Конденсаторы в колеб.контуре, алюминий или тантал? Опции

[Alexashka]

Простая задача- есть катушка с индуктивностью 52Гн, датчик магнитного поля. Для подавления наводок придумали навесить на нее кондер емкостью 500-1000мкф, чтобы получился параллельный колеб.контур. ставить керамику а тем более пленку не хотелось бы изза массо-габаритных ограничений. Да и еще помнится керамики есть очень нехороший микрофонный эффект. А вот что бы вы посоветовали поставить -алюминий или тантал?
Да, напряжения на катушке будут порядка микровольт (переменка), возможно еще будет постоянка такого же порядка.

[Methane]

Простая задача- есть катушка с индуктивностью 52Гн, датчик магнитного поля. Для подавления наводок придумали навесить на нее кондер емкостью 500-1000мкф, чтобы получился параллельный колеб.контур. ставить керамику а тем более пленку не хотелось бы изза массо-габаритных ограничений. Да и еще помнится керамики есть очень нехороший микрофонный эффект. А вот что бы вы посоветовали поставить -алюминий или тантал?
Да, напряжения на катушке будут порядка микровольт (переменка), возможно еще будет постоянка такого же порядка.

25 ГЕНРИ?

[Белый дед]

Посоветовал бы попробовать поставить гиратор с малошумящим ОУ

[vvs157]

чтобы получился параллельный колеб.контур. ставить керамику а тем более пленку не хотелось бы изза массо-габаритных ограничений. Да и еще помнится керамики есть очень нехороший микрофонный эффект. А вот что бы вы посоветовали поставить -алюминий или тантал?
Да, напряжения на катушке будут порядка микровольт (переменка), возможно еще будет постоянка такого же порядка.

То есть полезный сигнал микровольты, а уровень шумов тогда как минимум десяток нановольт? На нановольтах керамика будет очень сильно шуметь. Использование электролитов даже на микровольтах весьма проблематично.

[Alexashka]

по порядку.
да 52 ГЕНРИ Длинный феритовый стержень и 30 или 300 тыщ витков
Частота резонанса (правда резонансом не назовешь- добротность=0,25) с емкостью 220мкФ составляет 1,5Гц. Нужно обнаруживать медленные изменения магнитного поля. Пока сделан контур с электролитическим кондером, потом идет малошумящий усилитель-фильтр. Работает очень хорошо (хотя нужно еще будет сравнить с керамикой). И всетаки у меня сомнения по поводу электролита и тантала. У тантала при нуле возникает выпрямительный эффект, а у электролита параметры очень плывут с температурой.
Уровень шумов в полосе 1,5-2,5Гц да, около 20нВ.

То есть полезный сигнал микровольты, а уровень шумов тогда как минимум десяток нановольт? На нановольтах керамика будет очень сильно шуметь. Использование электролитов даже на микровольтах весьма проблематично.

Чтоже выкинуть вообще ВСЕ емкости из входной цепи? Хотя может Вы и правы.
Дело в том что без емкости схема фильтра будет сложновата, очень трудно устранить наводку 50Гц, которая перегружает все каскады.

Посоветовал бы попробовать поставить гиратор с малошумящим ОУ

А зачем имитировать индуктивность? она же и есть источник сигнала.

[vvs157]

Чтоже выкинуть вообще ВСЕ емкости из входной цепи? Хотя может Вы и правы.
Дело в том что без емкости схема фильтра будет сложновата, очень трудно устранить наводку 50Гц, которая перегружает все каскады.

А тогда только пленочные, но габариты...
А какое активное сопротивление у вашей катушки?

[Alexashka]

А тогда только пленочные, но габариты...
А какое активное сопротивление у вашей катушки?

примерно 2кОм.

[asdf]

А тогда только пленочные, но габариты...

В принципе, емкость можно подключить через трансформатор, тогда ее величину можно уменьшить в Kt^2 раз.
Т.е. нужно найти минимум по габаритам трансформатора и емкости.
Но это только в принципе, а вообще, мне кажется, что ловить нанотесла таким образом не есть гуд.
Тем более, что при такой добротности (0.25) - 50Гц подавляться будут слабо.
Может опишите задачу подробнее и поищем другое решение?

[Methane]

У тантала при нуле возникает выпрямительный эффект, а у электролита параметры очень плывут с температурой.

Вам виднее, я бы прямо с катушки на АЦП подал.

Про выпрямительный эффект, так сделайте смещение. Возмите два кондера встречно-последовательно, и подайте на среднюю точку потенциал.

[xemul]

Выпрямительный эффект на микровольтах переменки и постоянки - страшная вещь.
Без смещения электролиты шумят больше.
имхо, разумный вариант (по шумам) уже был предложен - гиратор. Но удобнее, наверное, будет умножитель емкости. Если, конечно, пленочный конденсатор на 1-2 мкФ уложится в массогабаритные ограничения.

ЗЫЖ гиратор - _инвертор_ импеданса, из конденсатора делает типа-индуктивность и наоборот.
ЗЗЫЖ вот только толка (в виде обрезания полосы) от контура при такой добротности будет чуть. В цифре ей-ей отфильтровать будет проще.

[jam]

Простая задача- есть катушка с индуктивностью 52Гн, датчик магнитного поля. Для подавления наводок придумали навесить на нее кондер емкостью 500-1000мкф, чтобы получился параллельный колеб.контур. ставить керамику а тем более пленку не хотелось бы изза массо-габаритных ограничений. Да и еще помнится керамики есть очень нехороший микрофонный эффект. А вот что бы вы посоветовали поставить -алюминий или тантал?
Да, напряжения на катушке будут порядка микровольт (переменка), возможно еще будет постоянка такого же порядка.

А чем плох феррозонд? Или например протонный магнитометр - не лучшая ссылка, но посмотрите гугл http://uk5lbv.h17.ru/shem17.htm

[Alexashka]

2 Xemul: умножитель емкости? да, действительно, тока при таких малых сигналах ставить чтото на входе кроме малошумящего усилителя не хотелось бы...или он может работать одновременно и как усилитель и как емкость по входу?
2 jam: феррозонд да, рассматривался такой вариант, но...нужна запитка, большие массогабариты, достаточно сложная система. у нас все предельно просто и при этом эксперимент показал хорошую чуствительность. осталось сделать грамотно схемотехнику чтобы выжать из этого метода максимум возможного.

[тау]

А почему не поставить сразу фильтр , с усилением. Емкости получаются меньшие.

Сообщение отредактировал тау - Sep 8 2009, 12:39

Эскизы прикрепленных изображений

 

[SSerge]

Почему бы не фильтровать сигнал ещё до катушки?
Поместите катушку внутрь металлической трубы, получится замечательный ФНЧ, частота среза которого определяется толщиной стенок.
Шуметь такой фильтр будет гораздо меньше чем любые конденсаторы.

[xemul]

2 Xemul: умножитель емкости? да, действительно, тока при таких малых сигналах ставить чтото на входе кроме малошумящего усилителя не хотелось бы...или он может работать одновременно и как усилитель и как емкость по входу?

Нет, умножитель емкости просто изобразит большую емкость, но сам ничего усиливать не будет. Шумы умножителя емкости вряд ли будут больше шумов электролитических конденсаторов.
Еще одно имхо - усилитель МДМ будет гораздо симпатичнее для таких частот. Во времена незапамятные на 140УД13 единицы мкВ на единицах Гц очень неплохо усиливались, а учитывая нонешние чудеса электроники ...

[vvs157]

примерно 2кОм.

То есть собственный шум около 0.25 мкВ/sqrt(Гц). Ну тогда шум предусилителя с режектором на 50 и 100 Гц ничего не ухудшит. Возмите то-то вроде AD743 и сделайте на них усилитель-режектор с 2Т мостом

[Tarantoga]

То есть собственный шум около 0.25 мкВ/sqrt(Гц). Ну тогда шум предусилителя с режектором на 50 и 100 Гц ничего не ухудшит. Возмите то-то вроде AD743 и сделайте на них усилитель-режектор с 2Т мостом

А почему так много? У меня получается, что тепловой шум 2К резистора 5.7нВ/sqrt(Hz).

[Alexashka]

Всем большое спасибо за советы, особенно тау за оригинальное решение! Попытаюсь его воплотить
Кстати в соседней теме прочитал статью о шумах в танталовых конденсаторах. Судя по всему у меня их не будет вовсе (нет тока утечки- нет дробового шума). Но...неизвестно что там еще может выплыть, да и эффект выпрямления тоже ни к чему.

Нет, умножитель емкости просто изобразит большую емкость, но сам ничего усиливать не будет. Шумы умножителя емкости вряд ли будут больше шумов электролитических конденсаторов.
Еще одно имхо - усилитель МДМ будет гораздо симпатичнее для таких частот. Во времена незапамятные на 140УД13 единицы мкВ на единицах Гц очень неплохо усиливались, а учитывая нонешние чудеса электроники ...

А сколько у них по потреблению? Мне надо чтоб получилось менее 1мА на все. Сейчас на входе стоит AD620, у него очень малые шумы, но он сам кушает около 1мА. Меньше найти не удалось, подумывал даже поставить какойто малошумящий транзистор для предварительной раскачки сигнала, но сомневаюсь что удастся получить такие же параметры по температурной стабильности как на ОУ =)

[Designer56]

А вообще вы смело можете тантал поставить. Если точность настройки не очень важна. На вашу индуктивность все равно приходится солидное омическое сопротивление- так что добротность контура конденсатор не испортит. Я как- то делал последовательный LC где- то на 250 Гц с танталом в сотни мкФ- работает.

[Alexashka]

А вообще вы смело можете тантал поставить. Если точность настройки не очень важна. На вашу индуктивность все равно приходится солидное омическое сопротивление- так что добротность контура конденсатор не испортит. Я как- то делал последовательный LC где- то на 250 Гц с танталом в сотни мкФ- работает.

а какой был входной сигнал?
да добротность получается порядка 0,25, то есть практически никакая. Единственно что дает конденсатор -это полностью устраняет наводки 50Гц, с которыми не справляется фильтр 4 порядка, который идет дальше по схеме.

[Designer56]

Вольты- десятки вольт.

[Tarantoga]

да добротность получается порядка 0,25, то есть практически никакая. Единственно что дает конденсатор -это полностью устраняет наводки 50Гц, с которыми не справляется фильтр 4 порядка, который идет дальше по схеме.

А не проще поставить фильтр 6-го порядка, чем громоздить габаритные конденсаторы?

[Alexashka]

А не проще поставить фильтр 6-го порядка, чем громоздить габаритные конденсаторы?

Трудно сказать. Вопервых на выходе первого каскада уже идет мощная шумовая полоса, потом для фильтра 6го порядка повышаются требования к точности элементов и их становится больше Вобщем никак пока не удается убедить коллегу, лично мне ваш вариант как раз больше нравится)).

[Tarantoga]

Трудно сказать. Вопервых на выходе первого каскада уже идет мощная шумовая полоса, потом для фильтра 6го порядка повышаются требования к точности элементов и их становится больше Вобщем никак пока не удается убедить коллегу, лично мне ваш вариант как раз больше нравится)).

Достаточно убрать ВЧ помехи на входе небольшим конденсатором.
А ваша попытка убрать 50Гц емкостью как раз добавляет 1-2 порядок к фильтру, причем с никакой точностью, бояться уже нечего.

[Коляй]

Такая система будет регистрировать только изменения магнитного поля. Но никак не само поле. Моё имхо - феррозонд однозначно! Ничего там сложного по сути нет. Только придётся пермаллоем разжиться и отжечь его максимально по правилам. А то на феррите тоже сигнал медленно стремится к нулю.
Если устраивают вариации поля, можно взять тот же стержень, разомать пополам. Намотать по одному слою провода на каждый стержень (с одинаковым кол-вом витков естественно), сложить их вместе, сверху незамкнутый немагнитный экран, и пару слоёв (можно и один) сверху экрана. Вот вам и феррозонд. Приёмную обмотку, которая сверху в резонанс на удвоенную частоту генераторной, которая на каждом стержне. Усилитель, синхродетектор и ещё усилитель, далее можно милиамперметр с "0" посередине. Потребление около 50 ма.

Сообщение отредактировал Коляй - Sep 9 2009, 18:15

[Alexashka]

Такая система будет регистрировать только изменения магнитного поля. Но никак не само поле. Моё имхо - феррозонд однозначно! Ничего там сложного по сути нет. Только придётся пермаллоем разжиться и отжечь его максимально по правилам. А то на феррите тоже сигнал медленно стремится к нулю.
Если устраивают вариации поля, можно взять тот же стержень, разомать пополам. Намотать по одному слою провода на каждый стержень (с одинаковым кол-вом витков естественно), сложить их вместе, сверху незамкнутый немагнитный экран, и пару слоёв (можно и один) сверху экрана. Вот вам и феррозонд. Приёмную обмотку, которая сверху в резонанс на удвоенную частоту генераторной, которая на каждом стержне. Усилитель, синхродетектор и ещё усилитель, далее можно милиамперметр с "0" посередине. Потребление около 50 ма.

нужно не 50, а 0,5ма. так что однозначно не прокатит.
И вообще тема уже далеко ушла от изначального вопроса а он был про конденсаторы -тантал или алюминий. ну или керамика.

[Designer56]

нужно не 50, а 0,5ма. так что однозначно не прокатит.
И вообще тема уже далеко ушла от изначального вопроса а он был про конденсаторы -тантал или алюминий. ну или керамика.

керамика большой емкости из Н90 бывает хуже тантала

[Белый дед]

А самое простое никто не предложил
Инвертирующий входной каскад, усиление побольше, поставить емкость вход-выход.
И не шумит, и емкость умножается.

Сообщение отредактировал Белый дед - Sep 10 2009, 13:42

[Alexashka]

Собсвтенно про пленку, если ее ставить...нужно в смд исполнении чтото порядка 0,1 мкф. это реально найти? подскажите фирмы плиз.

ЗЫ. Сделал входной каскад как посоветовал Белый дед, однако требуется все равно порядка 0,1мкф чтобы получить нормальную частоту среза. наверно для пленки это много?

[jam]

Собсвтенно про пленку, если ее ставить...нужно в смд исполнении чтото порядка 0,1 мкф. это реально найти? подскажите фирмы плиз.

ЗЫ. Сделал входной каскад как посоветовал Белый дед, однако требуется все равно порядка 0,1мкф чтобы получить нормальную частоту среза. наверно для пленки это много?

Есть wima 1мкф х 50 в у меня в кассе 3шт , но довольно большие. Если надо - пишите в личку.

[Designer56]

Собсвтенно про пленку, если ее ставить...нужно в смд исполнении чтото порядка 0,1 мкф. это реально найти? подскажите фирмы плиз.

ЗЫ. Сделал входной каскад как посоветовал Белый дед, однако требуется все равно порядка 0,1мкф чтобы получить нормальную частоту среза. наверно для пленки это много?

К73-31. http://www.giricond.ru/chip.htm
http://www.giricond.ru/pages/k73-31.pdf

[Alexashka]

Есть wima 1мкф х 50 в у меня в кассе 3шт , но довольно большие. Если надо - пишите в личку.

Большие не хотелось бы. Нашел в наличии пока в фирме Neon, делает какаято малоизвестная фирма faratronic. И еще нашел у Panasonic'a, называются ECHU, эти уж точно нормальные должны быть

К73-31. http://www.giricond.ru/chip.htm
http://www.giricond.ru/pages/k73-31.pdf

Вот интересно сравнить наши с забугорными. Емкость 0,033мкф,оба на 100В: наш размерчик 7.1х6.3х4, панасоник ECHU133 6.0х4.1х1.8. отстаем однако от узкоглазых

[Designer56]

Условия эксплуатации заодно сравните. И допустимые напряжения пульсаций в частотном диапазоне.

[тау]

Большие не хотелось бы.

можно и без больших, имхо , попробовать

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Designer56]

Я бы, кстати, вообще автору не рекомендовал СМД пленку. К пайке очень жесткие требования. Небольшой перегрев- и конденсатору конец. Пленка плавится. Если особой технологии нет с пастами и т. п. Кроме фторопластовых, но их я не видел СМД. Проще взять штырьковый на малое нпряжение- по объему это тоже самое.

[jam]

можно и без больших, имхо , попробовать

Лучше сделать с токовым входом а фильтровать можно и во вследущем каскаде или в цифре.
Выводной конденсатор не только лучше чем смд но и меньше места займёт на плате.

[Alexashka]

можно и без больших, имхо , попробовать

Этото да, но большие номиналы в первом каскаде никак нельзя ставить -шумы однако. Вроде все уже подобрал. пленка ECHU1C333, ходовая очень. А как паять пусть цех думает, там и автомат для нанесения пасты и печка с термопрофилем

Эскизы прикрепленных изображений

 

[тау]

Alexashka, на всякий случай сообщаю , что с шумами нужно быть осторожным в плане их оценок. Предлагаю внимательно посмотреть на даташит AD820 фиг 39. Проведите условную пунктирную линию для полосы шумов 1 Герц (пониже чем 10 Гц) и сравните тепловой шум резистора 1 Мом с ожидаемым шумом от ОУ для этой-же полосы (чуть-чуть ниже сплошной нижней линии).

The AD820 is designed for 13 nV/√Hz wideband input voltage noise and maintains low noise performance to low frequencies (refer to Figure 14). This noise performance, along with the AD820 low input current and current noise, means that the AD820 contributes negligible noise for applications with source resistances greater than 10 kΩ and signal bandwidths greater than 1 kHz. This is illustrated in Figure 39.

AD-шники пытаются Вас убедить что ничего страшного от ОУ ожидать нельзя (типа резисторы шумят больше) ...... но в полосе более 1 кГц. А у Вас не так, у Вас хитрее.

[jam]

Alexashka, на всякий случай сообщаю , что с шумами нужно быть осторожным в плане их оценок. Предлагаю внимательно посмотреть на даташит AD820 фиг 39. Проведите условную пунктирную линию для полосы шумов 1 Герц (пониже чем 10 Гц) и сравните тепловой шум резистора 1 Мом с ожидаемым шумом от ОУ для этой-же полосы (чуть-чуть ниже сплошной нижней линии).
AD-шники пытаются Вас убедить что ничего страшного от ОУ ожидать нельзя (типа резисторы шумят больше) ...... но в полосе более 1 кГц. А у Вас не так, у Вас хитрее.

Как ни странно , но CMOS chopperы выглядят лучше чем jfet. AD объяснятет, что мол с jfet проблем больше, скалируются хуже.
Вот например cs3301a заявляет 0.18мкв в полосе 0.1-10.
По схеме - не плохо бы прогнать схему на монте карло. Что-то сдаётся 4.7uF будут плавать и возможно микрофонить - кроме того у конденсаторов есть ещё и сопротивление, неплохо добавить в схему.
Фильтр R474 C113 явно ничего не фильтрует, да и фильтр на полпитании слабоват. Все питания надо развязать лучше каждый от своего источника.

[Alexashka]

тау, jam спасибо что посмотрели схему замечания учту и проверю. Единственно не понял:

Проведите условную пунктирную линию для полосы шумов 1 Герц (пониже чем 10 Гц) и сравните тепловой шум резистора 1 Мом с ожидаемым шумом от ОУ для этой-же полосы (чуть-чуть ниже сплошной нижней линии).

Вообщето в данном случае эквивалентное сопротивление цепи равно (R461+R476)||R460, то есть около 4кОм.

AD-шники пытаются Вас убедить что ничего страшного от ОУ ожидать нельзя (типа резисторы шумят больше) ...... но в полосе более 1 кГц. А у Вас не так, у Вас хитрее.

Вот почему я хочу использовать OPA378- у этой хитрой штуки напрочь отсутствует дробовой шум! Кстати интересно это следствие применения схемы автокоррекции нуля?

Фильтр R474 C113 явно ничего не фильтрует, да и фильтр на полпитании слабоват.

Эта штука не фильтр, а схема развязки, она убирает связь между входом и выходом усилителя через низкое вых.сопр. ОУ опорника. Можно было бы выкинуть резисторы R474 R475, но тогда ОУ будет нагружен на емкости, что может привести к самовозбуду.

[тау]

эквивалентное сопротивление цепи равно (R461+R476)||R460, то есть около 4кОм.

Это я к тому говорил, что особого смысла делать эквивалентное сопротивление менее 1 МОм уже и нету , потому что ОУ шумит как-раз настолько же в полосе 1 Гц как и 1 Мом(остальное фильтруется). Но Вы хотите помельче емкости , это предполагает повышенные значения R .

[Alexashka]

Это я к тому говорил, что особого смысла делать эквивалентное сопротивление менее 1 МОм уже и нету , потому что ОУ шумит как-раз настолько же в полосе 1 Гц как и 1 Мом(остальное фильтруется). Но Вы хотите помельче емкости , это предполагает повышенные значения R .

Чтото у меня другое выходит:
Плотность шума резистора: En = 0,127 * корень (Гц), нВ/корень(Гц). При равенстве этой величины плотности шума например OPA378 (она равномерна в полосе от 1Гц до 10кГц и равна 20нВ/корень (Гц)) получаем эквивалентное сопротивление шумов R=24,8кОм. Соответственно желательно взять хотябы в неск.раз меньше. Плюс еще остаются токовые шумы, которые конечно у FET пренебрежимо меньше, но всетаки.

[bayguzov]

Эта штука не фильтр, а схема развязки, она убирает связь между входом и выходом усилителя через низкое вых.сопр. ОУ опорника. Можно было бы выкинуть резисторы R474 R475, но тогда ОУ будет нагружен на емкости, что может привести к самовозбуду.

В таком случае, R474 и R475 лучше заменить одним резистором на 10 - 20 Ом, а обратную связь х100 перенести на другую сторону этого резистора. Конденсаторы С113, С114 поставить там где будет необходимо по разводке на плате. Получится неплохая виртуальная земля.

Пассивную RC цепочку на входе можно поставить, тогда требования к первому усилителю будут не такие жесткие.

[Alexashka]

В таком случае, R474 и R475 лучше заменить одним резистором на 10 - 20 Ом, а обратную связь х100 перенести на другую сторону этого резистора. Конденсаторы С113, С114 поставить там где будет необходимо по разводке на плате. Получится неплохая виртуальная земля.

Ваша правда, этот вариант также хорош

Пассивную RC цепочку на входе можно поставить, тогда требования к первому усилителю будут не такие жесткие.

Про какую цепочку речь? Вроде бы основные требования по шумам -нужно малое потребление, соотв. найти малошумящий усилок намного сложнее.

[bayguzov]

Про какую цепочку речь? Вроде бы основные требования по шумам -нужно малое потребление, соотв. найти малошумящий усилок намного сложнее.

Я имел ввиду RC звено первого прядка, перед фильтром на ОУ. Чтобы эффективно ВЧ фильтровать нужен достаточно быстрый ОУ, а с предварительным фильтром можно обойтись медленным усилителем. Правда если основная проблема с 50Гц, то это предложение было бесполезным