Jump to content

    

предусилитель для пьезокерамического гидрофона

Опыт показывает, что дискретный транзистор + опер дает заметно лучшие результаты, чем любой опер.

 

Но тут все проработано плохо, нужные параметры транзисторов, как правило, не заданы и часто можно нарваться на неожиданности, например использование мощного полевика вместо маломощного может сильно снизить шум.

 

Основное - это отбор полевиков - разброс по шуму - десяток раз. Плюс "правильное" "масштабирование" площади полевика - его емкость и емкость источника сигнала должны соответствовать (это уже мои домыслы).

Share this post


Link to post
Share on other sites
Но тут все проработано плохо, нужные параметры транзисторов, как правило, не заданы и часто можно нарваться на неожиданности, например использование мощного полевика вместо маломощного может сильно снизить шум.

Начать нужно с рассчёта энергии, поступающей на защитную трубку. Её должно быть много и даже очень много для создания импульса тока, например, на базе транзистора. Использование индуктивного преобразователя, возможно, увеличит коэффициент использования поступающей энергии. Пъезокристалл всего лишь конденсатор, на обкладках которого появляется некоторое количество электронов.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Опыт показывает, что дискретный транзистор + опер дает заметно лучшие результаты, чем любой опер.

 

Но тут все проработано плохо, нужные параметры транзисторов, как правило, не заданы и часто можно нарваться на неожиданности, например использование мощного полевика вместо маломощного может сильно снизить шум.

 

Основное - это отбор полевиков - разброс по шуму - десяток раз. Плюс "правильное" "масштабирование" площади полевика - его емкость и емкость источника сигнала должны соответствовать (это уже мои домыслы).

 

не могли бы вы по своему опыту, посоветовать ОУ которые давали не плохие результаты? Какие параметры ОУ прежде всего влияют на отношение сигнал/шум по схеме Усилителя заряда? В моем случаем случае потребление ОУ не играет особой роли так как прибор автономный,могу ставить любой по емкости источник питания. В схеме применено двуполярное питание -3/3 В. Применение Охранных колец обязательно? Применение металических защитных экранов над Оу сильно ли влияет на SNR?

 

А по теме дискретного транзистора, транзистор подключается как истоковый повторитель?

 

 

 

 

Брал из Хоровица форумлу для выбора ОУ который бы минимазировал бы шумы в некотором диапазоне частот при данном сопротивлении источника сигнала R

 

asdasd.jpg

 

далее брал корень и получалось вот это по оси Y шум В/(hz)1/2 по оси X сопротивление в Ом

 

 

 

image.png

 

Актуально ли это для моего источника сигнала? или все таки то что датчик емкостной то сопротивление у него падает при возрастании частоты сигнала?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. Оправдано применение внешнего транзистора, так-как в рамках интегрального техпроцесса добиться оптимальных характеристик сразу по шуму, смещению и входному току не получается. Добавление транзистора улучшает картину. Можно параллелить транзисторы, тогда шум уменьшается в sqrt N раз.

Потому как шум каждого транзистора некоррелированный (Можно параллелить ОУ, но это сильно дороже). Есть специальные транзисторы полевые с ультранизким шумом. Они очень дорогие и труднодоставаемые. Если надумаете, то поищу ссылку на производителя. Когда-то давно пользовал.

2. Применение охранных колец защищает больше не от шума, а от токов утечки. При большом входном сопротивлении, из-за токов утечки могут быть значительные смещения, которые сожрут ДД. Да и изменениепроводимости среды даст неконтролируемые сдвиги этого смещения.

3. В современной электромагнитной обстановке при большом входном сопротивлении экран не просто показан, он ОБЯЗАТЕЛЕН!

Share this post


Link to post
Share on other sites
Актуально ли это для моего источника сигнала? или все таки то что датчик емкостной то сопротивление у него падает при возрастании частоты сигнала?

Вам не сказали самого главного - датчик имеет комплексное сопротивление, проще говоря моделируется несколькими резонансными контурами.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1. Оправдано применение внешнего транзистора, ...

Рекомендую поставить согласованную пару транзисторов типа 159НТ - есть современный аналог - и ещё один кристалл датчика, работающий вхолостую. Пара транзисторов включается по схеме дифференциального УПТ.

 

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?

 

Что за "схема Усилителя Заряда на Оу"?

При сравнении учитывали различные полосы пропускания каждого ОУ? Для корректной оценки можно чемто обрезать после усилителя, я обычно использую цифровой фильтр в осциллографе.

Какова нижняя частота среза усилителя? Может фликкер-шум сильно влияет (например у AD8627 фликкер в разы больше чем у OP2177).

Какая именно теория для расчета использовалась? Просто квадратичное сложение шумов тут не катит, если применяется ЗЧУ.

В общем приведите полную схему тогда будем гадать что с чем не сходится :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
...В общем приведите полную схему тогда будем гадать что с чем не сходится :)

В данном случае механическая схема "подключения" датчика к источнику колебаний может не пропускать акуустический сигнал.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Что за "схема Усилителя Заряда на Оу"?

При сравнении учитывали различные полосы пропускания каждого ОУ? Для корректной оценки можно чемто обрезать после усилителя, я обычно использую цифровой фильтр в осциллографе.

Какова нижняя частота среза усилителя? Может фликкер-шум сильно влияет (например у AD8627 фликкер в разы больше чем у OP2177).

Какая именно теория для расчета использовалась? Просто квадратичное сложение шумов тут не катит, если применяется ЗЧУ.

В общем приведите полную схему тогда будем гадать что с чем не сходится :)

 

прочитав многое понял что НЕОБХОДИМО в первую очередь знать импеданс пьезоэлемента. А после этого уже определив сопротивление датчика на каждой из необходимых частот, только уже тогда выбирать ОУ, с малым входным напряжением шума или малым входным токовым шумом(определить от чего будет вклад больше в результирующий шум)

Пришел max4477 с шум напряжением шума 4 нв и токовым 0,5 fA, получил шумы в 1,5 раза ниже чем с OP2177, у которого 8 нВ и 200fA.

Далее нагрел max4477 до 120 градусов чтобы увеличить токовый шум так как каждые 20 градусов в 2 раза повышается шум по току из-за того что на входе стоят ПТ у 4477( у Op2177 биполярные), в итоге не увидел изменение шума(не вырос). пришел к выводу что по токовому шуму 4477 имеет большой запас.

Хочу снять импеданс датчика, если можете подскажите как?

После снятие импеданса уже определюсь с окончательным выбором ОУ

 

Схема усилителя заряда стандартная, в цепи обратной связи кондер и резистор, коэф усиления беру максимально возможный 30-40Дб если позволяет ОУ(так как необходим сигнал до 50 Кгц), Нижняя частота среза примерно 100-500Гц(Определяется резистором в цепи обратной связи). На неинвертирующий вход(+) подаю землю)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Датчик у вас широкополосный 50Гц-50кГц, поэтому, в случае ЗЧУ, его импеданс, практически, определяется его емкостью (7нФ по вашим данным) и существенно (с точки зрения шумов) зависит от частоты.

 

Так, при этом импедансе, на частоте 50 Гц токовый шум 200 fa будет давать добавку в 90 мкв (U=I * Xc(50 Гц)), а на 50 кГц этот вклад снизится до 90 нВ.

 

Соответственно вам следует выбирать опера с минимальным токовым шумом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Датчик у вас широкополосный 50Гц-50кГц, поэтому, в случае ЗЧУ, его импеданс, практически, определяется его емкостью (7нФ по вашим данным) и существенно (с точки зрения шумов) зависит от частоты.

 

Так, при этом импедансе, на частоте 50 Гц токовый шум 200 fa будет давать добавку в 90 мкв (U=I * Xc(50 Гц)), а на 50 кГц этот вклад снизится до 90 нВ.

 

Соответственно вам следует выбирать опера с минимальным токовым шумом.

Для ЗЧУ это не так. В нём токовый шум ОУ прямиком идёт на цепочку ОС, т.е шум на выходе не зависит от емкости датчика. Например для цепочки R||C = 10Мом||100пФ спектр.токовый шум в 200фА на корень из Гц даст на выходе вольтовые шумы 2мкВ на корень из Гц на низких частотах (до частоты среза этой цепочик = 158 Гц), и интегрально 32мкВ в полосе 50кГц. А например увеличение резистора до 100МОм приведет к увеличению спектрального шума до 20мкВ/Гц^0,5 и хотя частота среза цепочки снизилась до 16Гц интегрально шум увеличился до 100мкВ.

Выше частоты среза этой цепочки токовым шумом можно пренебречь, но там начинает проявляться напряженческий шум ОУ, вот тут-то он уже будет давать основной вклад.

 

2 damasking: вот поэтому я и просил полную схему (с номиналами всех элементов), т.к было желание проверить в симуляторе.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Нет, именно так. То, что входная емкость ЗЧУ намного больше емкости датчика ничего не меняет.

 

Источником сигнала, фактически, является заряд, возникающий в датчике безотносительно того, что стоит дальше. Шумовой ток опера суммируется (за заданный период) и меняет этот заряд. Т.е. шумовой ток создает шумовой заряд (ток за период заданной частоты) который суммируется со входным зарядом. А обратная связь практически не меняет соотношения сигнал/шум на входе опера, сигнал и шум усиливаются одинаково.

 

Чтобы посмотреть это на симуляторе, нужно формировать входной сигнал как заряд (источник тока, влючаемый на заданное время).

 

Но вот дальше есть куча вопросов. Что должен измерять датчик - амплитуду колебаний, колебательную скорость и т.п. Нужна ли линейность АЧХ по этому параметру. В зависимости от ситуации вклад шума окажется разным и оценить его приемлемость без дополнительной информации трудно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

rudy_b не про то речь шла. Вы умножаете шумовой ток на импеданс датчика (U=I * Xc(50 Гц)) и считаете это как прибавку по шумам на выходе. Всё так если б датчик был подключен к НЕинвертирующему входу ОУ.

У ЗЧУ всё несколько иначе - там датчик подключен к инвертирующему входу, соответственно шумовой ток самого ОУ как и ток с датчика складываются, как в усилителе тока. При этом емкость датчика (и его импеданс, в разумных пределах ессно) не играет рояли.

Если считать отношение сигнал/шум, то емкость датчика тут опять же не причем, т.к если мы рассматриваем заряд генерируемый датчиком, то он не зависит от его емкости.

 

А вот с шумами напряжения всё гораздо хуже. Во-первых напряженческий шум ОУ усиливается им же в К=Сд/Cос раз (т.е как отношение емкости датчика к емкости обратной связи). Во-вторых, этот шум усиливается практически во всей полосе пропускания усилителя (т.е десятки кГц), в отличие от токового шума,который дает вклад только до частоты среза цепи ОС (обычно единицы-десятки Гц). И в третьих, внутреннее активное сопротивление датчика тоже создает тепловой (джонсоновский) шум, который также усиливается в К раз. Всё это в купе и дает эффект гораздо больший, чем токовые шумы ОУ, отсюда и результат - ОУ с малыми шумами по напряжению оказываются лучше.

Share this post


Link to post
Share on other sites
rudy_b не про то речь шла. Вы умножаете шумовой ток на импеданс датчика (U=I * Xc(50 Гц)) и считаете это как прибавку по шумам на выходе. Всё так если б датчик был подключен к НЕинвертирующему входу ОУ.

Alexashka, вы неправы, попробуйте на модели, сами убедитесь.

 

Отрубите ОС в опере - какой будет сигнал? А включение ОС одинаково ослабит и сигнал и шум, т.е. отношение сигнал/шум не изменится, поскольку входной заряд - уже сумма входного сигнала и шумового заряда, обусловленного шумовым током опера.

 

PS. Посмотри тут, страница 20 и далее.

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