גישה מעשית להבנה ושימוש בהתעצמות

מגבר כלי (לעתים קצר כמו In-amp או InAmp) הוא מגבר דיפרנציאלי דיוק כי הוא התלבושת עם מגברי קלט, המיועד במיוחד כדי להגביר אותות שונים קטנים תוך דחיית מתחים גדולים משותפים. מכשירים אלקטרוניים מיוחדים אלה הפכו הכרחיים במערכות מדידה מודרניות, יישומים, כלי מרפא רפואי, ובקרת תעשייתית שבו דיוק, יציבות, וחסינות רבת.

בניגוד למזימות תפעוליות סטנדרטיות, מגברי מכשירים כוללים מאוד נמוך DC, סחף נמוך, רעש נמוך, רווח פתוח מאוד, מאוד גבוה יחס דחייה, ומכשולים קלט גבוה מאוד. מאפיינים אלה להפוך אותם מתאימים ייחודי עבור יישומים הדורשים תאורה מדויקת בסביבות רועשות מבחינה חשמלית. זה מדריך מקיף חוקר את העקרונות הבסיסיים, אדריכלות, מפרטים, יישומים מעשיים, יישום עבור אסטרטגיות מכשיר.

הבנת היסודות של Instrumentation Amplifiers

מה גורם ל Instrumentation Amplifiers שונים

מגבר כלי הוא מגבר שונה מותאם עבור אימפולס קלט גבוה ו CMRR גבוה ההבחנה העיקרית בין מגברי מכשירים ומגברים תפעוליים סטנדרטיים מונח בעיצוב המומחיות שלהם עבור יישומים מדידה. בעוד מגברים תפעוליים הם מכשירים באופן כללי המסוגל לבצע פונקציות עיבוד אותות שונים, מגברי מכשירים הם בכוונה עבור משימה מסוימת: באופן מדויק להגביר את ההבדל בין אותות קלט משותף לדחיית כל אחד.

מגברי בידוד משמשים היכן בדיוק גדול ויציבות של המעגל הן קצרות וארוכות טווח נדרשים.זה הופך אותם לרכיבים חיוניים במערכות מדידה מדויקות, שבו יש אפילו שינויים של אות דקה להילכד ללא עיוות או הפרעה ממקורות רעש סביבתי.

אדריכלות שלושת ה-Op-Amp

למרות שהמגבר מכשיר הוא בדרך כלל מוצג זהה מבחינה סכימטית למגבר תפעולי סטנדרטי (op-amp), המגבר מכשיר אלקטרוני מורכב כמעט תמיד פנימי מ 3 דגי תצוגה.תצורה זו של שלוש-op מייצגת את הטופולוגיה הנפוצה ביותר בשימוש נרחב עבור מגברי מכשירים.

אלה מסודרים כך שיש דגימה אחת כדי לטבול כל קלט (+, ), ואחד לייצר את הפלט הרצוי עם תנופה נאותה התאמה לתפקוד.השלב הראשון מורכב משני מגברים שאינם מונעים מגבר המספקים תנופה גבוהה ורווח ראשוני, בעוד שלב שני הוא מגבר מדויק כי תהליכים נוספים האות ומספק את הפלט הסופי.

היופי של תצורה תלת-פ-אמפ זה הוא כי שלב קלט כפול ממצמץ את הקלט מגבר המגבר השונה הסופי להפחית רעש.אדריכלות זו מציעה כמה יתרונות קריטיים על תצורה פשוטה יותר של מגבר שונה, כולל דחייה משותפת מעולה, תנופה גבוהה יותר, ובקרת רווח גמישה יותר.

כיצד התגברות על העבודה

העיקרון התפעולי של מגבר כלי מתמקד בהגברה של אותות שונים.כאשר שני אותות קלט מוחלים על המגבר, המכשיר מגבר רק את הבדל המתח ביניהם תוך דיכוי כל מתח המופיע באותה מידה בשני קלטים. זה מתח משותף עשוי לכלול רעש חשמלי, הבדלים אפשריים קרקעיים, או הפרעה של ציוד סמוך.

האות השונה הוא אפוא מוגדל על ידי הציצים בעוד כל אות מתח משותף שמופיע באותה מידה בפלט של שני דגי ה-O-amps האלה הוא מאוד מוגדל.רק אות קלט שונה המוגבר של (V2 - V1) נשאר. זה אות פעולה בסיסית פעולה מאפשר מגברי כלי כדי לחלץ אותות קטנים מסביבות רועשות שבו ה-de משותף לא רצוי עשוי להיות מתח גדול יותר מאשר אותות תפעוליים הרצויים.

תכונות מפתח ואופינים ביצועים

Common-Mode Rejection Ratio (CMRR)

יחס הדחייה של מצב משותף (CMRR) של מגבר שונה (או מכשיר אחר) הוא מדד המשמש כדי לכמת את היכולת של המכשיר לדחות אותות מו-מודדים משותפים, כלומר אלה המופיעים בו זמנית ובקיצור על שני קלטים. CMRR מייצג אולי את המאפיין הקריטי ביותר עבור מגברי מכשירים, כפי שהוא קובע ישירות את היכולת של המגברה למיצוי אותות קטנים בנוכחות משותפת.

ה-CMRR מוגדר כיחס של המעצמות של רווח השונה על רווח משותף-מודד, נמדד בערכים חיוביים. CMRR גבוה יותר מציין ביצועים טובים יותר, עם מגברים טיפוסיים להשגת ערכי CMRR החל מ 80 dB ל 130 ד"ב יחיד-צ'יפציה יש בדרך כלל עמידים לייזר כדי להשיג CMRR במעל 100, אפילו dB.

נדרש CMRR גבוה כאשר אות שונה חייב להיות מוגדל בנוכחות של קלט משותף גדול אולי גדול גדול, כגון התערבות אלקטרומגנטית חזקה (EMI) ביישומים מעשיים, זה אומר כי מגבר מכשיר עם CMRR של 100 dB יכול לדחות אותות חד-פעמיים נפוצים כי הם 100,000 פעמים גדול יותר מאשר אות שונה נמדד.

Input Impedance

אינפוטציה היא עוד ספציפי מכריע כי מבחין מגברי מכשירים מסוגים אחרים מגבר.מכיוון ששני הקלטים מוחלים על טרמינלים שאינם מונעים מסופים, אימפולס הקלט גבוה. זה תנוחה גבוהה, בדרך כלל בטווח של מאות מנגומסים ל tohms, מבטיח כי המגבר אינו מקטין את האות.

האמפ השלוש-op מספק תנודות גבוהות מאוד בקלטות שלו.לכן, המתח המקביל של הגשר מופיע בקלט המגבר מבלי להיות מוגדל על ידי מתפצלי המתח.מכיוון התנגדות המקור לא מופיעה במשוואה הרווח, יש לנו רווח צפוי יותר דיוק גבוה.

קבל סודיות ושליטה

רווח המתח של מגבר כלי נקבע בעיקר על ידי אחד מתנגדים חיצוניים, המכונה לעתים קרובות "ההתנגדות של בריטניה" (RG), המחובר בין שני דגי ה-buffer קלט.מנגנון שליטה פשוט זה מייצג יתרון מעשי משמעותי על המגברים השונים המסורתיים.

יתרון של מעגל זה הוא כי התנגדות יחידה שלא צריך להיות תואם עם כל התנגדות אחרת במעגל קובע את הרווח.זה מאפשר לנו להתאים בקלות רבה יותר את רווח המעגל. משוואה רווח עבור מגבר טיפוסי של שלוש-פ-אמפ מאפשר התאמה מדויקת על ידי שינוי הערך של התנגדות חיצונית אחת, מבלי לדרוש התנגדות מתאימה זוגות או פרוצדורות מורכבות.

התנגדות רווח (RG) ניתן לבחור ערך רווח בתוך אזור התפעול של המכשיר (בדרך כלל מ 1 עד 1,000) טווח רווח רחב זה הופך מגברי כלים מגוונים מספיק כדי לטפל אותות החל מיקרו וולט כדי תנודות, שילוב סוגים שונים של חיישן ודרישות מדידה.

ביצועים רעש

ביצועים רעש הם קריטיים ביישומים מדידה דיוק שבו אותות קטנים חייב להיות מוגדל ללא השפלה. ביצועי רעש נקבע בעיקר על ידי שלב קלט.שימוש במגברים תפעוליים נמוכים (op-amps) עם יחס דחייה משותף גבוה (CMRR) מקטין רעשים שונים.

מגברי מכשירים מודרניים משיגים רמות רעש נמוכות להפליא, עם תנודות מתח רעש רצויות כמו 1-10 NV / ⁇ Hz. רצפת רעש נמוכה זו מבטיחה כי המגבר עצמו אינו מסיכה או משחית את האותות הקטנים נמדדים, במיוחד חשוב ביישומים כגון רכישת אות ביו-רפואית, מערכות משקל, ומדידות ברמת נמוכה.

הורדת וולט ו Drift

מתח Offset מייצג את מתח הפלט הנוכחי כאשר שני קלטים הם באותו פוטנציאל. Low DC Offset: מבטיח כי המגבר אינו מציג מתח DC לא רצוי בפלט, אשר קריטי עבור המדידות בעלות רמת דיוק נמוכה.

ד"ר אםט נמוך: מתייחס לריאציות מינימליות בביצוע מגבר עקב שינויים בטמפרטורה או זמן, הבטחת הגדלת אות אמינה ועקבית ביישומים מדויקים.טמפרטורת סחף, בדרך כלל צוין מיקרו-וולטים לדרגה Celsius, הופך חשוב במיוחד ביישומים שבהם הטמפרטורה הממוקדת משתנה או היכן נדרשת יציבות ארוכת טווח.

שילוב של Instrumentation Amplifiers

היתרונות של אינטגרציה מונוליטית

מגברי Instrumentation ניתן לבנות עם דגימות בודדות ומתנגדים מדויקים, אבל הם גם זמינים במעגל משולב ממספר יצרנים (כולל Texas Instruments, Analog מכשירים, ו- רנססאנס אלקטרוניקה). מגברי מכשירים מונוליטיים מציעים כמה יתרונות משכנעים על יישום דיסקרטי.

מגבר כלי IC מכיל בדרך כלל מתנגדים אדים לייזר אדים, ולכן מציע דחייה משותפת מעולה.הדיוק מתנגד התאמה עם achievable באמצעות תהליכי ייצור מעגלים משולבים הרבה יותר עולה על מה ניתן להשיג מבחינה כלכלית עם רכיבים דיסקרטיים, וכתוצאה מכך ביצועים CMRR העליון ולהשיג דיוק.

המתנגדים הפנימיים מתאימים מאוד, עם סובלנות שניתן רק עם תהליך התנגדות מגובש למחצה, לספק ביצועים גבוהים מאוד משותף-Mode Rejection Ratio (CMRR) רמה זו של התאמה, בשילוב עם מעקב תרמי של רכיבים באותו סיליקון מת, מבטיח ביצועים יציבים על פני וריאציות טמפרטורה.

Instrumentation Amplifier ICs

דוגמאות כוללות INA128, AD8221, LT1167 ו- MAX4194.מכשירים אלה מייצגים מגברי מכשירים סטנדרטיים בתעשייה בשימוש נרחב על פני יישומים שונים.כל אחד מציע מאפיינים ספציפיים של ביצועים המותאמים לדרישות יישום שונות.

AD8221, למשל, מוכר על ידי העברת ביצועים יוצאי דופן CMRR בטווח תדר רחב. CMRR (80 dB דקות 10 kHz ב G=1), רעש אולטרה-נמוך (8 nV / ⁇ ), וניתן להשיג תכנות פשוט באמצעות התנגדות חיצונית אחת להפוך אותו מתאים במיוחד עבור יישומים רפואיים ותעשייתיים.

כמו: AD524, AD620, INA105, INA115 או INA332, לשם כמה.מבחר של מכשיר מתאים מגבר IC תלוי בדרישות יישום ספציפיות כולל טווח, רוחב פס, מתח אספקה, ביצועים רעש, ומגבלות עלות.

אדריכלות חלופית

בעוד שתצורה של שלוש-op-amp שולטת, אדריכלות חלופית קיימת עבור יישומים ספציפיים.מגברי אינסטיטורציה יכולים גם להיות מעוצבים באמצעות "אדריכלות הנוכחית-הנקה" עקיפה, אשר מרחיבה את טווח התפעול של המגברים הללו למסילות אספקת החשמל השלילית, ובמקרים מסוימים גם את אספקת החשמל החיובית.זה יכול להיות שימושי במיוחד במערכות חד-חמצני, שבו הכוח שלילי הוא פשוט המעגל (GND).

הגישה ICF מספקת גם CMRR גבוה אפילו בתדרים גבוהים.תצורה זו יש טווח מתח משותף יותר של מתח קלט מומת טווח ואינו צריך מעכבי tfur tfur.זה מקטין את העודף טמפרטורה-coefficient סחף ומפחית את העלות הכוללת של המערכת.אדריכלות משוב נוכחית עקיף מציעה יתרונות ביישומים הדורשים ניתוח מעקה עד שוליים או שיפור ביצועים ACCM.

יישומים מעשיים של Instrumentation Amplifiers

Instrument רפואית ו- Bioרפואית

Instrumentation רפואית: ECG ו-EEG מגברות דורשות CMRR גבוה לדחות התערבות. רכישת אות ביו-רפואית מייצגת אחת האפליקציות התובעניות ביותר עבור מגברי מכשירים. Electrocardiogram (ECG), אלקטרונספלוגרם (EEG), ואלקטרומיאוגרמה (EMG) הם קטנים מאוד, בדרך כלל במיקרו-מול למגוון של מילימטרים, ומדד חייב להיות נתון משמעותי של מקורות אנרגיה אחרים.

הפחתת הקלט הגבוה של מכשירי חשמל מגבר הוא חשוב במיוחד ביישומים ביו-רפואיים כי הוא מצמצם את העומס על אלקטרודות בעלות השפעה גבוהה המשמשות לסימנים ביופוטנטיים הגיוניים. CMRR מעולה מבטיח כי התערבות משותפת-מודדת, כגון 50/60 רעש כוח הרץ המופיע באותה מידה על כל אלקטרודות, נדחית באופן יעיל בעוד אלקטרו-אלקטרי קטן הם אותות מוגדלים במדויק.

יישומי חיישנים תעשייתיים

חיישנים תעשייתיים: מערכי סטרין ומגשר נהנים מאפקטים שונים מדויקים.מדת מדד סטרין, חיישני לחץ, תאי עומס, וטרנפורים אחרים המבוססים על גשר מייצרים תפוקות מתח זעירות הדורשות שיפור מדויק.

זה הופך אותו מתאים לממשק עם רשתות גשר התנגדות כגון גשר חיטה המחובר לטראנסנפורים.התמעיטות הקלט הגבוהות של מגברי כלי מונעות טעינה של מעגל הגשר, אשר אחרת יציג שגיאות מדידה.היכולת לדחות מתחים משותפים-מודה מבטיחה מדידות מדויקות גם כאשר הגשר פועל בפוטנציאלים מוגדלים או בסביבות תעשייתיות רועשות מבחינה חשמלית.

מגברי Instrumentation משמשים בעיקר כדי להגביר אותות שונים קטנים בהרבה מדפי זנים, thermocouples, ⁇ electric מכשירים.חיישנים אלה לעתים קרובות לייצר אותות פלט בטווח מילימטר או מיקרו-וולט, הדורשים הדגימה משמעותית לפני המרה אנלוגית-ל-דיגיטלית או עיבוד אותות נוסף.

מערכות רכישה

רכישת נתונים: מגברי לחץ גבוהים מקטינים את השפעות הטעינה על פלטי חיישן. במערכות רכישת נתונים רב ערוצים, מגברי מכשירים משמשים כממשק החזית הקריטי בין חיישנים לבין ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים (ADCs) הם מספקים את הרווח הדרוש כדי להתאים את רמות הפלט חיישן ל- ADC קלטות תוך שמירה על שלמות האות.

הדחף הגבוה של קלט מבטיח כי חיישנים מרובים יכולים להיות מחוברים ללא התערבות הדדית או אפקטים טעינה. CMRR מעולה מאפשר מדידה מדויקת גם כאשר חיישנים ממוקמים פוטנציאל קרקע שונה או כאשר כבל ארוך מציג רעש משותף.זה הופך את המגברה של רכיבים חיוניים בשליטה תהליכים תעשייתיים, ניטור סביבתי, ובדיקה וציוד מדידה.

הבוגרקול Amplification

ה-Thermocouples לייצר אותות מתח קטנים מאוד, בדרך כלל עשרות מיקרו וולט לדרגה Celsius, מה שהופך אותם מאתגר למדוד במדויק. instrument amplifiers לספק את הרווח הגבוה ואת הרעש הנמוך הדרוש כדי להגביר את אותות קטנים אלה תוך דחיית הפרעות נפוצות כי ניתן להרים לאורך חוטי thermocouple.

הפחתת הקלט הגבוהה של מגברי כלי שיט מועילה במיוחד ביישומים thermocouple כי זה ממזער שגיאות עקב התנגדות חוט thermocouple. מכשיר מודרני מגבר ICs לעתים קרובות כוללים תכונות המיועדות במיוחד עבור יישומים thermocouple, כגון צומת קר ויכולות לינאריזציה.

מערכות מחשוב Weighing

תאי טעינה המשמשים במערכות חישוב דיוק מעסיקים גשרים של מדד זנים המייצרים מתח שונה קטן משתנה ביחס למשקל החל. אותות אלה בדרך כלל נע בין כמה מ"ל וולט בקנה מידה מלא, הדורשים קצבה מדויקת מבלי להציג שגיאות או סחף כי יש להתפשר על דיוק.

הגדלת instrumentation מספק את ההגברה יציבה, נמוכה יחסית הדרושה עבור יישומים מדויקים במשקל.היכולת לתכנן רווח עם התנגדות יחידה מאפשרת קל לחשיפה קלה עבור רגישות תאים שונים עומס וטווח המדידה.היציבות ארוכת טווח מעולה מבטיח דיוק עקבי לאורך זמן וריאציות טמפרטורה.

שיקולים והנחיות יישום

קבל קביעת ו Calculation

בחירת רווח נכונה היא יסוד עיצוב מגבר.הרווח חייב להיות מספיק כדי להגדיל את אות קלט הצפוי לרמה המתאימה לשלבי עיבוד הבאים, בדרך כלל להתאים את טווח קלט של ממיר אנלוגי לדיגיטלי.עם זאת, רווח מוגזם יכול להוביל לפלט או טווח דינמי מופחת.

עבור רוב שלושה-op-amp מכשירים מגבר, משוואה רווח מתייחס לרווח המתח הכולל לערכים המתנגדים וההתנגדות הפנימית של ה-Insidetor. יצרנים בדרך כלל מספקים משוואות וטבלאות בגליונות הנתונים שלהם, ומאפשר למעצבים לבחור את הערך המתאים ל-Accresor עבור הרווח הרצוי. חלק מהמגברי מכשירים מציעים פית-programmable או דיגיטלית, לספק גמישות עבור יישומים מרובים.

דרישות אספקה

בחירת אספקת חשמל משפיעה באופן משמעותי על ביצועי מגבר מכשיר.מממגברים מודרניים רבים יכולים לפעול מאספקה אחת נמוכה כמו 2.7V או אספקה כפולה החל ±2.5V ל ±18V. מתח האספקה קובע את טווח הקלט המשותף זמין ומופע הפלט.

זה גם תואם אספקת מקור יחיד (באמצעות תצורת VREF) עבור יישומים חד-פעמיים, את ערכת ההתייחסות מאפשר לייעל את הפלט באמצע-הכולה, למקסם את התנופה הזמינה של אספקת חשמל נאותה עם קרמיקה קרמיקה משקעים ממוקמים קרוב לערכת האספקה הוא חיוני לביצועי רעש אופטימליים ויציבות.

המונחים: Common-Mode Range

הגבלה אחת של שלושת-op Amp in-amp היא כי טווח ה-mode המשותף של קלט יכול להיות מוגבל אם אנו מנסים להשיג רווח שונה מאוד בשלב קלט.המתח המשותף להפחתה חייב להישאר בתוך גבולות ברורים כדי להבטיח הפעלה ליניארית ולשמור על ביצועי CMRR.

טווח הקלט המשותף (ICMR) של 3-opamp IA הוא מוגבל לטווח מתח הפלט של המגבר המבצעי הפנימי, וכתוצאה מכך טווח הפלט מצטמצם על ידי מתח משותף קלט.מעצבים חייבים לוודא כי מתח קלט משותף צפוי של הקלט המשותף-מודה, כולל כל DC כבוי וריאציות AC, נשאר בטווח שצוין על פני כל התנאים התפעוליים.

בחירה והתאמה

כאשר בניית מכשירים דיסקרטיים מגבר או הגדרת רווח עם מתנגדים חיצוניים, בחירה נגדית משפיעה באופן משמעותי על הביצועים.המתנגדים המשמשים צריך להיות גבוה אחריות (0.1% סובלנות או טוב יותר) כדי להשיג את ה-CMRR הגבוה ביותר האפשרי.

כדי להגדיר את רווח Vref ב 1 V / V ולהימנע מדהור את המכשיר של מגבר CMRR, יחסי R4 / R3 ו R2 / R1 חייב להיות שווה.ב שלב המגבר של התפוקה, יחס התנגדות הוא קריטי לשמירה על CMRR גבוה. אפילו תקלות קטנות יכול להשפיל באופן משמעותי ביצועים משותפים של דחייה.

דיוק רווח גבוה ניתן להשיג על ידי שימוש בהתנגדות דיוק מתכת עבור כל ההתנגדות. עבור יישומים קריטיים, התנגדות עם טמפרטורות coefficients יש להשתמש כדי למזער את הסחף על פני הטמפרטורה. כמה מעצבים משתמשים ברשתות התנגדות שבו מתנגדים מרובים מומצא על אותו תת-קרקעי, להבטיח התאמה מעולה מעקב תרמי.

המונחים: PCBout Best Practices

פריסת מעגלים מודפסת נכונה (PCB) היא חיונית למימוש הפוטנציאל המלא של מגברי כלי רכב.יש לנתב את עקבות קלט השונה באופן סימטרי ולהחזיק מעמד קצר ככל האפשר כדי למזער את הציפוי השברירי ואת ההבדלים החדירה הניתוק שיכולה לדרג CMRR בתדרים גבוהים יותר.

משמר טרטס: מינימיזציה של זרמי הדלפה במעגלים של ריכוז גבוה. טבעות משמרות או עקבות שמירה המונעים באותה פוטנציאל כמו אותות קלט יכול להפחית זרמי הדליפה ולשפר את הביצועים ביישומים של ריכוז גבוה. שומרים אלה צריכים להקיף את עקבות קלט גבוהה מרתיעה ולהיות מונע על ידי מקור להפחתה נמוכה בפוטנציאל המתאים.

תכנון מטוסים קרקעי דורש תשומת לב זהירה.מטוס קרקע מוצק מספק נתיבי החזרה להפחתה נמוכה ומפחית את הפיכה הרעש.עם זאת, מטוס הקרקע לא צריך להרחיב תחת עקבות קלט גבוהה של קלטות, שבו הוא עשוי להציג קיבול לא רצוי.פרק אנלוגי ומטוסי קרקע דיגיטליים, מחובר בנקודה אחת, לעזור למנוע רעש דיגיטלי מהפיכה למעגלים אנלוגיים רגישים.

« הגנה ו Noise Reduction

Active Shielding: הפחתה של הפיכה כרצנית בסביבות רועשות.ביישומים מעורבים ריצות כבלים ארוכים או תפעול בסביבה רועשת חשמלית, מגן הולם הופך חיוני.כבלים פסים עם מגינים הקשורים פוטנציאל ההתייחסות המתאים לעזור לדחות התערבות משותפת.

משמעות הדבר היא שאם זוג חוט מעוות משמש לחיבור טרנספורמטיבי לקלטים השונים של המגבר, כל רעש מושרה יאחד את כל חוט באופן שווה ויידחה על ידי יכולת הדחייה של מצב משותף של המגבר.השימוש בכבלים מעוותים-pair מבטיח כי התערבות אלקטרומגנטית משפיעה גם על שני המוליכים, מה שממיר אותו לרעש משותף כי המכשיר יכול לדחות.

עבור יישומים הדורשים חסינות רעש מקסימלית, מגן מונע או כונן שמירה ניתן להשתמש. בטכניקה זו, מגן הכבלים מונע עם אות שווה למתח המשותף-מודה ולא להיות מחובר לאדמה.זה מקטין את הזרם הנוכחי באמצעות מגן קיבול, צמצום של מוות משותף להמרות דו-פעמי שיכולה להפיג את הדיוק.

Input Bias Current Compensation

זרמי הטיה אינפוט, אם כי בדרך כלל קטנים מאוד במגברי מכשירים, יכולים לגרום שגיאות מרשימות כאשר זורם דרך מכשול מקור.אספקת נתיב החזרה DC עבור זרמי הטיה קלט הוא חיוני, במיוחד ביישומים AC-coupled או כאשר הוא מצופה עם מקורות הסריגה גבוהה.

עבור קלטות AC-coupled, מתנגדים לקרקע או למתח ההתייחסות מספקים את הנתיב DC הכרחי. ערכי התנגדות צריכים להיות נבחרים כדי לאזן את ההשפעות הנוכחיות ההטיות על שני קלטים תוך כדי להיות גדול מספיק לא לטעון באופן משמעותי את מקור האות.חלק מהמגברים מכשיר כוללים נתיבי החזרה פנימיים הנוכחי, לפשט את עיצוב המעגל החיצוני.

שיטות מתקדמות ואופטימיזציה

תגובה ב-Bandwidth and Frequency Response

רוחב הפס של מגבר מכשיר נקבע על ידי שני השלבים קלט ופלט.הקוטב הדומיננטי מוגדר בדרך כלל על ידי שלב קלט, עם תדר -3DB שניתן על ידי: איפה GBW הוא המוצר הרווח-bandwidth של הדגימות שלב קלט ו- G הוא הרווח הכולל.הבנת הקשר בין רווח ורוחב הפס הוא חיוני עבור יישומים הדורשים תכונות תדר ספציפיות.

ככל שעלייה ברווח, רוחב פס בדרך כלל יורדת בשל הגבלת המוצר הנטועה של המגבר המבצעי המשמש במגבר המכשיר.עבור יישומים רחבים, בחירת מגבר מכשיר עם מוצר גבוה בפס גבוה או הפצת רווח בין המגבר מכשיר לבין השלבים הבאים עשוי להיות הכרחי.

בעוד זה מספק CMRR גבוה DC (באמצעות התאמה קרובה של המתנגדים על שבב), ארכיטקטורת משוב יכול באופן משמעותי לדרג AC CMRR. בנוסף, שכן קפיות פרציטיות לא ניתן להתאים בדיוק, CMRR מתחיל להפחית בתדרים גבוהים יותר. זה התדר תלוי CMRR השפלה חייב להיחשב יישומים מעורבים אותות AC או רעש גבוה.

הגנה מוגזמת

הגנה על הקלטים מגבר מפני תנאי הטיפוח הוא חשוב ביישומים רבים, במיוחד כאשר חיישנים הפונה עם חיישנים שעשויים לחוות תנאים פגומים או כאשר פועלים בסביבות תעשייתיות קשות. תוכניות הגנה על פריטים יש לתכנן בזהירות כדי למנוע דהור המאפיינים מאוד שהופכים את מגברי כלי כלי ערך.

סידרה מתנגדת בשילוב עם דידות מדגימות למסילות האספקה לספק הגנה בסיסית על הצפה.עם זאת, הסדרה מתנגדת להציג רעש ויכולה ליצור שגיאות מבהילות עקב זרם ההטיה הנוכחי.תוכנית ההגנה חייבת לאזן את הצורך בהגנה על קלט כנגד ההידרדרות הפוטנציאלית של ניכוי קלט, ביצועי רעש, ומתח מחלחל.

כמה מגברי מכשירים כוללים מעגלי הגנה פנימיים, פשט עיצוב חיצוני.כאשר נדרשת הגנה חיצונית, בחירה זהירה של רכיבי הגנה ושיקול של ההשפעות שלהם על שלמות האות הוא חיוני.

המונחים: Voltage Configuration

רוב מגברי ההנעה כוללים קלט מתח הפניה שמציב את מתח הפלט כאשר קלט שונה הוא אפס. קלט הפניה זה מספק גמישות עבור שינוי שינוי ומאפשר את הפלט להיות ממוקם באופן אופטימלי בתוך טווח הפלט הזמין.

הפחתת ההתייחסות משתנה בין עיצובים שונים של מגבר מכשיר.כמה מכשירים מציגים תנופה גבוהה בקלט ההתייחסות, ומאפשרת לו להיות מונע על ידי מפיץ התנגדות פשוט. אחרים דורשים מקור התייחסות להפחתה נמוכה, ניכוי מגבר buffer או התייחסות מדויקת.גליון הנתונים צריך להיות מייעץ כדי לקבוע את המקור המתאים למכשיר ספציפי.

ביישומים חד-פעמיים, מתח ההתייחסות מוגדר בדרך כלל באמצע-הכולה כדי למקסם את התנופה הפלט הזמין עבור אותות דו קוטביים. עבור יישומים דו-חמצני, ההתייחסות קשורה לעתים קרובות לאדמה, וכתוצאה מכך פלט דו קוטבי ממוקד באפסוטים.

קלבריה וטרימינג

גם עם מגברי מכשירים מדויקים, כמה יישומים עשויים לדרוש קליברציה כדי להשיג דיוק מקסימלי.מתח Offset, קבל שגיאות, ו CMRR יכול להיות מכווץ כדי לשפר את הביצועים מעבר למפרטים הראשוניים של המכשיר.

חיתוך Offset ניתן להשיג על ידי הזרקת מתח תיקון קטן ב קלט ההתייחסות או על ידי התאמת האיזון של שלב קלט.השגת טרייגה בדרך כלל כרוך התאמת התנגדות רווח או הוספת התנגדות משולש קטן בסדרה או במקביל עם זה. CMRRmming, כאשר הכרחי, בדרך כלל דורש התאמה של יחס ההתנגדות בפלט מגבר.

מערכות מודרניות לעתים קרובות להעסיק טכניקות שימור דיגיטליות שבו שגיאות התחלה והשגת שגיאות נמדדות ומתוקנות בתוכנה לאחר המרה אנלוגית-לדיגיטלית. גישה זו מבטלת את הצורך בטריוט ידני ויכולה לפצות על שינויים הנגרמים בטמפרטורה באמצעות החלמה תקופתית.

שיקולי טמפרטורה

וריאציות טמפרטורה משפיעות על ביצועי מגבר כלי באמצעות מספר מנגנונים.לחיצת מתח, סחף, וירידה CMRR משתנה עם טמפרטורה.הבנת תלות טמפרטורה זו חיונית ליישומים הפועלים על פני טווחי טמפרטורה רחבים.

מתח Offset סחף, בדרך כלל שצוין microvolts לכל תואר Celsius, גורם למתח הפלט להשתנות כמו הטמפרטורה שינויים גם כאשר הקלט נשאר קבוע. סחף זה יכול להיות מצמצם על ידי בחירת מגברי מכשירים עם משככי טמפרטורה נמוכה coefficients ועל ידי יישום טכניקות פיצוי טמפרטורה במידת הצורך.

קבל את התוצאות של שינויים תלויים טמפרטורה ערכים מנוגדים ומאפייני מגבר.שימוש בהתנגדות עם משככי טמפרטורה מתאימים coefficients ובחירת מגברי מכשירים עם מפרטים נמוכים של עלייה נמוכה סחף עוזר למזער את ההשפעה הזו. עבור יישומים קריטיים, חיישנים טמפרטורה ותגמול תוכנה יכול עוד להפחית שגיאות הנגרמות טמפרטורה.

בעיות נפוצות

Unexpected Voltage

מתח מופרז בפלט כאשר קלטות קצרות יחד יכול לגרום ממספר גורמים.הטיה אינput זרמים זורם דרך חוסר איזון מקור יוצר מתחים מרתיעים. Ensuring מקורות מאוזן או הוספת מתנגדים פיצוי יכול לפתור בעיה זו.

מתחים הירומאלקטריים שנוצרו בצומת מתכת דיסימיים בנתיב האות יכולים גם לתרום לשגיאות מהתפרצות, במיוחד ביישומים של מדידה ברמה נמוכה.שימוש בלוקים מסוף אחרמי, למזער את מספר המתכות השונות במסלול האות, ולהבטיח איזון תרמי מסייע להפחית את ההשפעות התרמואלקטריות.

לולאות קרקעיות, שבו קשרים קרקעיים מרובים יוצרים זרמים זורמים, יכולים להציג מתחים ורעשים מלמטה ו- הטמעת אותות חד-פעמיים מתאימים תוך שימוש באות שונות לאורך שרשרת המדידה מצמצם את השפעות לולאה הקרקע.

אובססיה וחוסר יכולת

הגדלת המזהמים יכולה להפוך לבלתי יציבה ונוקבת בתנאים מסוימים.טעינה קפקטית בפלט היא סיבה נפוצה לחוסר יציבות.הוספת סדרה קטנה מתנגדת (בדרך כלל 50-100 הומס) בין הפלט המגבר והעומסים הקפיקטיים מסייע לשמור על יציבות על ידי בידוד הפלט מן העומס הקפיטלטיבי.

אספקת החשמל הבלתי צפויה יכולה לאפשר תנודות גבוהות של חנקות. Placing קרמיקה (בדרך כלל 0.1 μF) קרוב ככל האפשר לערכת אספקת החשמל מספק את החסימה הגבוהה הנדרשת.

משוב באמצעות קיבולת פרציטי או אינדוקציה בפריסה PCB יכול לגרום לאי יציבות. פריסה קפדנית עם עקבות קצרים, ישיר וקרקע נאותה ממזער את ההשפעות הטפיליות הללו.המשך של סימנים קלט גבוהה הרחק מן הפלט ולשמור סימטריה במסלולי קלט שונים מסייע למנוע משוב לא רצוי.

ביצועים CMRR

כאשר מדד CMRR נופלת ללא מפרט נתונים, כמה גורמים עשויים להיות אחראים. Resistor לא מתאים בשלב המגבר של התפוקה הוא גורם עיקרי של CMRR. לבדוק כי יחסי התנגדות הם בדיוק מתאימים ולהשתמש מתנגדים דיוק עם סובלנות הדוקה כתובות בעיה זו.

מוטציות ממקור לא מאוזנות יכולות להזיז CMRR על ידי המרת אותות משותפים אותות שונים.מבטיח כי שני קלטים רואים את אותו מקור עכבות, כולל כל התנגדות הגנה סדרה או רכיבי סינון, שומר על ביצועי CMRR.

בתדרים גבוהים יותר, קיבולים טפיליים ו אינדוקטיבציות בנתיב האות יכולים לגרום להידרדרות CMRR. Symmetric routing של עקבות קלט שונות, צמצום אורךי עקבות, ולהימנע מחוסר איזון קיבול מסייע לשמור על CMRR בתדרים גבוהים יותר.

רעש מופרז

כאשר רעש פלט עולה על הציפיות, זיהוי מקור הרעש הוא הצעד הראשון לקראת ההחלטה. רעש רצוי מגבר ההנעה עצמו קובע רצפת רעש בסיסית. בחירת מכשירים עם מפרט רעש נמוך יותר או צמצום רוחב פס באמצעות סינון יכול לשפר את יחס אותות לרעש.

רעש עמיד, במיוחד ממתנגדים בעלי ערך גבוה בנתיב האות, תורם לרעש המערכת הכולל.שימוש בערכי התנגדות נמוכים יותר, שבהם ניתן או לבחור סוגים של התנגדות נמוכה מפחיתה את התרומה הזו.ערך ההתנגדות לרווח משפיע על ביצועי הרעש, עם ערכים נמוכים יותר בדרך כלל מייצרת פחות רעש.

רעש חיצוני באמצעות שיטות הגנה לא מספיקות או מקרקעות גרועות שולטות לעתים קרובות במערכות מעשיות. יישום מגן הולם, באמצעות כבלים מעוותים עבור אותות שונים, ולהבטיח חיבורים קרקעיים נקיים, נמוכים באופן משמעותי מפחית את איסוף הרעש החיצוני.

דוגמאות למניעה

גשר סטרין Gauge Bridge Amplifier

מגבר גשר מתח מדגים יישום מגבר מכשיר קלאסי.תצורת גשר החיטה מייצרת מתח שונה קטן יחסית למתח, בדרך כלל כמה מ"ל בסקאלה מלאה.הגשר פועל במתח מוגדל משותף, בדרך כלל חצי מתח הציטוט.

מגבר המכשיר חייב לספק מספיק רווח כדי להגדיל את פלט הגשר כדי להתאים את טווח קלט ADC תוך שמירה על תנופה גבוהה קלט כדי להימנע לטעון את הגשר. A רווח של 100-1000 אופייני עבור יישומי מדד זנים.הקלט ההתייחסות ניתן להשתמש כדי לבטל את הפלט כדי לחשב את חוסר איזון הגשר או כדי למקם את הפלט בצורה אופטימלית בטווח ADC.

מסנן נמוך לתפוקה של מכשיר המגבר מסיר רעש גבוה קידוד לפני דיגיטציה.תדירות הניתוק המסנן צריך להיבחר על בסיס דרישות רוחב הפס של המדידה תוך מתן דחיית רעש נאותה.עבור מדידות סטטיות או לאטות משתנות, תדרי חיתוך של 10-100 הרץ נפוצים.

עיצוב החזית-סוף

רכישת אלקטרוקרדיגרמה (ECG) מציגה אתגרים ייחודיים כי מגברי מכשירים מתאימים היטב לכתובת. אותות ECG נע בין כ-0.5 ל-4 מ"ר באמפורה ומכילים רכיבים בתדר מ 0.05 ל-150 הרץ. אותות קטנים אלה חייבים להיות נמדדים בנוכחות של התערבות נפוצה בהרבה מקווי חשמל ומקורות אחרים.

המגבר מכשיר מספק את ה-CMRR הגבוה הדרוש כדי לדחות התערבות משותפת עם הגדלת אות ECG השונה.רווח של 500-1000 מביא את אות ECG לרמה המתאימה להמרות אנלוגית-דיגיטלית. אימפולס קלט גבוה מצמצם את העומס על ממשק אלקטרודה-skin, אשר יכול להיות מכווצים החל מ-K עד כמה ליטרים למספר מ"מ.

הגנה על אינput היא קריטית ביישומים רפואיים כדי להגן על המטופל ועל סדרת האלקטרוניקה. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ההגנת .ההגנת .ההגנת .ההגנה על .התנגד .התנגד .הסדרה .ההגנה על .התערערערערערערערערעוריעה"הגנה על ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מערכת המדידה של ה-rmocouple

מערכות המדידה של המrmocouple דורשות תכנון זהיר כדי להשיג מדידות טמפרטורה מדויקות.האורמולקים מייצרים כ-40-60 מיקרו וולט לדרגה Celsius, בהתאם לסוג התרמוסקופיל. אותות קטנים אלה דורשים רווח גבוה ורעש נמוך למדידה מדויקת.

המגבר המכשיר מספק את הרווח הדרוש תוך שמירה על תנופה גבוהה למזער שגיאות מהתנגדות חוט thermocouple. רווח של 100-500 הוא טיפוסי, המביא את אות תרמוקופיל לרמה המתאימה לדיגיטליזציה.פילטר נמוך ממסנן מסיר רעש גבוה קידוד תוך שמירה על המשתנים איטיים יחסית.

פיצוי צומת קר מהווה את הטמפרטורה בנקודה שבה חוטי thermocouple מתחברים למערכת המדידה.זה יכול להיות מיושם באמצעות חיישן טמפרטורה מדויקת ומיזוג אותות מתאים. כמה מגבר מודרני ICs כוללים פיצוי קר משולב, מפשט את העיצוב הכולל.

המונחים:

החישה הנוכחית באמצעות התנגדות מרעישה מייצגת יישום מגבר כלי משותף אחר.A קטן מתנגד ערכי בסדרה עם העומס מפתח מתח פרופורציה לזרם.מתח זה, בדרך כלל בטווח המילימטר, חייב להיות מוגבר תוך כדי דחיית המתח המשותף-מודד שניתן להציג מעבר לסף.

מכשיר ה-CMRR הגבוה של מגבר מאפשר מדידה מדויקת גם כאשר ההתנגדות העודנית אינה בפוטנציאל הקרקע.זה מאפשר חישה נוכחית גבוהה, שבו הליטוט ממוקם בין אספקת החשמל לבין העומס. המתח המשותף בתצורה זו יכול להיות גבוה למדי, פוטנציאל מתקרב למתח האספקה.

מגברי הנוכחית המתמחים, שהם בעצם מגברי מכשירים המתאימים ליישום זה, מציעים טווחי מתח משותפים מורחבים ותכונות אחרות המותאמים לחישה הנוכחית.מכשירים אלה מפשטים את החישה הנוכחית ביישומים כגון ניטור סוללות, בקרה מוטורית וניהול חשמל.

בחירת קריטריה והשוואה

פרמטרים מרכזיים לבחירה

בחירת המגבר המתאים ליישום ספציפי דורש הערכה של פרמטרים מרובים. דרישות CMRR תלוי ביחס של אותות חד-פעמיים-מו צפויים ביישום.יישומים עם מתחים נפוצים גדולים יחסית לאות שונה דורשים מפרטים CMRR גבוה יותר.

דרישות חסימה של אינקט תלויות במקור של החיישן או האות שנמדדו. מקורות ריכוז גבוה כגון חיישנים אדזואלקטריים או גשרים עמידים גבוהים דורשים מגברי מכשירים עם תנופה גבוהה מאוד למנוע השפעות טעינה וטעויות מדידה.

ביצועי רעש הופכים קריטיים ביישומים ברמה נמוכה.הרעש המועדף של מגבר מקבל להיות נמוך משמעותית מהאות נמדד כדי לשמור על יחס אות נאותה לרעש. דרישות בנדידת לקבוע את המוצר המינימלי של רווח פסוויד, במיוחד עבור יישומים מעורבים אותות AC או transients מהירים.

מגבלות מתח אספקת עשויים להיות מוטלות על ידי עיצוב המערכת הכולל.יישומים המופעלים על ידי סוללה לעתים קרובות דורשים הפעלה דלת-voltage, בעוד יישומים תעשייתיים עשויים להשתמש ±15V סטנדרטי. טווח הקלט הנדרש ומופע הפלט חייב להיות זמין בתוך מתח אספקה זמין.

עלויות לעומת ביצועי המסחר

הגדלת הגדלה משתרעת על מגוון רחב של רמות ביצועים ועלויות. מכשירים למטרות כלליות מציעים ביצועים טובים בעלות מתונה, מתאים עבור יישומים תעשייתיים ומדידה רבים.אלה בדרך כלל מספקים CMRR של 80-100 dB, מוטציות קלט של מאות megohms, ורמות רעש של 10-50 nV / הרץ.

מכשירים מוקדמים מספקים מפרטים מעולים בעלות גבוהה יותר.מכשירים אלה תכונה CMRR מעל 120 dB, מוטציות קלט בטווח teraohm, ורמות רעש מתחת 10 nV / ⁇ Hz. הם מתאימים ליישומים תובעניים כגון מכשיר רפואי, דיוק, מדידה מדעית שבו נדרשת דיוק מקסימלי.

עבור יישומים רגישים בעלות דרישות פחות מחמירות, בניית מגבר מכשיר דיסקרטי מגבר תפעולי אינדיבידואלי ומתנגדים מדויקים עשוי להיות כלכלי.עם זאת, גישה זו דורשת בחירה של רכיב זהה והתאמה לביצועים מקובלים, ייתכן שלא יהיה יעיל עלות כאשר שוקלים הוצאות איסוף ובדיקה.

אינטגרציה מול דיסקטרציה

ICs monolithic ICs זמינים לעתים קרובות והם מועדים לבניית אחד מתוך משככי בודדים, שכן הרכיבים הפנימיים יהיו מתאימים היטב. אלה IAs יכול להיות CMRR מעל 100 dB ומתח מצטבר עד 10,000 ×.הרכיב העליון תואם achievable מעגלים משולבים תוצאות ביצועים טוב יותר CMRR ויציבות יותר בהשוואה להטמעה דיסקרטיבית.

יישום דיסטרופי מציע גמישות בהתאמה אישית של תכונות ביצועים ועשוי להיות נחוץ כאשר דרישות ספציפיות לא ניתן לעמוד על ידי מכשירים משולבים זמינים.עם זאת, השגת CMRR גבוה עם רכיבים דיסקרטיים דורש בחירה זהירה והתאמה, עלייה בעלויות ומורכבות.

עבור יישומים prototyping או נמוך כרכים, יישומי דיסקרטי מאפשרים ניסויים עם תצורה שונה וערכי רכיב. עבור עיצובי ייצור, מגברי כלי משולבים בדרך כלל מציעים ביצועים טובים יותר, גודל קטן יותר, ועלויות נמוכות יותר כאשר הרכבה ובדיקה נחשבים.

מגמות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

שיפור דיגיטלי ומניפסט חכם

מגברי מכשירים מודרניים יותר ויותר משלבים תכונות דיגיטליות שמשפרות את הפונקציונליות ואת עיצוב המערכת הפשטות.רווח הניתן לתוכנה שליטה על הדגימה ללא רכיבים חיצוניים, המאפשרות מיזוג אותות הסתגלות ומדידות מרובות טווח מעיצוב חומרה יחיד.

ממירים אנלוגיים-דיגיטליים משולבים את מגבר המכשיר ו- ADC בחבילה אחת, צמצום ספירת הרכיב ופשטת עיצוב.פתרונות משולבים אלה כוללים לעתים קרובות סינון דיגיטלי, קליברציה וממשקי תקשורת, יצירת תת-מערכת משנה של התנית אותות שלמים.

יכולות של איכות עצמית מאפשרות למגברי מכשירים לפצות באופן אוטומטי על ההתחלה, להשיג שגיאות, ולהתרחק ללא התערבות חיצונית.זה משפר את הדיוק ולהפחית את דרישות בדיקת הייצור, במיוחד יקר ביישומים בעלי ערך גבוה.

כוח ואנרגיה - דרישות מזעזעות

התפוצה של רשתות חיישן אלחוטיות ואינטרנט של דברים (IoT) מניעה דרישה למכשירים אולטרה-נמוכים.המכשירים המודרניים להשיג זרמי ⁇ תת-מיקרו-אמפרי תוך שמירה על ביצועים טובים של רעש, המאפשרים הפעלה מופעלת סוללות במשך שנים או אפילו עשורים.

יישומים אנרגיה-harvesting, שבו כוח הוא מתפתל ממקורות הסביבה כגון רטט, אור או ⁇ תרמי, דורשים מגברי כלי שיכול לפעול ממתחים נמוכים מאוד ומכשירים מיוחדים מינימליים שנועדו לביצועים איזון אלה נגד צריכת חשמל כדי למקסם את חיי הסוללה או לאפשר הפעלה ללא סוללה.

אדריכלות מתקדמת

ארכיטקטורות חדשות מגבר ממשיכות להופיע, מתייחס למגבלות של עיצובים מסורתיים. צ'ופר-היציבות המגבר מקבל מתח נמוך מאוד מהתפרצות וסחף על ידי הפעלת אות קלט, הגדל אותו, ולאחר מכן להרוס את הפלט.טכניקה זו כמעט מבטלת שגיאות DC, המאפשרת דיוק ללא קלמנטציה תקופתית.

מגברי אפס אוטומטי משתמשים בטכניקות להחלפת-capacitor כדי לדגום ולבטל שגיאות שלא להתחיל באופן קבוע.מכשירים אלה משלבים את היתרונות של ייצוב חיתוך עם רוחב פס רחב יותר, מתאים ליישומים הדורשים גם ירידה נמוכה וגם תגובה מהירה.

מכשיר נוכחי מגבר אותות תהליך כמו זרמים ולא מתחים, המציע יתרונות ביישומים מסוימים.מכשירים אלה יכולים להשיג טווח דינמי רחב מאוד ועשויים להיות פחות רגישים לאספקת וריאציות מתח מאשר עיצובים מסורתיים של מתח.

הנחיות שימוש

עיצוב אספקה

עיצוב אספקת חשמל תקין הוא היסוד להשגת ביצועים אופטימליים של מגבר כלי.מתחים אספקה חייב להיות נקי ויציב, עם רעש נמוך וקצב מינימלי.ריגולטורים קואר בדרך כלל לספק כוח נקי יותר מאשר מעבר הרגולטורים, אם כי שינויים מודרניים עם סינון מתאים יכול גם לספק ביצועים מקובלים.

ציפויים Decoupling צריך להיות ממוקם קרוב ככל האפשר כדי את המכשור amplifier כוח סיכה. שילוב של קרמיקה קפצוגות עבור עקיפה גבוהה (בדרך כלל 0.1F) ו אלקטרוליטי או טנטלום capacitors עבור אחסון אנרגיה רב (10-100 מיקרוF) מספק יעיל מפעוט על פני טווח רחב.

עבור יישומים דו-חמצני, הן אספקה חיובית ושלילית דורשות תשומת לב שווה ל decoupling ותקנה. סימטריה מתח אספקת החשמל משפיעה על מתח מהתפרצות ו CMRR, כך שמירה על מתחי אספקה מאוזנים משפרת את הביצועים. חלק מהיישומים נהנים מאספקת חשמל אנלוגיה ודיגיטלית כדי למנוע החלפת רעש דיגיטלית מהפיכה לתוך מעגלים אנלוגיים רגישים.

אסטרטגיה מבוססת

אסטרטגיה מבוססת משפיעה באופן משמעותי על ביצועי מגבר כלי, במיוחד במערכות עם לוחות מעגלים מרובים או תת-מערכתיות. חד-נקודות ריצוף, שבו כל חיבורי הקרקע בסופו של דבר קושרים יחד במיקום אחד, מצמצם לולאות קרקעיות ואת הרעש המשויך ושגיאות מלמטה.

כוכבים מעומקים, גרסה של חד-פעמי קרקע, מסלולים נפרדים עקבות קרקע מכל פרק מעגלי לנקודה מרכזית ריצוף.זה מונע זרמים גבוהים בחלק אחד מיצירת טיפות מתח בנתיבים קרקעיים משותפים עם מעגלים רגישים.המגבר המגבר והעיגול הקלט המשויך שלו צריך להיות עקבות קרקע ייעודי לנקודת הכוכבים.

במערכות בעלות חתימה מעורבת המכילות גם מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, המפרידים מטוסים אנלוגיים ודיגיטליים ומקשרים אותם בנקודה אחת מונעת מזרםי מעבר דיגיטליים לזרום דרך נתיבי קרקע אנלוגיים.נקודת החיבור צריכה להיבחר בזהירות, בדרך כלל ליד אספקת החשמל או בממיר אנלוגי אל-דיגיטלי.

המונחים: Signal Conditioning

מיזוג אותות אינput מכין אותות חיישן עבור ביצועים אופטימליים מכשיר מסנן נמוך על קלט מסיר רעש גבוה קידוד כי יכול alias לתוך רוחב הפס או לגרום הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) בעיות. תדירות סינון צריך להיות נבחר על בסיס רוחב הפס אות תוך מתן הפחתה נאותה של רכיבים גבוה לא רצוי.

עבור יישומים AC-coupled, קבלני הפיכה לחסום רכיבי DC בעת העברת אותות AC.הערכים של capacitor הפיכה חייב להיות גדול מספיק כדי לשמור על תגובה נמוכה נאותה קידוד תוך מתן בלוק DC. מסלולים להטיה הנוכחית יש לספק כאשר ACling משמש, בדרך כלל באמצעות התנגדות לקרקע או מתח הפניה.

הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) סינון עשוי להיות נחוץ בסביבות תעשייתיות או כאשר ריצות כבל ארוכות מעורבים. Common-mode נחנק, אשר מציג תנופה גבוהה לסימנים הנפוצים, תוך העברת אותות שונים, ביעילות להפחית את ה-EMI. Ferrite beads על קווי קלט לספק סינון גבוה נוסף.

המונחים: Signal Processing

תנאי עיבוד אותות של המכשיר פלט מגבר עבור שלבים הבאים כגון המרה אנלוגית-ל-דיגיטלית או ציוד הקלטות.פילטרים נגד הפליטה למנוע רעש גבוה ⁇ מתקפל בחזרה לתוך רוחב הפס המדידה במהלך דיגיטציה.הפילטר צריך להיות תדירות חיתוך מתחת לחצי קצב הדגימה עם מספיק אטמומנט בפס.

מגברי Buffer עשויים להיות נחוצים בעת נהיגה בכבלים ארוכים או עומסים נמוכים. בעוד שמגברי מכשירים בדרך כלל יש תנופה נמוכה של פלט פלט, הוספת חיץ מונע השפעות טעינה שיכול להציג שגיאות או חוסר יציבות. Unity-gain buffers עם יכולת פלטה של רכבת-להירזה להבטיח את טווח הפלט המלא של מגבר כלי נשמר.

שינוי ברמת הפלט עשוי להיות נדרש להתאים את טווח קלט של מעגלים עוקבים.זה יכול להתבצע באמצעות קלט ההתייחסות של מכשיר המגבר או דרך מעגלים מסיכום חיצוני. עבור מערכות חד פעמיות הפונה עם אותות דו קוטביים, שינוי טווח עד אמצע-הכיממקסם טווח דינמי.

בדיקות ואימות

בדיקות תורודות כי מעגל המגבר של המכשיר עונה על דרישות ביצועים. בדיקות מתח Offset עם קלטות קצר יחד מגלה שגיאות DC שעלולות להשפיע על דיוק מדידה.ההתחלה המדוייקת צריכה להיות בהשוואה למפרט, חשבונאות עבור תרומות מגבר מכשיר, זרמי קלט, ואפקטים תרמואלקטריים.

קבל בדיקות דיוק חל מתח קלט שונה ידוע ומדגיש את הפלט כדי לאמת את ההגברה הנכונה. רמות קלט מרובות בטווח הצפוי יש לבדוק כדי לבדוק לינאריות.קבל שגיאות צריך להישאר בתוך גבולות מקובלים על פני טווח קלט מלא וטמפרטורה הפעלה.

בדיקת CMRR חלה מתח משותף לקלטים בעת ניטור הפלט עבור פריצת דרך אות נפוצה-מודדת.המבחן צריך להתבצע ב- DC וב תדרי AC הרלוונטיים, כמו CMRR בדרך כלל מידרדר בתדרים גבוהים יותר. Measured CMRR צריך לעמוד או לעלות על המינימום הנדרש עבור היישום.

בדיקת רעש מאפיין את רצפת הרעש של המערכת ואת יחס אות-לא-מס. עם קלטות קצרות או הסתיימו במניעת המקור הצפויה, רעש פלט נמדד על פני רוחב הפס האות. הרעש הנמדד צריך להיות עקבי עם חישובים המבוססים על מפרט מגבר כלי רכב ותרומות חיצוניות.

משאבים ולמידה נוספת

למהנדסים המבקשים להעמיק את הבנתם של מגברי כלי, משאבים רבים זמינים.הרישום של היצרן מספק הדרכה עיצוב מפורט, דוגמאות עבודה ופתרון טיפים ספציפיים למוצרים שלהם.חברות כמו FLT:0Analog מכשירים FLT:1, FLT:2Texas InstrumentsFLT 3: ויצרנים אחרים לשמור על ספריות נרחבות של תיעוד טכני.

תקני תעשייה וטקסטים ההתייחסות מציעים כיסוי מקיף של תורת המגבר והיישומים. ארגונים מקצועיים כגון IEEE מפרסם מאמרים על ארכיטקטורות מתקדמות של מכשירים ויישומים. קהילות ופורומים מקוונים מספקים פלטפורמות לדיון אתגרים יישום מעשי ושיתוף חוויות עיצוב.

כלי סימבול מאפשרים אימות וירטואלי וביצועים לפני בניית חומרה. סימולטורים מבוססי SPICE עם מודלים מדויקים של מגבר כלי המאפשר למעצבים להעריך ביצועים מעגליים, אופטימיזציה ערכי רכיב, לזהות בעיות פוטנציאליות. יצרנים רבים מספקים מודלים SPICE עבור מוצרי המגבר כלי שלהם.

לוחות הערכה וערכת פיתוח מאיצים את תהליך העיצוב על ידי מתן עיצובים מוכחים.לוחים אלה מאפשרים ניסויים על ידי עם תצורה שונה תנאי הפעלה, עוזר למעצבים להבין שיקולים מעשיים שאולי לא ניתן להבחין בהם מגלי נתונים בלבד.

מסקנה

מגברי בידוד מייצגים אבני בניין חיוניות במערכות מדידה מודרנית וחיישנים.שילוב ייחודי של אימפולס קלט גבוה, דחייה משותפת מעולה, רעש נמוך, ובקרת רווח מדויקת הופך אותם הכרחיים עבור יישומים הדורשים שיפור מדויק של אותות שונים קטנים בנוכחות מתחים נפוצים.

הבנת העקרונות הבסיסיים, מפרט מפתח ושיקולי יישום מעשי מאפשרת למהנדסים ליישם ביעילות את מגברי מכשירים ביישומים מגוונים החל ממכשור רפואי לשליטה בתהליך תעשייתי.תשומת לב נכונה לתכנון אספקת חשמל, ריצוף, מגן, ובחירת רכיב מבטיחה כי מלוא הפוטנציאל של ביצועים של מכשירים מדויקים אלה הוא הבין.

בעוד הטכנולוגיה ממשיכה להתקדם, מגברי מכשירים מתפתחים כדי לעמוד בדרישות מתעוררות לצריכת חשמל נמוכה יותר, שילוב גבוה יותר, ופונקציונליות משופרת. בין אם יישום ממשק חיישן פשוט או מערכת רכישה נתונים מתוחכמת, מגברי מכשירים מספקים את התניה המדויקת הנדרשת למדידות מדויקות ואמינה בסביבות מאתגרות.

על ידי ביצוע ההנחיות ושיטות הטובות ביותר המפורטות במדריך מקיף זה, מעצבים יכולים ליישם בהצלחה מעגלי מגבר כלי רכב העונים על דרישות היישום הספציפי שלהם תוך הימנעות ממלכודות נפוצות והשגת ביצועים אופטימליים.