במאמר זה, נשווה מגברי חישת זרם ומגברים דיפרנציאליים, ננתח את הארכיטקטורות שלהם, מאפייני הביצועים והבדלי היישומים שלהם. יתרונותיהם של מגברי חישת זרם ביישומים של רוחב פס, יחס דחיית מצב משותף (CMRR) ותדר גבוה מודגשים.

הבדלים אדריכליים בין מגברי חישת זרם למגברי דיפרנציאל

בניגוד למגברים דיפרנציאליים, אשר מסתמכים על רשתות נגדי קלט כדי להחליש את מתחי הקלט, מגברי חישת זרם משתמשים בדרך כלל בארכיטקטורה ייחודית. הם משתמשים בטרנזיסטורי קלט בעלי מתח גבוה כדי לטפל ישירות במתחי מצב משותף גדולים ומשתנים במהירות, תוך הגברה מדויקת של מתחי שאנט דיפרנציאליים קטנים (איור 1).

איור 1. דוגמה למגבר חישת זרם

במגברים דיפרנציאליים, אות הדיפרנציאלי של הקלט מוחלש תחילה על ידי רשת נגדים, ולאחר מכן מוגבר בחזרה לרמת הקלט המקורית עם הגבר נוסף כדי להשיג את הגברת האות הסופית ביציאה. שחזור הקלט המוחלש למשרעת האות המקורית שלו צורך חלק ממכפלת ההגבר-רוחב הפס של המגבר הפנימי, ומקריב את רוחב הפס כדי להשיג הגבר נוסף.

לעומת זאת, מגברי חישת זרם אינם מחלישים אותות עקב טרנזיסטורי הקלט בעלי המתח הגבוה שלהם, מה שמבטל את הצורך בהגבר נוסף כדי לשחזר את משרעת האות. זה מאפשר למגבר השרת הפנימי לשמור על רוחב פס גדול יותר להגברת האות.

יתרונות ביצועים של מגברי חישת זרם

יתרון רוחב הפס: לדוגמה, למגבר ההפרש AD8206 יש רוחב פס של 3 קילוהרץ לאות קטן -100dB, בעוד שמגבר חישת הזרם AD8210 מציע רוחב פס של 450 קילוהרץ. רוחב הפס המוגדל של מגברי חישת הזרם הופך אותם לאידיאליים עבור יישומים בתדר גבוה או תרחישים הדורשים זיהוי של תנודות זרם מהירות.

יחס דחייה גבוה במצב משותף (CMRR): מגברי חישת זרם בדרך כלל מציגים CMRR גבוה יותר, בדרך כלל בטווח של 100 dB עד 120 dB ומעלה, בעוד שרוב המגברים הדיפרנציאליים בעלי CMRR בין 80 dB ל-100 dB.

טווח מתח במצב משותף: פשרה לרוחב הפס הגדול יותר של מגברי חישת זרם היא היעדר רשתות הנחתה פנימיות. זה מגביל את יכולתם לקבל מתחי קלט במצב משותף גבוהים במיוחד בהשוואה למגברים דיפרנציאליים. עם זאת, מגברי חישת זרם עדיין תומכים בטווחי מתח במצב משותף גבוהים, בדרך כלל בין 80 וולט ל-100 וולט.

יתרונות מגברי חישת זרם במדידות זרם המשתנות במהירות

מגברי חישת זרם משמשים בדרך כלל למדידת זרמי מיתוג גדולים. בעת מדידת זרמים אלה בצד הגבוה של עומס, מתח המצב המשותף על פני נגד המחלף עשוי להשתנות במהירות בין גובה הקרקע למתח האספקה.

שינויים מהירים אלה עלולים לגרום לתנודות משמעותיות בכניסת המגבר. במקרים מסוימים, תנודות מתח במצב משותף עשויות לעלות על אמפליטודת האות עצמה. באופן אידיאלי, המגבר צריך לייצר רק פלט המשקף את מתח החישה הדיפרנציאלי המוגבר. עם זאת, ביישומים מעשיים, הפלט עשוי להציג תגובת צעדים במצב משותף.

מגברי חישת זרם מצטיינים בדיכוי קפיצות חולפות במצב משותף הנגרמות על ידי צעדי מתח במצב משותף המשתנים במהירות, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד עבור יישומי חישת זרם עם אמפליטודות משתנות במהירות.

יישום מגברי חישת זרם במערכות בקרת מנוע תלת פאזיות

דוגמה מצוינת למיתוג מתח מהיר במצב משותף מתרחשת במדידת זרם הפאזה של מערכת בקרת מנוע תלת פאזית. במערכות כאלה, הבקר שולח אותות אפנון רוחב פולס (PWM) לשלב הממיר כדי להניע כל פאזה של המנוע (איור 2).

איור 2. חישת זרם בקרת מנוע תלת פאזי

נגד שאנט ממוקם בטור עם המנוע כדי למדוד את המתח הדיפרנציאלי על פניו, ומספק משוב זרם מיידי. משוב זה מאפשר לבקר לקבוע את הפאזה של כל אות. כאשר כל פולס PWM מגיע, מתח המצב המשותף בנגד השאנט עובר במהירות על פני כל טווח האספקה, מ-V- ל-V+. מעברי PWM מהירים אלה דורשים מגברים בעלי רוחב פס גבוה ודיכוי יעיל של יתרות חולפות במהלך קצוות עולים ויורדים.