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?

[norsen]

Не понял, о какой ёмкости идёт речь? Во всяком случае, мне этот термин не знаком. Может, речь идёт о ёмкости выход-вход ОУ? Она действительно будет влиять, но её можно минимизировать конструктивом платы, и она представляет собой достаточно стабильную величину.
Заряд из "левой" половины датчика будет полностью перетекать в "правую" его половину, при условии, что входные токи ОУ малы. Смысл применения ОУ состоит в обеспечении низкого выходного сопротивления схемы, и только. Дальше можете делать с сигналом всё, что заблагорассудится.

Коррекционная емкость - это та, что внутри ОУ, специально сделана для отрицательной ОС. Она включена между выходным каскадом ОУ и инвертирующим входом дифференциального каскада (может быть и между другими каскадами). Поэтому в отрицательной ОС уже есть "своя" емкость ОУ, по величине - от 1ц до десятков пФ. Если датчик дифференциальный, то сигнал на выходе вашей схемы будет пропорционален соотношению емкостей "половин" датчика, а эта самая коррекционная емкость прибавится к емкости второй половины - той, что в ОС, чем испортит результат.

... я еще выбираю между мостом ( малые треб. к усилителю, но высокие к установке амплитуды и элементам моста)...

Простите, но не совсем понятно, что значит "малые требования к усилителю"? По-моему, они такие же (ну, или почти такие же), как и для полумоста.

Не скажите. Тут кто-то писал о том, что если мост балансируется, то усилитель включением в диагональ ничего не портит - на этой диагонали и так 0, главное - точность регулировки, которая тоже от усилителя не зависит. Усилитель служит звеном в цепи общей "корректировочной" ООС схемы. В случае же усиления с середины полумоста, где амплитуда U = Uвозб * C1 / (C1+C2), Uвозб - амплитуда возбуждения, C1,C2 - емкости "половин" датчика, усилитель не должен вносить в схему дополнительных импедансов.

Если norsen таки расскажет про:
конструктив датчика (могу предположить, что все-таки имеем три свободных обкладки без конструктивной привязки к корпусу);
частотный диапазон измеряемого сигнала (требуется ли измерять статическое смещение, единицы кГц - предполагаемая частота модуляции питания датчика или верхняя граница полезного сигнала)

Конструктив еще не принят окончательно, это зависит от механиков, но я тоже могу влиять. Пока известно только, что датчик состоит из 2 емкостей, которые противоположно меняются. Частота снятия информации о емкости в идеале 5-8 кГц, соответственно возбуждение должно быть гораздо чаще (я немного наврал в начале форума), может быть, от 20 кГц и выше.

Я написал "эскиз схемы", т.к. он показывает только общую идею построения усилителя заряда. Если датчик выполнен с одной заземленной обкладкой, то эта схема уже неприменима. Если требуется измерять статическое смещение - тоже. Схема питания датчика и схема компенсации будут на порядок сложнее приведенного эскиза.
По даташиту на HT1104 Input Offset Current @225C все-таки <10 нА, но это несущественно, т.к. для усилителя заряда я бы предпочел видеть и Input Bias Current, и Input Offset Current <1-10 пикоА (про нижнюю частоту сигнала нам ничего не сказали, так что точнее не скажу).

Измеряется только переменный сигнал, о статике речь не идет. Я так мыслю, что смещение на выходе не страшно (в разумных пределах


Я тут еще задумался в рамках вопроса: известно, что емкость сама по себе и потери в ней зависит от частоты, т.е. на разных частотах значения различны. А как считать, если возбуждение емкости происходит не гармоническим, а, например, импульсным сигналом?

Сообщение отредактировал norsen - Aug 30 2006, 06:07

[Stanislav]

Коррекционная емкость - это та, что внутри ОУ, специально сделана для отрицательной ОС. Она включена между выходным каскадом ОУ и инвертирующим входом дифференциального каскада (может быть и между другими каскадами). Поэтому в отрицательной ОС уже есть "своя" емкость ОУ, по величине - от 1ц до десятков пФ. Если датчик дифференциальный, то сигнал на выходе вашей схемы будет пропорционален соотношению емкостей "половин" датчика, а эта самая коррекционная емкость прибавится к емкости второй половины - той, что в ОС, чем испортит результат.

Простите, но Вы имеете несколько превратное представление о корректирующей(их) емкости(ях) в ОУ. Посмотрите схемотехнику ОУ - и убедитесь, что они включаются вовсе не между выходом и входом. Чаще всего с помощью такой ёмкости создают местную частотно-зависимую ОС в каскаде с максимальным усилением, формируя доминирующий полюс АФХ.

... я еще выбираю между мостом ( малые треб. к усилителю, но высокие к установке амплитуды и элементам моста)...

Простите, но не совсем понятно, что значит "малые требования к усилителю"? По-моему, они такие же (ну, или почти такие же), как и для полумоста.

Не скажите. Тут кто-то писал о том, что если мост балансируется, то усилитель включением в диагональ ничего не портит - на этой диагонали и так 0, главное - точность регулировки, которая тоже от усилителя не зависит. Усилитель служит звеном в цепи общей "корректировочной" ООС схемы.

Без наличия самОй схемы обсуждать этот вопрос, согласитесь, несколько сложновато.
Совершенно, например, непонятно, какой всё-таки метод балансировки моста предлагается.

...В случае же усиления с середины полумоста, где амплитуда U = Uвозб * C1 / (C1+C2), Uвозб - амплитуда возбуждения, C1,C2 - емкости "половин" датчика, усилитель не должен вносить в схему дополнительных импедансов.

Опять ничего не понятно. Каких именно импедансов? И почему в мостовой схеме эти "импедансы" несущественны?

...Конструктив еще не принят окончательно, это зависит от механиков, но я тоже могу влиять. Пока известно только, что датчик состоит из 2 емкостей, которые противоположно меняются. Частота снятия информации о емкости в идеале 5-8 кГц, соответственно возбуждение должно быть гораздо чаще (я немного наврал в начале форума), может быть, от 20 кГц и выше.

А вот это существенное уточнение!

...Я тут еще задумался в рамках вопроса: известно, что емкость сама по себе и потери в ней зависит от частоты, т.е. на разных частотах значения различны. А как считать, если возбуждение емкости происходит не гармоническим, а, например, импульсным сигналом?

Импульсный сигнал в ряде случаев может оказаться хуже - к усилителю-преобразователю придётся предъявлять более жёсткие требования по линейности и быстродействию.

[norsen]

Простите, но Вы имеете несколько превратное представление о корректирующей(их) емкости(ях) в ОУ. Посмотрите схемотехнику ОУ - и убедитесь, что они включаются вовсе не между выходом и входом. Чаще всего с помощью такой ёмкости создают местную частотно-зависимую ОС в каскаде с максимальным усилением, формируя доминирующий полюс АФХ.

Спасибо.

... я еще выбираю между мостом ( малые треб. к усилителю, но высокие к установке амплитуды и элементам моста)...

Простите, но не совсем понятно, что значит "малые требования к усилителю"? По-моему, они такие же (ну, или почти такие же), как и для полумоста.

Не скажите. Тут кто-то писал о том, что если мост балансируется, то усилитель включением в диагональ ничего не портит - на этой диагонали и так 0, главное - точность регулировки, которая тоже от усилителя не зависит. Усилитель служит звеном в цепи общей "корректировочной" ООС схемы.

Без наличия самОй схемы обсуждать этот вопрос, согласитесь, несколько сложновато.

...В случае же усиления с середины полумоста, где амплитуда U = Uвозб * C1 / (C1+C2), Uвозб - амплитуда возбуждения, C1,C2 - емкости "половин" датчика, усилитель не должен вносить в схему дополнительных импедансов.

Опять ничего не понятно. Каких именно импедансов? И почему в мостовой схеме эти "импедансы" несущественны?

Например, такие схемы:



Здесь усилитель условно обозначен, главное. что в первой схеме его импеданс влияет на результат, так как включен параллельно 2-ой емкости делителя. Во второй же схеме усилитель служит только индикатором разбаланса, а результат преобразования представляется не усиленным напряжением, как в первой схеме, а схемой контроля, т.е. тем, насколько изменены параметры схемы(источника или пары С0 и С00) для поддержания 0. Я именно это имел в виду, говоря о требованиях к усилителю. О сложностях такого подхода я уже говорил, однако импеданс усилителя здесь действительно не влияет.
Вроде как, с усилителем заряда все должно получаться хорошо...

конечно, приведены здесь не схемы, а, скорее, структуры. Как именно делать коррекцию моста - это другой вопрос

Сообщение отредактировал norsen - Aug 30 2006, 10:24

[Stanislav]

Например, такие схемы:

Здесь усилитель условно обозначен, главное. что в первой схеме его импеданс влияет на результат, так как включен параллельно 2-ой емкости делителя.

А в эскизе схемы, приведённой мной?
Я ведь не предлагаю Вам делать "плохую" схему, а предлагаю делать "хорошую" схему.

...Во второй же схеме усилитель служит только индикатором разбаланса, а результат преобразования представляется не усиленным напряжением, как в первой схеме, а схемой контроля, т.е. тем, насколько изменены параметры схемы(источника или пары С0 и С00) для поддержания 0. Я именно это имел в виду, говоря о требованиях к усилителю. О сложностях такого подхода я уже говорил, однако импеданс усилителя здесь действительно не влияет.
Вроде как, с усилителем заряда все должно получаться хорошо...

конечно, приведены здесь не схемы, а, скорее, структуры. Как именно делать коррекцию моста - это другой вопрос

Простите, но это главный вопрос. Все остальные - менее существенны.
Ещё один важный вопрос: как собираетесь обеспечивать долговременную температурную стабильность двух "лишних" кондёров, образующих второе плечо моста? Ведь это есть дополнительный источник погрешностей...
Кстати говоря, вход ОУ лучше представлять источником тока, а не активным сопротивлением, т.к. его активная составляющая обычно очень велика - от единиц ГОм и выше.