Akım modlu elemanlar kullanılarak enstrümantasyon kuvvetlendirici tasarımı

Abstract

Akım modlu devrelerin gerilim modlu devrelere göre üstünlükleri, daha yüksek bandgenişliği, daha iyi bir lineerlik, daha geniş bir dinamik aralık, daha basit devre yapısı, gerilimden bağımsız çalışabilme özelliği ve düşük güç harcamasından kaynaklanır. Gerilim modlu yapıların alam taşıyıcılar ve akım modlu aktif devre blokları kullanılarak yapılabilmesi analog devre tasarımında akım modlu devrelerin gerilim modlu devrelere göre daha çok tercih edilir hale gelmesini sağlamıştır. Günümüzde gerilim modlu enstrümantasyon kuvvetlendiricilerinin de akım modlu oluşturulabilmesi yeni aktif akım modlu yapılarla bu elemanları oluşturma çalışmalarını sürdürmüştür. Bu çalışmada akım kontrollü akım taşıyıcı ve fark alam taşıyıcı gibi akım modlu devre blokları kullanılarak enstrümantasyon kuvvetlendiricileri tasarlanmıştır. Gelişmiş akım taşıyıcı makromodelinden yola çıkılarak enstrümantasyon kuvvetlendiricinin ortak işareti bastırma oranı ve ortak işareti bastırma oram iyileştirme yöntemlerinden bahsedilmiştir. Kontrollü akım taşıyıcıların elektronik ayarlanabilirlik, yüksek frekanslarda çalışabilme özelliği, yüksek giriş ve çıkış direnci, X ucu çıkış direncinin düşük tutulması ve ayarlanabilmesi gibi özelliklerinden yararlanılıp, enstrümantasyon kuvvetlendirici dirençsiz sadece tek çeşit iki kontrollü akım taşıyıcı kullanılarak oluşturulmuştur. Diğer bir enstrümantasyon kuvvetlendirici diferansiyel gerektiren uygulamalarda CCII yapısının getirdiği mahsurları ortadan kaldırmak için üç tane fark akım taşıyıcı ve iki adet direnç kullanılarak oluşturulmuştur. Daha önce yapılmış devreler incelenmiş ve devrelerden yararlanarak yeni elemanlarla gerçeklenmiştir. Gerçeklenen devrelerin ve daha önceden önerilmiş devrelerin benzetimleri yapılmıştır.Current mode circuits are more superior than voltage mode circuits because they have wider bandwidth, better linearity, wider dynamic range, simpler circuit topology, voltage independency and low power consumption. The current mode approach is powerful if we consider that all the analog IC functions, which traditionally were been designed in the voltage mode, can be also implemented in current mode. Therefore instrumentation amplifiers also can be designed using new current mode active circuit blocks. In this study, instrumentation amplifiers were implemented by being used current controlled current conveyor and differential current conveyors. Based on enhanced current conveyor macromodel, common mode rejection ratio and CMRR enhancement techniques were studied. Due to the fact that electronically tunability, high frequency performance, high input and output impedance, to be maintained and tuned the X node impedance at a low level; instrumentation amplifier, using same type two controlled current conveyors, were implemented. Another instrumentation amplifier using three differential current conveyors and two resistors were proposed to avoid disadvantages of current conveyors at differential applications. Many recently published circuits were examined and with the help of these circuits new instrumentation amplifiers were implemented. Simulation of the proposed and recently published a circuits are also studied.