Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: предусилитель для пьезокерамического гидрофона
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника > Вопросы аналоговой техники
Страницы: 1, 2, 3, 4
minzh
Добрый день. Имеется пассивный гидрофон и 30 м кабеля (две жилы в экране). Для работы с ним необходимо собрать предусилитель с коэффициентом усиления порядка 10-20. Предусилитель должен быть размещён в корпусе гидрофона и иметь фантомное питание. Возможно, у кого найдётся готовое схемотехническое решение? Спасибо.
AlexFTF
Что такое фантомное питание?
minzh
Цитата(AlexFTF @ Sep 5 2013, 12:06) *
Что такое фантомное питание?

Сигнал и питание передаётся по одним и тем же проводам.
Proffessor
Цитата(minzh @ Sep 5 2013, 11:59) *
Имеется пассивный гидрофон и 30 м кабеля (две жилы в экране). Для работы с ним необходимо собрать предусилитель с коэффициентом усиления порядка 10-20. Предусилитель должен быть размещён в корпусе гидрофона и иметь фантомное питание. Возможно, у кого найдётся готовое схемотехническое решение?

Если кабель трансляции симметричный (витая пара в экране), напрашивается самое простое решение - дифференциальный каскад на двух полевиках. Пьезокерамический датчик подключается симметрично к затворам полевиков. Стоки транзисторов непосредственно подключены к проводам кабеля. Стоковые резисторы вынести в конец кабеля, и на них подавать питание относительно экрана. Сопротивление стоковых резисторов надо выбирать из компромисса - обеспечить с одной сороны, требуемое усиление, с другой стороны - не завалить верхние частоты из-за емкости кабеля провод-провод и провод-экран.
minzh
Цитата(Proffessor @ Sep 5 2013, 13:20) *
Если кабель трансляции симметричный (витая пара в экране), напрашивается самое простое решение - дифференциальный каскад на двух полевиках.

Спасибо, но не будет ли надёжнее на операционнике?
Proffessor
Цитата(minzh @ Sep 5 2013, 13:39) *
... не будет ли надёжнее на операционнике?

Надежность не в последнюю очередь зависит от количества компонентов схемы. Супер-надежность микросхем по сравнению с дискретными транзисторами - не более, чем миф.
Если делать на операционнике, то требования к нему появляются специфические:
- JFET-входы;
- дифференциальный выход (такие ОУ большая редкость, тем более JFET).
Если нет ОУ с дифференциальным выходом, надо ставить два ОУ параллельно.
Кроме того, надо городить пассивные цепи развязки для фантомного питания ОУ. А это ненадежные электролитические конденсаторы.
Так что проблем здесь явно больше, чем с вариантом на ПТ.
Tarbal
Цитата(Proffessor @ Sep 5 2013, 14:20) *
Если кабель трансляции симметричный (витая пара в экране), напрашивается самое простое решение - дифференциальный каскад на двух полевиках. Пьезокерамический датчик подключается симметрично к затворам полевиков. Стоки транзисторов непосредственно подключены к проводам кабеля. Стоковые резисторы вынести в конец кабеля, и на них подавать питание относительно экрана. Сопротивление стоковых резисторов надо выбирать из компромисса - обеспечить с одной сороны, требуемое усиление, с другой стороны - не завалить верхние частоты из-за емкости кабеля провод-провод и провод-экран.


Изящно. И вопрос с питанием решен без применеия развязок.
Здесь и большого усиления по напряжения не надо. Главное понижен импеданс источника, а усилить можно в более комфортных условиях на казенной стороне.
Никто ведь не говорил, что усилитель должен быть однокаскадный, да и симметричный сигнал скорее всего надо будет конвертировать. Вот здесь операционник самое то.
Alexashka
Цитата(Proffessor @ Sep 5 2013, 14:20) *
Если кабель трансляции симметричный (витая пара в экране), напрашивается самое простое решение - дифференциальный каскад на двух полевиках. Пьезокерамический датчик подключается симметрично к затворам полевиков. Стоки транзисторов непосредственно подключены к проводам кабеля. Стоковые резисторы вынести в конец кабеля, и на них подавать питание относительно экрана. Сопротивление стоковых резисторов надо выбирать из компромисса - обеспечить с одной сороны, требуемое усиление, с другой стороны - не завалить верхние частоты из-за емкости кабеля провод-провод и провод-экран.

Извините что вклиниваюсь, вопрос для меня тоже актуальный. А как у такой схемы с линейностью?
Вообще чтобы не иметь проблем с длинной линией, ее нужно питать постоянным током, что становится довольно энергезатратно при большом количестве датчиков. А вообще имея 2 жилы и экран можно ведь передавать по одной жиле питание, по другой сигнал?

P.S. Вообще для задачи ТС обычно применяют параллельный стабилизатор -выходное сопротивление у такой схемы минимально, т.е кабель в принципе не влияет на сигнал, если достаточно тока питания.
ig_z
QUOTE (Proffessor @ Sep 5 2013, 13:20) *
Сопротивление стоковых резисторов надо выбирать из компромисса - обеспечить с одной сороны, требуемое усиление, с другой стороны - не завалить верхние частоты из-за емкости кабеля провод-провод и провод-экран.

Там должна быть каскодная схема. Лично я поставил бы первый полевик усилителем, второй полевик каскодом для уменьшения входной емкости. Это на стороне датчика. На другом конце кабеля обычный биполярный тр-р тоже каскодом. Выбрав оптимальные значения истокового резистора первого полевика и его тока (ну тип полевика), можно получить оптимальные значения линейности, широкополосности и отношения с/ш для данного датчика.
Tiro
Цитата(Alexashka @ Sep 7 2013, 00:47) *
А вообще имея 2 жилы и экран можно ведь передавать по одной жиле питание, по другой сигнал?

Можно, но не нужно. Правильнее все же передавать питание по 2 жилам и по ним же сигнал. Предложение было правильное, запитать усилитель через резисторы, переменку сигнала отделить конденсаторами на приемной части.
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 7 2013, 01:47) *
Извините что вклиниваюсь, вопрос для меня тоже актуальный. А как у такой схемы с линейностью?


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. Для борьбы с емкостью линии надо побольше тока вдуть, то есть поменьше номинал резисторов поставить.


Цитата(ig_z @ Sep 7 2013, 02:41) *
Там должна быть каскодная схема. Лично я поставил бы первый полевик усилителем, второй полевик каскодом для уменьшения входной емкости. Это на стороне датчика. На другом конце кабеля обычный биполярный тр-р тоже каскодом. Выбрав оптимальные значения истокового резистора первого полевика и его тока (ну тип полевика), можно получить оптимальные значения линейности, широкополосности и отношения с/ш для данного датчика.



Не согласен. Каскодная схема нейтрализует емкость сток-затвор у обоих каскадов, но не емкость кабеля. Это позволяет бороться с эффектом (забыл имя), когда на высоких частотах усиление падает благодаря этой емкости.
У первого каскада сток не меняет напряжение и нечему идти через емкость, а у второго затвор под постоянным напряжением и емкость сток-затвор не влияет.
sergk
Может подойдет преобразователь 4-20мА, типа AD420 или любой другой +оу на JFET
minzh
Цитата
Это позволяет бороться с эффектом (забыл имя)

Наверное, эффект Миллера...

Цитата
Может подойдет преобразователь 4-20мА, типа AD420 или любой другой +оу на JFET

Это мне? Да, имхо, лучшее решение, но входы у платы только аналоговые.

И ещё вопрос, что с защитой от перегрузки?
sergk
minzh:
входы у платы только аналоговые.

посмотрите например http://www.ti.com/lit/ds/symlink/xtr117.pdf
защита по перегрузке (по входу)- стандартная для всех ОУ.
Tarbal
Цитата(minzh @ Sep 10 2013, 08:56) *
Наверное, эффект Миллера...


Это мне? Да, имхо, лучшее решение, но входы у платы только аналоговые.

И ещё вопрос, что с защитой от перегрузки?

Да эффект Миллера.

Лучшее решение вам предложил Proffessor.

Если под перегрузкой вы понимаете подключение к высокому напряжению, то поставьте стабилитроны параллельно полевикам и небольшие резисторы между стоком и линией. Они должны быть хотя бы раз в 10 меньше сопротивления нагрузки (которая на другом конце линии).
Стабилитроны должны быть не двунаправленными, а если нет другого выхода, то добавьте еще диоды в параллель к стабилитронам. при обратной полярности они защитят полевик.
Alexashka
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.
Tiro
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 bb-offtopic.gif
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
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
Alexashka
Цитата(Tiro @ Sep 16 2013, 01:02) *
Что за гидрофоны такие странные? Обычно большая емкость = большая чувствительность. Но это bb-offtopic.gif

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
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.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
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.
Tarbal
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=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.
Proffessor
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.
Alexashka
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=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%).

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.
Proffessor
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?
Alexashka
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? rolleyes.gif
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
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.
Alexashka
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.sm.gif 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
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 14:46) *
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?
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 15:08) *
С каким этим ЗЧУ? rolleyes.gif
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.


Внесу ясность.
ООС через конденсатор в ОУ называется интегратор. И сделано оно для того, чтобы интегрировать входной ток. Потому как интеграл тока есть заряд.
Но при наличии резистора R оно интегрирует напряжение, а вот если его убрать, то тогда будет ток.
Резистор почему-то названный нагрузкой, ставят в интеграторах для ограничения дрейфа нуля, потому как при огромном усилении ОУ с разомкнутой ООС, дрейф может наинтегрироваться огого как.


По сути это преобразователь заряда в напряжение.

Но при наличии резистора R оно интегрирует напряжение, а вот если его убрать, то тогда будет ток.

По сути это преобразователь заряда в напряжение.

Формула, связывающая заряд, емкость и напряжение, показывает, что напряжение на выходе пьезодатчика пропорционально заряду. А значит усиление напряжения тоже подходит для измерения величины заряда.
В режиме короткого замыкания, полагаю, высокочастотная составляющая сигнала будет менее ослаблена. Однако о ширине спектра речи не было.
Если нужна простая схема, то лучше чем предложил Профессор не найти. Тем более, что пьезодатчики проигрывателей, работая на полевой транзистор давали неплохие высокие частоты.

Алексашка, будем инженерами? Какой коэффициент нелинейных искажений у преобразователя заряда?
Ведь операционный усилитель собран из сильно нелинейных транзисторов.

Цитата(Proffessor @ Sep 16 2013, 15:52) *
В таком случае, может быть, и нет смысла ставить первый усилитель непосредственно у датчика?

a14.gif
Alexashka
Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 16:10) *
Внесу ясность.
ООС через конденсатор в ОУ называется интегратор. И сделано оно для того, чтобы интегрировать входной ток. Потому как интеграл тока есть заряд.
Но при наличии резистора R оно интегрирует напряжение, а вот если его убрать, то тогда будет ток.

Алексашка, будем инженерами? Какой коэффициент нелинейных искажений у преобразователя заряда?
Ведь операционный усилитель собран из сильно нелинейных транзисторов.

1. Да, правильно, по сути это интегратор. Я лишь хотел объяснить "на пальцах" как работает схема.
Наличие резистора Rнагр не означает, что оно начинает интегрировать напряжение, скажем так...на высоких частотах, для которых импеданс конденсатора обратной связи много меньше сопротивления Rнагр, схема работает очень близко к интегратору, а для более низких частот ее усиление просто резко падает (увеличивается импеданс источника сигнала, а импеданс RC цепочки обратной связи остается примерно равным Rнагр).

2. Я уже писАл выше, но специально для Вас повторю. Как я говорил, в схеме с ООС КНИ снижается во столько раз, во сколько ООС снижает усиление каскада. Если усиление ОУ с разомкнутой петлей ОС порядка 10^6, а усиление каскада с ООС скажем=10, то снижение КНИ будет 10^5.
Т.е какой бы плохой КНИ не был у схемы без ООС, с ООС он будет очень и очень мал.

Update: исправил R на Rнагр.
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 22:00) *
1. Да, правильно, по сути это интегратор. Я лишь хотел объяснить "на пальцах" как работает схема.
Наличие резистора R не означает, что оно начинает интегрировать напряжение, скажем так...на высоких частотах, для которых импеданс конденсатора обратной связи много меньше сопротивления R, схема работает очень близко к интегратору, а для более низких частот ее усиление просто резко падает (увеличивается импеданс источника сигнала, а импеданс RC цепочки обратной связи остается примерно равным R).

2. Я уже писАл выше, но специально для Вас повторю. Как я говорил, в схеме с ООС КНИ снижается во столько раз, во сколько ООС снижает усиление каскада. Если усиление ОУ с разомкнутой петлей ОС порядка 10^6, а усиление каскада с ООС скажем=10, то снижение КНИ будет 10^5.
Т.е какой бы плохой КНИ не был у схемы без ООС, с ООС он будет очень и очень мал.


Знаю я, что КНИ низким будет, я просто вам вернул вашу фразу sm.gif

А по поводу усиления тока и напряжения почитайте здесь:

http://en.wikipedia.org/wiki/Current-to-voltage_converter

Вот преобразователь тока в напряжение:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e...Classic_300.jpg
Alexashka
Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 22:17) *
А по поводу усиления тока и напряжения почитайте здесь:

http://en.wikipedia.org/wiki/Current-to-voltage_converter

Вот преобразователь тока в напряжение:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e...Classic_300.jpg

Спасибо, почитаю, если вдруг забуду biggrin.gif

Цитата(Tarbal @ Sep 16 2013, 22:17) *
Знаю я, что КНИ низким будет, я просто вам вернул вашу фразу sm.gif

Повторитель на одном транзисторе это далеко не тоже самое, что повторитель на одном ОУ wink.gif
Proffessor
Цитата(Alexashka @ Sep 16 2013, 21:00) *
1. Да, правильно, по сути это интегратор. Я лишь хотел объяснить "на пальцах" как работает схема.
Т.е какой бы плохой КНИ не был у схемы без ООС, с ООС он будет очень и очень мал.

Неплохо бы еще определить конкретные в числовом выражении "без распальцовки" требования по нелинейным и интермодуляционным искажениям, по шумам, а также по максимальным уровням сигналов датчика или если это влом, хотя бы выразить какой нужен динамический диапазон.
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 17 2013, 11:11) *
Спасибо, почитаю, если вдруг забуду biggrin.gif


Так вы не знаете чем отличается инвертирующий усилитель от усилителя тока.
Alexashka
Цитата(Proffessor @ Sep 17 2013, 11:53) *
Неплохо бы еще определить конкретные в числовом выражении "без распальцовки" требования по нелинейным и интермодуляционным искажениям, по шумам, а также по максимальным уровням сигналов датчика или если это влом, хотя бы выразить какой нужен динамический диапазон.

Тема вообщем-то не моя, но коль Вы спрашиваете меня, то я считаю (цифры довольно грубые, т.к сам еще не определился с требованиями к гидрофонам): КНИ<=0,1%, SNR>=70дБ.

Цитата(Tarbal @ Sep 17 2013, 15:36) *
Так вы не знаете чем отличается инвертирующий усилитель от усилителя тока.


Update.
Хм...кажется я понял в чем дело, мы говорим про разные резисторы. Вы имели ввиду резистор, который последовательно с датчиком. А я говоря про резистор R имел ввиду Rнагр. Исправил сообщение #32 изза которого начался весь сыр-бор sm.gif
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 17 2013, 15:50) *
Тема вообщем-то не моя, но коль Вы спрашиваете меня, то я считаю (цифры довольно грубые, т.к сам еще не определился с требованиями к гидрофонам): КНИ<=0,1%, SNR>=70дБ.


А чем отличается горькое от зеленого?
Ладно, тогда скажите в чем я не прав. bb-offtopic.gif


1. Операционный усилитель в линейном режиме изменяет потенциал инвертирующего входа так, чтобы он был равен потенциалу неинвертирующего входа.

2. Входной ток ОУ настолько мал, что его считают нулевым.

Исходя из этих двух замечаний устройством с токовым входом будет только устройство c источником непосрeдственно подключенным к инвертирующему входу.

Источник, подключенный через резистор будет представлен током, через этот резистор, а значит (через закон Ома) напряжением, приложенным к этому резистору.
Отсюда легко получить коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ (по напряжению).

Можно другими словами. Измеритель тока имеет нулевое сопротивление.

Кстати верхние частоты не будут ослаблены только если нулевое сопротивление нагрузки. Ток есть, а изменения напряжения нет. Конденсатор может влиять на напряжение, а не на ток.


Про самовозбуждение это вы преувеличили. Никогда не видел чтобы интегратор самовозбудился.

Кстати со времен К140УД1 и К140УД2 ни разу не видел, чтобы линейная схема на ОУ возбуждалась.

Хотите расскажу от чего возбуждаются усилители?
Alexashka
Цитата(Tarbal @ Sep 17 2013, 16:19) *
1. Операционный усилитель в линейном режиме изменяет потенциал инвертирующего входа так, чтобы он был равен потенциалу неинвертирующего входа.

2. Входной ток ОУ настолько мал, что его считают нулевым.

Исходя из этих двух замечаний устройством с токовым входом будет только устройство c источником непосрeдственно подключенным к инвертирующему входу.

Источник, подключенный через резистор будет представлен током, через этот резистор, а значит (через закон Ома) напряжением, приложенным к этому резистору.
Отсюда легко получить коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ (по напряжению).

Можно другими словами. Измеритель тока имеет нулевое сопротивление.

Кстати верхние частоты не будут ослаблены только если нулевое сопротивление нагрузки. Ток есть, а изменения напряжения нет. Конденсатор может влиять на напряжение, а не на ток.


Про самовозбуждение это вы преувеличили. Никогда не видел чтобы интегратор самовозбудился.

Кстати со времен К140УД1 и К140УД2 ни разу не видел, чтобы линейная схема на ОУ возбуждалась.

Хотите расскажу от чего возбуждаются усилители?

Прочитал все тезисы. Вообщем согласен, только это все действительно для идеальных ОУ, в реальных нужно учитывать и входные токи и то что выходной импеданс !=0.
Я уже отписал выше, почему мы не поняли друг друга. Я написал вместо Rнагр просто R (лень было переключать раскладку и дописывать букавки, но потом взгялнув на схему понял что произошла путаница -R это совсем другое сопротивление, так что я извиняюсь что ввел в заблуждение).
Про измеритель тока я не спорю, у идеального амперметра собственное сопротивление =0. Но надо понимать, что в инженерной области нет ничего идеального, приходится сталкиваться с реальными ОУ, реальными источниками сигналов (где Вы видели источник ЭДС с нулевым импедансом? ), поэтому приходится идти на компромисы стараясь не замечать некоторые неидеальности окружающего мира.
Вот Вы говорите
Цитата
Источник, подключенный через резистор будет представлен током, через этот резистор, а значит (через закон Ома) напряжением, приложенным к этому резистору.
А о каком источнике речь? Напряжения? Тогда да. А если это источник тока? Будет влиять этот резистор? Продолжу мысль...а если это просто источник с очень большим импедансом (Z>>R), будет влиять резистор? Наверно нет или практически нет. Ну а теперь посмотрите на схему еще раз и скажите, заменив пьезокерамический датчик условно емкостью С=10нФ, на каких частотах будет сказываться это R=1кОм. И сравните с частотами гидроакустических сигналов.

Про самовозбуд. Да я видел его много раз. Попробуйте подключить емкость между инвертирующим входом ОУ и землей, а даже в случае интегратора- подумайте, как себя поведет ОУ с подключенной к его выходу цепочкой из 2 конденсаторов.
Про быстродействующие ОУ вообще говорить нечего, они возбуждаются даже от емкости монтажа на инвертирующем входе. И возбуд не всегда виден. Он может быть незаметным, величиной в единицы милливольт и проявиться в самый неподходящий момент.
Tarbal
Емкость подключать к инвертирующему входу не доводилось. Хотя допускаю, что может возбудиться. Спорить не буду.
rudy_b
ЗЧУ используются для пъезокерамических датчиков по нескольким причинам.
1. Коэффициент передачи заряда пары датчик-усилитель практически перестает зависеть от частоты
2. Шум предусилителя минимизируется - нет резистивных элементов
3. Коэффициент передачи (преобразования заряд-напряжение) перестает зависеть от емкости датчика.

Генерации не будет, поскольку цепь ОС оказывается частотно независимой - емкость ОС - емкость датчика образуют частотно независимый делитель без лишних фазовых сдвигов. Ну если схема сделана без глупостей ессно.

Но сделать усилитель с малыми искажениями при однопроводной фантомной схеме питания трудно. Если есть возможность, лучше сделать дифференциальный выходной сигнал. Или питать по одному проводу, а сигнал гнать по другому.
Tarbal
Цитата(rudy_b @ Sep 18 2013, 03:36) *
ЗЧУ используются для пъезокерамических датчиков по нескольким причинам.
1. Коэффициент передачи заряда пары датчик-усилитель практически перестает зависеть от частоты
2. Шум предусилителя минимизируется - нет резистивных элементов
3. Коэффициент передачи (преобразования заряд-напряжение) перестает зависеть от емкости датчика.

Генерации не будет, поскольку цепь ОС оказывается частотно независимой - емкость ОС - емкость датчика образуют частотно независимый делитель без лишних фазовых сдвигов. Ну если схема сделана без глупостей ессно.

Но сделать усилитель с малыми искажениями при однопроводной фантомной схеме питания трудно. Если есть возможность, лучше сделать дифференциальный выходной сигнал. Или питать по одному проводу, а сигнал гнать по другому.


Если бы мне предстояло решать эту задачу, то я бы начал с предложенной Профессором схемы.
Преимущества:
1. Симметричный сигнал сильно помехоустойчив
2. Простота
3. Естественность при подключении питания.
4. Симметричный сигнал погасит наводку 50 герц, которая зачастую бывает между землями.

Недостатки:
1. Завал верхних частот. Возможно его можно будет вытянуть. Ведь виниловые пластинки не использовали преобразователей заряда, но качество звука с пьезо датчика было вполне достойным и на верхних частотах. Какой спектр надо обеспечить?


Шум предусилителя обеспечивается полупроводниками в большей мере чем резисторами.

А если хочется частотно-независимого сигнала, то поставить два транзистора с общей базой. Тока не усилит, но по напряжению можно неплохо поднять. В принципе можно добавить эмиттерный повторитель. Но схема сложнее выходит. К тому же ток преобразует в напряжение, но надо будет проинтегрировать в конце для получения сигнала пропорционального заряду.

Схема такая:

в коллектор включается линия с нагрузочным резистором на другом конце. С коллектора идет делитель на землю. База подключена к средней точке делителя. Между базой и емлей ставится конденсатор. Последовательно с эмиттером резистор на землю. Собрать две такие схемы и между эмиттерами включить датчик. C питанием нет проблем и симметричный выход налицо.
Alexashka
Цитата(Proffessor @ Sep 16 2013, 15:52) *
В таком случае, может быть, и нет смысла ставить первый усилитель непосредственно у датчика?

Смысл есть. Дело в том что эквивалентный шумовой заряд Qc предусилителя (при заданном Enoise ОУ) будет пропорционален полной входной емкости: Qc = Enoise*(Спэ + Свх + Скаб + Сос), куда входит в том числе емкость кабеля. Поэтому длинный кабель будет ухудшать соотношение сигнал/шум.

Цитата(rudy_b @ Sep 18 2013, 03:36) *
Генерации не будет, поскольку цепь ОС оказывается частотно независимой - емкость ОС - емкость датчика образуют частотно независимый делитель без лишних фазовых сдвигов. Ну если схема сделана без глупостей ессно.

Возможно тогда надо ставить резистор последовательно с выходом? Не каждый ОУ способен работать на емкостную нагрузку, это даже оговаривается в ДШ. Я обычно использую маломощные ОУ, с ними вообще беда, генерация запускается от каждого чиха.

Вот статейка, обратите внимание на рисунок 3 и резонансный пичок на частоте выше 1МГц -это оно самое и есть, как говорится в статье - trouble rolleyes.gif
rudy_b
Цитата(Alexashka @ Sep 18 2013, 09:58) *
Возможно тогда надо ставить резистор последовательно с выходом? Не каждый ОУ способен работать на емкостную нагрузку, это даже оговаривается в ДШ. Я обычно использую маломощные ОУ, с ними вообще беда, генерация запускается от каждого чиха.

Вот статейка, обратите внимание на рисунок 3 и резонансный пичок на частоте выше 1МГц -это оно самое и есть, как говорится в статье - trouble rolleyes.gif

Это несколько отдельный вопрос.

В теории - да визг может возникать. Делитель емкостной, а выходное сопротивление опера не ноль и получается дополнительное интегрирующее звено в ОС. И в указанной статье все правильно сказано. И для предотвращения этого действительно необходимо ставить резистор последовательно с датчиком, только величина резистора - деясяток-другой ом, а не килооомы. Это легко посмотреть на модели.

На практике - нет, поскольку датчик совсем не идеальная емкость. Он имеет потери и, следовательно, последовательный резистор в нем уже существует. Обычно его вполне хватает, особенно если усилитель подключен непосредственно к датчику, а не через кабель. Но, даже если потери малы - продольный резистор в 10-20 ом решает проблему и, практически, не добавляет шума.

И подобная проблема возникает только при малых усилениях, порядка 1-2. При усилениях более 10 (Сос=1/10 Сдатчика) такого, практически, не наблюдается.

P.S. Последовательный резистор на выходе опера только ухудшит ситуацию.
Tarbal
Кстати предложенный Проффессором вариант тоже работает:
http://www.megalithia.com/sounds/tech/piezo/fetamp.html

И даже патентован:
http://www.google.com/patents/US20040164647

А музыканты на заряд вообще плевать хотели sm.gif
http://www.openmusiclabs.com/learning/sensors/piezos/
Alexashka
Цитата(rudy_b @ Sep 18 2013, 15:43) *
В теории - да визг может возникать. Делитель емкостной, а выходное сопротивление опера не ноль и получается дополнительное интегрирующее звено в ОС. И в указанной статье все правильно сказано. И для предотвращения этого действительно необходимо ставить резистор последовательно с датчиком, только величина резистора - деясяток-другой ом, а не килооомы. Это легко посмотреть на модели.

На практике - нет, поскольку датчик совсем не идеальная емкость. Он имеет потери и, следовательно, последовательный резистор в нем уже существует. Обычно его вполне хватает, особенно если усилитель подключен непосредственно к датчику, а не через кабель. Но, даже если потери малы - продольный резистор в 10-20 ом решает проблему и, практически, не добавляет шума.

Спасибо за подробный ответ.
С 1ком я конечно перезаложился -партия изделий была большая, решил сделать запас. А по шумам там все нормально было -уровень сигнала довольно большой и плотность шумов у 1кОм 4нВ/sqrt(Гц), а у используемого ОУ - 30нВ/sqrt(Гц), так что он кашу не портил sm.gif
Я правда больше доверяю теории, чем практике. Практика только подтверждает теорию, но не всегда является адекватным показателем. Вот недавно был случай -сделал референс на 3,3В на REF3033 по схеме из даташита, на входе и выходе по 1мк. И долго не мог понять -почему шумовая полоска у референса такая здоровая -неск.милливольт. Потом отстроил осциллограф и понял что это генерешка. Поставил 4.7Ом по выходу и все стало замечательно. А мог ведь и не заметить этого. Кстати симуляция предсказывала генерешку, но я понадеялся на практический опыт ребят из Тексас Инструментс, и зря.

Цитата(Tarbal @ Sep 18 2013, 15:57) *
Кстати предложенный Проффессором вариант тоже работает:
http://www.megalithia.com/sounds/tech/piezo/fetamp.html

И даже патентован:
http://www.google.com/patents/US20040164647

А музыканты на заряд вообще плевать хотели sm.gif
http://www.openmusiclabs.com/learning/sensors/piezos/

Дык схема не новая, она и в электретах применялась 20лет назад, и в PIR-сенсорах. А Профессор предложил сделать схему симметричной, что действительно хорошо, единственное что согласованную пару полевиков подобрать не легко, а сборки мне чтото не попадались.
rudy_b
Да, с источниками от TI я тоже на это нарывался. Т.е. идет генерация в зонах, указанных как стабильные.

А с музыкантов - что возьмешь, у них 1% нелинухи это нормально, даже "круто". Сборки полевиков (matched pair) есть, но нелинуха все равно будет большой если без ОС.
Tarbal
Цитата(Alexashka @ Sep 18 2013, 22:02) *
Дык схема не новая, она и в электретах применялась 20лет назад, и в PIR-сенсорах. А Профессор предложил сделать схему симметричной, что действительно хорошо, единственное что согласованную пару полевиков подобрать не легко, а сборки мне чтото не попадались.



Это не дифференциальный каскад усилителя постоянного тока, где должны быть одинаковые дрейфы от температуры, а микрофонный усилитель, где постоянная составляющая пофиг.
Так что нет необходимости подбирать пары. Пропустить сигнал через кондер, чтобы отсечь постоянную составляющую и делу конец.
Proffessor
Цитата(Alexashka @ Sep 18 2013, 21:02) *
...Профессор предложил сделать схему симметричной, что действительно хорошо, единственное что согласованную пару полевиков подобрать не легко, а сборки мне чтото не попадались.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Вглядитесь внимательно. Кроме симметрии еще одна интересная особенность: идеальная линейность. Известно всем, что полевой транзистор работает в идеально линейном режиме, если у него поддерживается постоянным напряжение сток-исток (не болтается в такт синусоиде). Здесь относительно земли на стоках будет напряжение постоянно, как у всякого дифкаскада, а на стоках поддерживается постоянным напряжениями на эмиттерах баполяров (у них на базах фиксированный постоянный потенциал). А значит напряжение сток-исток тоже будет постоянным. Если хочется идеальной симметрии, существуют согласованные пары полевиков в одном корпусе, например
U440, U441, LS5911, LS5912 от Linear Systems.
Биполярные пары: PMP4201, PMP4501, BCM847 от NXP Semiconductors.
Tarbal
Цитата(Proffessor @ Sep 19 2013, 15:01) *
Вглядитесь внимательно. Кроме симметрии еще одна интересная особенность: идеальная линейность. Известно всем, что полевой транзистор работает в идеально линейном режиме, если у него поддерживается постоянным напряжение сток-исток (не болтается в такт синусоиде). Здесь относительно земли на стоках будет напряжение постоянно, как у всякого дифкаскада, а на стоках поддерживается постоянным напряжениями на эмиттерах баполяров (у них на базах фиксированный постоянный потенциал). А значит напряжение сток-исток тоже будет постоянным. Если хочется идеальной симметрии, существуют согласованные пары полевиков в одном корпусе, например
U440, U441, LS5911, LS5912 от Linear Systems.
Биполярные пары: PMP4201, PMP4501, BCM847 от NXP Semiconductors.


Снимаю шляпу.
Меня кстати искажения не сильно напрягали.
Eсли учесть, что сигнал имеет маленькую амплитуду, то он и на нелинейном усилителе не имел бы сильных искажений.

Кстати еще одно достоинство этой схемы это повышенная помехоустойчивость, т.к. по кабелю идет сигнал в виде тока, а не напряжения.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2024 Invision Power Services, Inc.