מגבר מבצעית, או מגבר השרת, הוא אחד מאבני הבניין הבסיסיות ביותר בשימוש מעגלים אנלוגיים. פעם בהתחשב בכך מגברי שרת שבב יחיד הוכנסו בשנות ה -1960, פותחו סוגים שונים ספור, כמה הרבה יותר מוצלחים יותר מאחרים. שאל מעצב אנלוגי מנוסים שם כמה מגברי שרת, כמו גם הם כנראה שתקבל לדבר על LM324, את TL072, את NE5534, את LM358, כמו גם של תוכנית הסבתא של כל, את uA741.

אם הנתונים הללו חלק לא מצביעים לך משהו, כל מה שאתה דרישה להבין הוא כי אלה הם מרכיבים גנריים שאתה יכול להשיג בכל מקום וכן כי יעשה רק טוב ביישומים טיפוסי ביותר. אתה יכול לקבל מגבר שרת להשתכלל שמשפרים על כמה מפרט או אחר, בדרך כלל על ידי סדר הגודל. אולם בדיוק כמה רחוק יכול אתה באמת לדחוף את הרעיון של מגבר מבצעי? היום אנחנו נראה לך כמה אמפר אופ כי ללכת בשיטה מעבר רכיבים “Jellybean” נורמלי אלה.

לפני שנתחיל, בואו להגדיר מה בדיוק אנחנו מצביעים כשאנחנו קובעים “מגבר מבצעי”. אנחנו מנסים למצוא מגברי שרת משולבים, מה שמעיד על רכיב פיסי יחיד, כי יש קלט מתח הפרש גבוה עכבה, פלט מתח מוארק, צימוד DC, כמו גם להתמסטל הצביע שינוצל בתצורת הערות. אנחנו למעט דבר העשוי רכיבים בדידים, בנוסף מעגלים פחות-כלליים כמו מגברים קבוע רווח כמו גם מגברי transconductance תפעוליים (OTAs).

מספר הערוצים

Pinout של TL084X2. פיני האספקה כפול מראים כי זה באמת רק שני TL084 שבב ערובה לחבילת 30 פינים אחד. אשראי תמונה: Texas Instruments
המגברים אופ המשולבים מאוד מאוד ראשון, החל uA702 ב 1963, שולבו רק מגבר בודד בתוך שבב יחיד. מ 1970 אולם, כפול כמו גם אופ quad אמפר בסופו של דבר להיות פופולרי, בעיקר מכוונים ומעצבים של מסננים פעילים. Duals כמו גם רביעייה מוצעת נפוץ היום; כמה שבבי מגבר משולש אופ נוצרים גם, כמו גם אתה יכול אפילו לקבל את NJM2710, שהנו מגבר שרת hex: שישה ערוצים.

עם זאת, המספר הגדול ביותר של מגבר השרת אי פעם משולב חבילה בודדת הוא שמונה: עד לפני כמה שנים אתה עלול לקבל את עצמך EL5811, A TL084x2, או אפילו LM324x2, שכולן היו מגברי שרת אוקטלי. בדיוק באותו מעגל היסוד בכל מצב הוצע גם כגרסה אחת, כפול או מרובע, כך מגברי שרת אוקטלי היו באמת “רביעייה כפולה”.

בעוד דבר כזה אולי נראה מועיל אם אתה רוצה ללכוד עסקות גדולות של אמפר בחלל קטן, ניצול שתי רביעייה נפרדת יספק לך הרבה צדדי הרבה יותר כשזה נוגע לעיצוב כמו גם ניתוב של המעגל שלך. אנו חושדים כי הסיבה השבבים הללו מעולם צברו תאוצה רבה בשוק.

צריכת חשמל

הסדרה NJU7700x הם מגברי שרת אולטרה-צריכת חשמל נמוכה, תוך ניצול פחות אמפר מיקרו. אשראי תמונה: ושות רדיו יפן החדשה
צורכת המסורתית uA741 על 1.7 mA ביישום רגיל. הרבה סגנונות עכשוויים יותר טיפלו למזער זו: למשל, OPA171 תואם “741, יש ביצועים הרבה יותר טוב על כמעט כל ההליכים (רוחב פס, שיעור ברכה, רעש, לקזז), כמו גם שימושים רק תחת וחצי אִמָא. שיטות בסגנון מעגל עכשוויות בנוסף להתקדמות מוליכה למחצה הפקה אפשרו שיטה הרבה יחס ביצועים / חשמל טוב יותר מאשר היה אפשרי ב -1960.

קובעי כמה הציגו מגברי שרת בקטגוריית חשמל נמוכה במיוחד, אשר לוקחים פחות אמפר מיקרו אחד. דוגמה לכך היא LPV801, אשר מנצל רק 450-אמפר ננו. אולם המגבר הכי op החסכוני ביותר בשוק כיום הוא NJU77000, שואב לא הרבה יותר מאשר 290 נה. כדי לשים מספר זה בפרספקטיבה, תא מטבע CR2032 נורמלי יש יכולת של סביב 220 mAh, המציין כי זה עלול תיאורטית כוח NJU77000 עבור 86 שנים – כמובן, פריקה עצמית יהיה לנקז את הסוללה זמן רב קודם לכן. המשקפיים של מגבר השרת הזה הם לא כוכבים, במיוחד כשזה נוגע רוחב פס: מקסימום של 1 kHz הוא שיטה גם נמוך לכל דבר תהליך שנראה כמו אודיו, אולם הוא הרבה עבור מעגלים איטיים כמו חיישנים גז.

זרם מוצא

PA52 איפקס הוא “קלף” גדול למדי, מדידה על 36 x 40 מ”מ 2. שימו לב לאזהרה BeO: החבילה כוללת תחמוצת בריליום להשיג מוליכות תרמית גבוהה. אשראי תמונה: מיקרוטכנולוגיה איפקס
בצד השני של הספקטרום הם מגברי שרת כוח שיכול להסיע זרמים גדולים לתוך עומס. המסורתי L272, אשר מנוצל לעתים קרובות כנהג רכב, יכול לספק מגבר מלא על כול אחד משני הערוצים שלה. החדשנות זאת עברה על, כמו גם היום אתה יכול לקבל את PA50 הבשרני כמו גם PA52 מ מיקרוטכנולוגיה איפקס. אופ ענק אלה אמפר יכול פלט 40 A ללא הרף כמו גם 80 A לתקופות קצרות. וכן למרות שהם באים כמרכיב בודד (גדול למדי), בתוך שהם אינו שבבים בודדים אולם היברידימודולים: קבוצה של מעגלים משולבים, כמו גם טרנזיסטורים בדידי ערובה ישירות על גבי מצע טיפוסי.

כל הכוח הזה מגיע במחיר פי; בכמה מאות דולרים פופ, אלה אינם אמפר אופ מגוון בגינה שלך. למעשה, אם אתה דרישה הרבה נוכחים יותר המגבר המועדף שלך יכול לספק, זה יכול להיות רעיון הרבה יותר טוב לעשות תפוקה ולשפר במעגל ניצול טרנזיסטורי הספק הדיסקרטי. טקסט אחת גדול בנושא זה הוא AN18 פתק בקשה על ידי ג’ים ויליאמס, אשר מדגים שיטות שונות כדי להגביר זרם הפלט של מגבר שרת, תנופת מתח, או שניהם.

מתח אספקה

סכנה, מתח גבוה: PA99 יכול לעבוד ככל 2.5 קילו וולט. אשראי תמונה: מיקרוטכנולוגיה איפקס
רוב מגברי שרת מהימים הקודמים יכול לעבוד עם אספקת מתח גדול למדי: +/- 15 וולט חזר טיפוסית בשנות ה -1970. בעידן של היום של Arduinos וכן ESP32s, זה נראה מוגזם, כמו גם ספק הרבה מגברי שרת עכשוויים יעבוד בשמחה על 3.3 V או אפילו נמוכה. בקצה השני לעומת זאת, מגברי שרת שעבודה יכולה בבית הרבה יותר מ -100 V הם גם די נפוצים; LTC6090 וכן ADHV4702 הם דוגמאות שיכולות לעבוד 140 V כמו גם 220 V, בהתאמה. אולם האלוף האמיתי זהו סיווג PA99 מ איפקס: מגבר השרת הזה יעבוד בשמחה עם 2500 V ברחבי סיכות האספקה שלה. זה יכול לספק 50 mA על התפוקה שלה, כמו גם יש מוצר רוחב פס-רווח של 28 MHz. כמו האחים הגבוהים הנוכחית שלה זה שבב יקר, בסביבות אלף דולרים, כך אתה לא צפוי לגלות אותו בכול סוג של מוצרים צריכים. השווקים העיקריים של שבבי מתמחה כגון זו הם מכשירים מדעיים, כמו גם תקני תעשייתי ניצול מפעילי piezo או סטייה אלקטרוסטטית.

רוחב פס

אם כבר מדברים על רוחב פס, אשר מגבר השרת הוא המהיר ביותר? אין באמת תשובה אחת, חותכת לכך. בוא נתחיל בכך לבדוק את פעולת תדר פתוח לולאה של מגבר שרת: הגבוה של אותה (יותר מ 100 dB) בתדרים נמוכים, כול שיטה למטה כדי הבירה. בתדירות כלשהי, הגט מתחיל לרדת, על מה שאנחנו טלפון להתקשר -3 נקודות dB; וכאן הגט הגיע 70% משווי DC שלה. הגט ואז ממשיך לרדת ידי 20 dB לעשור להגיע לאפס dB בתדר האחדות-רווח – אפס דציבלים מצביע על היבט אחד.

בשיטה זו עולה כי אם תגדיר את רשת הערות על מנת להבטיח כי המגבר הכללי יש גט אחד, את רוחב הפס של מעגל זה יהיה תדר אחדות-רווח. אם אתה מגדיר את זה גט שני, זה יהיה חצי רוחב הפס. גט של עשרה יגרום עשירית רוחב הפס, כמו גם הלאה. בהתחשב כי המוצר של הגט, כמו גם את רוחב הפס הוא תמיד זהה, בתדירות-רווח אחדות נקראת גם מוצר רוחב פס רווח.

רוב מגברי שרת למטרות כלליות יכול להיות מנוצל בכל סוג של רווח לולאה סגורה. אולם צדדי זה מגיע במחיר: התדירות אחדים-הרווח חייבת להישמר נמוך למדי תנודת עצירה. עבור יישומים במהירות גבוהה אתה יכול לקבל כתוצאה מגברי שרת כי כבר מפוצה. זה מצביע על כך במעגלים החשמליים שונו כדי לרוץ בכל רוחב פס גבוה יותר, אולם גם כי מגבר השרת לא יכול להיות מנוצל בתצורת אחדות-רווח; גליון הנתונים יפרט גט לולאה סגורה המינימלי שבו המגבר יכול לשמש. אם אתה לא מכבד את המגבלה הזו, אז המעגל שלך עשוי להתנדנד.

הגרף הבא מציג את העלילה רווחת-מול-התדר פתוח לולאה של מגבר שרת פיצוי לחלוטין, כמו גם אחד מפוצה. התיאוריה לנהל מספר לנו כי אנו בסופו של דבר עם מערכת לולאה סגורה יציבה אם נסגור את הלולאה בנקודה שבה הגט פתוח לולאה יורדת ב 20 דציבלים לכל עשור. (למעשה, זה הרבה יותר מאתגר מזה, אולם אנו לא ניכנס לזה עכשיו.) עבור אופ הפיצוי לחלוטין המגבר הזה נכון בכול סוג של רווח. אולם עבור מגבר שרת decompensated, הגט יורד ב 20 dB לעשור רק ככל נקודה; זה Gmin, או הגט המינימלי שבו המגבר יהיה יציב. פתק כי רוחב הפס בשלב זה הוא הרבה יותר גבוה ממה שהוא היה עבור מגבר הפיצוי לחלוטין.

עלילת גט פתוח לולאה של מגבר שרת פיצוי לחלוטין (ירוק) וכן מגבר שרת דומה אחר מפוצה (צהוב). פתק כי המגבר לא מפוצה אף פעם לא באמת מגיע המוצר רווח-רוחב הפס שלה: GBW2 הוא אקסטרפולציה מחלק 20 dB / דצמבר של הגרף.
המגבר אופ עם המוצר רווח ברוחב הפס הגדול ביותר שאתה יכול לקבל היום הוא OPA855, בכול GHz 8 עצום. עם זאת, מאחר שמדובר במגבר מפוצה, אתה צריך לנצל את זה גט של לפחות שבעה, בהם המצב זה יהיה “רק” להגיע 2.5 GHz. המגבר אופ הלא מפוצה המהיר הוא THS4304, אשר יכול לעבוד בכל סוג של תצורת כל שיטה ככל רוחב הפס שלה האחדות-רווח של 3 GHz. עם זאת, לפני שתפעיל את וכן לקבל שבב זה לפתח מגבר רב-GHz, יש לזכור כי תכנון מעגלים מתאים הופך קריטי בתדרים כאלה; סוג כלשהו של קיבול תועה הE מיקום שגוי יכול להרגיז את יציבות לולאה, כמו גם להפוך את המגבר שלך לתוך מתנד.

שער

רוחב פס לא רק לקבוע את המהירות. עוד מפרט כי אתה מגלה בכל סוג של גיליון הנתונים של OP AMP הוא קצב הברגה שלה. בדרך כלל נקבע בוולט לכל מיקרו שנייה (V / US), הוא אומר לך בדיוק בדיוק כמה מהר מתח הפלט של שבב יכול להשתנות. שיטה בסיסית כדי לקבוע קצב של שער של AMP של OP היא לקבל את זה פלט גל מרובע: המדרון של התפוקה עולה, כמו גם ירידה הקצוות יהיה שווה לשיעור sharw.

אם אתה מחיל גל מרובע לקלט של מגבר אופ, אז התפוקה יגדל, כמו גם בסתיו בקצב של AMP של Amp.
שיעור הברגה הוא בעיקר הבנתי על ידי הטיה הפנים הנוכחית של מגבר אופ, כמו גם כתוצאה מכך בדרך כלל פרופורציונלי הנוכחי האספקה. ערכים רגילים מגוון מ 0.5 V / ארה”ב עבור UA741 ל 20 V / ארה”ב עבור TL072. כמה מגבר op יש טכניקה יצירתית בתוך מובנת כמו bio boosting, שבו ההטיה הנוכחית מוגברת זמנית כאשר OP AMP מזהה כי הפלט שלה לא יכול לשמור על קשר שלה.

שיעורי הבריגה הגדולים מוצעים בגברי הערות הנוכחיות (CFAS), אשר דומים ל- OP AMPs בהרבה שיטות שונות מספיקות, כי אנחנו לא סופרים אותם כמאמר זה. לעומת AFP רגיל APPS, יש להם רווח נמוך לולאה, יתרת תזות קלט גבוה כמו גם זרמי הטיה, כמו גם לא ניתן להשתמש בכל היישומים הערות. הם משמשים לעתים קרובות במעגלים במהירות גבוהה שבו שיעור גבוה slew הוא הדרישה החשובה ביותר.

לא יוצא דופן אז, כי המגבר אופ AP עם שיעור הלהקה הגדולה ביותר לשלב תכונות של CFAS, כמו גם amps op שגרתית, קצת טשטוש את הקו ביניהם. לדוגמה, EL5102 יש שיעור שורה של 2500 vopping v / אותנו, עם זאת דלה 66 dB של לולאה פתוח להגיע למקום שבו הרבה מגברי OP יסוד יש 100 עד 120 dB. הטיה קלט שלה הנוכחי הוא די גדול גם, ב 2 UA אופייני. MIC920 עושה קצת יותר טוב, עם זאת ב 85 db זה עדיין לא מגבר פנטסטי אופ. אלוף אמיתי בסיווג זה הוא PA107, אשר יכול לשלב את הפלט שלה ב 3000 V / ארה”ב עם זאת עדיין מגיע 140 dB של רווח לולאה פתוח. זה גם שואב כ 50 תואר שני מאספקתו, אז זה לא משהו לנצל כאשר אתה יוצר עבור כוח נמוך.

חומרים יוצאי דופן

כמעט כל מעגלים משולבים אתה יכול לקבל היום לנצל את הסיליקון כחומר הבסיס שלהם. כמה מעגלים במהירות גבוהה, כולל כמה מהמהירות גבוהה מגבר המגורים הצביעו לעיל, נעשים ניצול סיליקון גרמניום (SIGE), למרות שזה רק את השכבה העליונה של שבב זה עוד סיליקון טהור. פוטנציאל, מוליכים למחצה אחרים כגון Gallium Arsenide (GAAS), Gallium Nitride (GAN) או אפילו קרביד סיליקון (SIC) עשוי להיות מנוצל לייצור APPS; עם זאת, בתנאי ההבדל הוצאות ניכרת עם סיליקון רגיל חומרים אלה מנוצלים בדרך כלל עבור טרנזיסטורים בדידים מיוחדים, כמו גם מעגלים משולבים במהירות גבוהה.

את המתים של קרביד סיליקון של KTH OP. תמונה אשראי: KTH
כמה עבודות מחקר המחקר הראו תוצאות מרתקות אם כי: המכון המלכותי של KTH, בשוודיה, הוכיח AMP OP עשה בחדשנות קרביד סיליקון שיכול לעבוד על טמפרטורות גבוהות במיוחד כמו 500 מעלות צלזיוס. הביצועים שלה רחוקים מכוכב, אבל החוססת שלה מציין כי היא חייבת להיות מסוגלת לעבוד בסביבות כמו עוין כמו פני השטח של ונוס.

כאן על כדור הארץ, הסיליקון הוא היטב הוקמה היטב כמו מוליכים למחצה של בחירה, כמו גם זה לא סביר לשנות בקרוב בקרוב. עם זאת, כפי שראינו, הסיליקון הוא צדדי מספיק כדי לאפשר מגוון גדול של סגנונות AMP OP כמעט בכל סוג של יישום אפשרי.