Dalam artikel ini, kami membandingkan penguat penginderaan arus dan penguat diferensial, menganalisis arsitektur, karakteristik kinerja, dan perbedaan aplikasinya. Keunggulan penguat penginderaan arus dalam hal lebar pita, rasio penolakan mode umum (CMRR), dan aplikasi frekuensi tinggi disorot.

Perbedaan Arsitektur Antara Penguat Penginderaan Arus dan Penguat Diferensial

Tidak seperti penguat diferensial, yang mengandalkan jaringan resistor input untuk melemahkan tegangan input, penguat penginderaan arus biasanya menggunakan arsitektur yang unik. Penguat ini menggunakan transistor input tegangan tinggi untuk secara langsung menangani tegangan mode umum yang besar dan berubah dengan cepat sambil secara akurat memperkuat tegangan shunt diferensial yang kecil (Gambar 1).

Gambar 1. Contoh Penguat Penginderaan Arus

Pada penguat diferensial, sinyal diferensial masukan pertama-tama dilemahkan oleh jaringan resistor, kemudian diperkuat kembali ke level masukan asli dengan penguatan tambahan untuk mencapai penguatan sinyal akhir pada keluaran. Mengembalikan masukan yang dilemahkan ke amplitudo sinyal aslinya menghabiskan sebagian dari produk penguatan-lebar pita penguat internal, mengorbankan lebar pita untuk mencapai penguatan ekstra.

Sebaliknya, penguat penginderaan arus tidak melemahkan sinyal karena transistor masukan bertegangan tinggi, sehingga menghilangkan kebutuhan penguatan tambahan untuk memulihkan amplitudo sinyal. Hal ini memungkinkan penguat operasional internal mempertahankan lebih banyak lebar pita untuk penguatan sinyal.

Keunggulan Kinerja Penguat Penginderaan Arus

Keunggulan Bandwidth: Misalnya, penguat diferensial AD8206 memiliki bandwidth sinyal kecil -3dB sebesar 100 kHz, sedangkan penguat penginderaan arus AD8210 menawarkan bandwidth sebesar 450 kHz. Peningkatan bandwidth penguat penginderaan arus membuatnya ideal untuk aplikasi frekuensi tinggi atau skenario yang memerlukan deteksi transien arus cepat.

Rasio Penolakan Mode Umum (CMRR) Tinggi: Penguat penginderaan arus umumnya menunjukkan CMRR yang lebih tinggi, biasanya dalam kisaran 100 dB hingga 120 dB atau lebih tinggi, sedangkan sebagian besar penguat diferensial memiliki CMRR antara 80 dB dan 100 dB.

Rentang Tegangan Mode Umum: Kompromi untuk lebar pita penguat penginderaan arus yang lebih besar adalah tidak adanya jaringan redaman internal. Hal ini membatasi kemampuan penguat untuk menerima tegangan masukan mode umum yang sangat tinggi dibandingkan dengan penguat diferensial. Namun, penguat penginderaan arus masih mendukung rentang tegangan mode umum yang tinggi, biasanya antara 80 V dan 100 V.

Keuntungan Penguat Penginderaan Arus dalam Pengukuran Arus yang Berubah Cepat

Penguat penginderaan arus umumnya digunakan untuk mengukur arus switching yang besar. Saat mengukur arus ini pada sisi beban yang tinggi, tegangan mode umum di resistor shunt dapat berfluktuasi dengan cepat antara level ground dan tegangan suplai.

Perubahan cepat ini dapat menyebabkan transien yang signifikan pada input penguat. Dalam beberapa kasus, transien tegangan mode umum dapat melebihi amplitudo sinyal itu sendiri. Idealnya, penguat hanya akan menghasilkan output yang mencerminkan tegangan penginderaan diferensial yang diperkuat. Namun, dalam aplikasi praktis, output dapat menunjukkan respons langkah mode umum.

Penguat penginderaan arus unggul dalam menekan lonjakan transien mode umum yang disebabkan oleh langkah tegangan mode umum yang berubah cepat, membuatnya sangat cocok untuk aplikasi penginderaan arus dengan amplitudo yang berubah cepat.

Aplikasi Penguat Penginderaan Arus pada Sistem Kontrol Motor Tiga Fasa

Contoh utama pengalihan tegangan mode umum yang cepat terjadi pada pengukuran arus fasa dari sistem kontrol motor tiga fasa. Dalam sistem tersebut, pengontrol mengirimkan sinyal modulasi lebar pulsa (PWM) ke tahap inverter untuk menggerakkan setiap fasa motor (Gambar 2).

Gambar 2. Penginderaan Arus Kontrol Motor Tiga Fasa

Resistor shunt dipasang secara seri dengan motor untuk mengukur tegangan diferensial yang melintasinya, sehingga memberikan umpan balik arus sesaat. Umpan balik ini memungkinkan pengontrol untuk menentukan fase setiap sinyal. Saat setiap pulsa PWM tiba, tegangan mode umum pada resistor shunt dengan cepat beralih melintasi rentang pasokan penuh, dari V- ke V+. Transisi PWM yang cepat ini membutuhkan amplifier dengan lebar pita tinggi dan penekanan yang efektif terhadap overshoot sementara selama tepi naik dan turun.