Назрела необходимость сделать МШУ с малым потреблением. Перебрав все известные ОУ и не удовлетворившись результатом решил попробовать на входе малошумящий биполярный транзистор.
Сейчас в железе собран каскад на одном транзисторе по схеме 1.

На схеме только первый каскад усиления, дальше идет остальная часть усилителя и фильтр НЧ, ограничивающий полосу пропускания в 350Гц.
Работает отлично, шумы 2,8нВ/sqrt(Гц) приведен.ко входу при токе коллектора 260мкА (практически это потребление всей схемы).
Для сравнения в схеме с OPA378 (20нВ/sqrt(Гц)) на выходе интегральный шум в 5 раз больше при соизмеримом токе потребления.
Скорей всего этот вариант схемы не пойдет -нелинейные искажения да и температурная стабильность будет проблемой. Сразу походу вопрос- можно ли получить тут КНИ меньше 0,1% если применить только локальную ОС (в эмиттере). Усиление транзистора нужно сохранить максимальным, чтобы не нахватать шумов по цепям питания и в последующих каскадах.

На второй схеме усилитель с ОУ в обратной связи.

В модели работает не хуже первого варианта, но емкость в 2200мк смущает. Хотелось бы от нее както избавиться, но обрезать НЧ нужно не выше 2Гц. Подскажите, какие еще схемотехнические решения тут можно применить?
ЗЫ. Референс на Х107 чтобы задавать уровень напряжения на коллекторе (и ток коллектора), Х108 призван генерировать "чистое" питание для первого каскада, поскольку шумы питания в данном варианте будут подавляться только в Ку транзистора раз, т.е цепь питания весьма критична к "чистоте".

Ваш вариант интересен, но чем Вам не нравится мой вариант с ОУ? Тем более если нужно сделать 3В из 5, то с фильтром уже надо чтото городить, а с ОУ пробем нет-просто подбираешь коэффициент делителя. К томуже, фильтр как последовательный регулирующий элемент не обеспечит отбор вытекающего тока, а в схеме с емкостями и микропотребляющими ОУ это может быть запросто.


Абсолютно согласен!
Сейчас он стоит у меня в делителе ОС, вроде нормально работает -уход нуля всего 9мВ во всем диапазоне температур.


Линейность определяется насколько я понимаю только коэфф. обратной связи и чем он больше, тем больше вероятность возбуда кстати.
Я уже говорил что в этой схеме транз работает в микротоковом режиме (20мкА если верить цифрам с напряжениями), а для каждого источника сигнала существует свой оптимальный по шумам ток коллектора. Для моего случая этот ток находится в пределах 0,6...1,5мА.


это хорошая схема, но с ОУ проще- легче все настраивается, хочу еще поиграться с режимами работы транзистора, попробовать различные транзисторы. Все работает отлично, но мне пока не удалось получить теже шумы что и у автора той статьи, так что буду продолжать экспериментировать

Линейность определяется не только коэффициентом обратной связи. Резистор в эмиттере хорошо линеаризует входную цепь за счет локальной ООС и несколько ограничивает усиление.
Мне думается усилитель AD8541 взяли слишком шумный, если у него только на 1kHz 40nV/sqrtHz, то на 100 и 10 вообще страшно предположить, усиления входного каскада не хватит для снижения коэффициента шума.


Маломощные биполярные транзисторы как правило, за исключением специальных малошумящих сборок типа SSM2212 THAT300 или сверхвысокочастотных, обладают большим сопротивлением базы и соответственно сильно шумят, даже такие как BC549C:
http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Делаете дифференциальный усилитель, искажения уменьшаются на ~30дб, термостабильность лучше на ~ 60дб(если на одном кристалле), шумы увеличиваются на 3 дб.
Если добавить ОУ, искажения можно уменьшить до практически любой требуемой величины(я получал <0.0001% в звуковом диапазоне частот)

Есть менее шумные, правда и с бОльшим потреблением. Скорей всего Вы правы, для отработки схемы лучше взять чтото менее шумное.

Приложил даташит на используемый транзистор. Нойс фигура при токе 600мкА и сопротивлении источника сигнала 100 Ом дает 3дБ на 10Гц. Это в пересчете на собственные шумы транзистора дает 1,3нВ/sqrt(Гц) (на 1кГц эта цифра вообще 0,8нВ/sqrt(Гц)), что соответствует самым лучшим из малошумящих транзисторов что мне попадались. Так что не знаю на счет базового сопротивления, возможно оно тут минимизируется в процессе изготовления кристалла.
Кстати спасибо за ссылку, давно ее искал!
У автора проблема постоянки решена введением генератора тока в цепь эмиттера первого каскада, но по переменке все равно нужно ставить чтото порядка 2200мкФ в эмиттер...т.е по факту вернулись к изначальному вопросу

С дифкаскадом никакого 2200мк не надо, вообще, можно без электролитов обойтись .
Неужели, лишние 3дб шума так так критичны?

Конечно, я же экстремал.
Шутю Если серьезно, то можно и диф каскад сделать, но сначала хочу понять почему у меня не выходит уровень шумов как в даташите, вот а еще из минусов диф каскада- кроме лишнего шума еще потребление возрастет в 2 раза.

Update от 02.11.10
Ну вот теперь схема запитана от штатного источника 5В (схема 1). Шумы не изменились по сравнению с батарейкой. Это обнадеживает Значит можно обойтись без диф каскада.
Результаты такие:
При Rgen=50 Ом (выход делителя 80дБ) имеем
общее усиление К=1380мВ/0,0046мВ = 300000;
Uшума=85мВ п-п или 12,9мВ эфф.по В3-57
(на треть больше чем расчетное)
Т.е Uш приведен. ко входу = 40нВ в полосе 360Гц
или 2,1нВ/sqrt(Гц).

Вопросы: почему шумы в схеме 1 больше расчетных? и почему меньше чем в схеме 2 (в ней было получено 53нВ приведенных ко входу шумов)?
Полосы пропускания в обоих случаях одинаковые (2..360Гц).
>>> Упс, наврал, у первой схемы нижняя граница полосы частот примерно от 6 Гц, у второй -от 9Гц. Ладно вопрос со второй схемой снимаю, возможно я некорректно измерил там Ку

Элементарно: 220мк > 22, посчитайте сопротивление конденсатора на 2 герцах.

Например, из-за монтажа:земля плохо разведена, а скорее всего из-за тех же кондёров, электролиты шумят,
(да и искажения от них бывают)я когда делал себе усилитель, вообще обошёлся без них, только по питанию стояли, полоса, кстати, была от 2Гц.

Вы хотите сказать изза токового шума транзистора?

Кстати у меня везде тантал стоит и керамика, электролиты не применяю.

Не забыли вычесть тепловые шумы источника сигнала? Для 50 Ом как раз получается около 0.9nV/sqrtHz
Неужели перешли на более низкоомные датчики?

Вот какой интересный момент хочу отметить: у Toshiba есть более малошумящий транзистор 2SC3324, так графики для NF ничем не отличаются от графиков на 2SC2240. Как говорится найдите 10 отличий По большому счету они этот график печатают во всех даташитах, так что надо более критично подходить к этим данным.
 2SC3324_en_datasheet_071101.pdf ( 271.43 килобайт ) Кол-во скачиваний: 182


Не пробовали параллельно 2 транзистора включать?

В целом молодцом, хорошие результаты получаются, очень не хватает научно-исследовательской работы в нашей профессии.

Из-за него, но не только: к сопротивлению источника, подключается сопротивление кондёра, и у обоих тепловые(как минимум) шумы.
Источник сигнала я бы включил вместо R511, если возможно, а на диод - отдельное смещение,
обратную связь лучше заводить в эмиттер.

Тантал тоже электролит, хотя лучше.



На низкоомном источнике можно 1дб выцарапать.

Сообщение отредактировал enom - Nov 3 2010, 09:47

ESR электролита можно пренебречь. А токовые шумы транзистора (дробовые переходов BE + CE) уже учтены на графике NF в даташите, для выбранной рабочей точки транзистора (тока коллектора) и сопротивления источника.

Так вот сопротивление источника, это сопротивление собственно источника+сопротивление конденсатора,
на низких частотах значимо, тем более в области шумов 1/f.
Впрочем, автор, надеюсь, поменяет кондёры, и скажет, что получилось.

Не встречал электролитических конденсаторов с ESR > 2 Ом из низковольтных с большой емкостью, а фликкер-шум для резисторов всегда был пренебрежимо мал.

Для резистора мал, но с уменьшением частоты растёт спектральная плотность токового шума транзистора, который ещё и умножается на увеличивающееся сопротивление источника (за счёт конденсатора).
ESR тут не причём, играет роль комплексное сопротивление конденсатора.

Сообщение отредактировал enom - Nov 3 2010, 17:58

В 49 посте автор топика приводил даташит на входной транзистор, в нем есть два графика NF для двух случаев F=10Hz (учтен фликкер-шум) и F=1KHz. В обоих случаях при росте сопротивления источника сигнала хоть с 50 Ом, хоть с 600 Ом коэффициент шума при рабочей точке коллектора в 600uV падает.