На чём собрать малошумящий усилитель?, полоса 2МГц....шум <1мкВ Опции

[yrbis]

...Появилась такая проблема. Имеется источник сигнала с хитрым реактивным внутренним сопротивлением(завтра буду примерно мерить...) требуется в готовую схему вставить предварительный каскад согласованный с этим источником(индуктивный датчик с входной цепью) по шумам...и тут дилемма -на чём строить, какую схему выбрать...Вариант каскодный дифференциальный каскад с полевыми транзисторами на входе...или не каскодный на полевых транзисторах, или на биполярных или просто два транзистора общий эмиттер...Понятно что основные идеи это режим малых токов, низкое питание...собственно изменением тока коллекторов(или стоков) и планируется согласовать каскад с цепью входной...Наверное для проверке придётся несколько схем развести.....усиление хочется получить около 40(хотя бы 10) полоса 3...5МГц действующее значение шума на входе каскада <=1мкв...что подскажите?

[Designer56]

Stanislav , есть вариант решения- мы его с вами как-то немного обсуждали уже. Использовать согласующий тр-р с максимальным коэфф. трансформации, с последующим усилением устройством на малошумящих ПТ, малый ток шума которых позволит обеспечить отношение сигнал/шум. попробую восстановить свой старый проект- как раз подобная схема. В остальном согласен с Вами.

[Stanislav]

Stanislav , есть вариант решения- мы его с вами как-то немного обсуждали уже. Использовать согласующий тр-р с максимальным коэфф. трансформации, с последующим усилением устройством на малошумящих ПТ, малый ток шума которых позволит обеспечить отношение сигнал/шум. попробую восстановить свой старый проект- как раз подобная схема...

Было бы интересно посмотреть.
Только здесь засада возможна: и так уже резонансы в рабочей полосе видны, а если делать на бОльший к-т трансформации, рискуем получить очень неравномерную АФХ в интересующей полосе сигнала.
Хотя, попробовать, наверное, стОит...

[yrbis]

...спасибо за консультации
Stanislav:

Простите за перерыв, времени маловато...
Сначала позволю себе немного критики: кондёры C2 и C3 на схеме, по-моему, слишком малы (если, конечно, датчик у Вас не резонансный). На частоте 4 МГц только они будуть давать примерно 160 Ом модуля импеданса ещё до транса, и почти 1,5 кОм - после него, что значительно ухудшит отношение С/Ш для усилителя на биполярных транзисторах. Резонанс на 1-м графике, скорее всего, попал в полосу сигнала именно из-за этих ёмкостей. Попробуйте обойтись совсем без них (замкнув), или увеличьте хотя бы раз в 20-30.
Далее, конструкции транса нужно уделить особое внимание, т.к. он в значительной степени будет определять отношение С/Ш. Если делаете его самостоятельно, опишите конструкцию; возможно, надо будет что-то изменить. Навскидку: маловата индуктивность обмоток, надо бы увеличить раза в 2-3.

Входная цепь настраивалась для максимально красивой ачх(полоса, неравномерность) и максимального коэффицента передачи. Трансы мотали с интервалом виток) и можно сказать что это оптимальный вариант...ачх строится на сближении двух резонансов с минимальным подавлением каждого....

Должен сказать, что при таком импедансе источника повышающий транс, скорее всего, улучшит отношение С/Ш в системе датчик-усилитель.
"Левые" 4 диода, по-моему, стоит убрать. Лучше заземлить среднюю точку первичной обмотки транса.

Первичная обмотка без отвода сделана из соображений симметрии, т.е. чтоб лучше вычетался синфазный сигнал с витой пары, которой датчик подсоединяется к ёмкостям(1метр )

Транс мы мотаем на чашке из карбонильного железа мр100 Сб12а и это единственный пока известный нам материал с низкой магнитострикцией...на ферритах пермолои...на всём пробовали и железо карбонильное самый лучший вариант(на других сердечниках после зондирующего сигнала, даже ограниченного диодами до 1.5-2 вольт , звенящая борода микросекунд под 20)...мотаем одинарным проводом первичную и двойным вторичную, без прокладок каких - либо

Вот...на биполярных транзисторах (брал bfp182) пока что токо в 1.5 раза лучше чем с ОУ....на полевых в 2 раза(ОЭ и ОИ для теста) так что наверное вариант Designer56 очень даже подойдёт....хочу свой дифкаскад поставить на каждый отвод катушки...4 транзистора вместо 2х должны шум ещё в 1.4 раза уменьшить

[yrbis]

Stanislav:

Для достижения наилучшего отношения С/Ш следует применить недифференциальный каскад усиления ОЭ-ОБ, если это приемлемо.

Ещё раз спасибо за ответы. Я не совсем понял, почему не дифкаскад лучше чем диф по шумам, т.е. раз у меня получается меньше шумов на ПТ мне логичней использовать 4 общих истока, чем два дифкаскада на ПТ? а про каскодное включение щас попробую....

[Designer56]

Stanislav:

Для достижения наилучшего отношения С/Ш следует применить недифференциальный каскад усиления ОЭ-ОБ, если это приемлемо.

Ещё раз спасибо за ответы. Я не совсем понял, почему не дифкаскад лучше чем диф по шумам, т.е. раз у меня получается меньше шумов на ПТ мне логичней использовать 4 общих истока, чем два дифкаскада на ПТ? а про каскодное включение щас попробую....

В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.

[yrbis]

В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.

Ну собственно про шумы и вопрос...т.е. Если взять дифкаскад и два отдельных общих истока для обоих случаев усиление растёт в 2 раза а шумы в корень из двух, но Stanislav утверждает, что лучше будет использовать не дифкаскад, вот я и спрашиваю в чём разница....
А трансформатор собственно так и мотался...при расчёте входной цепи оперировал ёмкостью параллельной выходу и эта ёмкость полностью паразитная...т.е. взято минимум число витков на входе и максимум на выходе

[Designer56]

В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.

Ну собственно про шумы и вопрос...т.е. Если взять дифкаскад и два отдельных общих истока для обоих случаев усиление растёт в 2 раза а шумы в корень из двух, но Stanislav утверждает, что лучше будет использовать не дифкаскад, вот я и спрашиваю в чём разница....
А трансформатор собственно так и мотался...при расчёте входной цепи оперировал ёмкостью параллельной выходу и эта ёмкость полностью паразитная...т.е. взято минимум число витков на входе и максимум на выходе

Нет,Stanislav прав.У вас выходная обмотка расщеплена на 2 части-т.е напряжение на каждой полуоюмотке равно половине общего. Если взять всю вых. обмотку и подключить её к простому усилителю, то выигрыш по шумам по сравнению с диф, каскадом будет в sqrt(2) раз по сравнеию с диф. каскадом.

[yrbis]

ааа, точно...., понял!))) ..значит буду пытаться без средней точки на выходе обойтись

[yrbis]

...я тут посчитал... и с отводом спорный вопрос. Потомучто, когда я землю не отвод, а один конец обмотки и подаю на один усилитель вместо двух, то я ещё и выходное сопротивление моей цепи входной увеличиваю.....а значит увеличиваю шум обусловленный шумовым источником тока. Получается что если у транзистора есть источник шума по напряжению - Еш и по току Iш то шум(всмысле спектральная плотность по напряжению) для двух усилителей и заземлённого отвода..(диф. вариант) будет sqr(2Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z/2), а без отвода у транса и для одного усилителя будет sqr(Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z)..где Z/2 - модуль сопротивления половины обмотки....т.е. шум напряжения уменьшается, а тока растёт....далее конечно можно сказать, что токовый шум ПТ маленький, и следует ожидать выйгрыш, но я это для точности щас замерю...

[Designer56]

...я тут посчитал... и с отводом спорный вопрос. Потомучто, когда я землю не отвод, а один конец обмотки и подаю на один усилитель вместо двух, то я ещё и выходное сопротивление моей цепи входной увеличиваю.....а значит увеличиваю шум обусловленный шумовым источником тока. Получается что если у транзистора есть источник шума по напряжению - Еш и по току Iш то шум(всмысле спектральная плотность по напряжению) для двух усилителей и заземлённого отвода..(диф. вариант) будет sqr(2Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z/2), а без отвода у транса и для одного усилителя будет sqr(Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z)..где Z/2 - модуль сопротивления половины обмотки....т.е. шум напряжения уменьшается, а тока растёт....далее конечно можно сказать, что токовый шум ПТ маленький, и следует ожидать выйгрыш, но я это для точности щас замерю...

Именно...Всё дело в том, что усилитель- есть устройство, увеличивающее мощность сигнала, а трансформатор этого не умеет.Хотя увеличивает напряжение на выходе.Поэтому приходится использовать актвное устройство.Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.

[yrbis]

Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.

Это точно, может подскажите чего-нибудь?
...я тут померил и у меня получается, что шум обусловленный током одного транзистора(2sk316 ) даёт вклад в 4 раза больший чем шумовое напряжение! мерил так...выставлял нужное усиление смотрел размах шумовой полоски на осциллографе, затем коротил входы (затворы на землю) и смотрел на изменение этой полоски... она в 2 раза уже стала при закороченном входе...т.е. либо по формулам получается что плотности Eш и Iш*Z отличаются в 4 раза не в пользу Еш либо сама цепь входная шумит как паровоз активными составляющими.....
....Что более вероятно?

[yrbis]

Собственно, если положить что токовый шум у полевого транзистора на 2 порядка меньше шума напряжения, то вполне сходится так как у меня сопротивление всплеск имеет под 600 Ом

[Designer56]

Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.

Это точно, может подскажите чего-нибудь?
...я тут померил и у меня получается, что шум обусловленный током одного транзистора(2sk316 ) даёт вклад в 4 раза больший чем шумовое напряжение! мерил так...выставлял нужное усиление смотрел размах шумовой полоски на осциллографе, затем коротил входы (затворы на землю) и смотрел на изменение этой полоски... она в 2 раза уже стала при закороченном входе...т.е. либо по формулам получается что плотности Eш и Iш*Z отличаются в 4 раза не в пользу Еш либо сама цепь входная шумит как паровоз активными составляющими.....
....Что более вероятно?

Начните с П.Хоровиц, У.Хилл " Искуство схемотехники" Во втором издании есть пространная глава на эту тему.
Измерение шумового тока полевого транзистора- весьма сложная задача из-за его малости.Требуется подключать последовательно с затвором резистор очень большого номинала- десятки мегом и более.Он сам по себе при нормальной температуре шумит гораздо сильнее, чем от протекающего через него шумового тока.У вас, похоже, именно этот случай.( прибольшой нужде в измнерении шумового тока резистор помещают в сильный холод)

[yrbis]

...Да вроде читал я эти книги, когда студентом был...ну видать плохо......
Собственно вопрос чем мне сможет помочь каскодная схема?...в моём варианте включение общей базы или общего затвора в цепь стока...

[Designer56]

...Да вроде читал я эти книги, когда студентом был...ну видать плохо......
Собственно вопрос чем мне сможет помочь каскодная схема?...в моём варианте включение общей базы или общего затвора в цепь стока...

Каскодняя схема минимизирует емкость Миллера- базо- коллекторную или сток-затворную.В обычной схеме общий эмиттер или общий исток эта емкость увеличивается в коэфф. усиления схемы раз. И, соответственно, создает проблемы- особенно, если источник сигнала- трансформатор.