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?

[yrbis]

Повышение Ку нескольких каскадов и введение ООС (часто подразумевается ОС по напряжению) в случае каскадов, нагруженных на резонансные контура, как-то неособо нужно

...и где у меня каскад нагруженный на резонансные контура?...наверное имелось ввиду узкополосность, токо помимо узкой полосы может быть требование на быстрый выход из насыщения и отсечки

В апериодических каскадах с расширением полосы сигнала повышение Ку само по себе непросто реализуемо по критерию устойчивости каскадов. Охват ООС подразумевает общее расширение полосы пропускания вверх. Соответственно, мощность шумов в полосе несколько растёт.

...т.е. сами эквивалентные спектральные плотности на входе не изменяются?

[sensor_ua]

...и где у меня каскад нагруженный на резонансные контура?

Дык нету их Просто если пытаться вытянуть бОльший коэффициент передачи на каскаде с узкополосным контуром, возникает противоречие - чем выше добротность, тем проще запереться транзистору Не получается Ку сильно увеличивать... даже чуть-чуть тежеловато.

...т.е. сами эквивалентные спектральные плотности на входе не изменяются?

ИМХО, что мы ни добавим - мы добавим. Шум источника сигнала имеет свою плотность шума, собственный шум усилителя - свою. Чтобы шум рассматривать как сигнал с известными амплитудами и фазами, нужно оперировать в других приближениях.

[jam]

Дык нету их Просто если пытаться вытянуть бОльший коэффициент передачи на каскаде с узкополосным контуром, возникает противоречие - чем выше добротность, тем проще запереться транзистору Не получается Ку сильно увеличивать... даже чуть-чуть тежеловато.

Сильно и не надо добротность нужна не более 2 - но именно для того, что бы увеличить усиление на высоких частотах. Если усилитель зарядочуствительный - то вобще это не надо - там надо только передний фронт усилить, а задний как получится. Но в схеме усиления тока добротность помагает - уменьшает шум процентов на 10.

ИМХО, что мы ни добавим - мы добавим. Шум источника сигнала имеет свою плотность шума, собственный шум усилителя - свою. Чтобы шум рассматривать как сигнал с известными амплитудами и фазами, нужно оперировать в других приближениях.

Повторюсь - источник сигнала в идеале должен быть реактивным - т.е вобще не шуметь, шумные источники в таких делах не годятся.

Я бы побоялся говорить о вычетании шумов, всё-таки это случайные процессы. А в случаи наличия в петле хотя бы 2х транзисторов, шумы первого и второго некоррелированы, и в этом случаи без боязни- при вычетании они сложатся по модулю.

Шум на практике оказывается коррелированным - можно не бояться.

Это понятно, думаю поможет фильтр. К сожалению пока нет достаточного времени на новую разработку, работай завалили, но думаю додумать параметрический усилитель через пару недель.

ИМХО параметрические усилители требуют развязки, например циркулятора, на таких частотах есть только электронные , но они шумные, да и потом параметрические усилители не такие уж и малошумящие устройства без охлаждения.

Вопрос пока остался открытым, возможно меня не поняли....правильно ли не заводить ООС в малошумящих каскадах?, или ООС(при "0" по Кельвину for Jam) помимо всех положительных свойств, ещё и не способна ухудшить шумовые параметры усилителя(плотности тока и напряжения приведённые ко входу...)

Если ваша схема тёплая, те не 0 по кельвину, шум резистора на 4мгц может оказаться раза в три больше шума первого каскада.

[Stanislav]

all:
Вопрос пока остался открытым, возможно меня не поняли....правильно ли не заводить ООС в малошумящих каскадах?, или ООС(при "0" по Кельвину for Jam) помимо всех положительных свойств, ещё и не способна ухудшить шумовые параметры усилителя(плотности тока и напряжения приведённые ко входу...)

Способна или не способна? Вопрос поставлен как-то коряво...
ООС в малошумяшие каскады заводить можно. Только очень желательно делать её местной а не общей. Глубокая общая ООС в многокаскадном усилителе способна существенно увеличить шумы усилителя. Увеличение уровня шума в этом случае будет частотно-зависимым.
"На пальцах" это можно пояснить так: в любом усилителе всегда существует задержка сигнала по петле ООС. Это приводит к тому, что высокочастотные составляющие выходного усиленного шума не будут коррелированы с шумами входа, и, следовательно, не будут вычитаться из входных. Данный эффект не слишком страшен в случае местной ООС, но в многокаскадных усилках с общей ООС он может привести к значительному подъёму шумов на верхних частотах.

Повторюсь - источник сигнала в идеале должен быть реактивным - т.е вобще не шуметь, шумные источники в таких делах не годятся.

Простите, но что значит "должен быть"?

Дело в том , что шум на выходе это по большей части усиленный шум на входе, поэтому его можно вычитать, но на деле в цепи обратной связи стоит резистор, который шумит, поэтому ООС вносит много шума, но значительно уменьшает входное сопротивление и время заднего фронта .

Шум на практике оказывается коррелированным - можно не бояться.

Это совершенно не так.
ООС сама по себе не вносит много шума, если параметры цепи ООС подобраны правильно. Кроме того, в ООС не обязательно должны стоять резисторы - можно сделать и на кондёрах, и на трансформаторах.
Шум на выходе - это не просто усиленный шум на входе. Любой усилок вертит фазу сигнала. На частоте, например, соответствующей повороту фазы pi/2, выходной шум станет вовсе не коррелирован со входным.
В случае глубокой общей ООС это приведёт к значительному подъёму шумовых составляющих на этой частоте (впрочем, и ниже, и выше неё тоже). И не за счёт шума собственно цепи ООС, а из-за инерционных свойств самого усилителя.

[jam]

Способна или не способна? Вопрос поставлен как-то коряво...
ООС в малошумяшие каскады заводить можно. Только очень желательно делать её местной а не общей. Глубокая общая ООС в многокаскадном усилителе способна существенно увеличить шумы усилителя. Увеличение уровня шума в этом случае будет частотно-зависимым.
"На пальцах" это можно пояснить так: в любом усилителе всегда существует задержка сигнала по петле ООС. Это приводит к тому, что высокочастотные составляющие выходного усиленного шума не будут коррелированы с шумами входа, и, следовательно, не будут вычитаться из входных. Данный эффект не слишком страшен в случае местной ООС, но в многокаскадных усилках с общей ООС он может привести к значительному подъёму шумов на верхних частотах.

Простите, но что значит "должен быть"?

Это совершенно не так.
ООС сама по себе не вносит много шума, если параметры цепи ООС подобраны правильно. Кроме того, в ООС не обязательно должны стоять резисторы - можно сделать и на кондёрах, и на трансформаторах.
Шум на выходе - это не просто усиленный шум на входе. Любой усилок вертит фазу сигнала. На частоте, например, соответствующей повороту фазы pi/2, выходной шум станет вовсе не коррелирован со входным.
В случае глубокой общей ООС это приведёт к значительному подъёму шумовых составляющих на этой частоте (впрочем, и ниже, и выше неё тоже). И не за счёт шума собственно цепи ООС, а из-за инерционных свойств самого усилителя.

Недавно сделал усилитель на входе bf998x2 далее ОБ c нагрузкой rcl дальше эмтерник , потом опять об а с него два каскада на ад8055 и всё это охвачно оос - 5мом, десять штук по 510к последовательно.
Пока временные характеристики не снимал, чуствительность не мерял - но скажу не генерит, усиливает, шум сходится с расчётным - немного освобожусь, померюю всё - просто эта штука к работе не относится... Вот Вам многокаскадная оос....

Что касается источника - если источник шумит, то и все малошумящие штуки дадут не разы , а проценты... было бы из-за чего копья ломать.

Там где усилитель даёт задержку шум резко возрастает, но на выходе усилителя ставится фильтр, срезающий лишний шум - да и сигнала там (на вч) нет...

[yrbis]

. Только очень желательно делать её местной а не общей. Глубокая общая ООС в многокаскадном усилителе способна существенно увеличить шумы усилителя

вот спасибо, вот это я и хотел услышать...

После экспериментов с bfp740 и радости по поводу шумов я был несколько огорчён тем, что эта зараза, если уходит в насыщение от "зондирующих импульсов", то возвращается оттуда через микросекунд 40....на входе(базах ОЭ) всплески ограниченные диодами под вольт 5...Вот и думаю чё с этим делать...
раздумье привело к случайному палению транзисторов bfp740 и в связи с этим, я временно перешёл на транзисторы at31033, время выхода из насыщения такоеже....И собственно вопрос как можно уменьшить время выхода из насыщения и не ухудшить при этом сигнал/шум...собственно уменьшение усиления приведёт к ухудшению сигнал/шум, введение ООС по току резистором в эммитере также существенно уменьшает усиление, так же пробовал мудрить с переходами шотки в база-коллектор всё равно существенно не помогает....используется ОЭ,резистор в эммитере к минус питанию -5 В равен 10k...так же эммитер шунтирован ёмкостью на землю 47нФ(и того ток коллектора ~430мкА) в коллекторе резистор 3.3кОм....такая вот штука при малосигнальном усилении имеет отличные шумовые характеристики и по полосе устраивает.., но при наличии импульса под 5 вольт уходит в насыщение и возвращается оттуда через 40 мкс, а требуется максимум одна мкс...может кто-нибудь знает решение существенно не испортив сигнал/шум?....эмуляция в OrCad даёт тоже самое что и на практике..вот схема и "осциллограммы" входного(на бызах) и выходного(на коллекторах) напряжений...
L2 на схеме это датчик, гигаомы нужны только для работы OrCad...L1 и связь с L2 эмулирует возбуждение датчика....и кстати, я немного в растерянности.., так как насыщение это открытие транзистора, а на практике и в OrCade он медленно выходит из питания т.е. закрыт....

Эскизы прикрепленных изображений

 

[jam]

Поставте диоды раньше, до С1 - мешает цепь r3c5 - её надо на время импульса шунтировать на -0.5v ключами - что нибудь вроде adg701.

В вашей схеме лучше использовать отводы от катушки вместо ёмкостного делителя - резистор r13 значительно ухудшает шумовые характеристики схемы - но без него видимо всё это заведётся.

Сообщение отредактировал jam - Mar 16 2007, 03:17

[yrbis]

Поставте диоды раньше, до С1

...На датчик приходит сигнал с генератора ....его шунтировать нельзя

её надо на время импульса шунтировать на -0.5v ключами - что нибудь вроде adg701

тоже такая идея была только боюсь шуму добавят

В вашей схеме лучше использовать отводы от катушки вместо ёмкостного делителя - резистор r13 значительно ухудшает шумовые характеристики схемы - но без него видимо всё это заведётся.

а вот с этим несогласен. Отвод уменьшит амплитуду сигнала и безтого маленькую и собственно плюсов больше нету, ну только если уменьшение сопротивления источника. В ЭМАП лучше генератор нагружать на отвод, а сигнал снимать с большего числа витков..

[jam]

...На датчик приходит сигнал с генератора ....его шунтировать нельзя

Вам виднее...

тоже такая идея была только боюсь шуму добавят

вроде не должно бы - почему бы не попробывать...

а вот с этим несогласен. Отвод уменьшит амплитуду сигнала и безтого маленькую и собственно плюсов больше нету, ну только если уменьшение сопротивления источника. В ЭМАП лучше генератор нагружать на отвод, а сигнал снимать с большего числа витков..

Имелось ввиду не конкретно отвод, а шумовое согласование транзисторов с источником, это примерно 3-5 активного импеданса источника - у вас согласование производится сначала трансформатором, затем ёмкостным делителем - можно его трансформировать как вверх так и вниз - но одно хочу сказать - согласование по шуму отличается от согласования по мощности, т.е максимального сигнала на выходе.
А ВОТ РЕЗИСТОР!!! его сопротивление явно ниже выходного сопротивления источника - он сильно портит с\ш.

[yrbis]

Во! Вот такое решение почти решило проблему. Для малосигнального режима ёмкость C5 так же шунтирует эмиттеры транзисторов(эквивалентно 2*47нФ для каждого на землю), плюс повышение Косп. А вот в случаи попытки уйти в насыщение на обкладках относительно медленный, почти синфазный переходной процесс, для которого шунта практически нету и соответственно падает усиление

Эскизы прикрепленных изображений