Лабораторный усилитель 0 - 1 Мгц, 0 - 80 дБ, Насколько реально изготовить? Опции

[haker_fox]

Добрый день, коллеги!
Необходимо изготовить лабораторный усилитель со следующими требованиями:
1. Усиление 0 - 80 дБ с шагом регулировки 20 дБ.
2. Полоса пропускания до 1 МГц.
3. Амплитуда входного сигнала до 10 мВ.
4. Уровень шумов не более 100 нВ по всей полосе.
5. Выход на рабочий режим не более 1 мин.
6. Очень желательно иметь регулируемое смещение.
7. Переключение между дифф и синфазным входом.

В связи с чем возникли вопросы:
1. Насколько реально изготовить усилитель с такими характеристиками?
2. Какие сроки с учётом, что аналоговую схемотехнику знаю скажем так на 3 балла из 10.
3. На каких компонентах делают такие вещи (только ОУ, только транзисторы, комбинированная схема - например диффкаскад на FET, дале ОУ).
4. Какие приборы нужны для контроля характеристик опытного образца (сейчас есть мультиметр HP34401, осциллограф 200 МГц, генераторы сигналов произвольной формы).
5. Если требования слишком высокие, то можно уменьшить: полосу (до 10 кГц), амплитуду шумов (до ... пока не знаю).
6. Может быть коллеги в теме порекомендуют книги именно по измерительным усилителям? Т.к. по УМЗЧ у меня книги есть.

[blackfin]

В связи с чем возникли вопросы:
1. Насколько реально изготовить усилитель с такими характеристиками?

Нереально.. Но можете попробовать: AD8338..

[MrGalaxy]

Погуглите "усилители измерительные купить", может что-то готовое подойдёт типа У7-5, У7-6.
УПТ разработать - задача очень непростая.
К тому же ТЗ не полное: 0,1 мкВ на каком сопротивлении?

[haker_fox]

Нереально.. Но можете попробовать: AD8338..

Хорошо, а если осетра уменьшить? Например, шумы.
Усилителем предполагалось усиливать напряжения от 10 мкВ и подавать на вход осциллографа. Необходимо осциллографировать сигналы малых амплитуд.

Погуглите "усилители измерительные купить", может что-то готовое подойдёт типа У7-5, У7-6.
УПТ разработать - задача очень непростая.
К тому же ТЗ не полное: 0,1 мкВ на каком сопротивлении?

Нет, купить не подходит.
УПТ - усилитель постоянного тока? Но нам нужен не постоянного, а переменного.
Выходное и входное сопротивление усилителя не нормировано. Можно взять что-нибудь из стандартного ряда 50... 600 Ом.

[blackfin]

Хорошо, а если осетра уменьшить? Например, шумы.

Решайте сами. Я дал вам ссылку на лучшее, что есть в природе. Если сможете сделать лучше, делайте!

[VNS]

...Если сможете сделать лучше, делайте!

Лучше уже не получится, а вот цена самодельного будет на порядок выше 100$ цены производителя...
Возможен вариант оптимизации по входным согласующим элементам схемы, если учесть неопределённость ТС с выбором входного сопротивления усилителя. Возможен даже 50 Ом токовый вход! Из чего следует, что начинать разработку схемы необходимо с анализа выходных характеристик источника сигнала - "...нужен не постоянного, а переменного...". В аналогичном случае проблемой была компоновка усилителя и его экранирование.

Сообщение отредактировал VNS - Aug 22 2018, 03:59

[MrGalaxy]

УПТ - усилитель постоянного тока? Но нам нужен не постоянного, а переменного.

Вы не написали нижнюю границу, я и предположил, что DC. Тогда, конечно, проще. Хотя, 80 дБ - не осёл чихнул... Усилители как правило не возбуждаются если усиление не выше 60 дБ. Возможно, вам дополнительные меры придётся принимать.

Выходное и входное сопротивление усилителя не нормировано. Можно взять что-нибудь из стандартного ряда 50... 600 Ом.

Так и возьмите из стандартного ряда. Шумы, как Вы понимаете, зависят от сопротивления.
Определитесь сначала с задачами.

ЗЫ. При таком диком усилении за большим входным сопротивлением не гонитесь, чем меньше - тем лучше.

Нереально.. Но можете попробовать: AD8338..

Какая хорошая штука. Плюсую!
Тем более, что и плата с разъёмами продаётся.

Сообщение отредактировал MrGalaxy - Aug 22 2018, 05:20

[blackfin]

Какая хорошая штука. Плюсую!

FYI.. Есть ещё хорошая штука: HMC960.

Если оба усилителя из HMC960 соединить последовательно, то по шумам даже лучше, чем AD8338, но нужно смотреть остальные параметры.

К тому же, она в два раза дороже..

[VNS]

Какая хорошая штука.

Тракт усиления у этой "штуки" дифференциальный. ТС, возможно, незнаком со спецификой работы таких усилителей, которые свои "хорошие" характеристики выдают только для источников с парафазным выходным сигналом.

[haker_fox]

Коллеги, посоветуйте хорошую книгу по теме) Одна из интересных, это 3-я редакция Хоровица и Хилла. Там про конструирование прецизионное аппаратуры и про шумы отдельные хорошие главы. Более полные, чем во 2-й редакции. Но, наверно, есть и специальная литература. Мне попадается про аудио. Что же с измерительными?

[ViKo]

Если умножить 4.5 nV/√Hz at 80 dB gain для AD8338 на корень из 1 MHz, то уже получим 4.5 µV. Не считая шума резисторов и прочих. И вряд ли реально можно получить лучше. Скорее, хуже на порядок. Шум, кроме всего остального, можно в LTspice посмотреть, тем более, модель на эту микросхему имеется.

[_pv]

Нереально.. Но можете попробовать: AD8338..
FYI.. Есть ещё хорошая штука: HMC960.

у этих усилителей по DC ужас-ужас, не очень они предназначены для работы совсем от 0Гц.

какие-нибудь инструментальные усилители, (INA103 если входной ток не страшен) взять 2-3 штуки подряд и джамперами коэффициент переключать.

а вообще требования к усилителю с потолка взяты
100нВ в полосе 1МГц это 0.1 нВ/Гц^0.5. 50Ом резистор при комнатной температуре на порядок больше шумит.
10мВ * 80дБ = 100В.

Коллеги, посоветуйте хорошую книгу по теме) Одна из интересных, это 3-я редакция Хоровица и Хилла. Там про конструирование прецизионное аппаратуры и про шумы отдельные хорошие главы. Более полные, чем во 2-й редакции. Но, наверно, есть и специальная литература. Мне попадается про аудио. Что же с измерительными?

analog dialogue, была какая-то подборка статей про усилители. может быть даже отдельной книгой выпущено.
аппноуты у линеара, который теперь тот же analog devices.

[MrGalaxy]

по DC

ТС сказал уже, что надо не от нуля.

Если умножить 4.5 nV/√Hz at 80 dB gain для AD8338 на корень из 1 MHz, то уже получим 4.5 µV.

100нВ в полосе 1МГц это 0.1 нВ/Гц^0.5. 50Ом резистор при комнатной температуре на порядок больше шумит.
10мВ * 80дБ = 100В.

Я так понял, что шумы приведённые ко входу.
А по выходу конечно не получится.

[haker_fox]

а вообще требования к усилителю с потолка взяты
100нВ в полосе 1МГц это 0.1 нВ/Гц^0.5. 50Ом резистор при комнатной температуре на порядок больше шумит.
10мВ * 80дБ = 100В.

Ну как обычно) Какие требования получил, такие и озвучил. Усилителями никогда не занимался, но интерес есть. В целом, как работает усилитель (диффвход, каскад усиления напряжения, выходной каскад) понимаю. Обратная связь тоже в целом понятна (из университетского курса). Но на практике подобные вопросы не решал. И чтобы не изобретать велосипед, решил уточнить здесь)
В целом у меня полное непонимание по шумам, и вообще, конкретно какой усилитель физически возможен, а какой - нет. Ну например, я думал, что 80 дБ (просто усиления) получить не сложно. Оказывается, есть проблемы с ОС (как я понял из вышележащих сообщений).

g dialogue, была какая-то подборка статей про усилители. может быть даже отдельной книгой выпущено.
аппноуты у линеара, который теперь тот же analog devices.

Спасибо! Погляжу!

ТС сказал уже, что надо не от нуля.

Отвлекли меня на работе в тот момент. Я имел в виду полосу 0 - 1 МГц.

Я так понял, что шумы приведённые ко входу.
А по выходу конечно не получится.

Вот здесь сам не в курсе.

Кстати, весьма озадачен следующим. Раньше, если была задача сделать схему, искался подобный прибор у Agilent/HP, либо составная часть прибора. И как правило находился (мультиметры, электронные нагрузки, блоки питания и т.п.). А вот усилитель нашёл только один - старый древний HP465A. Ну совеременные тоже есть, только без сервис-мануалов, т.е. без схем и теории работы. Не связано ли это с реальной сложностью темы?

[_pv]

Я так понял, что шумы приведённые ко входу.
А по выходу конечно не получится.

без разницы где,
100нВ в полосе 1МГц это 0.1нВ/Гц^0.5, при комнатной температуре столько не бывает.