В теме о применении ОРА380 я уже описывал свою задачу, вкратце напомню.
Необходимо измерить степень рассеяния света некоторой поверхностью. С этой целью освещаю её лазером видимого диапазона, с импульсной модуляцией частотой 6,4 кГц (для удобства усреднения).
Проблема в фоновой засветке, не позволяющей различить весьма слабый полезный сигнал. Попытки скомпенсировать фон мне пока не удались. Точнее, отстроиться от медленно меняющегося солнечного света несложно, гораздо неприятнее искусственное освещение, наводящее помеху в виде детектированной синусоиды. Учитывая слабопредсказуеые уровень, фазу и несимметричность, бороться с ней очень тяжело. В итоге не удаётся достаточно усилить полезный сигнал, имеющий уровни на 2-3 порядка ниже.
Прежде я решал похожую проблему при помощи УВХ. Видимо, придётся поступить так же. Вот как я вижу себе схемное решение:
Фототок усиливаю предварительным усилителем до максимально возможного значения. (поскольку фон может вызывать до 15 мка фототока, К~300 ком при 5В питании). В этом каскаде предполагаю использовать ОРА350 (кстати, скорее всего в обычном, не трансимпеданс-включении). Далее подаю усиленное напряжение на УВХ (ОРА615), который "запоминает" уровень сигнала в паузах между импульсами лазера. В состав указанной м/сх входит т.н. Transconductance Amplifier (OTA), но его характеристики меня огорчают. Попробую вместо него буфер на том же ОРА350 (благо, он стабилен при единичном усилении).
Слудующим планирую дифкаскад, например, на INA106. Пусть вычтет текущее напряжение (в момент включенного лазера) из сохранённого на УВХ. За ним - оконечный, чтобы усилить разность до нужных значений перед подачей на АЦП (AD7896). (Или объединить два последних в инструментальный усилитель?)
Поскольку в разностных значениях всегда будет присутствовать ошибка, связанная с изменением уровня фона (наводки) от момента Hold до момента сравнения, окончательно останется усреднить 128 замеров, что будут выполнены как раз за 20 мсек.
Прошу форумчан высказать замечания по структуре и методу, а также по элементной базе. (Может, в предусилителе применить более высоковольтный ОУ?) Схемку прикреплю чуть позднее. Хотя ничего нового я не придумал. Возможно, я просто сузил кругозор, сосредоточившись на конкретном пути и не вижу других, более оригинальных или простых решений? Например, если учесть, что измеряемая величина (собственно степень рассеивания) меняется очень медленно, допустимо увеличить период измерений даже до нескольких секунд. Этим стоило бы как-то воспользоваться...

Для рассчета шумов надо в схеме последовательно с резистором, в данном случае R2 пририсовать источник напряжения, который изображает шум резистора. И считаете поведение схемы, учитывая, что у ОУ одинаковые напряжения на входах.
В данном случае ОУ будет пытаться скомпенсировать напряжение шума, но из-за делителя напряжение на выходе ОУ в 1000 раз больше напряжения на R2. Отсюда и усиление шума.
Если уменьшать R2 шум будет снижаться по корню от значения резистора.

Малошумность резисторов начинает играть, когда на них падает приличное напряжение. По тепловым шумам они такие же, как и обычные.

может я не очень внимательно читал топик, но почему фоновую засветку нельзя померить самим ацп. по моему очень упрощает.

подобным образом я решил задачу измерения пульсаций освещенности в 2-5 люксов.

ОК, но если R2 уменьшить до нуля? Как это отразится на работе схемы?


Можно, я и меряю. Вместе с сигналом и паузах. Затем вычитаю. По-другому её изменение не будет учтено, а это недопустимо.

Тогда получится ТИ с сопротвлением в обратной связи R3 и усилением по собственным шумам в R3/R1 т.е. в данном случае 1000. Шум ОУ - 12 нв/гц1/2, будет на выходе 12 мкв. (ОУ считаем идеальным)
Схемы ТИ усилителя с резисторами, шумящей меньше ТИ с одним резистором, нет.

А жаль, хотелось как-то обойти этот факт. А если сделать ООС частотозависимой и применить вместо R3 комбинацию резистор-конденсатор или просто заменить его ёмкостью? Всё равно ведь у меня стоит после ТИ ФВЧ.

Тогда сразу возникнет серьезная неустойчивость схемы из-за большого усиления - диод ведь и так емкость имеет, одна частотно - зависимая цепь у Вас и так есть ... И она кстати очень даже влияет на шумы, вот расчет для ad825 c 10 Мом, ескость фотодиода + входная емкость ОУ считаем 30 пф :
выходной шум = 0.4 мкв (тепловой шум 10 Мом) + 12 нв* (10 Мом/500Ком) (500 Ком - сопротивление 30 пф на 10 Кгц) = 0.46 мкв (все на sqrt(hz)).

Для Вашей схемы сейчас : 23 нв (тепловой шум 30 Ком) *1000 = 23 мкв. Учитывая втрое больший коэффициент усиления, проигрыш в шумах - 17 раз.

Да, неутешительно ... Спасибо.

В общем, использование AD825 в ТИ-усилителе и ФВЧ даёт неплохой результат, но всё же проблема остаётся. Без оптического фильтра не хватает динамического диапазона какада, а с использованием - не хватает усиления. То есть, можно, конечно, и дальше увеличивать сопротивление в ОС, но Ку этого операционника с разомкнутой ОС относительно невелик. Пришлось вновь задуматься о компенсации фона. В книже "Микрофотоэлектроника", что любезно прислал мне MosAic, наткнулся на способ компенсации засветки при помощи оптрона, фотодиод которого включен встречно-параллельно основному, а светодиод управляется выходным сигналом через ФНЧ. Таким образом в ОС создаётся компенсирующий противоток, пропорциональный НЧ-составляющей. Припоминаю, что и раньше натыкался на эту идею, но как-то не придавал значения. Однако, один из недостатков - увеличение результирующего шума в корень из 2 раз, ведь фотодиод оптрона вносит такой же шум, как и основной.
Поэтому хотелось бы вернуться к тому, с чего начиналась тема - к структуре, подобной OPA380. Что можно сказать о шумах схемы, приведенной ниже? С фоновой засветкой она справляется вполне хорошо, хотя ФВЧ вторым каскадом я бы всё же оставил.
Кроме того, нашёл у AD ОУ с лучшими характеристиками: AD8065. Как Вам?

А Вам сразу примерно это предлагали... Надо оптическим фильтром отстроится от Вашего излучения (полоса рядом с Вашей) и второй детектор с механическим аттенюатором (заслонкой) включить встречно, чтобы уменьшить фоновый ток. Таким образом устраняется влияние нелинейности. Шум, как Вы правильно заметили в корень из двух... А что Вам мешает второй каскад поставить? Кроме того есть еще оптические элементы - линзы, зеркала, которые увеличат световой поток... А естественный шум никак не победить (увы)...
Посмотрите еще OPA657 и иже с ними. Два каскада на Ваших частотах будут давать несколько Мегаом трансимпеданса.

Сообщение отредактировал Tanya - Oct 24 2006, 14:33

А схема Ваша мне очень не нравится. Она будет менять Вам потенциал на не- и инвертирующем входах. А надо ток туда вливать...

Да нет, с оптроном и проще, и значительно дешевле. И результат, пожалуй, получше будет.

Ставлю, помогает. Но он ведь усиливает в том числе и шумы первого. С этим трудно мириться, ведь Ку первого не реализуется в полной мере всего лишь из-за смещения, вызванного фоном.

Да, это есть. Оптика участвует в работе.

Дело в том, что несколько - уже не хватает Насчёт OPA657: они всё-таки, как и большинство ОУ Burr-Brown, низковольтные. Да и верится как-то с трудом в такие сверхвысокие показатели.


?!
То есть, как это?

Про 8065 и трансимпеданс я на этом форуме уже писал - я сам купился на его характеристики, и поставил вместо 825 в серийном изделии. Кончилось очень печально.
Этот усилитель не годится для ТИ с высоким сопротивлением в обратной связи из-за того, что у него есть ярко выраженный второй полюс на средних частотах. Поэтому в ТИ схеме с емкостью фотодиода получается как бы положительная ОС по шумам, шумы абсолютно неприемлимые.
OPA655, 656, 657 - коэффициент усиления порядка 1000 - 1500 на 0 частоте, правда долго не падает. Они недаром самим TI даже к операционникам не относятся.
OPA637 тоже шумит больше 825 в ТИ включении. С причинами я не разбирался.

Можно склепать составной ОУ из малошумящего биполярного ОУ и полевого транзистора, но больше 50 Мом в обратной связи все равно не поставить. Да и сделать будет тяжело - паразитные емкости после 10 Мом стучат вовсю.

Ну, сумеете Вы загнать 50 Мом, допустим. Это улучшит сигнал/шум по сравнению с 10 Мом и 5 кратным усилением в sqrt(5) - стоит ли за это бороться такой ценой ?

Схемы с несколькими операционниками при таких больших усилениях - вещь в себе, намаетесь.

А что у Вас второй операционник делает? Меняет напряжение на + входе, а значит и на -....
В духе Вашей идеи надо еще один инвертирующий каскад, а выход интегратора через резистор на (- ) вход.
Про оптрон. То, что мною предлагалось, будет в корне (в зародыше) давить даже импульсные засветки, а Ваша схема с оптроном будет с задержкой работать и импульсных помех совсем не словит. А если словит, то только хуже сделает - выдаст этот импульс искаженным и с задержкой. Таким образом, может не только не избавить Вас от фонового зашкала, а еще и усугубить...
По поводу OPA657. Вот недавно как раз двухкаскадный (ТИ) усилитель на них дал 100К импеданса в полосе около 200МГц. Грубо говоря, произведение усиления на полосу...Ну, Вы знаете...
Посмотрите еще на 8067 -он подобен 657 (К больше 10).

Так Herzу надо > 3000 на 10 Кгц. А у opa65X - усиление в районе 1000 - 1500, но до очень высоких частот. Для них не подходит формула частота на усиление - смотрите datasheet.

Да, не очень внимательно читала, думалось, что много выше.(и усилиение и потребная частота)...........
А вот странный вопрос возник. Ну пусть усиление 1000. На выходе трансимпедансного каскада пусть будет 1 вольт. Входной ток маленький, частоты низкие, тогда сдвиг на входе всего 1 милливольт будет.
Повлияет ли этот милливольт на фотодиод и его ток? Кажется, что нет. Или только кажется?

Сообщение отредактировал Tanya - Oct 25 2006, 09:53