Was ist ein Verstärker mit programmierbarer Verstärkung?
Ein Verstärker mit programmierbarer Verstärkung ist ein Verstärker, dessen Verstärkungsgrad vom Benutzer durch Programmierung verändert werden kann.
Es handelt sich um einen Verstärker, der einen Operationsverstärker verwendet, im Allgemeinen in einer nicht-invertierenden Konfiguration. Da die Verstärkung durch Programmierung geändert werden kann, lassen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung Raum für Änderungen in der Signalkette, wobei analoge Signale in digitale Signale umgewandelt werden.
Dies führt zur Entwicklung flexibler Produkte, da die Verstärkung nachträglich geändert werden kann, um flexibel auf Kunden- oder Benutzerwünsche zu reagieren, z. B. zur Erhöhung der Signalempfangsstärke.
Anwendungen für Verstärker mit programmierbarer Verstärkung
Verstärker mit programmierbarer Verstärkung werden hauptsächlich zur Signalverstärkung in Geräten eingesetzt, die Signale oder Rauschen empfangen, wie z. B. Kommunikationsgeräte, Detektoren und Analysegeräte. Beispiele sind Basisstationen und Empfänger für Mobiltelefone, Ultraschallradar, drahtlose Kommunikation und Sprachanalyse. Andere Anwendungen sind Motorsteuerungen.
Bei der Auswahl der Spezifikationen für Verstärker mit programmierbarer Verstärkung müssen der Bereich und die Art der programmierbaren Verstärkung, die Impedanzgröße und die Verstärkungsgenauigkeit berücksichtigt werden.
Funktionsweise von Verstärkern mit programmierbarer Verstärkung
Ein Verstärker mit programmierbarer Verstärkung verwendet eine Leiterkonfiguration von Widerständen im Gegenkopplungskreis eines Operationsverstärkers und schaltet diese Widerstandswerte über einen Schaltvorgang durch Steuerung der Registerwerte einer digitalen Schaltung um. Dies ermöglicht eine Verstärkungsumschaltung und einen Verstärkerbetrieb mit einem großen Dynamikbereich.
Zusätzlich zum Widerstandswert des Gegenkopplungskreises besteht eine weitere Technik darin, die an den Operationsverstärker angelegte interne Spannung durch Programmierung zu ändern, wodurch der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers selbst variiert und die Größe der Verstärkung verändert werden kann. Verstärker mit programmierbarer Verstärkung für Geräte, die in medizinischen Geräten und wissenschaftlichen Experimenten eingesetzt werden, erfordern einen Verstärkungsfaktor mit großem Dynamikbereich, geringem Rauschen und ausgezeichneter Temperaturstabilität.
Aus diesem Grund verfügen einige Produkte über einen Mechanismus, bei dem Widerstände und Kondensatoren in den Verstärker mit programmierbarer Verstärkung eingebaut werden, um einen Tiefpassfilter zu bilden und hochfrequentes Rauschen zu entfernen. Es gibt auch Produkte, bei denen mehrere Operationsverstärker über eine Schaltung mit einem programmgesteuerten Schalter verbunden sind, so dass die Operationsverstärker je nach Bedarf vom Programm gesteuert werden können, was eine große Verstärkung auf effiziente Weise ermöglicht.
Weitere Informationen zu Verstärkern mit programmierbarer Verstärkung
1. Sensoranwendungen
Bei der Entwicklung von Systemen mit Sensoren ist der Ausgangsbereich verschiedener Sensortypen so ausgelegt, dass er mit dem Eingangsbereich des nachfolgenden A-D-Wandlers in Kombination übereinstimmt, aber nicht unbedingt mit dem Eingangs-/Ausgangsbereich des Systems. In solchen Fällen muss ein Verstärker mit programmierbarer Verstärkung zwischen dem Sensor und dem A-D-Wandler eingesetzt werden, um den sehr geringen Ausgangsbereich des Sensors bei sehr niedrigen Pegeln abzudecken und an den Eingangsbereich des A-D-Wandlers anzupassen.
Bei Sensoranwendungen muss aufgrund ihrer Funktion natürlich auch auf den Rauschpegel geachtet werden. Häufig werden auch Instrumentenverstärker verwendet, aber Verstärker mit programmierbarer Verstärkung können auch als Instrumentenverstärker mit einer zusätzlichen variablen Verstärkungsfunktion in der zweiten Stufe betrachtet werden.
2.Der Unterschied zwischen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) und Verstärker mit variabler Verstärkung (VGA)
Beide sind insofern gleich, als es sich um Verstärker handelt, deren Verstärkung verändert und angepasst werden kann. Ein Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) wird für die Verstärkungseinstellung diskreter (präziser) Werte verwendet, da er digital gesteuert und bit-geschaltet wird, z.B. 4x, 8x, 16x, anstatt kontinuierlich auf analoge Weise eingestellt zu werden.
Es ist zu beachten, dass die Auflösung der Verstärkungseinstellung nur so groß ist wie die Anzahl der Bits im Einstellregister. Verstärker mit variabler Verstärkung (VGA) hingegen sind analoge, kontinuierliche Verstärkungsregler mit relativ schnellem Ansprechverhalten und eignen sich für Anwendungen, bei denen ein AGC-Betrieb (automatische Verstärkungsregelung) erforderlich ist.