מגברי שרת

מגבר השרת מתואר לעיתים קרובות כדבר הקרוב ביותר למגבר המושלם, הוא אחד מאבני היסוד של האלקטרוניקה היום בכלל, ובתחום האודיו ...

9:00
  /  
05.01.2005
  

בעבר, מגברי השרת הציגו נתונים טכניים עלובים, ודיבתם יצאה לעולם ומסרבת לגווע בחוגים מסוימים.

rnלמזלנו, היום רכיבים אלו מצדיקים את קיומם מעל ומעבר, ואין מתכנן או מהנדס שלא מודה בכל יום על קיומם שכן – מימש מגבר שרת ע"י רכיבים דיסקרטיים היא עבודה סיזיפית שלרוב לא מצדיקה את עצמה.

rnמגבר השרת יכול להיות עבד נאמן וצייתן – אם אך תתייחסו אליו נכון, אך אם תבקשו לעשות ממנו עבודה שמתנגשת עם ייעודו, הוא יגמול לך מנה אחת אפיים ואתם עתידים לפגוש את צדו האפל.


rnהבה נסקור חלק מהתכונות שהופכות את מגבר השרת לרכיב כל כך מוצלח:
rn1. התנגדות כניסה גבוהה מאוד
rn2. התנגדות יציאה נמוכה מאוד
rn3. רוחב פס רחב מאוד
rn4. מתחי עבודה גמישים
rn5. צריכת זרם נמוכה
rn6. הגבר עצום
rn7. רעש עצמי נמוך
rn8. מתח היסט נמוך
rn9. הדירות יצור גבוהה
rn10. דחיית רעשי ספק טובה מאוד
rn11. slew rate גבוה
rn12. עיוותים נמוכים מאוד

rnהתנגדות כניסה:rnrn התנגדות הכניסה של כל רכיב תקבע את מידת השפעתו על הרכיב שלפניו.

rnהתנגדות כניסה גבוהה תקטין את דרישת הזרם מהרכיב שלפניו, ולמעשה הוא יראה כמעט "שקוף" לרכיב שלפניו. תכונה זו הופכת אותו (בין השאר) לרכיב אידיאלי לשימוש בדרגות

rnחציצה ותאום עכבות. בחלק ממגברי השרת ניתן למצוא כניסת טת"ש (FET) שמציגה התנגדות כניסה גבוהה עוד יותר מהמקובל אלמנט קיבולי נמוך מאוד. אך אליה וקוץ בה – התנגדות הכניסה הגבוהה מאלצת זרם היסט נמוך מאוד, ובכך מאיטה את המגבר.

rnרוחב-פס ו- slew rate:rnrn שני פרמטרים אלו מובאים יחד, היות ואין קיום לאחד ללא השני.

rnSlew rate גדול מחייב מגבר בעל רוחב-פס גדול ולהפך. רוחב-פס הוא ברכה ברוב המקרים, אך גם הופך את המגבר לחיה פראית ולא צפויה. אחת הבעיות שיכולות להתעורר היא התנדנדות של המגבר בתדרים גבוהים (כל מגבר הוא מתנד בפוטנציה). בעיה זו תאלץ אותו לתכנון קפדני ומדויק יותר, ספק כוח נקי יותר, ובסופו של דבר גם הגבלת רוחב-הפס.

rnתופעת הלוואי תהיה כאמור הקטנת ה -slew rate .
rnאז יש לנו בעיה. האומנם?

rnבואו נבחן כמה slew rate צריך באמת באפליקציות שמע:

rnנשתמש בנוסחה הבאה: slew rate = 2πfv

rnF – התדר המכסימאלי. לטובת המהדרין נניח שאנחנו מכוונים גבוה – 100Khz
rnV – מתח המוצא המכסימאלי. נניח שמדובר במוצא CDP, ונבחר במתח נוח – 2V

rnמכאן שה slew rate המינימאלי שנדרש הוא: 1.26V/uSec (וולט למיקרושניה)

rnמגבר שרת סטנדרטי מספק לפחות 4.5V/uSec. כלום צריך יותר מזה?

rnמתחי עבודה גמישים:rnrnמגבר השרת יכול לעבוד בטווח רחב מאוד של מתחי עבודה. עובדה זאת מאפשרת למתכנן גמישות רבה בתכנון וחסכון ברכיבים. רוב מגברי השרת משתמשים בשני ממתחים (חיובי ושלילי) ומשרעת המוצא תנוע בטווח שביניהם, אם כי רוב מגברי השרת לא יגיעו למלוא המשרעת.

rnסוג אחר של מגברי שרת משתמש במתח יחיד, ודורשים תכנון זהיר באפליקציות הדורשות טווח דינאמי גדול.


rnהערה: כל מגבר שרת ניתן להפעיל עם מתח בודד, אך זה מחייב את המתכנן לבנות מתח יחוס שערכו מחצית מהמתח הכללי.rn

rnרעש עצמי נמוך:rnrnלכל רכיב יש רעש עצמי מסוים שהוא מייצר. השאיפה היא כמובן לרעש עצמי נמוך ככל האפשר.

rnהרעש העצמי משחק תפקיד כאשר ברצוננו להגביר סיגנאלים נמוכים מאוד או כאשר אנו מחברים מספר רכיבי הגברה בטור. הרעש העצמי במגברי שרת נמצא בדרך כלל ברמות של ננו-וולטים, אך הוא יוגבר בכל דרגה, ובסופו של דבר יהפוך למשמעותי.

rnכרגיל, בחירת הרכיב צריכה להתאים לאפליקציה, ניקח לדוגמא קדם-מגבר לפטיפון:

rnקדם-מגבר לפטיפון אמור להתמודד עם מתחים נמוכים מאוד, והוא יכול להכיל שלוש דרגות הגברה או יותר. במקרה זה למשל, אנו נעדיף מגבר בעל רעש עצמי נמוך יותר, מאשר למשל מגבר מהיר יותר (slew rate גבוה יותר).

rnמתח היסט נמוך:rnrnהמונח מתח היסט מתאר את רמת שינוי המתח המינימאלית הנדרשת בכניסה למגבר בכדי לגרום לאפס וולט ביציאה. מתח היסט נמוך חשוב במיוחד למשל באפליקציות שמטפלות בטווח דינאמי רחב ורזולוציות גבוהות, כמו למשל – ממירים אנלוגיים לדיגיטליים. חשוב לבחור מגבר שרת שמתח ההיסט שלו יתאים לרזולוציה של הממיר, אחרת אנו נקבל שגיאות בהמרה.

rn

rnהדירות ביצור:rnrnבפסי יצור של רכיבים אלקטרוניים מייצרים מיליוני פרטים מאותו סוג. השאיפה היא לתאימות מלאה ככל האפשר של אותם רכיבים באותו פס יצור ובפסי יצור אחרים. כאשר מתכנן או יצרן מחליט על שימוש ברכיב זה או אחר, ההעדפה תהיה בבחירת הרכיב שידרוש את מינימום ההשקעה בתכנון ובדיקה. לשם השוואה – כאשר נדרשים רכיבים שמתפקדים בזוגות כמו טרנזיסטורים או שפופרות, נדרשת לפעמים התאמה מוקדמת בין הרכיבים לפני השמתם במעגל. במגברי שרת דרישה זו כמעט ואינה קיימת. היתרונות הם: הוזלת המוצר, אמינות גבוהה יותר, תחזוקה קלה יותר ודרישות תכנון מקילות.rn

rnהמאמר נכתב על ידי rnדוחף_לויתן


9:00
  /  
5.1.2005
  

1