Приветствую участников.

Я разрабатываю электронику для волнового твердотельного гироскопа с емкостными датчиками, с которых нужно снимать сигнал. Номинальное значение емкости - 30 пФ, относительно которого емкость меняется с частотой 2 кГц, на тысячные доли пикофарада.

Изначально выделять полезный сигнал предполагалось по такой схеме:
http://guarda.ru/capacity/14/txt6.jpg

Ясно, что для нее нужен генератор со стабильной частотой и амплитудой, и я попытался такой сделать. Схему выложу, если кому-то будет интересно, а пока скажу коротко в трех словах:

я сделал генератор синусоидального напряжения 7В, 250кГц. Со стабильностью частоты полный порядок-она задается микроконтроллером, а вот амплитуда хотя и стабилизируется интегратором, интегрирующим разницу между действующим значением и опорным напряжением, оказалась недостаточно стабильной - выходной каскад на AD826 сильно шумит (разброс амплитуд в соседних периодах может достигать десятков милливольт) и шум полностью поглощает полезный сигнал, составляющий десятки-сотни микровольт

Сейчас я временно сделал мостовую схему, которая использует диф. включение двух емкостных датчиков и не чувствительна к колебаниям амплитуды. С ней все хорошо, но использование второго датчика нарушает концепцию устройства в целом.

Короче, вопрос:
У кого-нибудь есть опыт получения стабильного переменного напряжения для возбуждения емкостных датчиков? Насколько это реально, если требуется чувствовать изменение емкости 0.001пФ при номинале 30пФ?

PS Мой предшественник собирался возбуждать датчик с помощью 74LVC1G125 прямоугольным напряжением 10МГц, питая буфер напряжением 4.5В от LTC6655 через LC фильтр. Но у меня задача использовать отечественные радиационностойкие элементы

Сообщение отредактировал Konrad - Dec 6 2017, 09:31

По вашим требованиям - 7вольт амплитуда, шумы десятки микровольт, я насчитал требуемый для вас сигнал/шум в 117 Дб что очень круто .
Если вы используете отечественные рад. стойкие элементы то причём тут AD826 ?
В какой полосе вы смотрите ваш сигнал?
Если вы измерили шум в полосе осцилографа , то он к вашему сигналу отношение может не иметь, ваш полезный сигнал должен быть в окрестности 250 кгц , в какой-то относительно узкой полосе.

Была уже похожая тема с теми же гироскопами. Может в ней уже есть что интересное:
https://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=142644

AD826 я использовал в макете, так как у него есть отечественный аналог - 1432уд22бр

скачки амплитуды я наблюдал на осциллографе, поставив разрешение -0.5В/дел. и сместив сигнал максимально вниз. При чем это не смесь ВЧ сигнала с шумом, т.к. я пробовал ставить ВЧ RC-фильтры, чтобы отфильтровать шумовую НЧ составляющую, и это не помогло.



так я эту тему создал

Может это ВЧ шум ? Поставьте перед осцилографом ФНЧ и посмотрите. ФНЧ должен быть такой чтобы проходила ваша 250 кгц несущая.
А как вы формируете ваш сигнал синус 250 Кгц?

может попробовать резистор включить в цепь ОС ОУ
по генератору - покажите схему
по измерению малой емкости A high voltage method for measuring low capacitance for tomography.
по DOI искать на скихабе + ссылки в самой статье

Зачем? Там же Вам уже давно дано решение — какая-нибудь 5584ЛП5, два резистора и конденсатор.

да, я помню, что в предыдущей теме вы писали про фазовый детектор. Я правильно понимаю, что вы предлагаете резистивно-емкостной мост, в котором один конденсатор - емкостной датчик, а другой постоянный?
Если да, поясните, пожалуйста, как это должно работать в связке с фазовым детектором?

Сообщение отредактировал Konrad - Dec 6 2017, 18:41

На первый вход прямой сигнал, на второй — сдвинутый R и C датчика, на выходе RC-ФНЧ.

RC-ФНЧ совершенно недостаточно для подавления ВЧ-несущей. К примеру, пусть ВЧ-несущая составляет 1В, а полезный сигнал - 1мВ. Разница - 60 дБ. Если мы хотим, чтобы помеха была раз в 100 меньше полезного сигнала, то ослабление должно быть - 100 дБ... RC-ФНЧ этого не обеспечит

ну сделайте более злой фильтр.
вполне можно найти готовых сигма-дельта АЦП, которые при оцифровке полосы 2кГц будут давить своим фильтром на два порядка большую частоту даже поболее чем на 120дБ.

Я указал на самую явную нестыковку, хотя есть еще нюансы... Например: каким напряжением питать логику, формирующую выходные импульсы? Напряжение должно быть очень стабильным, без шума. Ну а если городить стабильный источник постоянного напряжения, то что мешает сформировать прецизионный меандр и возбуждать им емкостной датчик по схеме резистивно-емкостного делителя и детектировать амплитудную модуляцию (что я сейчас и делаю)?..

Если взять RC-цепочку 39к/30р и посмотреть на напряжении 5В(амп)/250к, на сколько меняется сдвиг синусоиды при увеличении емкости на 1р, то окажется, что сдвиг изменяется на 10нс. Для пятивольтовых импульсов с частотой 250к это эквивалентно изменению напряжения на 10нс/4мкс*5В*2 = 24 мВ. А если посмотреть насколько меняется напряжение, то окажется, что оно меняется на 50 мВ (действ.)... Т.е. у предложенной схемы полезный сигнал в два раз меньше, и никаких проблем она при этом не устраняет

Предложенная мною схема является делителем напряжения питания, сделать её выход независимым от него можно посредством аналогового перемножителя.

А ещё, моё мнение — твердотельные гироскопы нонсенс, ну и данная задача изначально неадекватна.

есть пара неточностей: на самом деле da17 - уд2а, и между базой и коллектором bc848 включен диод Шоттки

Сообщение отредактировал Konrad - Dec 8 2017, 09:32

Может, стоит попробовать прямой цифровой синтез сигнала, т.е. из таблицы выдавать в ЦАП значения, после ЦАП поставить ФНЧ, чтобы срезать ступеньки?