הבנת מעגלי גשר

מעגלי גשר הם כלים בסיסיים בהנדסה חשמלית למדידת אימפולסים לא ידועים עם דיוק גבוה.גשר חיטה קלאסי, המורכב מארבע זרועות מנוגדות מסודרים בתצורת יהלומים, נשאר הטופולוגיה הנפוצה ביותר כאשר הגשר מאוזן, המתח בין שתי נקודות האמצעי הוא אפס, כלומר היחס של שני המתנגדים בצד אחד שווה את היחס בצד השני.זה מאפשר ההתנגדות הלא ידועה להיות משקף מתח רחב, כלומר, בין אם זה מופעל באופן מכוון, לחץ לא מאוזן, בין אם זה הוא מופעל על ידי לחץ אחד, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין אם הוא לחץ אחד, לבין לחץ לא משקף בצורה לא משקף באופן מכוון, בין אם זה, לבין לחץ אחד, בין אם זה הוא מופעל על פני השטח, בין אם זה הוא לחץ אחד, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין אם זה הוא לחץ אחד, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין אם זה, בין אם זה הוא לחץ אחד, בין אם זה הוא לחץ אחד, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין מספר רב, בין אם זה הוא לחץ אחד, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין אם הוא מופעל על פני השטח, בין אם הוא מופעל על פני השטח, לבין לחץ לא מאוזן, הוא מופעל על פני השטח, לבין הלחץ לא מאוזן, לבין לחץ אחד, לבין

סוגים אחרים של הגשר כוללים את מקסוול, היי, ואת גשר שרינג עבור מדידת אינדוקנס ו קיבול, כמו גם גשר כפול Kelvin עבור מדידות בעלות נמוכה.לא משנה מהטופולוגיה הספציפית, כל מעגלי הגשר חולקים אתגר משותף: מתח התפוקה השונה הוא לעתים קרובות מאוד קטן, על סדר של מטאטאים או מיקרו-וולטים, והוא בדרך כלל סופר-מפוס על מתח גדול זה דורש אותות שונים.

תפקיד המגברים הפעילים

מגברים שונים פעילים, שנבנו סביב מגבר תפעולי (op-amps), נועדו במיוחד כדי להגביר את ההבדל בין שני אותות קלט תוך דחיית כל מתח משותף הן לקלטים. הנכס הזה, הידוע בשם דחייה משותפת, חיוני במדידות גשר כי מתח הסימון הגשר (למשל, 5 V או 10 V) מופיע כאות משותף בדגימה קטנה מספיק.

המונחים: amplifier Fundamentals

מגבר שונה בדרך כלל משתמש בדג יחיד המוגדר כמצע עם ארבעה מתנגדים מדויקים.התפוקה האידיאלית ניתנת על ידי:

(ב) ויקרא י"ד): "וְהִיאוּ הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא" (ב' יט' יט')

(ב) ב[[1924]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1966]], [[1924]], [[1966]], [[1966]], [[1966]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]] ב[[1924]]]]

המונחים: key Performance Parameters

  • (ב) [ה]0]הההצהרה (CMIR): "ה-1"מ מודד עד כמה המגבר דוחה אותות זהים בשני הקלטים. A High CMRR (>100 dB) הוא הכרחי כדי למנוע את הציטוט של הגשר להשחית המדידה.
  • (ב) 0 (בשיתוף פעולה) וולטאז': 1 (FLT:1) טעות קטנה DC שמוסיפה לסימן השונה.
  • (FLT:0)Gain Bandwidth Product (GBWPrea): FLT:1 קובע את טווח התדר שעליו המגבר מחזיק רווח יציב.עבור מדידות גשר DC, GBWP יכול להיות צנוע; עבור אותות דינמיים (למשל, רטט), רוחב פס גבוה יותר נדרש.
  • (FLT:0) Noise Density:FLT:1ve רעש מתח נמוך (nV / ⁇ Hz) הוא קריטי לפתרון אותות ברמה מיקרו-וולטית.שלבי פלט Rail-to-rail מועילים גם למקסימום טווח דינמי בעת שימוש במערכות חד-פעמיות.

יישום המגבר במעגל גשר

בחירת Topology

יישום פשוט ביותר משתמש מגבר יחיד של ספקטרום שונה.עם זאת, הטופולוגיה הזאת יש תנופה נמוכה, ודורש התנגדות מדויקת כדי להשיג CMRR טוב עבור ביצועים גבוהים יותר, מגבר כלי (INA) הוא המועדף. INAs להשתמש באדריכלות תלת-פ-אמפ: שני קלט buffer מספק תנופה גבוהה, וההבדל מספק את הרווח הסופי ו-Fde המשולבים כגון: 2ACMBacterARMARMARMAערובות חיצוניות: 2.

בחירה מתאימה

  • (FLT:0)Op-amp או INA:FreaLT:1) בחר מכשיר עם סיומת נמוכה, CMRR גבוה ורוחב הפס המתאים.
  • (FLT:0)Resistors:FLT:1 השתמש בהתנגדות דיוק מתכת סרטניים עם סובלנות ⁇ 0.1% וטמפרטורות נמוכות coefficient ( ⁇ 50 ppm / ° C) עבור רשת רווח.
  • (FLT:0)Power Supply:veFLT:1, אספקת מוסדר הם הכרחיים.עבור מכשירים מתוזמנות סוללות, להשתמש הרגולטורים דלת-דרופט ו capaciacitors decoupling (0.1 μF ו 10 μF) קרוב למזימות הכוח המגבר.
  • [ה]המאה:0 [ההגנה על]: [הסדרה] מתנגדת (1 k ⁇ - 10 k ⁇ ] ו- Schotky diodes to Limitקופות ויגן מפני התנגדות מוגזמת.

המונחים: PCBout Considerations

רעש ויציבות מושפעים מאוד על ידי הפריסה.עקוב אחר ההנחיות האלה:

  • מניחים את המגבר קרוב ככל האפשר לגשר כדי למזער את אורך העקבים ולהפחית את ההתערבות האלקטרומגנטית.
  • השתמש במטוס קרקע מוצק מתחת למגבר ולגשר. עילה אנלוגית ודיגיטלית נפרדת אם משתמשים במערכת חתומה מעורבת, ומחבר אותם בנקודה אחת.
  • שמור על מסלולי משוב קצרים ולהימנע מקידודים דיגיטליים מהירים במהירות גבוהה ליד קלטות המגבר.
  • הוסף טבעות שמירה סביב צמתים גבוהה של קלט כדי להפחית זרמי הדליפה.

דוגמה מעשית: גשר חיטה עם סטרין גוג

שקול מעגל של מד מתח רבע-גשר.מדד זן פעיל יחיד עם התנגדות נומינאלית של 350 ⁇ ממוקם זרוע אחת, בעוד שלושה מתנגדים מדויקים של 350 ⁇ להשלים את הגשר. המתח המצה הוא 5 V תחת לחץ מקסימלי, ההתנגדות משתנה על ידי 1%, ייצור מתח שונה של בערך 12.5 mV. כדי להגדיל את זה ל 2.5 V (היקף מלא עבור 12 סיביות), רווח נדרש של 200.

המונחים:

(ב) שימוש ב-INA כמו AD8221, קבע את הרווח עם התנגדות חיצונית אחת (Rirph:0GGIRFLT:1) נוסחת הרווח היא FLT:2G=49.4 k ⁇ / RevolveFLT 3:0GGRGRGRLT:4 + 1FLT:5 theקוטב של הקלט חייב להתאים למתח (מתח/דיכאון).

צעדים ברורים

  1. ללא מתח החל (bridge מאוזן), להתאים את trim ההתחלה (אם זמין) לאפס את הפלט.אייNAs מודרני רבים כוללים ציון התייחסות; ריצוף ההתייחסות או יישום מתח מדויק קובע את הפלט.
  2. החל קלב מכני ידוע (למשל, התנגדות חרישית מעבר לאמוד) כדי לדמות שינוי התנגדות ידוע לאמת את הרווח.
  3. מדדו את התפוקה עם תנופה דיגיטלית או ADC, תחשבו על הרווח האמיתי והסתגלות של RFcioLT:0GFLT:1 במידת הצורך.
  4. להקליט את הפלט סחף מעל טמפרטורה וזמן כדי לפצות דיגיטלית אם נדרש.

שיפור ביצועים עם Activefiling

לאחר הדגימה, סינון נוסף יכול לשפר עוד איכות אות. מסנן דו-צדדי עם תדירות חיתוך רק מעל תדירות האות הגבוה ביותר להפחית רעש פס רחב ולמנוע הקצאה ב ADC.הפילטר ניתן ליישם עם סללן-Key העליון באמצעות אותו הדגמה (אם חבילות כפול/quad משמשים) או עם מסנן ייעודי IC עבור מאוד נמוך, מדידות פתורות פאסיביות לאחר מכן ממסנן לעתים קרובות.

עבור יישומים הדורשים בידוד (למשל, מכשירים רפואיים או סביבות תעשייתיות עם מתח גבוה), מגבר מבודד או ממריץ דיגיטלי צריך להיות ממוקם לאחר המגבר השונה.זה שובר לולאות קרקע ומגן על אלקטרוניקה המדידה.

מלכודות נפוצות ופתרון בעיות

  • (FLT:0)Poor CMRR בשל התנגדות לא תואמים:FLT 1 השתמש ברשתות התנגדות עם יחס מתאים, או ליישם מגבר כלי עם חיתוך לייזר פנימי.
  • (FLT:0) ,Oscillation:FLT:1, נגרמה על ידי עומס יתר על התפוקה או די-מפרק. הוסף סדרה קטנה התנגדות (10–50 ⁇ ) בפלט או להפחית את רוחב הפס על ידי הוספת מחזר.
  • (ב) סחף:0) , אם הפלט משתנה עם טמפרטורה, ודא כי הדגה מוגדר עבור סחף נמוך וכי הגשר מאוזן תרמית (למשל, מדמי דמי דמים עבור פיצוי טמפרטורה).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תגיות Active Differential Amplifiers in Bridges

מעבר למדדי זנים, מגברים שונים פעילים משמשים:

  • (ב) ⁇ 0 ,4 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • חיישנים שדה מגנטיים:0 Magnetic שדה:FLT:1Build magnetoresistance (GMR) גשרים עבור גילויי חישה ומיקום נוכחיים.
  • (ב) ,0) ,7 ,5 ,7 ,7 ,7 ,7) , יבולים של יבולים אשר דורשים שיפור דיוק וספרות.
  • (FLT:0 חיישנים עמדה ngular:FLT:1ul- Effect Bridge) ששימשו בהסעה מוטורית ללא מכחול.

מסקנה

מגברים שונים פעילים הם הכרחיים עבור תמצית אותות נקיים, מוגברים מעיגולי גשר. על ידי בחירה בקפידה רכיבים - במיוחד את הדגמת או מכשיר אדמנטציה, התנגדות ואספקת כוח - ולאחר הפריסה קפדני ופרקטיקות caliation, מהנדסים יכולים להשיג החלטות מדידה למטה למיקרו וולט.העקרונות שנדונו כאן חלים על מגוון רחב של חיישנים המבוססים על הגשר, מה שהופך את הפעיל של דרישות דיוק אמין אפילו יותר של חיישן מדויק.