предусилитель для пьезокерамического гидрофона Опции

[Alexashka]

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.

[Tiro]

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.

[Tarbal]

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

[Alexashka]

Что за гидрофоны такие странные? Обычно большая емкость = большая чувствительность. Но это

U=Q/C, мое мнение такое, что если вы увеличиваете рабочую поверхность -возрастает отдача (количество генерируемых зарядов), но пропорционально растет и емкость, т.е напряжение на обкладках датчика не меняется. Однако ЗЧУ реагирует именно на заряд, поэтому он обнаружит увеличение чувствительности датчика.
С остальным - идея ясна, а эта схема опробована?

[Tarbal]

Из линейности истокового повторителя следует линейность такого усилителя напряжения:
http://www.talkingelectronics.com/projects...es/image019.gif

[Alexashka]

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

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.

[Tiro]

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.

[Tarbal]

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=pdf


В 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=rja

Об 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

[Proffessor]

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

[Alexashka]

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=pdf

Посмотрел 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%).

Об усилении заряда:
Если надо измерять заряд, то надо сначала конвертитовать его в напряжение. Или хотябы ток конвертитовать в напряжение.

Этим и занимается ЗЧУ.

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.

[Proffessor]

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

[Alexashka]

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.

[Proffessor]

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

[Alexashka]

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.

[Proffessor]

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.

В таком случае, может быть, и нет смысла ставить первый усилитель непосредственно у датчика?

Сообщение отредактировал Proffessor - Sep 16 2013, 11:56