Jump to content

    

предусилитель для пьезокерамического гидрофона

У AD743 малый напряженческий шум, зато большой шумовой ток (входной ток порядка 200 пА), и вообще, в его описании они сильно мухлюют не указывая нормальных параметров, а приводя всякие кривые графики.

 

Но тут все зависит от сопротивления источника сигналов и/или его емкости. Если емкость пьезодатчика 1нФ, то на 1 Гц эквивалентное сопротивление будет порядка 160 МОм - посчитайте шум для AD743. Шум AD795 будет намного меньше. Для источников с низким сопротивлением - наоборот, но и тут есть лучшие альтернативы - AD797 - у него "50 nV p-p input voltage noise, 0.1 Hz to 10 Hz" при входном токе 100 пА.

Так я как раз спросил про Ваш источник.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Пардон, неправильно указал входной ток AD797 - не пА, а нА, и не 100, а 250 (и не выиграл, а проиграл...) - поправил в посте.

 

Это вопрос не ко мне, но ТС, похоже, тихо испарился. Лучше задать его Алексашке, у него конкретный датчик.

 

Да, если интересно, то тут неплохая статья по выбору ОУ с нужными параметрами.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Пардон, неправильно указал входной ток AD797 - не пА, а нА, и не 100, а 250 (и не выиграл, а проиграл...) - поправил в посте.

 

Это вопрос не ко мне, но ТС, похоже, тихо испарился. Лучше задать его Алексашке, у него конкретный датчик.

 

Да, если интересно, то тут неплохая статья по выбору ОУ с нужными параметрами.

Статью потом посмотрю. А Алексашке поможем, если сможем. Тут все подкованные )))

Share this post


Link to post
Share on other sites
У нас нет электропрома - у нас есть только кучка воров, которые наживаются на этом понятии. И на тех людях, которые пытаются его поддержать. Проходили многократно, с тех пор не пытаемся спасать отрасль (читай - кормить толстопузых паразитов) из своего кармана.

Хм..печально это все :(

Мы вот были в Миландре недавно, понравилось, видно что ребята хотят делать чтото хорошее и нужное, но спроса нет, посему и движение очень медленное. Накупили кучу отладочных плат и микросхем, посмотрим что получится.

 

По теме топика.

А какая была эквивалентная емкость пьезопреобразователя? И частотный диапазон вниз?

50 нФ. Диапазон снизу от 1,5 Гц.

 

2 rudy_b: мы с Вами както года 2 назад обсуждали МШУ для геофона, и Вы предложили концепцию в виде биполяр+ОУ, эту же идеологию я продвинул в усилитель заряда, заменив биполяр на jfet и получилось очень хорошо. Поверьте, я перепробовал массу оперов с низкими шумами и сравнительно низким потреблением (я тогда ограничивал потребление на уровне 0,5мА, поэтому выбор оперов был небольшой), вот например нашел тогда MAX4250 -если посмотреть у него шумы даже чуть меньше чем у предложенного Вами AD795 при том что ток потребления у него в 3 раза ниже, чем у AD795.

Так вот схема с jfet на входе (с той же самой полосой и емкостью датчика) давала шумы интегрально в 4,3 раза меньше.

 

Вот такая была схема, питание не показано -оно однополярное=3В. Опер на схеме не принципиален как я уже говорил, годится практически любой малошумящий (20-30нВ/корень из Гц). Цепочка V25, С80 и R443 -эквивалент датчика. Сложная RC схема на входе JFET - для правильной симуляции фликкер-шума транзистора -подгонял по шумовым фигурам из даташита.

post-4576-1379916720_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites
Мы вот были в Миландре недавно, понравилось, видно что ребята хотят делать чтото хорошее и нужное, но спроса нет, посему и движение очень медленное

Много таких ребят. И чем им помогает министерство? А стоит им потом и кровью добиться успеха - им на раз-два предьявят претензии по смехотворному поводу, обвинят в куче нарушений, сменят директора и ку-ку, нормальный государственный рейдерский захват и будут пахать под эгидой какого-нибудь "олигарха".

 

Мы с MAXовыми деталями в последнее время стараемся не работать. После того, как фирма резко изменилась, что-то стало не то с их продукцией. Если раньше они строго соответствовали сказанному и были сделаны очень грамотно, то после перемен напарывались на откровенные баги (неоговоренные) в их деталях. Может сейчас они снова взялись за ум?

 

По параметрам это деталь просто отличная. Но смотрим внимательно. В заголовке

"They draw 400μA of quiescent supply current per amplifier while featuring ultra-low distortion (0.0002% THD), as well as low input voltage-noise density (7.9nV/!Hz) and low input current-noise density (0.5fA/!Hz)."

 

Сразу видны некие странности - напряженческий шум (7.9 нИ/..) приведен для 30 кГц - это не принято, в худшем случае для низкочастотных оперов приводят для 1 кГц. И хотя далее в тексте дается цифра и для 10 Гц (27 нВ/...), но неприлично. Для сравнения у AD795 на 10 кГц - 10 нВ/.. а на 10 Гц - 20 нВ/... Т.е. чуть хуже на высоких частотах и заметно лучше на низких. Токовые шумы на 1 кГц близки - 0.5 фа для MAX и 0.6 для AD.

 

Дальше - THD. На одних графиках (они не пронумерованы в MAX) он просто великолепен - THD+noise 120 дб (Av=1), но по соседним графикам при Av=10 он всего 0.1%!!! И это при заяве 0.0002%. Чему верить?

 

Но это я не к тому, что AD лучше. Просто с последними деталями MAX нужно быть весьма осторожными и проверять все параметры.

 

Насчет опера с биполяром - странно, я обычно использую именно JFET + ОУ. Примерно так

post-40458-1379935811_thumb.png

Это для импульсов и на высокие частоты, но идеология - та же.

 

Alexashka, если несложно - выложите пожалуйста полученные шумовые параметры, интересно сравнить.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Alexashka, если несложно - выложите пожалуйста полученные шумовые параметры, интересно сравнить.

Я больше доверяю такому параметру как ЭДС шума в полосе 0,1...10Гц, т.к даже спектральная плотность данная для 10Гц ничего не говорит о характере распределения фликкер-шума. Точнее говорит конечно, но интегральная оценка всетаки достоверней, а у МАКса она меньше -0,76мкВ п-п, против 1мкВ п-п у Аналога. Хотя опять же это типовое значение. У Аналога хорошо, что они указывают максимально-возможное, на которое вообщемто и надо делать расчет. Но согласитесь по шумам они очень похожи.

А вот по искажениям смотрите- на первой странице они приводят значение чисто THD, а на графиках - THD+noise, нужно прикинуть, возможно это как раз изза вклада шумов. Если проинтегрировать шумовое напряжение на выходе во всей полосе частот и вычесть его из суммы (гармоники+шум) вполне возможно 0.0002% THD и получится. Зато у AD только один график и он без учето шумовой компоненты.

 

Биполяр я использовал для низкоомного датчика (геофон), по сравнению с маломощными сигнальными jfet они все-же выигрывают.

 

По шумам не могу сказать, все в тетрадке которая на работе, в связи с переездом я до нее не скоро видимо доберусь :) А что конкретно интересует? Я делал интегральную оценку в полосе 3кГц, спектральную плотность нечем было померять

 

По Вашей схеме: а это ЗЧУ или просто инвертирующий усилитель (емкость С35=1пФ смущает). С учетом делителя R42/R53 эквивалентное Roc выходит чтото порядка 1,7 ГОм :blink:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Жаль. Просто хотел прикинуть что можно отжать без входного полевика, только на ОУ и сравнить с вариантом с полевиком.

 

Это именно ЗЧУ, но для пропорционального счетчика, который собирает заряд. 1 пФ - для большого усиления, заряд порядка 240 электронов усиленный (примерно в 100 раз) в пропорциональном счетчике. На 1 пф получается сигнал порядка нескольких мВ.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Жаль. Просто хотел прикинуть что можно отжать без входного полевика, только на ОУ и сравнить с вариантом с полевиком.

 

Это именно ЗЧУ, но для пропорционального счетчика, который собирает заряд. 1 пФ - для большого усиления, заряд порядка 240 электронов усиленный (примерно в 100 раз) в пропорциональном счетчике. На 1 пф получается сигнал порядка нескольких мВ.

ЗЧУ на МАХ4250 в 4,3 раза больше шумы, чем 2SK117 на входе + MAX4250. Сами цифры в тетради остались. Мне нужно было знать именно соотношение (выигрыш).

Перепроверил, полоса у меня была такая: 1,7 - 350 Гц. Практически основной вклад дает фликкер

Кстати у Вас нижняя граница полосы пропускания 90 Гц примерно? Тогда весь фликкер отсекается...

R66 не увеличивает шум?

 

______________________________

Вот что нашел: макет №1 с ЗЧУ по схеме, которую привел выше, далее следует усилитель-фильтр с полосой 1,8...350Гц. Общее усиление схемы составляет 56тыс. (если считать от источника V25 и до выхода усилителя-фильтра): шум на выходе 4,2мВ эфф.

И макет №2: первый каскад - ЗЧУ на MAX4250, далее также следует усилитель-фильтр с полосой 1,8...350Гц. Эквивалент датчика тот же что и в первом макете, а вот цепь обратной связи другая: Roc=47M, Сос=2,2нФ, изза этого общее усиление примерно 13тыс. однако уровень шума на выходе 4,4мВ эфф. Т.е как я и говорил выше, приведенный ко входу напряженческий шум у второго макета в 4 раза меньше. А т.к емкость датчика не менялась это означает что и зарядовый шум в 4 раза меньше.

Ну вот както так.

Нашел тетрадь! Вообщем при питание от батареек получено в схеме с 2SK117 шумы 2,9мВ эфф., что дает 2,76нВ/sqrt(Hz) приведенные к полосе 350Гц. Вообще с этого транзистора должно было получится порядка 1нВ/sqrt(Hz). Оптимальный ток стока считал, но с ним не намного лучше было...

Share this post


Link to post
Share on other sites
ЗЧУ на МАХ4250 в 4,3 раза больше шумы, чем 2SK117 на входе + MAX4250. Сами цифры в тетради остались. Мне нужно было знать именно соотношение (выигрыш).

Перепроверил, полоса у меня была такая: 1,7 - 350 Гц. Практически основной вклад дает фликкер

Кстати у Вас нижняя граница полосы пропускания 90 Гц примерно? Тогда весь фликкер отсекается...

R66 не увеличивает шум?

...

Спасибо, этого хватит для оценки.

 

R66 на шум влияет незначительно, выходное сопротивление источника сигнала намного больше. Но его наличие обязательно - при пробоях на вход попадает импульс с амплитудой до 1.5 кВ и это сопротивление защиты входа.

 

Эта схема - усилитель коротких импульсов длительностью несколько микросекунд. Дальше стоит фильтр, который обрезает полосу пропускания до, примерно, 300 кГц - 2 МГц, поэтому низкочастотные шумы не мешают.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Перечитав всю ветку возникло несколько вопросов. Стоит примерно такая же задача, создания усилителя для датчика(цилиндр цтс-19 400Мом,7нф) нужен сигнал от 50-50000Гц, с наименьшими возможными шумами. Применял схема Усилителя Заряда на Оу. Удалось улучшить результат но мне необходим максимально возможное соотношение сигнал шум. Применял OУ, op2177, op284, ad8627, op97. По расчетам лучше себя должен был показать 8627 но лучшим оказался результат на op2177. заказал max4477. Что можете сказать по этому поводу, почему теор не сходится с практикой?

Share this post


Link to post
Share on other sites
...Что можете сказать по этому поводу, почему теор не сходится с практикой?

Какой информационный сигнал поступает на вход датчика? Как установлен датчик? Есть ли демпфирование кристалла? Опыты с ним на столе и его работа в корпусе могут сильно изменить выходные характеристики сигнала и отношение сигнал/шум.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Какой информационный сигнал поступает на вход датчика? Как установлен датчик? Есть ли демпфирование кристалла? Опыты с ним на столе и его работа в корпусе могут сильно изменить выходные характеристики сигнала и отношение сигнал/шум.

Датчик представляет собой цилиндрик из пьезокерамики цтс-19, необходимо снять сигнал с него. Нужно создать что то на подобие гидрофона, но сам прибор доложен эксплуатироваться при высоких давлениях(сотни атмосфер) и высокой температуры (120-150 градусов).

Опытный образец прибора готов, но хотелось бы улучшить его чувствительность чтобы он чувствовал сигнал около 50-70дБ относительно 1 мкПа.

 

Какой информационный сигнал поступает на вход датчика? Как установлен датчик? Есть ли демпфирование кристалла? Опыты с ним на столе и его работа в корпусе могут сильно изменить выходные характеристики сигнала и отношение сигнал/шум.

в данный момент пьезокерамика вклеена внутри трубы, то есть сигнал проходит через металлическую стенку, которая защищает датчик от внешнего давления.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Датчик представляет собой цилиндрик из пьезокерамики цтс-19, необходимо снять сигнал с него. Нужно создать что то на подобие гидрофона, но сам прибор доложен эксплуатироваться при высоких давлениях(сотни атмосфер) и высокой температуры (120-150 градусов).

Опытный образец прибора готов, но хотелось бы улучшить его чувствительность чтобы он чувствовал сигнал около 50-70дБ относительно 1 мкПа.

в данный момент пьезокерамика вклеена внутри трубы, то есть сигнал проходит через металлическую стенку, которая защищает датчик от внешнего давления.

Металлическая стенка должна пропустить сигнал из среды с плотностью, например, воды. Удельные вес металла, воды,клея и керамики разные. Скорость распрастранения ультразвука тоже. Будет три перехода энергии волны: 1. Вода - металл; 2. Металл - клей; 3. Клей - керамика.

http://engineering-solutions.ru/ultrasound/theory/

Суммарный коэффициент пропускания будет равен произведению трёх коэффициентов на каждом из переходов. Дополнительно нужно учесть поглощение энергии в слое защитной металлической стенки. Возможно, сигнал просто не доходит до керамики из-за потерь на переходах и в слое металла.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Металлическая стенка должна пропустить сигнал из среды с плотностью, например, воды. Удельные вес металла, воды,клея и керамики разные. Скорость распрастранения ультразвука тоже. Будет три перехода энергии волны: 1. Вода - металл; 2. Металл - клей; 3. Клей - керамика.

http://engineering-solutions.ru/ultrasound/theory/

Суммарный коэффициент пропускания будет равен произведению трёх коэффициентов на каждом из переходов. Дополнительно нужно учесть поглощение энергии в слое защитной металлической стенки. Возможно, сигнал просто не доходит до керамики из-за потерь на переходах и в слое металла.

C вами полностью согласен, в дальнейшем предполагается уменьшение стенки металла, и сам пьезоэлемент посадить на ось внутри данного защитного металлического капсуля и наполнение его жидкостью с примерно такой же плотностью как и сама внешняя среда в которой распространяются упругие колебания.

 

На опытном образце удалось, увеличить соотношение сигнал шум заменой ОУ на 2177 (выиграли примерно 20 Дб (10раз), но как я уже говорил хочется еще увеличить данное соотношение. Сейчас стоит вопрос создания усилителя чтобы еще увеличить соотношения сигнал шум. А далее уже отталкиваясь от этого пытаться увеличить чувствительность самой конструкции с датчиком, применяя калибровочную установку ( так же ведется создание).

Пред усилитель должен быть расположен как можно ближе к Пьезоэлементу? Сильно ли влияет поляризация самого элемента продольная или поперечная?( мой пьезоэлемент обладает продольной поляризацией).

Применение истокового повторителя увеличит ли отношение сигнал\шум? или можно пока что остановиться на ОУ?

 

Кто сталкивался с проблемой подбора ОУ для таких типов емкостных датчиков? понимаю что нужно для снятия сигнала с высокоомной нагрузки выбирать Оу с наименьшим возможным токовым шумом.

Edited by damasking

Share this post


Link to post
Share on other sites
Кто сталкивался с проблемой подбора ОУ для таких типов емкостных датчиков? понимаю что нужно для снятия сигнала с высокоомной нагрузки выбирать Оу с наименьшим возможным токовым шумом.

Методом "научного тыка" конечно можно подобрать что-нибудь, но вначале, как минимум, надо снять спектр шумов и проанализировать кто шумит.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now