دائرة مكبر للصوت الأجهزة باستخدام المرجع

تقوم جميع أنواع المستشعرات والمحولات تقريبًا بتحويل معلمات العالم الحقيقي مثل الضوء ودرجة الحرارة والوزن وما إلى ذلك إلى قيم جهد لأنظمتنا الإلكترونية لفهمها. سيساعدنا التباين في مستوى الجهد هذا في تحليل / قياس معلمات العالم الحقيقي ، ولكن في بعض التطبيقات مثل المستشعرات الطبية الحيوية ، يكون هذا الاختلاف صغيرًا جدًا (إشارات منخفضة المستوى) ومن المهم جدًا تتبع حتى الاختلاف الدقيق إلى الحصول على بيانات موثوقة. في هذه التطبيقات ، يتم استخدام مضخم الأجهزة.

مضخم الأجهزة المعروف أيضًا باسم INO أو in-amps كما يوحي الاسم يضخم التباين في الجهد ويوفر ناتجًا تفاضليًا مثل أي أمبير آخر. ولكن على عكس مكبر الصوت العادي ، فإن مكبرات الصوت للأجهزة ستتمتع بمقاومة عالية للإدخال مع ربح جيد مع توفير رفض ضوضاء الوضع الشائع بمدخلات تفاضلية كاملة. لا بأس إذا لم تحصل عليه الآن ، في هذه المقالة سوف نتعرف على مكبرات الصوت هذه ، وبما أن هذه الأجهزة باهظة الثمن نسبيًا من Op-Amps ، فسوف نتعلم أيضًا كيفية استخدام Op-amp العادي مثل LM385 أو LM324 لبناء مضخم الأجهزة واستخدامها لتطبيقاتنا. يمكن أيضًا استخدام Op-Amps لبناء دارة Subtractor الجهد والجهد.

ما هو مكبر صوت الأجهزة؟

بصرف النظر عن OP-Amps IC العادي ، لدينا نوع خاص من مكبرات الصوت لمكبرات الأجهزة مثل INA114 IC. إنها ليست أكثر من عدد قليل من الأمبيرات العادية مجتمعة معًا لبعض التطبيقات المحددة. لفهم المزيد حول هذا ، دعنا ننظر في ورقة البيانات الخاصة بـ INA114 لمخطط دائرتها الداخلية.

كما ترى ، يأخذ IC جهدين للإشارة V _IN - و V _IN + ، دعنا نعتبرهما V1 و V2 من الآن لسهولة الفهم. يمكن حساب جهد الخرج (V _O) باستخدام الصيغ

V _O = G (V2 - V1)

حيث ، G هو كسب op-amp ويمكن ضبطه باستخدام المقاوم الخارجي R _G وحسابه باستخدام الصيغ أدناه

G = 1+ (50k Ω / RG)

ملحوظة: القيمة 50 كيلو أوم قابلة للتطبيق فقط على INA114 IC لأنها تستخدم مقاومات 25 كيلو (25 + 25 = 50). يمكنك حساب قيمة الدوائر الأخرى على التوالي.

لذا ، إذا نظرت إليه الآن ، فإن In-amp يوفر فقط الفرق بين مصدرين للجهد مع كسب يمكن ضبطه بواسطة المقاوم الخارجي. هل هذا يبدو مألوفا؟ إذا لم تقم بإلقاء نظرة على تصميم مكبر الصوت التفاضلي والعودة.

نعم! ، هذا هو بالضبط ما يفعله مكبر الصوت التفاضلي ، وإذا ألقيت نظرة فاحصة ، يمكنك حتى أن تجد أن op-amp A3 في الصورة أعلاه ليس سوى دائرة مكبر تفاضلي. لذلك من الناحية العادية ، يعد جهاز Instrumentation-amp نوعًا آخر من المضخمات التفاضلية ولكن مع المزيد من المزايا مثل مقاومة الإدخال العالية والتحكم السهل في الكسب وما إلى ذلك. هذه المزايا بسبب اثنين من op-amp (A2 و A1) الآخرين في التصميم ، سنتعلم المزيد عنها في العنوان التالي.

فهم مضخم الأجهزة

لفهم مضخم الأجهزة تمامًا ، دعنا نقسم الصورة أعلاه إلى كتل ذات معنى كما هو موضح أدناه.

كما ترى ، فإن In-Amp هو مجرد مزيج من دارتين Buffer op-amp ودائرة op-amp تفاضلية واحدة. لقد تعلمنا عن كل من تصميم op-amp كل على حدة ، والآن سنرى كيف يتم دمجهما لتشكيل Op-amp التفاضلي.

الفرق بين المضخم التفاضلي ومضخم الأجهزة

لقد تعلمنا بالفعل كيفية تصميم واستخدام مكبر تفاضلي في مقالتنا السابقة. قليل من العيوب الكبيرة لمكبر الصوت التفاضلي هو أنه يتمتع بمقاومة منخفضة جدًا للمدخلات بسبب مقاومات الإدخال وله نسبة منخفضة جدًا من CMRR بسبب كسب الوضع المشترك العالي. سيتم التغلب على هذه في مكبر للصوت الأجهزة بسبب الدائرة العازلة.

أيضًا في مكبر الصوت التفاضلي ، نحتاج إلى تغيير الكثير من المقاومات لتغيير قيمة كسب مكبر الصوت ولكن في مكبر الصوت التفاضلي يمكننا التحكم في الكسب عن طريق ضبط قيمة المقاوم ببساطة.

مضخم الأجهزة باستخدام Op-amp (LM358)

الآن دعونا نبني مضخمًا عمليًا للأجهزة باستخدام جهاز op-amp ونتحقق من كيفية عمله. و المرجع أمبير الدائرة الأجهزة مكبر للصوت ويرد أدناه أن أستخدمه.

تتطلب الدائرة ثلاثة أجهزة تشغيل معًا ؛ لقد استخدمت اثنين من LM358 المرحلية. LM358 عبارة عن حزمة op-amp ثنائية الحزمة تحتوي على مكبرين تشغيليين في حزمة واحدة ، لذلك نحتاج إلى اثنين منهم لدائرتنا. وبالمثل ، يمكنك أيضًا استخدام ثلاثة حزمة واحدة LM741 op-amp أو حزمة واحدة رباعية LM324 op-amp.

في الدائرة أعلاه ، يعمل op-amp U1: A و U1: B كمخزن للجهد الذي يساعد في تحقيق مقاومة عالية للإدخال. جهاز op-amp U2: يعمل بمثابة جهاز op-amp تفاضلي. نظرًا لأن جميع مقاومات op-amp التفاضلية هي 10 كيلو ، فإنها تعمل كمضخم تفاضلي لكسب الوحدة مما يعني أن جهد الخرج سيكون فرق الجهد بين الدبوس 3 والدبوس 2 من U2: A.

و الجهد الناتج من دائرة مكبر للصوت الأجهزة يمكن حسابها باستخدام أقل من الصيغ.

صوت = (V2-V1) (1+ (2R / Rg))

حيث R = قيمة المقاوم للدائرة. هنا R = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 وهو 10k

Rg = كسب المقاوم. هنا Rg = R1 وهو 22 كيلو.

لذا فإن قيمة R و Rg تقرر كسب مكبر الصوت. يمكن حساب قيمة الكسب من خلال

الكسب = (1+ (2R / Rg))

محاكاة مضخم الأجهزة

الدائرة أعلاه عند محاكاتها تعطي النتائج التالية.

كما ترى الفولتية المدخلة V1 هي 2.8V و V2 هي 3.3V. قيمة R هي 10k وقيمة Rg 22k. وضع كل هذه القيم في الصيغ أعلاه

صوت = (V2-V1) (1+ (2R / Rg)) = (3.3-2.8) (1+ (2x10 / 22)) = (0.5) * (1.9) = 0.95 فولت

نحصل على قيمة جهد الخرج لتكون 0.95 فولت والتي تتطابق مع المحاكاة أعلاه. وبالتالي فإن كسب الدائرة أعلاه هو 1.9 وفرق الجهد 0.5 فولت. لذلك ستقيس هذه الدائرة الفرق بين الفولتية المدخلة وتضربها في الكسب وتنتجها كجهد خرج.

يمكنك أيضًا ملاحظة أن جهد الدخل V1 و V2 يظهران عبر المقاوم Rg وهذا بسبب التعليقات السلبية لـ Op-amp U1: A و U1: B. هذا يضمن أن انخفاض الجهد عبر Rg يساوي فرق الجهد بين V1 و V2 مما يتسبب في تدفق كمية متساوية من التيار عبر المقاومات R5 و R6 مما يجعل الجهد في الطرف 3 والدبوس 2 متساويين في المرجع U2: A. إذا قمت بقياس الجهد قبل المقاومات ، يمكنك رؤية جهد الخرج الفعلي من op-amp U1: A و U1: B الذي سيكون فرقه مساويًا لجهد الخرج كما هو موضح أعلاه في المحاكاة.

اختبار دائرة مضخم الأجهزة على الأجهزة

تسمح نظرية كافية في الواقع ببناء نفس الدائرة على اللوح وقياس مستويات الجهد. يظهر إعداد الاتصال الخاص بي أدناه.

لقد استخدمت مصدر طاقة اللوح الذي أنشأناه سابقًا. يمكن لهذه اللوحة أن تقدم كلاً من 5V و 3.3V. أنا أستخدم السكة 5 فولت لتشغيل كل من مضخماتي التشغيلي و 3.3 فولت كجهد إدخال إشارة V2. تم ضبط جهد الإدخال الآخر V2 على 2.8 فولت باستخدام RPS. نظرًا لأنني استخدمت أيضًا المقاوم 10k للمقاوم R و 22k للمقاومة R1 ، فإن كسب الدائرة سيكون 1.9. فرق الجهد هو 0.5 فولت والربح 1.9 منتج منه سيعطينا 0.95 فولت كجهد خرج يتم قياسه وعرضه في الصورة باستخدام مقياس متعدد. يظهر العمل الكامل لدائرة مضخم الأجهزة في الفيديو المرتبط أدناه.

وبالمثل ، يمكنك تغيير قيمة R1 لتعيين الكسب كما هو مطلوب باستخدام الصيغ التي تمت مناقشتها أعلاه. نظرًا لأنه يمكن التحكم في كسب هذا مكبر الصوت بسهولة شديدة باستخدام مقاوم واحد ، فإنه غالبًا ما يستخدم في التحكم في مستوى الصوت لدوائر الصوت.

آمل أن تكون قد فهمت الدائرة واستمتعت بتعلم شيء مفيد. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فاتركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدم المنتدى للحصول على استجابة أسرع.