ממריצים פעילים הם מרכיבים חיוניים באלקטרוניקה המודרנית, במיוחד עבור יישומים הדורשים זיהוי אותות מתח אולטרה-נמוך. ממריצים מסורתיים המבוססים על דיודות לעתים קרובות נכשלים במתח נמוך מאוד עקב הירידה המתח קדימה של דיודות, אשר בדרך כלל סביב 0.6 עד 0.7 תנודות למגבלה אלחוטית באופן פעיל על ידי מ"ק-ממריצים" ו- 0.2 עד 0.3ts עבור diodes.

מבוא ל Active Rectifiers

ממריצים פעילים משתמשים במגברי הפעלה (op amps) כדי לחקות את ההתנהגות של דיודות ללא ירידה של מתח הקשורים צומת Semiconductor. זה מאפשר תיקון מדויק של אותות עם amplitudes כמו נמוך כמו כמה מילימטרים, מה שהופך אותם אידיאלי עבור מערכות מדידה רגישות ויישומים כוח נמוך לינארי.

הפעולה הבסיסית כוללת השוואת מתח קלט להקשר (לעתים קרובות קרקע) כאשר הקלט עולה על ההתייחסות בקוטב הרצוי, ה- mp מניע אלמנט מעבר (MOSFET או BJT) לתוך התנהגות, ומאפשר זרם לפלט.כאשר הקלט הופך את הקוטביות בתוספת קלטות לאחור, ה- mp מכבה את האלמנט העובר, חסום את התוצאה הנוכחית.

עקרונות עיצוב של Op Amp-based Active Rectifiers

העיצוב הליבה סובב סביב שליטה על מתג transistor או אנלוגי עם הפלט של mp. הצורה הפשוטה ביותר היא חצי גלית גלית. בתצורה טיפוסית לא מונעת, אות קלט מוחל על האותות הלא-המסומים של הדיוקן של הפלט לאחור הוא ממוקם בלולאה משוב, ואת הפלט נלקח מן הצומת של דיוד ומתנגד לדרגה חיובית, כאשר הוא מופעל על ידי הפחתת הדחף לתוך הנפח הוא מופעלת לתוך הנפח, כאשר הוא מופעלת לתוך הנפח הוא מופעלת לתוך הנפח הוא מופעלת לתוך הנפח, כאשר הוא מופעלת למטה, כאשר הוא מופעלת לתוך הנפח הוא מופעלת למטה, כאשר הוא מופעלת לתוך הנפח הוא הפוך.

עבור תיקון גלי מלא, טופולוגיה מתוחכמת יותר נדרשת.גישה נפוצה אחת משתמשת בשני תרחישים: הראשון מבצע תיקון חצי גלי על מחזור המחצית החיובי, בעוד השני מופנם וסוממים את האות כדי לשחזר את חצי מחזור שלילי. לחלופין, אחד-op-mp-mp-mp-mp-mp-mp-mp-mp-Gates di-Extultulating את המדורגים המלאים ניתן לבנות באמצעות ארבעה דיודות מסודרים בתצורה, אבל את המשתנים האלה עדיין נקראומים.

עקרון עיצוב מפתח נוסף הוא הבחירה של מעבר אלמנט. מתכת-חמצני-semiconductor שדה-אפקט טרנזיסטורים (MOSFET) מעדיפים יישומים מתח נמוך כי אין להם ירידה מתח קדימה במובן המקובל; במקום זאת, יש להם נטייה על-resistance (RFLT:0(on) משותף יותר מדי) התנגדות זו יכולה להיות נמוכה כמו כמה תצורה של זרם נמוך יותר מאשר t-Terv-Tern-Tern-T (מתאים) של צומת-T) באופן קבוע יותר מדי (בדרך כלל) נמוך יותר מאשר צומת-T) של צומת-T) אך ורק ל-T) של צומת-T (מתאים (מתאים (בדרך כלל נמוכה יותר מאשר t-T) של t-D) של t-DVT) נמוך יותר מאשר צומת-T) של צומת-T) של צומת-T) של יותר מדי (מתאים (בדרך כלל-T) של יותר מדי (מפרקטיקאינטרפולקטיבית (מפרקטיקאי נמוך יותר מאשר צומת-T) של צומת-T) של צומת-T) של צומת-T) של צומת-T) של צומת-T (בדרך כלל

חצי Wave Active Rectifier

כדי להמחיש, לשקול מתקן פעיל למחצה עם amp יחיד ו- N-channel MOSFET. ניקוז של MOSFET מחובר לפלט mp, המקור שלו לעומס, ואת שערו מונע על ידי ה- mp דרך תפוקה כבדה אפילו על גבי תצלום פגום. a משוב המחבר את המקור להדוף.

עיצוב Active Rectifier

מארגן פעיל גלי מלא יכול להיות מובן באמצעות שני אמפסים בתצורה לפעמים המכונה "עיגול קיצ'ין" לאחר הממציא שלה.המפ הראשון יוצר מתקן חצי גלי דיוק, ואת השני mp פועל כמו מוצץ מסכמת.הפלט הוא הערך המוחלט של קלט. חלופה וקומפקטי יותר משתמש סגסוגת אחת עם ארבע דידות ומתנגדת רשת מוגבלת, אבל גם מפצה זה הוא רק על ידי מרווחים של "מפוספס" הוא רק על ידי אדפט" רק כמה מאות.

בעת תכנון אותות מתח אולטרה-נמוך, תשומת לב מיוחדת יש לשלם לאספקת החשמל.האמפ עצמו דורש מתח אספקה גבוה יותר מאשר אות amplitude. עבור אותות מתחת 100 mV, amp חד פעמי פועל על 1.8 V או 3.3 V הוא נפוץ. עם זאת, מסילות רכבת-to-rail / ⁇ הם הכרחיים כדי להבטיח כי טווח קלט משותף כולל הקרקע ו 333 מכשירים מצוינים כמו 333 גרם מדרגות, או אנליזה מעולה, או אנליזה, 000.

אתגרים עיצוב ופתרונות

אחד האתגרים המשמעותיים ביותר בעיצוב ממריצים פעילים בלחץ נמוך הוא שמירה על דיוק ויציבות ברמות אות נמוכות מאוד. Noise, הזרמים של הטיה קלט, ומתחי ההתחלה יכולים להשפיע באופן משמעותי על הביצועים.

עקבו אחרי Voltage

ל- Op amps יש מתח קטן DC המופיע בקלט, בדרך כלל החל מ 1 μV עד 10 mV בהתאם לסוג. עבור אותות מתח נמוך, תחילת של אפילו 100 μV יכול להציג שגיאה בלתי מקובלת. לדוגמה, 10 mV אות עם 1 mV מ"ר עם 1 mV תוצאות שגיאה 10%. Solutions כוללים שימוש ב-au-to-zero (au-) am that be not to add off a 1xoutsoutsoutsoutsouts) אבל.2stams 1xoutsouts.

Input Bias Current

משככי כאבים דו קוטביים דורשים זרם DC קטן לתוך קלטות, אשר זורם דרך התנגדות מקור ויוצר טיפות מתח. עבור מקורות ריכוז גבוה, זה יכול ליצור שגיאה משמעותית. CMOS s יש הרבה יותר נמוך זרמים הטיה (picoamps) ולכן הם העדיפו עבור גילוי מתח נמוך יותר. OPA320 מ TI הוא דוגמה של CMOS CMOS אמפ עם הטיה נמוכה ורעש נמוך.

רעש

רעש נמוך (1/f) רעש ורעש תרמי יכול לטשטש אותות ברמה של מילימטר. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יציבות ושלב מרג'ין

ממריצים פעילים פועלים לעתים קרובות בלולאה משוב שיכול להיות בלתי יציב בגלל אי-לינאריות של אלמנט ההחלפה.שער MOSFET capacitance ואת הפלט של mp ליצור פול שעלול לגרום oscillation. כדי להבטיח יציבות, מתנגד קטן (למשל, 10-100 ⁇ ) ניתן להציב בסדרה עם phosmp, ופלט זה יכול להיות מכווץ כדי למנוע משוב גבוה.

כוח אספקה

מאחר שמתח האספקה של פומפ גבוה בהרבה מהאות, רעש אספקת החשמל יכול להיות יחד אל נתיב האות. נמוך-dropout (LDO) הרגולטורים עם גבוה PSRR (יחס דחיית כוח) יש להשתמש כדי לספק את האמפ.בנוסף, על ידי עקפים קפקאטורים (0.1 μF קרמיקה ו 10 מיקרוF אלקטרוליטי) קרוב לעוצמה של mp הם הכרחיים.

בחירה מתאימה

בחירת הרכיבים הנכונים היא קריטית להשגת הביצועים הרצויים ברמות מתח אולטרה-נמוך.למטה הוא מדריך מפורט:

  • (ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]
  • (ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]: [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]]]] [ה]]] אם [התחילה] [ב[[המאה ה-20], אם כי] ב[התחילה], ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]], [[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה-20]].

יישומים של Ultra-Low Voltage Active Rectifiers

ממריצים אלה משמשים בתחומים שונים שבהם amplitudes אותות הם קטנים מאוד, שבו יעילות האנרגיה היא רבת ערך.

מערכות אנרגיה

ביבול אנרגיה רטט, טרנספורמטיבי לייצר מתח AC של כמה מילימטרים לכמה מאות מ"ל וולט. a Active rectifier עם mp מפוס נמוך יכול לתקן את האותות האלה עם יעילות גבוהה, טעינה של מחיצת אחסון או סוללה.

Bioרפויה

(ECG) ואלקטרונספאולוגרם (EEG) אותות יש מגודות בטווח של 1-5 mV ו -10-100 μV בהתאמה.תיקון של אותות אלה נחוץ עבור מיצוי תכונה, כגון R-גילוי גלי ב ECGs. Active Retact Retifiers לשמור על צורת הגל ללא עיוות תכונות רפואיות, כגון קצב וספקי תיבות של תיקון מינימלי של קיבולת נמוכה:

רשתות חיישן בעוצמה נמוכה

משטחים אלחוטיים המסיקים אנרגיה ממקורות הסביבה זקוקים למתקנים יעילים להמיר מקורות AC (כמו RF או רטט מכני) לתוך DC. Active Retifiers לשפר את הרגישות של קצירת אנרגיה RF, המאפשרים צמתים לפעול במרחקים מעבר למה שמניחים פסיביים יכולים להשיג. לדוגמה, מחזר פסיבי דורש לפחות -20Bm (10μW) כוח קלט, בעוד פעיל יכול עדיין להשיג לעצמו קיבולת נמוכה יותר.

מערכות ה-NFC

בתגיות RFID פסיביות, שדה RF של הקורא גורם למתח AC קטן באנטנה תג.מתח זה חייב להיות משוחרר כדי לכפות את השבב. מריצים Active עם יכולת מתח נמוכה יותר לאפשר לתגים לפעול במרחקים לקריאה גדולים יותר או עם אנאנטנות קטנות יותר.האתגר כאן הוא מהירות: אותות RFID הם ב 13.56 MHz או גבוה יותר, הדורשים משככי כאבים עם מספיק כדי להשיג מוצרים נמוכים.

סימבול ובדיקה של מחוקקים פעילים

לפני בניית אבטיפוס פיזי, סימולציה היא חיונית כדי לאמת את התנהגות המעגל ברמות מתח אולטרה-נמוכות. כלים כמו LTspice, PSpice, או Multisim לאפשר למעצבים מודל אמפטים עם מתחים מרשימים, זרמים הטיה, וצעדי סימולציה רעש כוללים:

  • (FLT:0)DC סוויפ: 1FLT (Swiep) ,המתח הקלט מ -100 מ"ר ל +100 mV כדי לצפות בפונקציה של ההעברה.התפוקה צריכה להיות אפס עבור חצי ליניארי אחד עבור השני.
  • (FLT:0) Transient Analysis:FLT:1 החל קלט סינוסאיד עם amplitude נמוך כמו 10 mV בתדירות של 1 kHz ל 10 kHz. Measure the פלט waveform, rip, וממוצע DC. לבדוק עיוות במעבר אפס, אשר מציין החלפת מגבלות מהירות.
  • (FLT:0) Noise Analysis:FLT:1 ⁇ את צפיפות הרעש הכוללת של ספקטרום רעש. integrate over the רוחב הפס כדי להבטיח את יחס האות-to-noise מקובל (למשל, < 20 dB עבור אות 10 mV).
  • (FLT:0) Power Analysis:BuildFLT:1) מודד את הצריכה הנוכחית של האמפ ואת אלמנט ההחלפה כדי לאמת כי יעילותו של המאמת מצדיקה את השימוש שלה על פתרון פסיבי.

בדיקה על הספסל דורשת ציוד רגיש: גנרטור אות נמוך, אוקטילוסקופ מדויק (12-bit החלטה או טוב יותר), ומקור DC ברמה מיקרו-וולט לשקפת קלברציה מחוסנים ומטוס קרקע כדי למזער התערבות חיצונית. אספקת הכוח של פומפ חייבת לבוא מסוללה או הרגולטור ליניארי נמוך, לא לעבור, כדי למנוע הפיכה.

טכניקות מתקדמות וכיוונים עתידיים

שיפורים אחרונים בעיצוב רפטינג פעיל כוללים את השימוש של מעגלים קיבול שלילי על מנת לפצות על קיבולת פרציטי, ואת שילוב של ממריצים לתוך טכנולוגיית תהליך CMOS עבור מערכות אנרגיה-autonomous על שבב.טכניקה מתפתחת אחרת היא השימוש של ממריצים פעילים מחלף, אשר פועלים ללא מחנכים ויכולים להגביר את בעוד החלמה עבור אותות מ"10V, הם שימוש במורכבות, למרות שניתוח של שינוי, למרות שימוש באפקטים של שינוי, אם כימותת תפקוד, אם כי הם משתמשים באפקטים של שינוי תפקוד, אם כימותתולים, אם כימותרפיון, אם כימותרפיון, אם כי הם משתמשים באפקטים של ממריצים פעיל, אם כי הם סיבוכים, אם כימותתולים, אם כימותתולים, אם כי הם משתמשים באפקטים של ממריצים, אם כימותת, אם כימותתולים, אם כימותת תפקוד, אם כימות, אם כי הם משתמשים באפקטים של ממריצים פעילים, אם כימותת תפקוד, אם כימותת תפקוד, אם כימותתולים, אם כי הם משתמשים ב-cap-capperrepertifier, אם כי הם משתמשים באפקטים של ממריצים, אם כימותתולים

עבור מהנדסים עיצוב מעגלים מעשיים, כדאי לשקול גישה היברידית: להשתמש במאמת פסיבית כדי ליצור אספקה ראשונית קטנה עבור האמפ, ולאחר מכן לעסוק את המחזר הפעיל עבור יעילות גבוהה יותר ברגע שהמתח מגיע לסף.זה "מחדש" פעיל" הוא נושא של מחקר פעיל בקהילה קצירת האנרגיה.

מסקנה

קידוד פעיל מבוסס אמפ מספק פתרון אמין לגילוי אותות מתח אולטרה נמוך, מעל הגבול הבסיסי של טיפות מתח קדימה. על ידי בחירת רכיבים - במיוחד את המפוספס והחלפת transistor - ולטפל באתגרים עיצוב כגון מתח מכווץ, אותות נוכחיים, רעש ויציבות, מהנדסים יכולים לפתח מעגלים רגישים מאוד מתאים עבור יישומים מתקדמים בקוצר רוח, ביו-רפואי, טיפול רפואי, שיפור איטי של תכונות אופטיות איטיות של תאים מתקדמים.