سلام
تا حالا ببیش از 20 مورد سوال در ایمیل و پیغام خصوصی در مورد ایراد طراحی مدار با AD620 داشتم. این به جز ده ها تاپیک ایجاد شده توی فرومه. واقعاً نمی دونم به این بچه های تازه کار چی بگم که بهشون بفهمونم قبل از طراحی مدار باید دیتاشیت رو مطالعه کنند.
اگر کسی مشکلی در راه اندازی و ساخت مدار با آی سی تقویت کننده تفاضلی AD620 داره، حتماً این مطلب رو مطالعه کنه شاید مفید واقع بشه. اگه مشکل راه نیافتاد، همینجا بپرسه و تاپیک جدید و تکراری ایجاد نکنه و تو ایمیل و پیغام خصوصی چیزی رو مطرح نکنه.
خوب، بریم سر اصل مطلب... مواردی که در زیر مطرح میشه، به ترتیب اولیت هستند.
1) تغذیه
عمده مشکلات کار با آی سی AD620 و INA121 یا تقویت کننده های عملیاتی یا تفاضلی، استفاده از تغذیه نامناسبه. بهترین مدل تغذیه برای اکثر پ امپ ها و این مدل آی سی های آنالوگ تغذیه دوبل 15+ و 15- ولته. به جرأت می تون بگم کمتر دستگاه صنعنی و پزشکی با پدر مادر خارجی یا ایرانی رو دیدم که تو مدار آنالوگش تغذیه دوبل استفاده نکرده باشه.
بیش از 99% از مشکلات دوستان کم تجربه در استفاده از AD620 ناشی از تغذیه نامناسبه. لطفاً قبل از طراحی مدار و شبیه سازی، یه بار بشینید مثه بچه آدم دیتاشیت رو مرور کنید. اگر قبل از طراحی 5 دقیقه وقت صرف مطالعه کنید، به اندازه 5 روز عیب یابی بعد از ساخت فیزیکی مدار مفید واقع میشه. منظورم اینه که قبل از وقوع حادثه به فکر راه چاره باشید.
اگر تغذیه مدار رو می خواید ولتاژهایی غیر از 15+ و 15- بذارید، توجه کنید که در یک محدوده 2 ولتی از هر سمت تغذیه، سیگنال ورودی، خروجی، و مرجع نداشته باشید. یعنی نباید انتظار داشته باشید که AD620 با همین تغذیه، بتونه سیگنال 14 ولت توی خروجی ایجاد کنه.
حالا یکی می یاد و تاپیک می زنه و کلی بحث می کنه و پیغام خصوصی میده و عز و التماس می کنه و بد و بیراه می گه و بعد از کلی برو و بیا و وقت تلف کردن از همه، بدون اینکه شماتیک مدارش رو بذاره! با کلی عشوه و ناز می گه که >>من تغذیه مدارم 0 تا 3.3+ ولته، چرا AD620 گینش 500 نیست؟!!<<
خوب مرد مومن معلومه که مدارت کار نمی کنه! این AD620 با این تغذیه پیزوری نمی تونه هیچ خروجی ای داشته باشه. یه نگاه به دیتاشیت، همون صفحه اول، خطهای اولیه گفته که تغذیه حداقل 2.3+- ولته. حداقل! دوبل!
هــــــــــــــیـــــــــــــــــــــــــــــــــچ جای دیتاشیت اشاره ای به تغذیه تکی در مورد این آی سی نشده.
یا یکی دیگه اومده شکل مدار گذاشته و هر چی بش می گم شماتیک مدارِ خودتو بذار و تغذیه رو بگو و اینا... گوش نمیده و بعد از چند سری پاسخ میاد می گه که >>من تغذیه مدارم 0 و 5+ ولته و مرجع ولتاژ رو گذاشتم 0 ولت. به نظرتون ایرادی داره؟!<<
آره پسرم، ایراد داره. ولتاژ مرجع (پین 5) هم باید در همون محدوده مجاز تغذیه باشه. کافیه توی همون مدار، یه تقسیم مقاومتی بزنه و ولتاژ مرجع رو 2.5 ولت بده. مدار کار می کنه، اما خروجی بین 2 ولت تا 3 ولت (یکم بیشتر و کمتر) معتبره. چون محدوده اشباع خروجی حدود 2 ولت از هر سمت تغذیه ست.
سوال:
همه که نمی تونن تغذیه دوبل توی مدار داشته باشن. چه خاکی به سر کنن حالا؟!
جواب:
لزومی به استفاده از تغذیه دوبل نیست. فقط باید محدوده سیگنال های ورودی، خروجی و ولتاژ مرجع از تغذیه های مثبت و منفی 2 ولت دورتر باشه.
یه راه حل دیگه هم استفاده از مبدل های ولتاژ مثبت به منفیه. مثل ICL7660 یا استفاده از موج مربعی و دو تا دیود و خازن برای تبدیل ولتاژ مثبت به منفی با جریان خروجی ناچیز (در حد میلی آمپر). اینجوری می تونید با یه تغذیه مثبت و استفاده از این مدارات ساده، تغذیه منفی داشته باشید در حد 10 میلی آمپر هم کفایت می کنه چون تغذیه AD620 یا پ امپ های آنالوگ معمولاً جریان کشی ناچیزی دارند.
ریپل خروجی یا نویز این مبدلهای ولتاژ منفی معمولاً زیاده، اما برای تغذیه آی سی های آنالوگ معمولاً نویز تغذیه در فرکانس های زیر 1MHz اهمیت چندانی نداره. یه پارامتری هست به نام نسبت دفع تغذیه (PSRR) که معمولاً در فرکانس های پایین خیلی عدد خوبیه در حد 60 تا 80 دسی بل. یعنی که نویز تغذیه 60 تا 80 دسی بل تضعیف میشه و توی خروجی ظاهر می شه. می دونید که 60 دسی بل تضعیف یعنی 0.001 برابر. یعنی نویز یا ریپل تغذیه عملاً از بین می ره.
دقت کنید که با افزایش فرکانس، این PSRR کم و کمتر می شه. طوری که ممکنه توی فرکانس های بالای 1MHz به 10 یا 0 دسی بل هم برسه. یعنی که نویز تغذیه عیناً (با ضریبِ 1) توی خروجی ظاهر می شه. که فعلاً به اینا کاری نداریم و جزو مباحث پیشرفته طراحی مدارات آنالوگه.
راستی، خازن های 100nF روی پایه های تغذیه (هم مثبت و هم منفی) فراموش نشه که مثل آب روی آتیش می مونه!
2) ولتاژ مرجع
حدود 50% مواقع به یک نکته مهمی توجه نمی شه و اون، جریان کشیِ پایه مرجع (پین 5) آی سی AD620 است. حدود 0.5 تا 1mA محض احتیاط باید این پین قابلیت جریان دهی/جریان کشی داشته باشه. توجه کنید: هم Source و هم Sink. شما ممکنه یه تقیم مقاومتی 10K اهم بزنید از تغذیه 5+ و ولتاژ پین مرجع رو به خیالِ خودتون برابر 2.5+ ولت قرار بدید. اما باید دقت کنید که اون پین بسته به بالا و پاین رفتن سیگنال آنالوگ ورودی و خروجی، جریان متفاوتی می کشه و ممکنه این 2.5+ ولتِ خیالیِ شما، در عمل بین 2.3+ تا 2.7+ ولت تغییر کنه بدون اینکه ولتاژ مشخصی داشته باشه.
باز ملت میان و تاپیک می زنن که AD620 درست کار نمی کنه، عجب آی سی مزخرفیه! و هزار جور بد و بیراه دیگه. ازش که می پرسی مرجع ولتاژت چیه می گه تقسیم مقاومتی زدم!
اون مطلبی که در مورد نویز تغذیه و دفع یا تضعیفش گفتم، در مورد مرجع ولتاژ اصلاً و ابداً صدق نمی کنه. یعنی که هــــر نویزی که توی مرجع ولتاژ بیاد عینـــاً میاد تو خروجی. پس دقت کنید که مرجع رو چی می ذارید. توصیه بنده به شما استفاده از زنر، و TL431 و حرفه ای تر از اون، آی سی های مرجع ولتاژ مثل REF02 هست که ولتاژ دقیق و واقعاً کم نویز ایجاد می کنه.
تا الآن حدود 99.9% از مشکلات رو بحث کردیم. مابقی مباحث اهمیت کمتری دارند، اما بررسی اون ها خالی از لطف نیست.
3) ضریب تقویت
آی سی AD620 می تونه تا حدود 10000 برابر ضریب تقویت داشته باشه. اما این بدین معنی نیست که شما می تونید یه سیگنال مزخرف 1 میکرو ولتی رو تقویت کنید و برسونید به 10 میلی ولت و بعدش هم یه پ امپ استفاده کنید و 100 برابر تقویتش کنید تا بشه 1 ولت! باید دقت داشته باشید که این ضریب تقویت روی نویز ورودی هم اعمال می شه و توی خروجی ظاهر می شه. در مورد نویز AD620 توی دیتاشیت نمودارها و مطالبی مورد بحث قرار گرفته.
تنها موردی که می تونه اثر نویز ورودی رو توی خروجی از بین ببره، وجود نویز مشترک بر روی هر دو سیگنالِ + و - ورودیه. یعنی که شما یه سیگنالی دارید که ماهیتش تفاضلیه مثل جریانی که از سنسور صنعتی 4-20 میلی آمپر داره میاد توی یه مقاومت و شما مقاومت رو چسبوندید به پین های + و - آی سی AD620. خوب این سیگنال ورودی ماهیتش تفاضلیه چون جریان باید حتماً از توی مقاومت رد بشه و استفاده از AD620 در این مورد منجر به یه خروجی تر و تمیز و کم نویز میشه حتی اگه ضریب گین 1000 باشه.
مثالِ دیگه پل وتستونه که اگه درست ببندیدش، سیگنال تفاضلی به شما میده و با استفاده از AD620 می تونید نویز مشترک رو حذف کنید و سیگنال کم نویزی در خروجی داشته باشد.
4) نسبت حذف ولتاژ مد مشترک
اگه الکترونیک 2 رو خوب خونده باشید، در مبحث تقویت کننده های تفاضلی یه پارامتری به نام CMRR مطرح میشه که هر چی بیشتر باشه بهتره. معنیش اینه که همیــــــــشه یه ضریبی از ولتاژ مشترک پین های ورودی، توی خروجی ظاهر میشه. اما این ولتاژ با ضریب حداقل 70-80 دسی بل تضعیف شده. یعنی در حد 0.0001 برابر. ولتاژ مشترک از بین نمیره، فقط تضعیف میشه و هر چی CMRR بیشتر باشه، این تضعیف هم بیشتر خواهد بود.
با افرایش فرکانس سیگنال های ورودی به بیش از 10kHz، مقدار CMRR به شدت کاهش پیدا می کنه.
5) جریان خروجی
جریان خروجی AD620 زیاد نیست. پس لطفاً ازش جریان نکشید! بار خازنی هم توی خروجی قرار ندید چونکه نمی تونه خازن رو به درستی شارژ و دشارژ کنه.
برای آخرین نکته توجه کنید که AD620 و پ امپ ها آی سی های آنالوگ هستند. حافظه ندارند، راه اندازی لازم ندارند، فقط تغذیه، مرجع و سیگنال. همین. نباید ازشون بترسیم و باید در هر پروژه و مدار جدید، مطالعاتمون رو بیشتر کنیم و با دقت بیشتری مدار آنالوگ رو طراحی کنیم.
من حدود 7 سال پیش، به دلیل کم تجربگی در طراحی الکترونیک و مخصوصاً عدم توجه به تغذیه و مرجع ولتاژ AD620 یه پروژه بزرگ رو به فنا دادم! هنوز هم که هنوزه با وجود اینکه ده ها و صدها مدار و برد عملی و محصول تولیدی با این آی سی درست کردم، اخیراً توی حلقه فیدبک منفی ناپایدار پ امپ و AD620 تو یه پروژه موندم! اینست دنیای آنالوگ...
خوب دیگه، امیدوارم مطالب بالا مفید بوده باشه.
تا حالا ببیش از 20 مورد سوال در ایمیل و پیغام خصوصی در مورد ایراد طراحی مدار با AD620 داشتم. این به جز ده ها تاپیک ایجاد شده توی فرومه. واقعاً نمی دونم به این بچه های تازه کار چی بگم که بهشون بفهمونم قبل از طراحی مدار باید دیتاشیت رو مطالعه کنند.
اگر کسی مشکلی در راه اندازی و ساخت مدار با آی سی تقویت کننده تفاضلی AD620 داره، حتماً این مطلب رو مطالعه کنه شاید مفید واقع بشه. اگه مشکل راه نیافتاد، همینجا بپرسه و تاپیک جدید و تکراری ایجاد نکنه و تو ایمیل و پیغام خصوصی چیزی رو مطرح نکنه.
خوب، بریم سر اصل مطلب... مواردی که در زیر مطرح میشه، به ترتیب اولیت هستند.
1) تغذیه
عمده مشکلات کار با آی سی AD620 و INA121 یا تقویت کننده های عملیاتی یا تفاضلی، استفاده از تغذیه نامناسبه. بهترین مدل تغذیه برای اکثر پ امپ ها و این مدل آی سی های آنالوگ تغذیه دوبل 15+ و 15- ولته. به جرأت می تون بگم کمتر دستگاه صنعنی و پزشکی با پدر مادر خارجی یا ایرانی رو دیدم که تو مدار آنالوگش تغذیه دوبل استفاده نکرده باشه.
بیش از 99% از مشکلات دوستان کم تجربه در استفاده از AD620 ناشی از تغذیه نامناسبه. لطفاً قبل از طراحی مدار و شبیه سازی، یه بار بشینید مثه بچه آدم دیتاشیت رو مرور کنید. اگر قبل از طراحی 5 دقیقه وقت صرف مطالعه کنید، به اندازه 5 روز عیب یابی بعد از ساخت فیزیکی مدار مفید واقع میشه. منظورم اینه که قبل از وقوع حادثه به فکر راه چاره باشید.
اگر تغذیه مدار رو می خواید ولتاژهایی غیر از 15+ و 15- بذارید، توجه کنید که در یک محدوده 2 ولتی از هر سمت تغذیه، سیگنال ورودی، خروجی، و مرجع نداشته باشید. یعنی نباید انتظار داشته باشید که AD620 با همین تغذیه، بتونه سیگنال 14 ولت توی خروجی ایجاد کنه.
حالا یکی می یاد و تاپیک می زنه و کلی بحث می کنه و پیغام خصوصی میده و عز و التماس می کنه و بد و بیراه می گه و بعد از کلی برو و بیا و وقت تلف کردن از همه، بدون اینکه شماتیک مدارش رو بذاره! با کلی عشوه و ناز می گه که >>من تغذیه مدارم 0 تا 3.3+ ولته، چرا AD620 گینش 500 نیست؟!!<<
خوب مرد مومن معلومه که مدارت کار نمی کنه! این AD620 با این تغذیه پیزوری نمی تونه هیچ خروجی ای داشته باشه. یه نگاه به دیتاشیت، همون صفحه اول، خطهای اولیه گفته که تغذیه حداقل 2.3+- ولته. حداقل! دوبل!
هــــــــــــــیـــــــــــــــــــــــــــــــــچ جای دیتاشیت اشاره ای به تغذیه تکی در مورد این آی سی نشده.
یا یکی دیگه اومده شکل مدار گذاشته و هر چی بش می گم شماتیک مدارِ خودتو بذار و تغذیه رو بگو و اینا... گوش نمیده و بعد از چند سری پاسخ میاد می گه که >>من تغذیه مدارم 0 و 5+ ولته و مرجع ولتاژ رو گذاشتم 0 ولت. به نظرتون ایرادی داره؟!<<
آره پسرم، ایراد داره. ولتاژ مرجع (پین 5) هم باید در همون محدوده مجاز تغذیه باشه. کافیه توی همون مدار، یه تقسیم مقاومتی بزنه و ولتاژ مرجع رو 2.5 ولت بده. مدار کار می کنه، اما خروجی بین 2 ولت تا 3 ولت (یکم بیشتر و کمتر) معتبره. چون محدوده اشباع خروجی حدود 2 ولت از هر سمت تغذیه ست.
سوال:
همه که نمی تونن تغذیه دوبل توی مدار داشته باشن. چه خاکی به سر کنن حالا؟!
جواب:
لزومی به استفاده از تغذیه دوبل نیست. فقط باید محدوده سیگنال های ورودی، خروجی و ولتاژ مرجع از تغذیه های مثبت و منفی 2 ولت دورتر باشه.
یه راه حل دیگه هم استفاده از مبدل های ولتاژ مثبت به منفیه. مثل ICL7660 یا استفاده از موج مربعی و دو تا دیود و خازن برای تبدیل ولتاژ مثبت به منفی با جریان خروجی ناچیز (در حد میلی آمپر). اینجوری می تونید با یه تغذیه مثبت و استفاده از این مدارات ساده، تغذیه منفی داشته باشید در حد 10 میلی آمپر هم کفایت می کنه چون تغذیه AD620 یا پ امپ های آنالوگ معمولاً جریان کشی ناچیزی دارند.
ریپل خروجی یا نویز این مبدلهای ولتاژ منفی معمولاً زیاده، اما برای تغذیه آی سی های آنالوگ معمولاً نویز تغذیه در فرکانس های زیر 1MHz اهمیت چندانی نداره. یه پارامتری هست به نام نسبت دفع تغذیه (PSRR) که معمولاً در فرکانس های پایین خیلی عدد خوبیه در حد 60 تا 80 دسی بل. یعنی که نویز تغذیه 60 تا 80 دسی بل تضعیف میشه و توی خروجی ظاهر می شه. می دونید که 60 دسی بل تضعیف یعنی 0.001 برابر. یعنی نویز یا ریپل تغذیه عملاً از بین می ره.
دقت کنید که با افزایش فرکانس، این PSRR کم و کمتر می شه. طوری که ممکنه توی فرکانس های بالای 1MHz به 10 یا 0 دسی بل هم برسه. یعنی که نویز تغذیه عیناً (با ضریبِ 1) توی خروجی ظاهر می شه. که فعلاً به اینا کاری نداریم و جزو مباحث پیشرفته طراحی مدارات آنالوگه.
راستی، خازن های 100nF روی پایه های تغذیه (هم مثبت و هم منفی) فراموش نشه که مثل آب روی آتیش می مونه!
2) ولتاژ مرجع
حدود 50% مواقع به یک نکته مهمی توجه نمی شه و اون، جریان کشیِ پایه مرجع (پین 5) آی سی AD620 است. حدود 0.5 تا 1mA محض احتیاط باید این پین قابلیت جریان دهی/جریان کشی داشته باشه. توجه کنید: هم Source و هم Sink. شما ممکنه یه تقیم مقاومتی 10K اهم بزنید از تغذیه 5+ و ولتاژ پین مرجع رو به خیالِ خودتون برابر 2.5+ ولت قرار بدید. اما باید دقت کنید که اون پین بسته به بالا و پاین رفتن سیگنال آنالوگ ورودی و خروجی، جریان متفاوتی می کشه و ممکنه این 2.5+ ولتِ خیالیِ شما، در عمل بین 2.3+ تا 2.7+ ولت تغییر کنه بدون اینکه ولتاژ مشخصی داشته باشه.
باز ملت میان و تاپیک می زنن که AD620 درست کار نمی کنه، عجب آی سی مزخرفیه! و هزار جور بد و بیراه دیگه. ازش که می پرسی مرجع ولتاژت چیه می گه تقسیم مقاومتی زدم!
اون مطلبی که در مورد نویز تغذیه و دفع یا تضعیفش گفتم، در مورد مرجع ولتاژ اصلاً و ابداً صدق نمی کنه. یعنی که هــــر نویزی که توی مرجع ولتاژ بیاد عینـــاً میاد تو خروجی. پس دقت کنید که مرجع رو چی می ذارید. توصیه بنده به شما استفاده از زنر، و TL431 و حرفه ای تر از اون، آی سی های مرجع ولتاژ مثل REF02 هست که ولتاژ دقیق و واقعاً کم نویز ایجاد می کنه.
تا الآن حدود 99.9% از مشکلات رو بحث کردیم. مابقی مباحث اهمیت کمتری دارند، اما بررسی اون ها خالی از لطف نیست.
3) ضریب تقویت
آی سی AD620 می تونه تا حدود 10000 برابر ضریب تقویت داشته باشه. اما این بدین معنی نیست که شما می تونید یه سیگنال مزخرف 1 میکرو ولتی رو تقویت کنید و برسونید به 10 میلی ولت و بعدش هم یه پ امپ استفاده کنید و 100 برابر تقویتش کنید تا بشه 1 ولت! باید دقت داشته باشید که این ضریب تقویت روی نویز ورودی هم اعمال می شه و توی خروجی ظاهر می شه. در مورد نویز AD620 توی دیتاشیت نمودارها و مطالبی مورد بحث قرار گرفته.
تنها موردی که می تونه اثر نویز ورودی رو توی خروجی از بین ببره، وجود نویز مشترک بر روی هر دو سیگنالِ + و - ورودیه. یعنی که شما یه سیگنالی دارید که ماهیتش تفاضلیه مثل جریانی که از سنسور صنعتی 4-20 میلی آمپر داره میاد توی یه مقاومت و شما مقاومت رو چسبوندید به پین های + و - آی سی AD620. خوب این سیگنال ورودی ماهیتش تفاضلیه چون جریان باید حتماً از توی مقاومت رد بشه و استفاده از AD620 در این مورد منجر به یه خروجی تر و تمیز و کم نویز میشه حتی اگه ضریب گین 1000 باشه.
مثالِ دیگه پل وتستونه که اگه درست ببندیدش، سیگنال تفاضلی به شما میده و با استفاده از AD620 می تونید نویز مشترک رو حذف کنید و سیگنال کم نویزی در خروجی داشته باشد.
4) نسبت حذف ولتاژ مد مشترک
اگه الکترونیک 2 رو خوب خونده باشید، در مبحث تقویت کننده های تفاضلی یه پارامتری به نام CMRR مطرح میشه که هر چی بیشتر باشه بهتره. معنیش اینه که همیــــــــشه یه ضریبی از ولتاژ مشترک پین های ورودی، توی خروجی ظاهر میشه. اما این ولتاژ با ضریب حداقل 70-80 دسی بل تضعیف شده. یعنی در حد 0.0001 برابر. ولتاژ مشترک از بین نمیره، فقط تضعیف میشه و هر چی CMRR بیشتر باشه، این تضعیف هم بیشتر خواهد بود.
با افرایش فرکانس سیگنال های ورودی به بیش از 10kHz، مقدار CMRR به شدت کاهش پیدا می کنه.
5) جریان خروجی
جریان خروجی AD620 زیاد نیست. پس لطفاً ازش جریان نکشید! بار خازنی هم توی خروجی قرار ندید چونکه نمی تونه خازن رو به درستی شارژ و دشارژ کنه.
برای آخرین نکته توجه کنید که AD620 و پ امپ ها آی سی های آنالوگ هستند. حافظه ندارند، راه اندازی لازم ندارند، فقط تغذیه، مرجع و سیگنال. همین. نباید ازشون بترسیم و باید در هر پروژه و مدار جدید، مطالعاتمون رو بیشتر کنیم و با دقت بیشتری مدار آنالوگ رو طراحی کنیم.
من حدود 7 سال پیش، به دلیل کم تجربگی در طراحی الکترونیک و مخصوصاً عدم توجه به تغذیه و مرجع ولتاژ AD620 یه پروژه بزرگ رو به فنا دادم! هنوز هم که هنوزه با وجود اینکه ده ها و صدها مدار و برد عملی و محصول تولیدی با این آی سی درست کردم، اخیراً توی حلقه فیدبک منفی ناپایدار پ امپ و AD620 تو یه پروژه موندم! اینست دنیای آنالوگ...
خوب دیگه، امیدوارم مطالب بالا مفید بوده باشه.
دیدگاه