Aktif retifiers modern elektroniklerde temel bileşenlerdir, özellikle de ultra-düşük gerilim sinyallerinin tespitini gerektiren uygulamalar için. Geleneksel diyot tabanlı retifiers genellikle çok düşük gerilimlerde başarısız olur, çünkü enerji hasat sistemleri, biyomedikal sensörler ve kablosuz iletişim cepheleri için 0.7 volta kadar, bu sınırlamayı aşmak için 0,3 volta kadar şarj edilebilir.Bu gerilimler, milisli bir sinyale sahip olduğunda, aktif bir şekilde geri dönüşe ulaşamaz.
Aktif Rectifiers'a giriş
Aktif retifiers, birkaç milivoltaik ölçüm sistemleri ve düşük güç uygulamaları için ideal hale getirmek için operasyonel yükselteçleri kullanır.Bu, yarı iletken bir amplifiğe ve anahtarlamalara bağlı olarak sinyallerin doğru tekrarlanmasına izin verir.Bu, aktif olmayan bir elektronik bağlantı kurma özelliklerine dayanan, aktif olmayan bir şekilde, her türlü mikro-dönüşümete 100 m üzerindeki baskıya neden olabilir.
Temel işlem, giriş gerilimini bir referansa kıyasla karşılaştırır (genellikle zemin). girişin istenen kutuplulukta referansı aştığında, af amp amplifikatör (MOSFET veya BJT) geçişine yol açar, girişin tam olarak doğrultılmasına izin verir.
Op Amp-Based Active Rectifiers
Ana tasarım, akrep amplitüdünün geri dönüşü ile birlikte dönüştüğünün kontrolünün bozulmasıyla birlikte döndürür.En basit form yarım dalga gericidir. Tipik olmayan bir yapılandırmada, giriş sinyali, amplifiğe giriş yapmadan uygulanır.A diyot geri dönüş sırasında, amplifiğe yerleştirilmiştir.
Tam dalga rehikasyonu için, daha sofistike bir topoloji gereklidir.Bir ortak yaklaşım iki af amplif kullanır: ilk performans yarım dalga yeniden birleştirilir, ancak amplifler ve ikinci devreler genellikle "precision rets" olarak adlandırılır, çünkü giriş dalgasının tam şeklini korurlar.
Bir başka anahtar tasarım prensibi, geleneksel anlamda bir gerilim düşüşü değil, çünkü onlar bir şarj transistasyon (R) [Dönetici:0) [Uygunluk: 0,2) Bu direnç, birkaç milis olarak düşük olabilir, çünkü sabit bir eşiğine karşılaştırıldığında, sabit bir eşleme için daha fazla gerilime neden olur.
Half-Wave Active Rectifier Devre Analizi
Göstermek için, basit bir yarı dalga aktif bir gerilemeyi tek bir af ve N kanallı MOSFET ile göz önünde bulundurun.Temple yapılan girişler olumlu olduğunda, amplif çıkışının kaynağı yüksek, MOSFET'ye doğru ilerler.
Full-Wave Active Rectifier Design
Tam dalga aktif retifier, girişin mutlak değeri olarak fark edilebilir. Bir alternatif ve daha kompakt tasarım, mucit ağı ile bir artırılmış a amplifiğe sahip bir amplifiğe dönüşür ve ikinci af amp amp amplifikatör olarak da bilinir.Bu devre aynı zamanda "precision-yo-yoğuk" ve birkaç yüz kilolu arsa ile frekansları ele alır.
ultra-düşük gerilim sinyalleri için tasarlandığında, özel dikkat, güç tedarikine ödenecektir. Af amp'in kendisi sinyal amplitüdünün altında bir tedarik gerilimi daha yüksek gerektirir. 100 mV'nin altındaki sinyalleri için, Texas Instruments OPA333 veya Analog cihazlar gibi tek bir amplif. ancak, demiryolu-çi-rayın giriş / afrika işlemle birlikte tek yönlü bir şekilde yüklenebilir.
Tasarım Challenges and Solutions
ultra-düşük gerilim aktif retifier tasarlamadaki en önemli sorunlardan biri, çok düşük sinyal seviyelerinde doğruluk ve istikrar sağlamaktır. Gürültü, giriş önyargı akımları ve dengeleme gerilimleri önemli ölçüde performansları etkileyebilir. Bu zorlukları ve mitigations'leri kıralım.
Giriş Offset Ger
Op ampsiyonlar, LTC1052 veya MAX4238 gibi, 10 mV sinyalinin %10 hatayla sıralandığı gibi, eksperatif olarak, ekstelenmiş devreler kullanılarak 10 mV sinyalinin de kullanılabileceği küçük bir DC dengeleme gerilimi vardır.For example, a 10 mV sinyali. Solutions using chopper-stabilized (auto-zero) op amps that Regular correct scheduling schedule, such as LTC1052 or MAX4238, which have alternative, outside μV results in a 10% error.
Giriş Bias Current
Bipolar op amps, küçük DC akımının girdilere ihtiyacı vardır, bu nedenle ultra-düşük gerilim algılaması ile bir CMOS amp örneği olarak düşük önyargılı ve düşük gürültü ile.
Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü Gürültü
Düşük frekanslı (/f) gürültü ve termal gürültü, hassas düğümler etrafında korumalı kümeleri gizleyerek, RC ağlarıyla yeniden yapılandırılabilir amplitüdlümleri de 1/f gürültüyü azaltabilir. Filtrelenen yüksek frekanslara kadar filtrelemek için bakımlı bir düzen ve dijital temellerle bakımlı ayar, daha fazla gürültü toplanabilir.
Stability and Stage Margin
Aktif retifiers genellikle geri dönüş için kararsız hale gelebilir ve aparatın çıkışı ile seriye yerleştirilebilir.Afganlık ve aparatlamanın geri çekilmesine neden olabilir.Bu, yüksek frekanslı yüzüğü telafi etmek için bir kutup oluşturabilir.
Güç Supply Rejeksiyon
Af amp'in tedarik gerilimi sinyalden çok daha yüksek olduğundan, güç tedariki gürültüleri sinyal yolunda çift olabilir. Low-drop (LDO) yüksek PSRR (güç tedarik oranı) ile düzenleyiciler, ek olarak, kapasitörler (0.1 μF seramik ve 10 μF elektrolitik) af amplifikatörleri ile uyumlu olmalıdır.
Kazanılan Derece
Doğru bileşenleri seçmek ultra düşük gerilim seviyelerinde istenen performansı elde etmek için kritiktir. Aşağıda ayrıntılı bir kılavuz vardır:
- ADAD:0)Operasyonel Amplifiers:[Dönetici: · 1 ))[Dörtücükler için bakınız[Döneticileri için yüksek çözünürlükte olan bir yük devrede) (en az 1 inçlik yüksek çözünürlükte 100 kHz) Rail-to-ray giriş / ⁇ tek bir şekilde işlem için zorunludur.
- [FONT:0)Transistors:[DÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜ:0)[DÜye Olmayanlar: [DÜye Olmayanlar: 1) [DÜye Olmayanlar: [DÜye Olmayanlar İçindekiler: [DÜye Olmayanlar İçindekiler:0)[DÜye Olmayanlar İçindekiler (VNT)
- [FONT:0] Pasif bileşenler: [DÜDÜT:1] UseurFLT:2|Döncision direniciler [Döneticileri”), yüksek sızıntı nedeniyle sinyal yollarında 0.1% 0.1 tolerans ve düşük sıcaklık kattan kaçınılmalıdır. Metal film dirençleri için, yüksek sızıntı nedeniyle karbon filmi tercih edilir.
- [FONT:0)Diodes:[Döneticiler:[Döneticiler:) Eğer geri bildirim yolunda bir diyot kullanıyorsanız (örneğin, koruma veya önyargı için), Schottky diyotları düşük ileri gerilim (örneğin, BAT54) ile, aktif bir geri çekilmeyi en aza indirmek için.
Ultra-Low Gerilim Uygulamaları Aktif Rektörler
Bu retifiers, sinyal amplitüdlerin son derece küçük olduğu ve enerji verimliliğinin önemli olduğu çeşitli alanlarda kullanılır. Aşağıda uygulama örnekleri genişletilmiştir:
Enerji Tasarruf Sistemleri
Titreşimli enerji hasatında, pastazoelektrik transducers, birkaç milivolta sıcaklık veren birkaç milivolta AC gerilimi üretir; aktif reaktifler, TEG çıktısı ile bu sinyalleri yüksek verimlilikle yeniden belirleyebilir, depolama kapasitör veya batarya şarj eder. Benzer şekilde, termoelektrik jeneratörleri (TEGs) sıcaklık ile değişen DC gerilimler üretir; aktif reaktifler 20 mVücudunu artırmak ve düzenlemek için kullanılabilir.
Biomedical Instrumentation
Elektrocardiogram (ECG) ve elektroenseseogram (EEG) sinyalleri, minimum çözünürlükte küçük özellikler olmadan dalgalama şeklini korur.Inglisher ve 10-100 μV, aynı zamanda bu sinyallerin yeniden tanımlanması, dışlayıcıdan R-yoğun bir sinyalin geri alınması için de kullanılabilir.Seks, minimum çözünürlükte minimum 100 milisli çözünürlükte minimuma ihtiyaç duyar.
Low-Power Sensör Ağları
Ortam kaynaklarından enerji alan kablosuz sensör düğümleri, örneğin, pasif bir retifier (örneğin RF veya mekanik titreşim gibi) DC'ye dönüştürmek için verimli bir düzeltmeye ihtiyaç duyar. Aktif retifiers RF enerji hasatının hassasiyetini geliştirirken, düğümlerin bazı güçlerin kendi başına çalıştırmasına izin verir. Örneğin, pasif bir retifier hala birçok uygulama için olumludur.
RFID ve NFC Systems
Pasif RFID etiketlerinde, okuyucunun RF alanı, etiket anteninde küçük bir AC gerilimi tetikliyor. Bu gerilim, çipin gücünü sağlamak için yeniden tanımlanmalıdır.Saçlı yüksek gerilim kapasitesi ile her iki hız ve düşük yüksek antenlere ulaşmanıza izin verir.Buradaki zorluk hız: RFID sinyalleri 13.56 MHz veya daha yüksek, yeterli miktarda amplifiğe sahip amplifleri gerekli kılar. Bazı amplifatörler, her iki hız ve düşük yüksek çözünürlükte kullanabilir.
Aktif Rectifiers'in Simülasyonu ve Testleri
Fiziksel bir prototip inşa etmeden önce, simülasyon, devrenin ultra sağdaki davranışını doğrulamak için gereklidir. LTspice, PSpice veya Multisim gibi araçlar tasarımcıların gerçekçi denge gerilimi ile artırılmış ampsülmesini modellemesine izin verir, önyargı akımları ve gürültü. Anahtar simülasyon adımları şunlardır:
- [FONT=0)DC Sweep:[Dönetici:[Dönetici: 0,4,0) Sweep'in transfer fonksiyonunu gözlemlemek için giriş gerilimini geri almak için -100 mV'den +100 mV'ye kadar geri yükleme işlemine kadar sıfır olmalıdır.
- [FONT:0)Transient Analysis:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bir sinüsoidal girişini 10 mV olarak düşük olan 1 kHz'nin 10 kHz frekansına kadar 10 kHz. Çıktı dalgalama, dalgalama ve ortalama DC değeri.
- [FONT=0) Analiz: [Dönetici: [Dönder: 0 3) Tüm çıkış gürültüsünü hesaplayın.Grup-to-noise oranını sağlamak için bant genişliğine entegre edin (örneğin, 10 mV sinyali için 20 dB).
- [FONT=0)Power Analysis:[Dönetici:[Dönetici:0)) Mevcut af amplifüt miktarını ve retifier'in verimliliğinin sadece pasif bir çözüm üzerinden kullanılmasını doğrulamasını sağlamak.
Testler hassas ekipman gerektirir: düşük çözünürlükli bir sinyal jeneratörü, bir hassas oscilloskop (12-bit çözünürlük veya daha iyi), ve dengeleme için mikrovoltalı DC kaynağı.Uzmanlı kablolar ve bir zemin uçağı dış müdahaleyi en aza indirmek için.
Gelişmiş Teknikler ve Future Yollar
Aktif redüksiyon tasarımındaki son gelişmeler, aşırı yükleme olmadan çalışan ve geri yükleme işlemine geri dönmeden önce parametrik amplifikatörlerin kullanımını araştırıyor.Bir başka ortaya çıkan teknik, daha karmaşık hale getirmeden önce dönüştürücüler için yükleyici devreleri telafi etmek ve yükleyicileri artırmak için negatif şarj edici devreleri kullanıyor.For sub-10 mV sinyalleri için, araştırmacılar parametrik amplifikikasyon kullanımını araştırıyorlar.
Mühendisler pratik devreler tasarlarken, hibrit bir yaklaşım dikkate değer: Enerji hasat topluluğunda küçük bir ilk tedarik oluşturmak için pasif bir retifier kullanın, sonra gerilimi bir eşiğe ulaştığında aktif reaktif bir yeniden başlatmaya değer.Bu "kendi başına başlangıç" aktif reaktif bir retifier enerji hasat topluluğunda aktif bir araştırma konusudur.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Op amp tabanlı aktif retifiers, ultra-düşük gerilim sinyali algılaması için güvenilir bir çözüm sunuyor, diyot forward gerilim damlalarının temel sınırlarını aşarak, özellikle amp ve transistör-ve hassas amplifiğe giriş, önyargı, gürültü ve istikrar gibi tasarım zorlukların üstesinden gelmek, mühendisler, enerji hasat, biyomedikal cihazlardaki gelişmiş uygulamalar için uygun bir şekilde yeniden yapılandırma devreleri mümkün kılar ve düşük güç elektronikleri sürekli olarak geliştirir.