Усиление напряжения с высокоимпедансной точки Опции

[norsen]

Господа, у меня такая проблема: нужно усиливать (или повторять) сигнал с высокоимпедансной точки (средняя точка делителя из 2 емкостей, емкости порядка 10 пФ). Соответственно нужен усилитель или буфер с очень высоким входным сопротивлением и с очень малой входной емкостью, т.к. ошибка (по сравнению с работой емкостного делителя без усилителя) должна быть порядка 10E-5. Может ли кто-нибудь посоветовать такой усилитель или идею по его реализации?

[HardJoker]

Господа, у меня такая проблема: нужно усиливать (или повторять) сигнал с высокоимпедансной точки (средняя точка делителя из 2 емкостей, емкости порядка 10 пФ). Соответственно нужен усилитель или буфер с очень высоким входным сопротивлением и с очень малой входной емкостью, т.к. ошибка (по сравнению с работой емкостного делителя без усилителя) должна быть порядка 10E-5. Может ли кто-нибудь посоветовать такой усилитель или идею по его реализации?

Какой диапазон частот и уровень сигнала? Судя по постановке вопроса, ОУ с входной емкостью 1...2pF и корррекцией делителя (решение в лоб) уже рассматривалось. В DS у Аналога были рекомендации по уменьшению Cвх за счет (П)ОС.

[norsen]

Какой диапазон частот и уровень сигнала? Судя по постановке вопроса, ОУ с входной емкостью 1...2pF и корррекцией делителя (решение в лоб) уже рассматривалось. В DS у Аналога были рекомендации по уменьшению Cвх за счет (П)ОС.
[/quote]

Частоты - единицы кГц. Амплитуда сигнала 1 В. Коррекция делителя не подходит - дело в том, что схема измерительная (как раз значения емкостей делителя и меряются), и нужны высокие точности (хотя бы 0.1%, а в идеале еще лучше), а входная емкость ОУ имхо не может быть померяна с такой точностью, кроме того, она, наверно, от температуры здорово плывет. Насчет рекомендаций AD почитаю, спасибо, однако, наверно, сложно скомпенсировать так, чтобы не плавало от температуры :-(.

[Old Nick]

Частоты - единицы кГц. Амплитуда сигнала 1 В. Коррекция делителя не подходит - дело в том, что схема измерительная (как раз значения емкостей делителя и меряются), и нужны высокие точности (хотя бы 0.1%, а в идеале еще лучше), а входная емкость ОУ имхо не может быть померяна с такой точностью, кроме того, она, наверно, от температуры здорово плывет. Насчет рекомендаций AD почитаю, спасибо, однако, наверно, сложно скомпенсировать так, чтобы не плавало от температуры :-(.

По-моему нужно было задать вопрос не об "усилении с высокоимпендансной точки", а об измерении емкости или перемещения и выяснить:
1. Можно ли решить задачу в принципе, имея в виду, в частности, динамический диапазон полупроводниковых устройств.
2. Можно ли решить задачу в Вашем диапазоне температур.
3. Если на пп. 1 и 2 будут положительные ответы, какова стоимость решения и устроит ли она Вас (заказчика).

Если интересно мое мнение, то никаких принципиальных трудностей, кроме механических и температурных не вижу. то есть на п.1 мой ответ был бы: "однозначно да". Огромный (10пФ) и медленный (наколько килогерц) объект движется на огромное расстояние (0.2мм). Есть роскошное питание (про ограничение потребления и батарейки ничего не говорилось). Традиционно, подобные проблемы решают мостами, "все уже придумано до нас", - читайте книги. Советую не упираться в усилитель с ненужными здесь параметрами, ибо дело не в усилителе, а задаче "в целом".

О п.2 я бы сказал, что реально обойтись только одними биполярными транзисторами (без микросхем), если не смущают размеры.

[Stanislav]

...Традиционно, подобные проблемы решают мостами, "все уже придумано до нас", - читайте книги...

Приведите ссылочку, пожалуйста.
Не забывая при этом, что температура в точке измерения может достигать 200С.

...О п.2 я бы сказал, что реально обойтись только одними биполярными транзисторами (без микросхем), если не смущают размеры.

Простите. а нельзя ли пояснить смысл сказанного?
Я например, считаю, что обойтись схемами на БТ никак не возможно.

[Old Nick]

...Традиционно, подобные проблемы решают мостами, "все уже придумано до нас", - читайте книги...

Приведите ссылочку, пожалуйста.
Не забывая при этом, что температура в точке измерения может достигать 200С.

Лубая книга о мостовых измерениях. О 200С во втором пункте.

...О п.2 я бы сказал, что реально обойтись только одними биполярными транзисторами (без микросхем), если не смущают размеры.

Простите. а нельзя ли пояснить смысл сказанного?
Я например, считаю, что обойтись схемами на БТ никак не возможно.

Пояснить в какой части? Работают ли BJT при 200С?

[Stanislav]

Лубая книга о мостовых измерениях. О 200С во втором пункте.

Датчик - не мостовой, а дифференциальный (полумостовой).
Какие преимущества в этом случае будет иметь мостовая схема? Лично я вижу лишь одни недостатки.

Пояснить в какой части? Работают ли BJT при 200С?

Для начала, в части схемотехники.

[Old Nick]

Датчик - не мостовой, а дифференциальный (полумостовой).
Какие преимущества в этом случае будет иметь мостовая схема? Лично я вижу лишь одни недостатки.

В этом случае мало информации. В общем случае, - точность.

Для начала, в части схемотехники.

?

[Stanislav]

Для начала, в части схемотехники.

?

Как усилитель сделать предполагаете?

В этом случае мало информации. В общем случае, - точность.

Нет, в мостовой схеме точность получится хуже. Если её приведёте, могу доказать.

Сообщение отредактировал Stanislav - Aug 28 2006, 15:44

[SasaTheProgramme...]

Нет, в мостовой схеме точность получится хуже. Если её приведёте, могу доказать.

Станислав, это стандартное решение. Т.е. если речь идёт именно об измерении напряжения, то нужно сильно изгаляться. А в случае ёмкостного датчика всё решается намного проще (жаль, что автор топика сразу об этом не написал).
Датчик запитывается парафазным сигналом, причём амплитуда одной или обоих фаз регулируется (в прошлом веке - ползунком на катушке трансформатора). Средняя точка подключается к низкоомному входу усилителя рассогласования. Все подводки экранируются и защитное кольцо(-а) емкостей также заземляются. Ёмкость кабелей и пр. при этом не играет роли, поскольку экранируемая средняя точка и так сидит на виртуальной земле.
В принципе, можно даже попробовать отказаться от компенсации, т.е. использовать в качестве выходного сигнал непосредственно с выхода усилителя рассогласования. Но в книжке (где-то пылится на дальних полках) для такой задачи почему-то описывался именно автоматический мост. Возможно, так достигалась линеаризация в доцифровую эпоху...

[norsen]

[/quote]
Станислав, это стандартное решение. Т.е. если речь идёт именно об измерении напряжения, то нужно сильно изгаляться. А в случае ёмкостного датчика всё решается намного проще (жаль, что автор топика сразу об этом не написал).
Датчик запитывается парафазным сигналом, причём амплитуда одной или обоих фаз регулируется (в прошлом веке - ползунком на катушке трансформатора). Средняя точка подключается к низкоомному входу усилителя рассогласования. Все подводки экранируются и защитное кольцо(-а) емкостей также заземляются. Ёмкость кабелей и пр. при этом не играет роли, поскольку экранируемая средняя точка и так сидит на виртуальной земле.
В принципе, можно даже попробовать отказаться от компенсации, т.е. использовать в качестве выходного сигнал непосредственно с выхода усилителя рассогласования. Но в книжке (где-то пылится на дальних полках) для такой задачи почему-то описывался именно автоматический мост. Возможно, так достигалась линеаризация в доцифровую эпоху...
[/quote]

Стандартное решение мне знакомо; согласен, что оно снимает жесткие требования к усилителю, однако здесь возникают следующие сложности, связаные с желаемой точностью измерения емкости 0.01%:
1. Надо точно выдерживать амплитуды обеих фаз подаваемого напряжения (отличие уже на 0.005% погубит точность)
2. Не совсем ясно, что включать во вторую диагональ моста (не ту, где дифференциальный емкостной датчик). Дело в том, что температурные уходы включенных туда компонентов (будь то резисторы или емкости) должны быть строго согласованы (см. точность выше).
3. Подавление паразитов - вообще не тривиальная задача, все зависит от конкретной реализации механики датчика (которой пока нет, а для таких точностей и с платой придется мухлевать...
4. Компенсация - это некая обратная связь, с помощью которой можно влиять либо на амплитуды разнофазного напряжения, либо на элементы, включенные в мост, причем принципиальна чувствительность регулировки => опять же (1) или (2).

[/quote]
Уважаемый monitor7 как-то приводил ссылку на высотемпературные приборы.
Если удастся раздобыть нечто подобное HT1104, можно попробовать сделать вот такую схемму:
[/quote]

Stanislav, спасибо за схему. Раздобыть какие угодно приборы в принципе не проблема, за ценой не постоим :-). Только мне кажется, что в схеме к емкости ОС будет прибавляться собственная коррекционная емкость ОУ (м.б. не вся, а частично), а она зависит от температуры весьма сильно.

[/quote]
Я бы, пожалуй, не торопился с утверждением, что питание датчика +-5 В менять нельзя. Кста, а насколько оно точно и стабильно? Лучше 0.1%?
Был оглашен диапазон частот сверху. А снизу? Fнч определит требуемое минимальное [эквивалентное] входное сопротивление измерительного преобразователя. Если собираетесь измерять статику, про питание датчика постоянным напряжением стоит забыть.
имхо, измереметр придется разбить на преобразователь C или U во что-нибудь пригодное для передачи на несколько метров, объединенный со схемой питания полумоста и схемой коррекции/компенсации/балансировки, и размещаемый в непосредственной близости от датчика, и удаленный от датчика преобразователь этого "что-нибудь" в требуемый вид.
Возможность использования эскиза схемы, приведенного Stanislav'ом, может быть ограничена конструктивным исполнением датчика. И входной ток для HT1104 при 225 С может составить 10 nA, что просто убийственно для усилителя заряда с 10 pF в ОС (хотя лучшего ОУ на такую температуру я не видел). Проблема решается схемными наворотами, в том числе по питанию полумоста, но сейчас уже не успею - в 22:00 выгоняют с работы
[/quote]

Xemul, интересно, какие конкретно навороты имеются в виду? :-)
Питание "грязное", его придется как-то вылизывать в любом случае. Вообще, говоря про питание, я имел в виду доступное постоянное напряжение, все остальное (AC питание датчика) надо будет делать.

Electrovoicer, что вы имеете в виду под "полосой" датчика? Я-то писал везде про подаваемую на емкость частоту (емкость ведь от частоты зависит, как и потери в ней). Причем к окончательному варианту по ней еще не пришел.
Судя по тому, что вы сравниваете с 10-ми Гц для AD7745, я так понимаю, что вы имеете в виду частоту обновления измеряемых данных? Если говорить о ней, то четкого требования еще нет, но это несомненно критичный параметр для проекта, там часто надо мерять. М.б. 1-2 кГц обновление результата.

Old Nick и Stanislav, спасибо за вашу дискуссию, она помогает думать; тем не менее, я еще выбираю между мостом ( малые треб. к усилителю, но высокие к установке амплитуды и элементам моста) и полумостом ("хитрый" усилитель заряда).
Кстати, еще мной рассматриваются и другие варианты: управляемый генератор на "хорошем" таймере, у которого частота выходного сигнала отзывается на изменение емкости. И еще вариант - схема не переключаемых конденсаторах (прилагается). Там принцип несколько похож на то, что делается в AD7745, Uout = - Uin*C1/С2, имеется в виду DC.