Выбор подходящего усилителя

Независимо от того, имеете ли вы дело с маломощными интерфейсами датчиков, высокоскоростным сбором данных или прецизионными приборами, выбранный вами усилитель может существенно повлиять на способность вашей системы поддерживать целостность сигнала и общую производительность.
При наличии широкого спектра типов и архитектур усилителей понимание того, как выбрать подходящий для вашего приложения, является ключевым.

Проблема: баланс между универсальностью и стоимостью усилителей общего назначения

Часто разработчики сталкиваются с проблемой поиска компонентов, обладающих достаточной гибкостью и экономичностью для решения широкого спектра задач по формированию сигналов, особенно когда сверхвысокая точность не является основным требованием. Это часто встречается в базовых схемах формирования сигналов, различных автомобильных подсистемах и устройствах с батарейным питанием.

Операционные усилители общего назначения (ОУ) специально разработаны для решения этой проблемы, обеспечивая надежную работу при низком энергопотреблении, что делает их отличным выбором для проектов, где гибкость и экономичность являются приоритетами. В качестве примера можно привести такие устройства, как LM358 на основе PMOS, которые являются хорошо зарекомендовавшими себя биполярными устройствами, доказавшими свою ценность в промышленности на протяжении многих десятилетий. Примером КМОП-усилителя общего назначения является NCS20072, доступный в различных компактных корпусах.

Вызов: Решение проблем точности и стабильности с помощью усилителей с нулевым дрейфом

В приложениях, где даже незначительные ошибки могут привести к серьезным последствиям, перед разработчиками стоит критическая задача поддержания исключительно высокой точности и стабильности в широких диапазонах температур и длительных периодах эксплуатации. Это особенно важно в таких областях, как медицинские приборы, промышленное приборостроение, приложения IoT и системы обратной связи для управления двигателями.

Для удовлетворения этих жестких требований предлагаются специализированные категории усилителей:

Усилители с нулевым дрейфом

Ключевой проблемой является дрейф напряжения смещения, возникающий из-за перепадов температуры и старения. Архитектуры с нулевым дрейфом, используемые в таких устройствах, как NCS21911, разработаны для борьбы с этим дрейфом, сохраняя точность и долгосрочную стабильность независимо от колебаний окружающей среды.

Эти усилители часто оснащаются такими характеристиками, как входные и выходные сигналы rail-to-rail и низкий ток покоя, что дополнительно повышает точность и энергоэффективность в требовательных приложениях. Кроме того, важнейшей характеристикой является превосходный коэффициент отклонения общего режима (CMRR), эффективно подавляющий нежелательные шумы общего режима, что крайне важно при взаимодействии с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) для превосходного сбора данных. Типичный CMRR NCS21911 составляет 130 дБ при напряжении 4 В.

Задача: Решение проблемы точного контроля тока в динамических энергосистемах

Точный контроль тока представляет собой уникальный набор проблем в различных областях применения, включая управление питанием, системы с питанием от батарей (например, смартфоны, ноутбуки и электромобили) и диагностику безопасности автомобилей. Разработчикам требуются решения, позволяющие точно измерять ток в широком диапазоне напряжений общего тока и одновременно минимизирующие рассеиваемую мощность и затраты на поставку материалов (BOM).

Усилители тока специально разработаны для решения этих задач:

Широкий диапазон напряжения общего тока

Существенным препятствием является измерение тока в конфигурациях с высокой стороной, где шунтирующий резистор не связан с землей. Для этого требуются усилители, способные работать с большими входными напряжениями общего тока, часто до 40 В для некоторых моделей или даже до 80 В для других, таких как NCS7031 или NCV7031 (Automotive) и NCS7041 или NCV7041 (Automotive). Эта способность необходима для измерения тока как с высокой, так и с низкой стороны, обеспечивая гибкость конструкции и позволяя обнаруживать короткие замыкания нагрузки в приложениях с высокой стороной.

Высокая точность и низкое смещение

Точность измерения тока имеет первостепенное значение. Эти усилители обычно имеют очень низкое напряжение смещения (например, не более ±12 мкВ для платформы Treo и архитектуры с нулевым дрейфом), что обеспечивает точность показаний даже при минимальном падении напряжения на шунтирующих резисторах. Такой выбор конструкции позволяет минимизировать потери мощности на шунте, сохраняя целостность измерений.

Интеграция и экономическая эффективность

Постоянная потребность в уменьшении площади платы и стоимости BOM является критически важной. В некоторых усилителях тока встроены резисторы для установки коэффициента усиления, что упрощает конструкцию и уменьшает количество внешних компонентов. Например, такую возможность предлагают такие устройства, как NCS214R и NCS(V)2167x. Кроме того, эти устройства могут поддерживать однонаправленное или двунаправленное измерение тока, что очень важно для таких приложений, как зарядные устройства, где ток может меняться на противоположный.

Задача: Преодоление ограничений универсального дизайна с помощью усовершенствованных характеристик усилителя

Помимо рассмотрения конкретных типов усилителей, перед электронными конструкторами обычно встает несколько общих задач, для решения которых современные усилители предлагают ключевые атрибуты:

Надежность в жестких условиях эксплуатации

Многие приложения, особенно в автомобильном секторе (усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS), системы управления двигателями и аккумуляторами), требуют компонентов, способных выдерживать экстремальные температуры (до 150 °C для некоторых устройств, которые скоро появятся в платформе Treo) и сложные электрические условия. Достижение квалификации автомобильного класса, такой как AEC-Q100 и соответствие требованиям PPAP, имеет решающее значение для обеспечения соответствия таких компонентов, как NCV210R и NCV333, этим строгим требованиям надежности.

Энергоэффективность

Стремление к увеличению времени автономной работы и снижению энергопотребления в портативных устройствах, IoT и промышленных системах требует от усилителей сверхнизких токов покоя, иногда достигающих десятков микроампер для операционных усилителей или даже наноампер для компараторов, таких как Treo Platform с 315 нА на канал. Такое минимальное энергопотребление достигается без ущерба для производительности.

Оптимизация пространства

Миниатюризация - постоянное требование современной электроники. Усилительные решения в компактных корпусах, таких как CSP (Chip Scale Packages) и uQFNS (micro Quad-Flat No-lead) для платформы Treo, помогают разработчикам значительно сократить пространство на плате, что очень важно для таких приложений, как смартфоны и носимая электроника.

Быстрое реагирование и контроль

В динамических системах, таких как управление двигателями и регулирование мощности, быстрая обработка сигналов имеет жизненно важное значение. Компараторы, которые скоро появятся на платформе Treo, отличаются быстрой задержкой распространения сигнала (40 нс) и быстрыми переходными характеристиками, что позволяет осуществлять точное и своевременное управление, крайне важное для стабильности и производительности системы.

Соответствие возможностей усилителя требованиям приложения

Выбор подходящего усилителя для электронной схемы подобен выбору инструмента для выполнения конкретной задачи в сложном строительном проекте. Как специализированный инструмент позволяет мастеру выполнить тонкую или сложную операцию с точностью и эффективностью, так и различные архитектуры усилителей обладают различными возможностями для решения уникальных задач в электронных схемах.

Будь то необходимость в широкой универсальности, точная точность в условиях колебаний окружающей среды или точный контроль тока в системе электропитания, понимание конкретной задачи проектирования позволяет инженерам использовать специализированные характеристики современных усилителей, таких как построенные на передовой платформе Treo, для воплощения своих электронных идей в жизнь.

Узнайте больше об усилителях onsemi и свяжитесь с отделом продаж для получения дополнительных вопросов