Решил я сделать усилитель датчика тензометрического БП-05-100.
Развёл и спаял это:

Схема состоит из источника опорного напряжения +5В и усилителя.
Усилитель сделан на основе микросхемы инструментального усилителя с усилиением 100, после него подключён операционник с усилением 10, и на выходе добавлен усилитель мощности на двух транзисторах.
Так вот, после того как я это включил и подключил к осциллографу, мой глаз обрадовала картинка, чем-то напоминающая погнутую синусоиду с частотой ~230кГц и амплитудой ~1В. При сжатии/растяжении тензодатчика синусоида послушно уползала вверх/вниз.
Стал разбираться, выяснилось, что опорное напряжение представляет собой некое подобие синусоиды амплитудой ~0.3В и смещением 5В.
Заменил источник опорного напряжения КРЕН'ом на 5 вольт: опорное напряжение стало ровным, шум на выходе стал примерно ~0.2В сохранив до боли знакомую форму гнутой синусоиды.
Отпаиваю резистор R6: второй каскад теперь работает в режиме повторителя без усиления, меняю резистор R2 на 50 омный, дабы компенсировать усиление: шум уменьшается в амплитуде ровно в 10 раз и составляет ~0.02В.
Пробовал менять блок питания на лабораторный с трансформаторами 50 гц и линейным стабилизатором на выходе: на шум это никак не повлияло.

Объясните идиоту, что за хрень происходит с этим операционником и как избавиться от шума?

Так поставьте конденсатор параллельно R5.
А REF195 и без усилителя выдал бы нужного тока.
И еще могут наводки разные лезть, зависит от качества разводки и экранирования.

Ага попробую. Правда вместо R5 я просто перемычку кидать пробовал: шум остаётся ~0.02 вольта.

Тут я скорее концепт усиления питания хотел попробовать.

Наводок по идее быть не должно было. Только если какие-то паразитические эффекты от неправильной разводки.

И это возможно, отчего же нет. Убедитесь, что инвертирующий вход ОУ не висит над земляным полигоном, а то ОУ будет добавлять на выходе на ВЧ сигнал, чтобы скомпенсировать завал на этой ножке из-за паразитного конденсатора.
О! Что мы и имеем на IC1B!
Отделите C9 от Q1 и IC1B дросселем, что ли.

Это первое правильное действие. Для чего Вам второй каскад, если можно обойтись одним? Чтобы усилить шумы? Ухудшить устойчивость? И зачем усиливать мощность транзисторным каскадом? Что там за нагрузка предполагается?

Не знаю точно про Ваш, но современные опорные источники могут питать мост с такими номиналами самостоятельно.
Зачем Вам нужен ОУ, да еще с умощнением?
Лишние детали не улучшают... Питание нужно без преобразователей делать.

Спасибо! Думаю стоит пристальнее смотреть в данном направлении.


В даташите рекомендуемое усиление 100 раз. Дальше вроде-бы страдать частотные характеристики начинают. Плюсом к этому выходной ток INA129 недостаточно большой для транзисторного усилителя, если я и тут не накосячил в расчтах.
Транзисторным каскадом усиливать потребовалось для АЦП с мультиплексированным входом, дабы побороть межканальное прохождение.


Ок. С питанием согласен. Лишнее - выкидываю.

А конденсаторы на ножках ИУ надо поставить.
Правильная схемотехника для Вашего случая нарисована в даташите http://www.analog.com/media/en/technical-d...22-2_4522-4.pdf

На ножках питания - стоят. Ref - забыл... поставлю.
Хотя острая проблема сейчас не с инструментальным усилителем. Или таки с инструментальным, если шум после него усиливается. С другй стороны на колебания питания датчика 5В он никак не влияет. В общем буду пробовать играть с разводкой. Что получится - отпишусь.

А Вам какие частотные характеристики нужны? Стоило бы как раз ограничиться минимально необходимой полосой, чтобы минимизировать шумы и улучшить устойчивость.
Транзисторный каскад УМ для АЦП - явный перебор. Где Вы такое видели? Словно нужно динамик раскачивать. "Межканальное прохождение" какое-то...
Обычно буферного ОУ - с головой. Поэтому, правильно, от лишних деталей избавляйтесь.

Ориентировался на 100кГц, хотя в данном случае по видимому и правда overkill. А на счёт АЦП. Есть вот такая PCI-1715U замечательная вещь. Так вот обычного NE5532 в режиме повторителя не хватает. Особенно если частота сбора большая. Хотя с ним картина лучше чем без него.
Межканальное прохождение - это когда сигнал на одном канале пролезает в сигнал на другом за счёт того что каналы поочерёдно подтягиваются к АЦП через встроенный в плату сбора данных мультиплексор, обладающий паразитной ёмкостью.

У Вас тензодатчик или спецмикрофон?


А буфером для этой замечательной вещи должны служить конденсаторы.

Тензодатчик.
Вроде бы приходил к такой-же мысли, но загуглив, от идеи подвесить конденсатор перед АЦП отказался - искажение сигнала будет присутствовать, возможно в меньшем количестве.

Попробуйте теперь не гуглить .

Сразу оговорюсь: я простой радиолюбитель, а не специалист, так что мои слова нужно воспринимать критически.
1. Зачем выходной повторитель на двух транзисторах включён в петлю обратной связи? IMHO, ни один разработчик ОУ не рассчитывал, что обратная связь будет сделана как-то иначе, чем с выхода ОУ. Да, такие схемы есть и даже работают, но по-моему, это потенциальная бомба.
2. Совершенно не понимаю, как может не хватать выхода 5532 для подключения к АЦП с входным сопротивлением 1 ГОм. Этот операционник наушники в несколько десятков Ом раскачивает, причём в звуковом диапазоне, а не на ПТ. По каким признакам вы определили, что его не хватает?
3. Ну и хуже всего, по-моему источник напряжения +5 Вольт, особенно вот этот конденсатор С8, включенный непонятно где. Во-всяком случае, мне трудно предположить, что будет происходить в этой цепи обратной связи. Вдобавок вся эта конструкция нагружена на ёмкость.

Короче, предполагаю, что все эти навороты, да ещё и соединённые по цепям питания, да ещё и не ограниченные по полосе частот (хотя для тензодатчика, по-моему, полосы в 10 Гц уже за глаза) - один большой генератор. Отбросьте все лишние каскады, отключите от них питание и посмотрите, что будет. Ну и питание проинспектируйте - там-то всё чисто?

Согласен не гуглить, но тогда нужно понимание механизма.
Грубо говоря для случая с конденсатором:
Когда конденсатор отсоединён от АЦП, он заряжается до требуемого напряжения.
При коммутации он разрядится/зарядится на некоторую дельту.
Чтобы полностью невелировать эту дельту за время считывания напряжения АЦП, выходному каскаду необходимо обладать той-же мощностью, что и в случае отсутствия промежуточного конденсатора.

А пролезает, или Вы просто хотите перестраховаться?
И как этому препятствует транзисторный каскад? При Вашей низкой частоте (100кГц - явный перебор, думаю, на два порядка - минимум) о межканальной ёмкости мультиплексора можно не заботиться.

Почитайте о принципах работы устройств выборки-хранения, это поможет. Смысл в том, что пока Вы оцифровываете сигналы с соседних каналов, конденсатор заряжается. Затем идёт короткий момент передачи напряжения с внешнего конденсатора на внутренний АЦП. Поскольку соотношение емкостей велико, большой "дельты" не случится.

Пролезает А так я тоже сторонник того, что попроще.
На счёт конденсатора всё-таки согласен, надо попробовать.

Серьёзно? А можно подробнее, в каких условиях? Какие сигналы, насколько пролезают?

Не знаю, возможно, вы уже это читали, но вот интересная заметка: Оценка межканального прохождения в АЦП с входным динамическим коммутатором каналов 2003 г.

я пяток лет назад столкнулся с тем, что ряд товарищей писал о недопустимости кондера на входе ацп, ну за чаем набросал пару диф. уравнений и получил, что при Rисточника>5 кОм кондер 0.1 uF полезен, при меньшей вреден (или незаметен), по х - выходное сопротивление источника, по у - отн. погрешность измерения.

Пролезают по-видимому все сигналы сильно отличающиеся по напряжению. Хорошо заметно, если один из сигналов резко нарастает/спадает, а другой почти не меняется: фронт/спад становится заметен на соседнем сигнале. Кстати хорошая мысль: уменьшить диапазон входных сигналов в сторону уменьшения напряжения. С NE5532 пролезают, если не изменяет память, 3-5 процентов от амплитуды входного сигнала, если на соседний вход подать 10 вольтовый меандр.

Меандр какой частоты подаёте? У меандра спект-то вообще говоря, очень широкий. 10 Вольт - это, условно говоря, от нуля до 10 или от -5 до +5? Или вообще, как в генераторе программы Multisim - от -10 до +10? Ваша плата больше 10 вольт мерить не умеет. А перегрузка по входу до отсечки - это одна из причин пролезания.

Меандр подавал с разной частотой: на небольших частотах(единицы-десятки килогерц) он визуально заметнее чем синусоида (она тоже пролазит примерно так-же - по разному пробовал), напряжение плюс/минус 10В с лабораторного генератора. Про перегрузку надо проверить, хоть и маловероятно. На частотах в районе мегагерца (больше частоты дискретизации) вообще треш и угар, но их по хорошему вообще через ФНЧ отрезать надо.

Так о том и речь. Меандр не просто так "визуально заметнее", а потому, что в нём содержатся другие частоты. Даже в меандре частотой 1 кГц при достаточной крутизне фронтов могут присутствовать колебания в единицы, десятки и даже сотни мегагерц:



Что касается сигнала +/- 10 Вольт по входу, то вот характеристики вашей карточки:

Так что пролезание за счёт перегрузки там более, чем вероятно, даже если бы сигнал был синусоидальным. А у вас там меандр вдобавок - ещё один фактор.

Твоя правда. Провёл тест ещё раз. На один канал 0В с NE5532, на другой ±9В 50кГц с генератора сигналов сначала в виде синусоиды, затем в виде меандра. АЦП 300кСемл/с, входы в режиме ±10В. В случае с синусоидой пробиваются в соседний канал ±0.01В - не критично совсем. В случае с меандром бывают "выбросы" до нескольких вольт. Отсюда вывод: транзисторный усилитель можно выкинуть, а для входов необходимо сваять ФНЧ.

оптимизировать схему можно, но если мы говорим про нестабильное питание это припарки. Вы кондер с8 не пробовали уменьшать до 10пФ? 1нф это очень много и усилитель не успевает его зарядить, вот и колебания

Это еще ерунда, вот (10+0,1)мкФ отнесенные к выходу ОУ (разделим для простоты на 100) дают цельных 0,1мкФ, вот где автору задуматься бы. В этой схеме еще плохо то, что если зарядку 10мкф производит ОУ с помощью транзистора, то разрядку -только за счет тока нагрузки которую ОУ никак не может контролировать (управлять).

Кстати наводка на соседний канал возможна если он не подключен (висит в воздухе), или если есть общий сигнальный провод. Он на высоких частотах уже как индуктивность работает.

Попробовал: колебания исчезают, если конденсатор меньше 470пФ, и увеличиваются по мере увеличения ёмкости. Перечитал "Искусство схемотехники" с описанием этой схемы. Там написано что нужно подобрать в диапазоне 100-1000пФ постепенно увеличивая для обеспечения хорошей стабильности при ступенчатом увеличении нагрузки.
Спасибо.
Колебания на выходе усилителя тензодатчика остались.

Вы про IC3 говорите? Если есть колебания у нее на выходе, смотрите на свои провода, которыми тензодатчик подключен. Косяк там. возможно на входе усилителя потребуется rc или lc фильтр. Если там чисто, но осциляция на выходе P2, добавтьте такой же кондер между ногами 1 и 2 ic1A.

Кроме того, еще возможны косяки в разводке земли.

o_O, не сочтите за недоверие, но где у X&X такая схема? Просто на мой дилетантский взгляд в книге схемотехнике для профессионалов не может быть схем, требующих подбора ёмкости для обеспечения стабильности. Схема просто не должна допускать нестабильность. А в данном случае, по-моему, на хитрую ФЧХ ОУ накладывается ещё более хитрая ФЧХ ОС. Повторитель на ОУ сам по себе неустойчив, для этого в него и вводится внутренняя или внешняя частотная коррекция, а в вашей схеме реализовано реактивное сопротивление в цепи ОС повторителя.

Колебания на выходе усилителя тензодатчика наблюдаются при "чистом" питании моста и при "чистых" +/- 15 Вольт? Они возникают на выходе инструментального усилителя или только на выходе ОУ с двухтактным повторителем?

Кстати да, вот это хорошая идея, вместо тензы подать на вход напряжение с ИП.

Я вот совсем не могу понять, зачем Вы портите хороший опорный источник плохим ОУ. Его нужно выбросить со всеми транзисторами и конденсаторами, которые так все и всех возбуждают.

В третьем издании. Взять можно здесь: http://rghost.ru/6kyMH7wxp Страница 596 рисунок 9.2D.

Колебания возникают в инструментальном усилителе. Вместо тензодатчика спаял друг с другом инверсный и неинверсный вход - колебания на выходе инструментального усилителя сохранились, амплитуда ±10мВ. Посмотрел на ножки питания: на +15 и -15 - наблюдаются колебания ±10мВ, Ref - колебания не наблюдаются. По совету Tanya, довесил конденсаторы 330нФ на ножки +15 Ref и Ref -15 - не помогло, ничего не изменилось. Порвал дорожку, соединяющую выход ИУ с NE5532 - колебания исчезли как на выходе, так и на ножках питания.
Вероятно неправильная разводка земли и питания.


Tanya, я полностью с Вами согласен и больше так делать не буду. Просто плата разведённая и распаянная рядом лежит, почему бы и не попробовать?

Так попробуйте прямо выход опорного источника подать на мост. И выпаять лишние детали совсем.


Не верится мне... Колебания.... они возникают в какой-то петле. Источником возникновения колебаний служит шум...

Пардон, неверно выразился =)
Колебания наблюдаются на выходе ИУ, а также в питании +15 и -15 примерно ±10мВ амплитудой.

Решил разобраться с питанием. Отключил источник питания от платы стал смотреть на напряжение: колебания исходят из импульсного источника питания. Запитался от лабораторного источника питания с линейными стабилизаторами: схема заработала! Шум в пределах 50мВ (от минимума до макисмума). Таким образом шум в шинах питания передавался на выход ИУ и затем усиливался в 10 раз ОУ. В самом начале пропустил из-за того, что возникли колебания в цепи +5: подключился к линейному БП, шум остался, подключился обратно, а зря.

Посоветуйте пожалуйста по фильтрации питания. Шум на шинах питания 20мВ 200кГц. LC подойдёт?

З.Ы. Большое спасибо всем за ценные рекомендации!

Ну во-первых, там изначально решалась задача борьбы с неустойчивостью при значительной ёмкостной нагрузке, создаваемой большим количеством блокировочных конденсаторов (цифровые схемы, короче), а у вас такой проблемы нет. А во-вторых, вас не смутило, что Хоровиц с Хиллом единичное усиление всё-таки почему-то установили при помощи двух резисторов на 10 кОм, а не непосредственного соединения эмиттера транзистора с И-входом? Полагаю, что если бы такая рационализация с экономией двух резисторов была бы допустима, Х&Х обязательно бы именно так и сделали.



Что-то тут всё равно не так. Если вы всё правильно описали (и если я вас правильно понял), то, по-моему, не стыкуется всё это в единую картину

Илья, вы ошибаетесь, усиление там равно 2, обычный неинвертирующий каскад с Ку=1+R2/R3

Да, действительно, там неинвертирующее включение. Перепутал. Но, думаю, что всё равно там не просто так приведена схема с резисторами, а не с непосредственным соединением. А при непосредственном соединении эмиттера с И-входом, насколько я понимаю, ВЧ-ток через конденсатор будет протекать не только в цепь обратной связи, но и в нагрузку, минуя транзистор.

Да, не внимательно прочитал про колебания.
Однако там же написано следующее:
This circuit lets you adjust the output voltage: Vout = Vz(1 + R2/R3 ). But note that you are limited to having Vout ≥ Vz;
Тоесть единичное усиление возможно.
Как думаете, такой вариант будет работать стабильно? (Tanya, чисто академический интерес. Делать не буду.)

Сейчас требуется разобраться с фильтрацией питания и ФНЧ.

Чутье Вас не обманывает
Схема ТС изначально неустойчива:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Только если более правильно -эти резисторы "развязывают" выход эмиттерного повторителя (нагрузки) от инвертирующего входа ОУ на высоких частотах, позволяя работать С8. Иначе говоря С8 с резисторами образует дефференциирующую цепочку (если идти от выхода ОУ на его вход), которая дает опережение по фазе, которого так не хватает петле ООС на высоких частотах (особенно с учетом емкостной нагрузки).
Вот с резистором в ОС устойчивость уже есть, но обратите внимание на отработку отрицательного перепада -то о чем я говорил ранее, схема хорошо отрабатывает в плюс, но очень плохо в минус.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Схема с двумя транзисторами работает отлично даже без компенсации на емкостную нагрузку до 0,1мкФ:
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
И кстати говоря ей совершенно не нужна эта емкость по выходу для АЦП, хотя она и не мешает

Понял, спасибо! Значит, зря я двухтактный повторитель с общей ОС подозревал - он благонадёжный оказался. Получается, что такую схему лучше всего использовать и для стабилизатора питания.

Да, работает, но если в нагрузке будет емкость более 1мкФ, то нужна компенсация. И кстати эта компенсация снижает скорость реакции на изменения в нагрузке. Более лучший результат дает компенсация через ESR конденсатора

На примере показана реакция на ток в нагрузке 10кГц@200мА - дает эффект на выходе всего 560мкВ. А в источнике питания еще сидит помеха 200кГц@100мВ -ее тоже практически не видно.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Об этом часто не знают начинающие "схемотехники", что простейший ЭП имеет разную скорость заряда емкости нагрузки для "+" и "-" сигнала.
Если для "+" максимальный ток заряда может составить до Ic = dU * CL / Tf при постоянной заряда TL ~ (re + rb/h21e) * CL, то для "-" ток перезарада CL не может превысить ток эмиттера, поэтому максимальная скорость разряда не может превысить Ie/C, что и создает характерные нелинейные искажения на ВЧ.
Более того, выходное сопротивление ЭП на ВЧ может иметь ( и имеет для ВЧ-транзисторов) индуктивный характер, а потому переходные процессы могут иметь колебательный характер и даже выходить на режим автоколебаний при некоторой емкости нагрузки.

В примере ниже, хорошо видны и колебательная составляющая и медленный спад на "минусе" сигнала:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Осмелюсь напомнить старую дискуссию о повторителе опорного источника на OPA350. Там на выход непосредственно подключался конденсатор большой емкости.
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=644438

Включайте умощняющие каскады вот по такой http://electronix.ru/forum/index.php?showt...p;#entry1355921 схеме, и будет вам счастье...