|
|
|
предусилитель для пьезокерамического гидрофона |
|
|
|
Sep 15 2013, 18:14
|
Практикующий маг
Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576
|
Цитата(Tarbal @ Sep 9 2013, 04:02) Все линейно.
В истоке стоит резистор и в стоке на другом конце провода. Схемотехнически резистор в истоке осуществляет отрицательную обратную связь. Отношение резисторов дает коэффициент усиления по напряжению. Что, абсолютно линейно? У самого полевика жуткая нелинейность, а резистор в истоке снижает нелинейность ровно на столько, насколько снижает усиление, если это в 10 раз, то боюсь что недостаточно. Хорошая линейность нужна чтобы не было интермодуляции, т.к в сигнале гидрофона может наличествовать мощный посторонний сигнал (фон), то слабый полезный сигнал может быть искажен, и в спектре появятся гармоники, которых не было. Еще. Для БОЛЬШИХ гидрофонов с большой емкостью (и сравнительно малым уровнем сигнала) желательно применять ЗЧУ, что намного проще реализуется на ОУ с полевыми тр-ми на входе, нежели на отдельных полевиках. Почему и предложил вариант с питанием по отдельному проводу. Хотя можно и ОУ заставить работать по двухпроводной линии, но тут нужно хорошенько подбирать ОУ и макетировать.
|
|
|
|
|
Sep 15 2013, 21:02
|
Знающий
Группа: Свой
Сообщений: 781
Регистрация: 3-10-04
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 768
|
Цитата(Alexashka @ Sep 15 2013, 21:14) Для БОЛЬШИХ гидрофонов с большой емкостью (и сравнительно малым уровнем сигнала) желательно применять ЗЧУ, что намного проще реализуется на ОУ с полевыми тр-ми на входе, нежели на отдельных полевиках. Почему и предложил вариант с питанием по отдельному проводу. Хотя можно и ОУ заставить работать по двухпроводной линии, но тут нужно хорошенько подбирать ОУ и макетировать. Что за гидрофоны такие странные? Обычно большая емкость = большая чувствительность. Но это Вы можете сделать так (предусилитель, ПУ): 1) запитать ОУ через резистор с сопротивлением, большим, чем минимальное нагрузочное для ОУ, резистор разместить в предусилителе; 2) застабилизировать питание ОУ стабилитроном и зашунтировать емкостью после резистора; 3) выход ОУ через конденсатор подключить к линии до резистора. С другой стороны кабеля: 4) отделить приемник конденсатором; 5) подать питание на линию, чтобы в ПУ застабилизировалось питание ОУ, через дроссель или резистор, нужно считать; 6) приемник защитить от бросков на линии питания; 7) и очень хорошо убрать шумы с источника питания.
|
|
|
|
|
Sep 15 2013, 22:32
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 351
Регистрация: 21-05-10
Пользователь №: 57 439
|
Цитата(Alexashka @ Sep 15 2013, 22:14) Что, абсолютно линейно? У самого полевика жуткая нелинейность, а резистор в истоке снижает нелинейность ровно на столько, насколько снижает усиление, если это в 10 раз, то боюсь что недостаточно. Хорошая линейность нужна чтобы не было интермодуляции, т.к в сигнале гидрофона может наличествовать мощный посторонний сигнал (фон), то слабый полезный сигнал может быть искажен, и в спектре появятся гармоники, которых не было. Абсолютно ничто не линейно. Полевик нелинейный, а схема на полевике с отрицательной обратной связью линейна. Вы ведь не будете возражать, что данная схема линейна: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm...ollower.svg.png
|
|
|
|
|
Sep 15 2013, 22:43
|
Практикующий маг
Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576
|
Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 02:32) Абсолютно ничто не линейно. Полевик нелинейный, а схема на полевике с отрицательной обратной связью линейна. Вы ведь не будете возражать, что данная схема линейна: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm...ollower.svg.pngКак так? Куда же она исчезла, нелинейность? Если нелинейный элемент остается в схеме. Давайте всетаки рассуждать как инженеры, а не радиолюбители. У любой схемы, даже у повторителя на полевике есть такой параметр как КНИ, вот его порядок и давайте оговаривать. А точнее не повторителя, а то что Вы предлагаете - усилителя с ОИ с местной ООС по напряжению.
|
|
|
|
|
Sep 15 2013, 22:49
|
Знающий
Группа: Свой
Сообщений: 781
Регистрация: 3-10-04
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 768
|
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 01:35) С остальным - идея ясна, а эта схема опробована? Насчет чувствительности подумаю, но мне кажется к заряду привязка неверная. Насчет питания операционников через резистор - схема рабочая, только нужно все рассчитать, напряжения питания, нагрузки.
|
|
|
|
|
Sep 15 2013, 23:40
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 351
Регистрация: 21-05-10
Пользователь №: 57 439
|
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 02:43) Как так? Куда же она исчезла, нелинейность? Если нелинейный элемент остается в схеме. Давайте всетаки рассуждать как инженеры, а не радиолюбители. У любой схемы, даже у повторителя на полевике есть такой параметр как КНИ, вот его порядок и давайте оговаривать. А точнее не повторителя, а то что Вы предлагаете - усилителя с ОИ с местной ООС по напряжению. Вот статья про эмиттерный повторитель говорит, что вторая гармоника 5*10^-5, а третья 5*10^-8. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downl...p1&type=pdfВ полевике есть эффект подложки, который вносит нелинейность Судя по статье это будет 1.32% для второй гармоники. Однако при тех маленьких уровнях сигнала, что нам надо передавать, нелинейность будет значительно ниже. Но если это будет чрезвычайно принципиально, то в статье есть методы борьбы с нелинейностью. http://www.google.ca/url?sa=t&rct=j&am...b2I&cad=rjaОб усилении заряда: Если надо измерять заряд, то надо сначала конвертитовать его в напряжение. Или хотябы ток конвертитовать в напряжение.
Сообщение отредактировал Tarbal - Sep 16 2013, 00:27
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 06:10
|
Знающий
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305
|
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 01:35) Однако ЗЧУ реагирует именно на заряд, поэтому он обнаружит увеличение чувствительности датчика. ЗЧУ не есть что-то особое, это всего лишь усилитель с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью. Неплохо, чтобы Вы еще конкретизировали требования по допустимому коэффициенту нелинейных искажений, тогда выбор будет более осмысленным - транзисторы или ОУ.
Сообщение отредактировал Proffessor - Sep 16 2013, 06:11
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 07:11
|
Практикующий маг
Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576
|
Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 03:40) Вот статья про эмиттерный повторитель говорит, что вторая гармоника 5*10^-5, а третья 5*10^-8. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downl...p1&type=pdfПосмотрел статью, для интермодуляционных искажений для истокового повторителя вижу следущее (на предпоследней странице) IM2=0,19%, но повторитель это ведь не интересно, чтобы не вылезли шумы нужно дать хотя бы усиление десятку, а лучше -больше. Но даже при десятке искажения будут уже порядка процентов (для примера на стр.6 приводится величина 2,5%). Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 03:40) Об усилении заряда: Если надо измерять заряд, то надо сначала конвертитовать его в напряжение. Или хотябы ток конвертитовать в напряжение. Этим и занимается ЗЧУ. Цитата(Proffessor @ Sep 16 2013, 10:10) ЗЧУ не есть что-то особое, это всего лишь усилитель с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью. Неплохо, чтобы Вы еще конкретизировали требования по допустимому коэффициенту нелинейных искажений, тогда выбор будет более осмысленным - транзисторы или ОУ. Не совсем так, по сути его входной импеданс - огромная емкость (порядок величины -миллифарады), ее задача состоит в том, чтобы принять в себя все заряды, сгенерированные датчиком.
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 08:06
|
Знающий
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305
|
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 10:11) Не совсем так, по сути его входной импеданс - огромная емкость (порядок величины -миллифарады), ее задача состоит в том, чтобы принять в себя все заряды, сгенерированные датчиком. Вам не кажется, что с этим ЗЧУ Вы несколько перемудрили? Огромная входная емкость - это явно усилитель только для постоянного медленно меняющегося напряжения, но ведь Вы имеете дело с сигналом звукового диапазона (гидрофон - тот же микрофон, различие в условиях применения). При большой входной емкости напряжение сигнала переменного тока будет шунтироваться на землю (при большом внутреннем сопротивлении источника - пьезоэлемента) и стремиться к нулю. Что тогда усиливать?
Сообщение отредактировал Proffessor - Sep 16 2013, 11:02
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 11:08
|
Практикующий маг
Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576
|
Цитата(Proffessor @ Sep 16 2013, 12:06) Вам не кажется, что с этим ЗЧУ Вы несколько перемудрили? Огромная входная емкость - это явно усилитель только для постоянного медленно меняющегося напряжения, но ведь Вы имеете дело с сигналом звукового диапазона (гидрофон - тот же микрофон, только различие в условиях применения). При большой входной емкости напряжение сигнала переменного тока будет шунтироваться на землю (при большом внутреннем сопротивлении источника - пьезоэлемента) и стремиться к нулю. Что тогда усиливать? С каким этим ЗЧУ? Вот к примеру функциональная схема ЗЧУ. Благодаря ООС через емкость на вход усилителя его эквивалентный входной импеданс - это по сути данная емкость ООС помноженная на Кус ОУ с разомкнутой петлей обратной связи, а это порядка 10^6. Ток сгенерированный датчиком (точнее заряд) потечет на вход ОУ, который благодаря ОС полностью его скомпенсирует, т.е ток через емкость ОС будет в точности равен току датчика. Таким образом весь заряд с датчика перейдет в емкость ОС. Усиление такого ЗЧУ определяется отношением емкости датчика и емкости ОС. Нижняя частота среза определяется постоянной времени цепочки Сос и Rнагр (пунктиром на рисунке). Верхняя - емкостью датчика и сопротивлением R.
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 11:22
|
Знающий
Группа: Участник
Сообщений: 773
Регистрация: 19-07-11
Из: г.Николаев, Украина
Пользователь №: 66 305
|
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 14:08) Благодаря ООС через емкость на вход усилителя его эквивалентный входной импеданс - это по сути данная емкость ООС помноженная на Кус ОУ с разомкнутой петлей обратной связи, а это порядка 10^6. Ток сгенерированный датчиком (точнее заряд) потечет на вход ОУ, который благодаря ОС полностью его скомпенсирует, т.е ток через емкость ОС будет в точности равен току датчика. Таким образом весь заряд с датчика перейдет в емкость ОС. Усиление такого ЗЧУ определяется отношением емкости датчика и емкости ОС. Нижняя частота среза определяется постоянной времени цепочки Сос и Rнагр (пунктиром на рисунке). Верхняя - емкостью датчика и сопротивлением R. Здесь получается, что пьезодатчик работает в режиме КЗ. Напряжение сигнала на входе усилителя падает за счет огромной входной емкости практически до нуля, затем огромным коэффициентом усиления ОУ выводится на нормальный уровень, и еще больше. Игра на бесконечно малых и бесконечно больших величинах. ИМХО должно быть шумы и нелинейности больше, чем в обычном включении ОУ с резисторной ООС. Попробуйте, но мне кажется, ЗЧУ подходит олько для усиления медленных напряжений с промышленных датчиков.
Сообщение отредактировал Proffessor - Sep 16 2013, 11:30
|
|
|
|
|
Sep 16 2013, 11:46
|
Практикующий маг
Группа: Свой
Сообщений: 3 634
Регистрация: 28-04-05
Из: Дубна, Моск.обл
Пользователь №: 4 576
|
Цитата(Proffessor @ Sep 16 2013, 15:22) Здесь получается, что пьезодатчик работает в режиме КЗ. Напряжение сигнала на входе усилителя падает за счет огромной входной емкости практически до нуля, затем огромным коэффициентом усиления ОУ выводится на нормальный уровень, и еще больше. Игра на бесконечно малых и бесконечно больших величинах. ИМХО должно быть шумы и нелинейности больше, чем в обычном включении ОУ с резисторной ООС. Попробуйте, но мне кажется, ЗЧУ подходит олько для усиления медленных напряжений с промышленных датчиков. Боюсь Вы немного не так понимаете работу этой схемы. Она по сути тоже самое, что инвертирующий усилитель на ОУ ( пример), только вместо активных сопротивлений R1, R2 работают реактивные емкостные сопротивления - Zдатчика и Zoc. Инвертирующее включение ОУ ничуть не хуже привычного неинвертирующего с большим входным сопротивлением, а в чем то даже лучше. По шумам схемы почти идентичны. Схема ЗЧУ имеет одно большое преимущество в случае если датчик подключен к ЗЧУ через длинный кабель -в этом случае емкость кабеля практически не влияет на сигнал и на чувствительность схемы. Да я пробовал уже, и просто на ОУ и на связке транзистор+ОУ - шумы очень низкие.
|
|
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|