Millised on eraldusvõimendi põhinõuded?

Sissejuhatus

Isolatsioonivõimendeid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstuslikes ja meditsiinilistes rakendustes. Neid kasutatakse peamiselt analoogsignaalide mõõtmiseks mürarikkas ja karmides keskkondades. Isolatsioonivõimendid tagavad sisend- ja väljundsignaalide vahel elektrilise isolatsiooni, mis on vajalik maandussilmuste ja muude müraga seotud probleemide vältimiseks. Selles artiklis käsitleme eraldusvõimendite põhinõudeid.

Isolatsioon

Isolatsioon on isolatsioonivõimendi esmane funktsioon. See on võimendi võime isoleerida sisendsignaal väljundsignaalist. Isolatsioonivajadus tekib olukordades, kus sisend- ja väljundsignaalid on maandatud erinevates punktides. Sellistel juhtudel võib sisend- ja väljundsignaali otse ühendamine põhjustada maandusahelaid, mis võivad põhjustada müra ja häireid väljundsignaalis.

Maandusahelate vältimiseks kasutavad eraldusvõimendid tehnikat, mida nimetatakse galvaaniliseks isolatsiooniks. Galvaaniline isolatsioon saavutatakse trafo või optroni kasutamisega sisend- ja väljundsignaalide vahel. Trafo või optronid tagavad täieliku elektriisolatsiooni sisend- ja väljundsignaalide vahel, võimaldades samal ajal signaali edastada.

Eraldusvõimendi pakutav isolatsiooniaste on konkreetse rakenduse jaoks võimendi valimisel oluline kaalutlus. Isolatsioonivõimendid tagavad tavaliselt mõne kilovoldi kuni mitme kilovoldi isolatsiooni.

Täpsus

Veel üks oluline kaalutlus on isolatsioonivõimendi täpsus. Võimendi täpsus on võimendi võime toota väljundsignaali, mis on võrdeline sisendsignaaliga. Eraldusvõimendi täpsust mõjutavad mitmed tegurid, sealhulgas võimendi lineaarsus, võimendusviga, nihkeviga ja temperatuuri triiv.

Võimendi lineaarsus on võimendi võime toota väljundsignaali, mis on lineaarselt võrdeline sisendsignaaliga. Võimenduse viga on vahe võimendi tegeliku võimenduse ja nominaalse võimenduse vahel. Nihkeviga on vahe võimendi väljundpinge vahel, kui sisendsignaal on null, ja tegeliku nullpinge vahel. Temperatuuri triiv on võimendi väljundpinge muutus koos temperatuurimuutustega.

Isolatsioonivõimendi täpsust väljendatakse tavaliselt protsendina täisskaala ulatusest. Näiteks võimendi, mille täpsus on 0,1% täisskaala ulatusest, võib anda väljundsignaali, mille täpsus on 0,1% maksimaalsest sisendsignaalist.

Ribalaius

Eraldusvõimendi ribalaius on sagedusvahemik, mille üle võimendi suudab sisendsignaali täpselt võimendada. Eraldusvõimendi ribalaius sõltub mitmest tegurist, sealhulgas ahela topoloogiast, võimendis kasutatavatest komponentidest ja võimendi füüsilisest paigutusest.

Isolatsioonivõimendi ribalaiust väljendatakse tavaliselt sagedusvahemikuna hertsides. Näiteks võimendi ribalaiusega 100 Hz kuni 10 kHz suudab täpselt võimendada signaale, mille sagedus on vahemikus 100 Hz kuni 10 kHz.

Eraldusvõimendi ribalaius on konkreetse rakenduse jaoks võimendi valimisel oluline kaalutlus. Kiiret signaalitöötlust nõudvate rakenduste jaoks on vaja suure ribalaiusega võimendit, aeglasemat signaalitöötlust nõudvate rakenduste jaoks piisab väikese ribalaiusega võimendist.

Ühisrežiimi tagasilükkamise suhe (CMRR)

Võimendi Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) on võimendi võime tavarežiimi signaale maha suruda. Ühisrežiimi signaalid on signaalid, mis esinevad nii sisend- kui väljundsignaalidel. Ühisrežiimi signaalid võivad olla põhjustatud mürast, häiretest või muudest soovimatutest signaalidest.

Eraldusvõimendi CMRR-i väljendatakse tavaliselt detsibellides (dB). Näiteks võimendi, mille CMRR on 80 dB, suudab tavarežiimi signaale summutada 10,000 korda.

Eraldusvõimendi CMRR on konkreetse rakenduse jaoks võimendi valimisel oluline kaalutlus. Kõrget CMRR-i on vaja rakenduste jaoks, mis nõuavad täpseid mõõtmisi ühisrežiimi signaalide olemasolul.

Toiteallika tagasilükkamise suhe (PSRR)

Võimendi Power Supply Rejection Ratio (PSRR) on võimendi võime tõrjuda toitepinge muutusi. Toitepinge muutused võivad mõjutada võimendi väljundsignaali.

Eraldusvõimendi PSRR-i väljendatakse tavaliselt detsibellides (dB). Näiteks võimendi, mille PSRR on 100 dB, võib toitepinge muutusi tagasi lükata 10,000 korda.

Eraldusvõimendi PSRR on konkreetse rakenduse jaoks võimendi valimisel oluline kaalutlus. Kõrget PSRR-i on vaja rakenduste jaoks, mis nõuavad stabiilseid mõõtmisi toitepinge muutumise korral.

Sisendtakistus

Isolatsioonivõimendi sisendtakistus on võimendi sisendklemmidel esinev takistus. Võimendi sisendtakistus mõjutab mõõtmise täpsust ja võimendi müra.

Eraldusvõimendi sisendtakistus peaks olema kõrge, et minimeerida sisendsignaali koormuse mõju. Kõrge sisendtakistus parandab ka võimendi müra, vähendades sisendtakistusest tekitatavat soojusmüra.

Eraldusvõimendi sisendtakistust väljendatakse tavaliselt oomides (Ω). Näiteks 10 MΩ sisendtakistusega võimendi sisendklemmidel on takistus 10 MΩ.

Väljundtakistus

Isolatsioonivõimendi väljundtakistus on võimendi väljundklemmidel olev takistus. Võimendi väljundtakistus mõjutab võimendi koormuse juhtimisvõimet ja väljundsignaali täpsust.

Eraldusvõimendi väljundtakistus peaks olema madal, et võimendi saaks koormust juhtida ilma väljundsignaali mõjutamata. Madal väljundtakistus parandab ka väljundsignaali täpsust, vähendades väljundtakistuse pingelangusest põhjustatud viga.

Eraldusvõimendi väljundtakistust väljendatakse tavaliselt oomides (Ω). Näiteks 10 Ω väljundtakistusega võimendi väljundklemmidel on takistus 10 Ω.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et eraldusvõimendite põhinõuded hõlmavad isolatsiooni, täpsust, ribalaiust, tavarežiimi tagasilükkamise suhet (CMRR), toiteallika tagasilükkamise suhet (PSRR), sisendtakistust ja väljundtakistust. Need nõuded on üliolulised täpsete, müravabade ja usaldusväärsete mõõtmiste saavutamiseks tööstus- ja meditsiinirakendustes. Konkreetse rakenduse jaoks eraldusvõimendi valik sõltub sellistest teguritest nagu sisendsignaali tase, signaali sagedusvahemik, nõutav täpsus ning müra või häirete olemasolu.