ในบทความนี้ เราจะเปรียบเทียบแอมพลิฟายเออร์เซนส์ปัจจุบันและแอมพลิฟายเออร์เชิงอนุพันธ์ พร้อมทั้งวิเคราะห์สถาปัตยกรรม ลักษณะการทำงาน และความแตกต่างของการใช้งาน โดยจะเน้นข้อดีของแอมพลิฟายเออร์เซนส์ปัจจุบันในด้านแบนด์วิดท์ อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMRR) และการใช้งานความถี่สูง

ความแตกต่างทางสถาปัตยกรรมระหว่างแอมพลิฟายเออร์เซนส์ปัจจุบันและแอมพลิฟายเออร์เชิงอนุพันธ์

ต่างจากเครื่องขยายสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลซึ่งอาศัยเครือข่ายตัวต้านทานอินพุตเพื่อลดทอนแรงดันไฟฟ้าอินพุต เครื่องขยายสัญญาณแบบตรวจจับกระแสมักใช้สถาปัตยกรรมเฉพาะตัว เครื่องขยายสัญญาณเหล่านี้ใช้ทรานซิสเตอร์อินพุตแรงดันไฟฟ้าสูงเพื่อจัดการกับแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและมีขนาดใหญ่โดยตรง ขณะเดียวกันก็ขยายแรงดันไฟฟ้าชันท์แบบดิฟเฟอเรนเชียลขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 ตัวอย่างของเครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสไฟฟ้า

ในเครื่องขยายสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียล สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลอินพุตจะถูกลดทอนลงก่อนโดยเครือข่ายตัวต้านทาน จากนั้นจึงขยายกลับไปยังระดับอินพุตเดิมด้วยค่าเกนเพิ่มเติมเพื่อให้ได้การขยายสัญญาณขั้นสุดท้ายที่เอาต์พุต การคืนค่าอินพุตที่ลดทอนลงเป็นแอมพลิจูดสัญญาณเดิมจะใช้ส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์แบนด์วิดท์เกน-เกนของเครื่องขยายเสียงภายใน โดยต้องเสียสละแบนด์วิดท์เพื่อให้ได้ค่าเกนเพิ่มเติม

ในทางกลับกัน เครื่องขยายสัญญาณแบบตรวจจับกระแสจะไม่ลดทอนสัญญาณเนื่องจากมีทรานซิสเตอร์อินพุตแรงดันไฟฟ้าสูง จึงไม่จำเป็นต้องใช้เกนเพิ่มเติมเพื่อคืนแอมพลิจูดของสัญญาณ ซึ่งช่วยให้ op-amp ภายในสามารถรักษาแบนด์วิดท์ได้มากขึ้นสำหรับการขยายสัญญาณ

ข้อดีด้านประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์เซนส์ปัจจุบัน

ข้อได้เปรียบของแบนด์วิดท์: ตัวอย่างเช่น แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล AD8206 มีแบนด์วิดท์สัญญาณขนาดเล็ก -3dB ที่ 100 kHz ในขณะที่แอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแส AD8210 มีแบนด์วิดท์ 450 kHz แบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นของแอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่สูงหรือสถานการณ์ที่ต้องตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่รวดเร็ว

อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไปสูง (CMRR): โดยทั่วไปเครื่องขยายสัญญาณแบบตรวจจับกระแสจะแสดง CMRR ที่สูงกว่า โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 100 dB ถึง 120 dB หรือสูงกว่า ในขณะที่เครื่องขยายสัญญาณเชิงอนุพันธ์ส่วนใหญ่จะมี CMRR อยู่ระหว่าง 80 dB ถึง 100 dB

ช่วงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป: การแลกเปลี่ยนแบนด์วิดท์ที่ใหญ่กว่าของแอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสคือการไม่มีเครือข่ายลดทอนภายใน ซึ่งจำกัดความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปที่สูงมากเมื่อเทียบกับแอมพลิฟายเออร์แบบดิฟเฟอเรนเชียล อย่างไรก็ตาม แอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสยังคงรองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่สูง โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 80 V ถึง 100 V

ข้อดีของเครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสในการวัดกระแสที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

เครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสมักใช้ในการวัดกระแสสลับขนาดใหญ่ เมื่อวัดกระแสเหล่านี้ที่ด้านสูงของโหลด แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปข้ามตัวต้านทานแบบชันท์อาจผันผวนอย่างรวดเร็วระหว่างระดับพื้นดินและแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย

การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเหล่านี้สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะอย่างมีนัยสำคัญที่อินพุตของเครื่องขยายเสียง ในบางกรณี การเปลี่ยนแปลงชั่วขณะของแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอาจเกินแอมพลิจูดของสัญญาณเอง ในอุดมคติ เครื่องขยายเสียงควรผลิตเอาต์พุตที่สะท้อนแรงดันไฟฟ้าตรวจจับความแตกต่างที่ขยายเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง เอาต์พุตอาจแสดงการตอบสนองแบบขั้นบันไดโหมดทั่วไป

แอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสมีประสิทธิภาพในการปราบปรามค่าสไปค์ชั่วคราวโหมดทั่วไปที่เกิดจากสเต็ปแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานตรวจจับกระแสที่มีแอมพลิจูดที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสในระบบควบคุมมอเตอร์สามเฟส

ตัวอย่างที่ดีของการสลับแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นในการวัดกระแสเฟสของระบบควบคุมมอเตอร์สามเฟส ในระบบดังกล่าว ตัวควบคุมจะส่งสัญญาณการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ไปยังสเตจอินเวอร์เตอร์เพื่อขับเคลื่อนแต่ละเฟสของมอเตอร์ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 การตรวจจับกระแสไฟฟ้าควบคุมมอเตอร์สามเฟส

ตัวต้านทานแบบชันท์จะถูกวางแบบอนุกรมกับมอเตอร์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันระหว่างตัวต้านทาน โดยให้ผลตอบรับกระแสไฟฟ้าทันที ผลตอบรับนี้ทำให้ตัวควบคุมสามารถกำหนดเฟสของสัญญาณแต่ละสัญญาณได้ เมื่อพัลส์ PWM แต่ละพัลส์มาถึง แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่ตัวต้านทานแบบชันท์จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตลอดช่วงการจ่ายไฟทั้งหมด ตั้งแต่ V- ถึง V+ การเปลี่ยนผ่าน PWM อย่างรวดเร็วเหล่านี้ต้องการแอมพลิฟายเออร์ที่มีแบนด์วิดท์สูงและการระงับการโอเวอร์ชูตชั่วคราวที่มีประสิทธิภาพในระหว่างขอบที่เพิ่มขึ้นและลดลง