Doğru Amplifikatörün Seçilmesi

İster düşük güçlü sensör arayüzleri, ister yüksek hızlı veri toplama veya hassas enstrümantasyon ile uğraşıyor olun, seçtiğiniz amplifikatör sisteminizin sinyal bütünlüğünü ve genel performansını koruma yeteneğini önemli ölçüde etkileyebilir.
Çok çeşitli amplifikatör tipleri ve mimarileri mevcut olduğundan, uygulamanız için doğru olanı nasıl seçeceğinizi anlamak çok önemlidir.

Zorluk: Genel Amaçlı Amplifikatörlerle Çok Yönlülük ve Maliyetin Dengelenmesi

Tasarımcılar için sık karşılaşılan bir zorluk, özellikle ultra yüksek hassasiyet birincil gereksinim olmadığında, çok çeşitli sinyal koşullandırma görevleri için yeterli esneklik ve maliyet verimliliği sunan bileşenler bulmaktır. Bu durum genellikle temel sinyal koşullandırma devrelerinde, çeşitli otomotiv alt sistemlerinde ve pille çalışan cihazlarda söz konusudur.

Genel amaçlı işlemsel yükselteçler (op-amp), düşük güç tüketimi ile güvenilir performans sunarak esneklik ve maliyet etkinliğinin öncelikli olduğu projeler için mükemmel bir seçim haline getirerek bu sorunu çözmek için özel olarak tasarlanmıştır. Örnekler arasında PMOS tabanlı LM358 gibi, endüstride onlarca yıldır kalıcı değerini kanıtlamış köklü bipolar cihazlar yer almaktadır. CMOS genel amaçlı Amplifikatöre örnek olarak, çeşitli kompakt paketlerde mevcut olan NCS20072 verilebilir.

Meydan Okuma: Sıfır Sapma Amplifikatörleri ile Doğruluk ve Kararlılık Zorluklarının Üstesinden Gelmek

Küçük hataların bile önemli sonuçlar doğurabileceği uygulamalarda tasarımcılar, geniş sıcaklık aralıklarında ve uzun çalışma sürelerinde olağanüstü yüksek doğruluk ve kararlılığı sürdürme gibi kritik bir zorlukla karşı karşıyadır. Bu özellikle tıbbi cihazlar, endüstriyel enstrümantasyon, IoT uygulamaları ve motor kontrol geri bildirim sistemleri gibi alanlarda hayati önem taşımaktadır.

Bu zorlu talepleri karşılamak için özel amplifikatör kategorileri çözümler sunar:

Sıfır kaymalı amplifikatörler

Önemli bir zorluk, sıcaklık değişimleri ve yaşlanma nedeniyle ofset voltajındaki doğal sapmadır. NCS21911 gibi cihazlarda bulunan sıfır sapma mimarileri, çevresel dalgalanmalardan bağımsız olarak hassasiyeti ve uzun vadeli kararlılığı koruyarak bu sapmaya karşı koymak üzere tasarlanmıştır.

Bu amplifikatörler genellikle zorlu uygulamalarda hem doğruluğu hem de güç verimliliğini daha da artıran raydan raya giriş ve çıkış yetenekleri ve düşük sakin akım gibi özellikler içerir. Ayrıca, olağanüstü bir ortak mod reddetme oranı (CMRR), üstün veri toplama için analogdan dijitale dönüştürücülerle (ADC'ler) arayüz oluştururken hayati önem taşıyan istenmeyen ortak mod gürültüsünü etkili bir şekilde bastıran çok önemli bir özelliktir. NCS21911'in tipik CMRR değeri 4V'ta 130dB'dir.

Zorluk: Dinamik Güç Sistemlerinde Hassas Akım İzlemenin Ele Alınması

Doğru akım izleme; güç yönetimi, pille çalışan sistemler (akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve elektrikli araçlar gibi) ve otomotiv güvenlik teşhisi gibi çeşitli uygulamalarda benzersiz bir dizi zorluk ortaya çıkarır. Tasarımcılar, geniş bir ortak mod gerilimi aralığında akımı hassas bir şekilde ölçebilen ve aynı zamanda güç dağılımını ve malzeme listesi (BOM) maliyetlerini en aza indiren çözümlere ihtiyaç duymaktadır.

Akım algılama amplifikatörleri bu zorlukların üstesinden gelmek için özel olarak geliştirilmiştir:

Geniş ortak mod gerilim aralığı

Önemli bir engel, şönt direncin toprağa referanslanmadığı yüksek taraf konfigürasyonlarında akımı ölçmektir. Bu durum, NCS7031 veya NCV7031 (Otomotiv) ve NCS7041 veya NCV7041 (Otomotiv) gibi bazı modellerde 40V'a, bazılarında ise 80V'a kadar çıkabilen büyük ortak mod giriş gerilimlerini işleyebilen amplifikatörler gerektirir. Bu özellik, hem yüksek hem de düşük taraf akım algılama için gereklidir, tasarım esnekliği sağlar ve yüksek taraf uygulamalarında yük kısa devrelerinin algılanmasını mümkün kılar.

Yüksek doğruluk ve düşük ofset

Akım ölçümünde hassasiyet çok önemlidir. Bu amplifikatörler tipik olarak çok düşük ofset voltajlarına sahiptir (örneğin, Treo Platformu ve sıfır sapma mimarileri için maksimum ±12 µV) ve şönt dirençleri boyunca minimum voltaj düşüşlerinde bile doğru okumalar sağlar. Bu tasarım tercihi, ölçüm bütünlüğünü korurken şanttan kaynaklanan güç kaybını en aza indirmeye yardımcı olur.

Entegrasyon ve maliyet etkinliği

Pano alanını ve BOM maliyetlerini azaltmaya yönelik süregelen talep kritik önem taşımaktadır. Bazı akım algılama amplifikatörü çözümleri, kazanç ayarlama dirençlerini entegre ederek tasarımı basitleştirir ve harici bileşenlerin sayısını azaltır. Örneğin NCS214R ve NCS(V)2167x gibi cihazlar bu özelliği sunar. Ek olarak, bu cihazlar tek yönlü veya çift yönlü akım algılamayı destekleyebilir, bu da akım akışının tersine dönebileceği pil şarj cihazları gibi uygulamalar için çok önemlidir.

Zorluk: Gelişmiş Amplifikatör Özellikleri ile Evrensel Tasarım Kısıtlamalarının Üstesinden Gelmek

Belirli amplifikatör türlerini ele almanın ötesinde, elektronik tasarımlarda yaygın olarak karşılaşılan birkaç kapsayıcı zorluk vardır ve modern amplifikatör çözümleri bunların üstesinden gelmek için temel özellikler sunar:

Zorlu Ortamlarda Güvenilirlik

Özellikle otomotiv sektöründeki birçok uygulama (Gelişmiş Sürücü Destek Sistemleri (ADAS), motor kontrolü ve batarya yönetim sistemleri), aşırı sıcaklıklara (Treo Platformunda yakında çıkacak bazı cihazlar için 150°C'ye kadar) ve zorlu elektrik koşullarına dayanabilen bileşenler gerektirir. NCV210R ve NCV333 gibi bileşenlerin bu zorlu güvenilirlik gereksinimlerini karşılamasını sağlamak için AEC-Q100 ve PPAP özellikli gibi otomotiv sınıfı niteliklere sahip olmak kritik önem taşımaktadır.

Enerji Verimliliği

Taşınabilir cihazlarda, IoT'de ve endüstriyel sistemlerde daha uzun pil ömrü ve daha az güç tüketimi için yapılan çalışmalar, bazen op-amp'ler için onlarca mikroamper ve hatta kanal başına 315 nA'lik Treo Platformu gibi karşılaştırıcılar için nanoamper kadar düşük ultra düşük sakin akımlara sahip amplifikatörler gerektirmektedir. Bu minimum güç ayak izi, performanstan ödün vermeden elde edilir.

Alan Optimizasyonu

Modern elektronikte minyatürleştirme sürekli bir taleptir. CSP'ler (Chip Scale Packages) ve Treo Platformu için uQFNS (micro Quad-Flat No-lead) gibi kompakt paketlerde bulunan amplifikatör çözümleri, tasarımcıların akıllı telefonlar ve giyilebilir elektronikler gibi uygulamalar için gerekli olan kart alanını önemli ölçüde azaltmasına yardımcı olur.

Hızlı Yanıt ve Kontrol

Motor kontrolü ve güç regülasyonu gibi dinamik sistemlerde hızlı sinyal işleme hayati önem taşır. Treo Platform'un yakında piyasaya süreceği karşılaştırıcılar, 40 ns'lik hızlı yayılma gecikmelerine ve hızlı geçici tepkilere sahip olup, sistem kararlılığı ve performansı için çok önemli olan hassas ve zamanında kontrol sağlar.

Amplifikatör Yeteneklerinin Uygulama Talepleriyle Eşleştirilmesi

Bir elektronik tasarım için doğru amplifikatörü seçmek, karmaşık bir inşaat projesinde belirli bir görev için doğru aleti seçmeye benzer. Tıpkı özel bir aletin bir zanaatkarın hassas veya zorlu bir işlemi hassas ve verimli bir şekilde gerçekleştirmesini sağlaması gibi, farklı amplifikatör mimarileri de elektronik devrelerdeki benzersiz zorlukların üstesinden gelmek için farklı yeteneklerle tasarlanmıştır.

İster geniş çok yönlülük, ister dalgalanan bir ortamda kesin doğruluk veya bir güç sisteminde hassas akım izleme ihtiyacı olsun, özel tasarım zorluğunu anlamak, mühendislerin elektronik vizyonlarını hayata geçirmek için gelişmiş Treo Platformu üzerine inşa edilenler gibi modern amplifikatör portföylerinin özel niteliklerinden yararlanmalarını sağlar.

onsemi'nin amplifikatörleri hakkında daha fazla bilgi edinin ve ek sorularınız için satış ile iletişime geçin