for higher currents, a booster stage is necessary.
/ /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Input Offset Voltage and Bias Current:] Low compensate and low bias are crucial for precision amplification. For high —impedance sources (e.g., photodiodes), FET —input op amps with picoamp bias currents are preferred.

ويقدم العديد من المصنّعين أدلة شاملة للاختيار ومذكرات تطبيق، فعلى سبيل المثال، تعد مذكرة تطبيق " صكوك تكساس " )الإحالة ]١[( و " أجهزة التدوير " )التصميم الموحّد " ( " تصميم المبلّغات " )٢( موارد ممتازة.

الهندسة المعمارية

متابع فولتاج مع مخرج مفخخ

وأبسط مضخم للطاقة العاملة بالنسبة للإشارات الصغيرة هو متابع للفولط (بوفر) يقدم مكسبا للوحدة ولكن ارتفاعا في المدخلات وضغوط الناتج المنخفض، ولزيادة المحرك الحالي، يوضع مترجم للشبكة الوطنية للشبكة (Q1) في ناتجها في تشكيلة مشتركة، ويدفع الحد الأدنى من إنتاج الناتج القومي الإجمالي إلى قاعدة Q1, ويواجه المركب حاليا التحميلات التكميلية.

غير المترجم إلى مضخة بمسرح بوش - بول

وبالنسبة للمكاسب التي تتجاوز الوحدة، فإن الجمع بين تشكيلة غير منحرفة مع ناتج من الدفع من الفئة ألف باء، ويضمن التحيز في الناتج المكشوف أسس زوج تكميلي من خلال حمصين متحيزين (أو مضاعف من Vbe) ويظل المكسب الإجمالي المغلقة يحدده شبكة التعقيب من المقطع، بينما توفر المرحلة الدافعة قدرة عالية على مقاومة الاختلاط.

المدخل التفاضلي للعلامات المتوازنة

وهناك مصادر إشارات صغيرة كثيرة متوازنة في جوهرها (مثل أجهزة التليفونات المزودة بأجهزة ميكروفون ذات ترددات غير ملتوية) حيث أن هناك تركيبة متفاوتة تستخدم فيها أجهزة مضخة تقدم رفضاً مشتركاً، وترفض الضوضاء التي يتم الحصول عليها على كلا الرفض، ويُحدد الكسب بنسبة مقاومة الارتداد إلى مقاوم المدخلات (لكل نصف).

تقنيات التصميم المتقدمة

تصميم شبكة التغذية

وبخلاف التغذية المرتدة المقاومة البسيطة، يمكن أن تشمل شبكة التغذية المرتدة أجهزة قياسية لتشكل الاستجابة للتواتر أو لتنفيذ مرشحات نشطة، وبالنسبة لمضخات الإشارات الصغيرة، فإن جهازاً صغيراً من أجهزة الاسترجاع، يُنشئ جهازاً تصفية منخفضاً يخفف الضوضاء العالية التردد، ويعوض الاختزال عن المقياس 1/2/ج/الدرجة الخامسة من المقياس (C).

الإدارة الحرارية

وحتى أجهزة الاستشهاد بالإشارة الصغيرة يمكن أن تزيد من الحرارة إذا كانت مرحلة الإنتاج تفرّق قوة كبيرة، فالتحييز في عملية الصنف ألف باء ينتج استهلاكا ثابتا من الطاقة، مما يؤدي، إلى جانب طاقة التحميل، إلى ارتفاع درجات الحرارة، ويجب أن يوضع في شكل حرارة حرارية لإبقاء درجة حرارة محرك الإنتاج تحت درجة الحرارة التي يُدرج فيها المصانع (نحو 150 درجة مئوية).

دوائر الحماية

فالأشخاص الذين يُعدون إشارات صغيرة معرضون للضغط المفرط والفرط والتصريف الكهروستانتي (ESD) وتشمل الحماية البسيطة مقاومي إنتاج السلسلة (الحد الأقصى)، وقطع الأغشية على سكة الإمداد (المتطوّرة) وأجهزة التخصيب المخصّصة في الزنبر للحد من الفول عبر المدخلات الحساسة من العمليات، وفي التصميمات التي قد يكون فيها الحمل قصيراً،

الاختبارات والتعظيم

اختبار الإشارات الصغيرة

وقبل ربط حمولة الطاقة، اختبار المضخم بموجة صينية منخفضة المستوى من مولد الإشارة، واستخدام مظاريف النسيج لمراقبة موجة الإنتاج؛ والبحث عن علامات التشويه (العمليات التخصيبية، والتقاطع الأثري) وقياس المكسب، والتحقق من أن عرض النطاق الترددي يطابق حسابات التصميم بتنظيف الترددات المحتوية على مدخلات.

اختبارات التعبئة

وبعد التحقق من التسلسل مع الإشارات الصغيرة، ربط الحمولة المقصودة (مثلاً، 8 متكلمين أو كابل من نوع 50) ورصد التقلبات الفولطية والسحب الحالي، وقياس درجة الحرارة لدى مترجمي النواتج بكاميرا حرارية أو أشعة حرارية، وإذا كان الجهاز يغمر، أو يقلل من التحيز الخماسي أو يزيد من غرق الحرارة.

قياس الضوضاء

وكثيراً ما تعمل أجهزة تضخم الإشارات الصغيرة في بيئات مزعجة، وقياس الحد الأدنى من الضجيج الناتج، واختصار المدخلات إلى الأرض (من خلال مقاوم يساوي ضياع المصدر) وقياس حجم إنتاج السدود بمطياف أو ممر مسطحات مسطحة، ومقارنة نتيجة الضوضاء المقدرة من صحيفة بيانات الاختراع، وإذا كان الضجيج مفرطاً، النظر في إضافة مرشّد خارجي منخفض إلى مدخلات أو تبديل.

خاتمة

ويمكن أن يُعد تصميم دوائر لتضخم الطاقة العاملة بمضخمات تشغيلية لتطبيقات الإشارة الصغيرة عملية مكافأة تجمع بين نظرية التماثل الأساسية والهندسة العملية، ومن خلال اختيار مواصفات شبكة التغذية المرتدة بدقة، وإضافة مرحلة إنتاج مناسبة، ومعالجة متطلبات الاستقرار والتصميم الحراري والحماية، يمكن للمهندسين أن يخلقوا مكبرات تُضفي على نظم نظائر نظيفة ومخففة للتشكيلات.

---

References]

Texas Instruments, “Op Amps for everybody,” 4th Edition, 2018. https://www.ti.com/lit/an/slod006b/slod006b.pdf
Analog Devices, “Small Signal Amplifier Design,” Application Note AN-1020. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1020.pdf]
ON Semiconductor, “A simple Audio Amplifier Using Op Amps and Transistors,” Application Note and8023. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8023-D.PDF]