מהן הדרישות העיקריות למגבר בידוד?

מבוא

מגברי בידוד נמצאים בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים ורפואיים שונים. הם משמשים בעיקר למדידת אותות אנלוגיים בסביבות רועשות וקשות. מגברי בידוד מספקים בידוד חשמלי בין אותות הקלט והמוצא, הכרחי כדי למנוע לולאות הארקה ובעיות אחרות הקשורות לרעש. במאמר זה, נדון בדרישות המפתח למגברי בידוד.

בידוד

בידוד הוא התפקיד העיקרי של מגבר בידוד. זוהי היכולת של המגבר לבודד את אות הכניסה מאותות המוצא. הצורך בבידוד מתעורר במצבים בהם אותות הקלט והמוצא מקורקעים בנקודות שונות. במקרים כאלה, חיבור ישיר של אותות הקלט והיציאה יכול לגרום ללולאות הארקה שעלולות לגרום לרעש והפרעות באות המוצא.

כדי למנוע לולאות הארקה, מגברי בידוד משתמשים בטכניקה הנקראת בידוד גלווני. בידוד גלווני מושג באמצעות שנאי או מצמד אופטו בין אותות הקלט והמוצא. השנאי או המצמד האופטו מספק בידוד חשמלי מלא בין אותות הקלט והמוצא תוך מתן אפשרות לשידור האות.

מידת הבידוד שמספק מגבר בידוד היא שיקול חשוב בעת בחירת מגבר ליישום ספציפי. מגברי בידוד מספקים בדרך כלל בידוד בטווח של כמה קילו-וולט עד כמה קילו-וולט.

דיוק

הדיוק של מגבר בידוד הוא שיקול חשוב נוסף. הדיוק של מגבר הוא היכולת של המגבר לייצר אות פלט פרופורציונלי לאות הכניסה. הדיוק של מגבר בידוד מושפע מכמה גורמים, כולל הליניאריות של המגבר, שגיאת ההגבר, שגיאת ההיסט וסחפת הטמפרטורה.

הליניאריות של מגבר היא היכולת של המגבר לייצר אות פלט שהוא פרופורציונלי ליניארי לאות הכניסה. שגיאת ההגבר היא ההפרש בין ההגבר בפועל של המגבר לבין ההגבר הנומינלי. שגיאת ההיסט היא ההפרש בין מתח המוצא של המגבר כאשר אות הכניסה הוא אפס לבין המתח האפס בפועל. סחף הטמפרטורה הוא השינוי במתח המוצא של המגבר עם שינויים בטמפרטורה.

הדיוק של מגבר בידוד מתבטא בדרך כלל כאחוז מטווח הסולם המלא. לדוגמה, מגבר עם דיוק של 0.1% מהטווח בקנה מידה מלא יכול לספק אות פלט המדויק עד ל-0.1% מאות הקלט המקסימלי.

רוחב פס

רוחב הפס של מגבר בידוד הוא טווח התדרים שעליהם המגבר יכול להגביר במדויק את אות הכניסה. רוחב הפס של מגבר בידוד תלוי במספר גורמים, כולל טופולוגיית המעגל, הרכיבים המשמשים במגבר והפריסה הפיזית של המגבר.

רוחב הפס של מגבר בידוד מתבטא בדרך כלל כטווח תדרים בהרץ. לדוגמה, מגבר ברוחב פס של 100 הרץ עד 10 קילו-הרץ יכול להגביר במדויק אותות עם תדרים בטווח של 100 הרץ עד 10 קילו-הרץ.

רוחב הפס של מגבר בידוד הוא שיקול חשוב בעת בחירת מגבר ליישום ספציפי. יש צורך במגבר ברוחב פס גבוה עבור יישומים הדורשים עיבוד אותות מהיר, בעוד שמגבר ברוחב פס נמוך מספיק ליישומים הדורשים עיבוד אותות איטי יותר.

יחס דחייה במצב נפוץ (CMRR)

יחס הדחייה של מצב משותף (CMRR) של מגבר הוא היכולת של המגבר לדכא אותות מצב משותף. אותות במצב נפוץ הם אותות הקיימים הן באותות הקלט והן באותות המוצא. אותות במצב נפוץ יכולים להיגרם על ידי רעש, הפרעות או אותות לא רצויים אחרים.

ה-CMRR של מגבר בידוד מתבטא בדרך כלל בדציבלים (dB). לדוגמה, מגבר עם CMRR של 80 dB יכול לדכא אותות משותף לפי גורם של 10,000.

ה-CMRR של מגבר בידוד הוא שיקול חשוב בעת בחירת מגבר ליישום ספציפי. יש צורך ב-CMRR גבוה עבור יישומים הדורשים מדידות מדויקות בנוכחות אותות משותף.

יחס דחיית ספק כוח (PSRR)

יחס דחיית אספקת החשמל (PSRR) של מגבר הוא היכולת של המגבר לדחות שינויים במתח אספקת החשמל. שינויים במתח אספקת החשמל יכולים להשפיע על אות המוצא של המגבר.

ה-PSRR של מגבר בידוד מתבטא בדרך כלל בדציבלים (dB). לדוגמה, מגבר עם PSRR של 100 dB יכול לדחות שינויים במתח אספקת החשמל בפקטור של 10,000.

ה-PSRR של מגבר בידוד הוא שיקול חשוב בעת בחירת מגבר ליישום ספציפי. יש צורך ב-PSRR גבוה עבור יישומים הדורשים מדידות יציבות בנוכחות שינויים במתח אספקת החשמל.

עכבת קלט

עכבת הכניסה של מגבר בידוד היא ההתנגדות המוצגת במסופי הכניסה של המגבר. עכבת הכניסה של מגבר משפיעה על דיוק המדידה ועל ביצועי הרעש של המגבר.

עכבת הכניסה של מגבר בידוד צריכה להיות גבוהה כדי למזער את השפעות הטעינה על אות הכניסה. עכבת כניסה גבוהה גם משפרת את ביצועי הרעש של המגבר על ידי הפחתת הרעש התרמי שנוצר על ידי התנגדות הכניסה.

עכבת הכניסה של מגבר בידוד מתבטאת בדרך כלל באוהם (Ω). לדוגמה, מגבר עם עכבת כניסה של 10 MΩ מציג התנגדות של 10 MΩ במסופי הכניסה.

עכבת פלט

עכבת המוצא של מגבר בידוד היא ההתנגדות המוצגת במסופי המוצא של המגבר. עכבת המוצא של מגבר משפיעה על יכולת הנעת העומס של המגבר ועל הדיוק של אות המוצא.

עכבת המוצא של מגבר בידוד צריכה להיות נמוכה כדי לאפשר למגבר להניע את העומס מבלי להשפיע על אות המוצא. עכבת מוצא נמוכה משפרת גם את הדיוק של אות המוצא על ידי הפחתת השגיאה הנגרמת על ידי ירידת המתח על פני עכבת המוצא.

עכבת המוצא של מגבר בידוד מתבטאת בדרך כלל באוהם (Ω). לדוגמה, מגבר עם עכבת מוצא של 10 Ω מציג התנגדות של 10 Ω במסופי המוצא.

סיכום

לסיכום, הדרישות העיקריות למגברי בידוד כוללות בידוד, דיוק, רוחב פס, יחס דחיית מצב משותף (CMRR), יחס דחיית ספק כוח (PSRR), עכבת כניסה ועכבת מוצא. דרישות אלו הן חיוניות להשגת מדידות מדויקות, נטולות רעש ואמינות ביישומים תעשייתיים ורפואיים. הבחירה במגבר בידוד לאפליקציה ספציפית תלויה בגורמים כגון רמת אות הכניסה, טווח התדרים של האות, הדיוק הנדרש ונוכחות רעש או הפרעות.