Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: На чём собрать малошумящий усилитель?
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника > Вопросы аналоговой техники
Страницы: 1, 2
yrbis
...Появилась такая проблема. Имеется источник сигнала с хитрым реактивным внутренним сопротивлением(завтра буду примерно мерить...) требуется в готовую схему вставить предварительный каскад согласованный с этим источником(индуктивный датчик с входной цепью) по шумам...и тут дилемма -на чём строить, какую схему выбрать...Вариант каскодный дифференциальный каскад с полевыми транзисторами на входе...или не каскодный на полевых транзисторах, или на биполярных или просто два транзистора общий эмиттер...Понятно что основные идеи это режим малых токов, низкое питание...собственно изменением тока коллекторов(или стоков) и планируется согласовать каскад с цепью входной...Наверное для проверке придётся несколько схем развести.....усиление хочется получить около 40(хотя бы 10) полоса 3...5МГц действующее значение шума на входе каскада <=1мкв...что подскажите?
Stanislav
Цитата(yrbis @ Jan 23 2007, 01:01) *
...Появилась такая проблема. Имеется источник сигнала с хитрым реактивным внутренним сопротивлением(завтра буду примерно мерить...) требуется в готовую схему вставить предварительный каскад согласованный с этим источником(индуктивный датчик с входной цепью) по шумам...и тут дилемма -на чём строить, какую схему выбрать...
Пока импеданс датчика не измерен, говорить о конкретной реализации усилителя нет смысла.
Designer56
Цитата(yrbis @ Jan 23 2007, 03:01) *
...Понятно что основные идеи это режим малых токов, низкое питание...собственно изменением тока коллекторов(или стоков) и планируется согласовать каскад с цепью входной...Наверное для проверке придётся несколько схем развести.....усиление хочется получить около 40(хотя бы 10) полоса 3...5МГц действующее значение шума на входе каскада <=1мкв...что подскажите?


Вообще-то указанная полоса предполагает низкое активную составляющую импеданса источника сигнала. Вычисленное по известной формуле Eш.скв.=sqrt(4kTR*(2МГц)) значение ЭДС шума для комнатной температуры и R=1000 Ом составляет уже 5,7 мкВ.Соответственно, плотность-4нВ/sqrt(Гц).
О режимах: И для усилителя на БТ и для усилителя на ПТ собственная ЭДС шума, приведенная ко входу, уменьшается с ростом тока покоя. Но для биполярного усилителя при этом растет и входной ток шума.Для полевого такой проблемы нет. Но у полевого собственная ЭДС шума больше на порядок, чем у биполярного...Так что действительно, всё зависит от импеданса источника, тем более, что вх. ток шума именно на нем создает дополнительное напряжение шума на входе.
yrbis
модуль от частоты(Омы/ Мгц) получился такой
Stanislav
А активную составляющую можно измерить в этой полосе? Или хотя бы оценить по виду кривой? Для этого нужна эквивалентная схема датчика.
yrbis
cranky.gif Чё-то я запутался! Я мерил сопротивление так: Выход это обмотка трансформатора.. брал эту обмотку, вставлял последовательно с ней резистор 20 Ом, параллельно всему этому генератор и резистор 50 Ом...менял частоту и записывал размахи сигналов и сдвиг по времени...далее пересчитывал время в радианы...Дальше считал двумя способами...
первый
U2-выход с резистора, U1-вход на сисьтему, R=20 Ом
R*U1/(R+Z) = U2 беру модуль и предполагаю, что |Z| много больше R, тогда R*|U1|/|Z|=|U2| откуда нарисовался график наверху
второй способ
R*U1/(R+Z) = U2 --> R/(R+Z)=(|U2|/|U1|)*e^(j*fi) где fi это сдвиг фазы u2 относительно u1
из этого нахожу Z=(R-R*(|U2|/|U1|)*e^(j*fi))/((|U2|/|U1|)*e^(j*fi)) и модуль этого уже рисуется такой (см рис) ...раз десять перевпроверял ничё не понимаю.....первый вариант более вероятен так как выход цепи входной это параллельный контур...а во втором варианте последовательный получился
yrbis
всё, вроде распутался...второй вариант как минимум с большой погрешностью так как R<<|Z| и оперирую отношением R/R+Z выразить точно Z нельзя...короче первый вариант даже с эмуляцией в OrCade совпал....
toStanislav:
Тут идея такая есть: Индуктивность датчика до трансформатора 4мкГн, что по модулю на, например, 3МГц 75 Ом. Коэффициент трансформации равен 1/3 и можно предположить что сопротивление датчика пересчитывается трансформатором на выход в (3^2)*75= 675 Ом и эту цифру подтверждает первый график, и если активное сопротивление датчика у меня 4 Ома, то на выход, надо полагать, оно пересчитается в 32 Ома...и наверное это максимальное значение активной составляющей на выходе
Stanislav
Цитата(yrbis @ Jan 23 2007, 23:09) *
Тут идея такая есть: Индуктивность датчика до трансформатора 4мкГн, что по модулю на, например, 3МГц 75 Ом. Коэффициент трансформации равен 1/3 и можно предположить что сопротивление датчика пересчитывается трансформатором на выход в (3^2)*75= 675 Ом и эту цифру подтверждает первый график, и если активное сопротивление датчика у меня 4 Ома, то на выход, надо полагать, оно пересчитается в 32 Ома...и наверное это максимальное значение активной составляющей на выходе
Беда в том, что в интересующей Вас полосе сидит резонанс; из-за этого оптимизация параметров усилителя по минимуму шумов усложняется. Кроме того, не совсем понятно, что именно Вас интересует: интегральное шумовое напряжение на выходе усилителя, или важно выдержать минимально допустимый к-т шума на любой частоте интересующего диапазона (спектр шума при таком импедансе датчика равномерным в интересующей полосе точно не будет), или заданное отношение сигнал/шум на любой частоте диапазона, или что-нибудь иное.
Для ответа на эти вопросы неплохо бы выяснить, каков тип источника сигнала (это я к тому, что если связь источника с датчиком сильная, то приведённый импеданс источника также должен учитываться), каково штатное сопротивление нагрузки датчика, каков тип принимаемого сигнала, каков к-т передачи датчика, и вообще, есле это не секрет, опишите задачу подробнее, т.к., по моему мнению, она сложнее, чем кажется на первый взгляд: здесь нужно учесть массу параметров (всё разрешимо, тем не менее).
ЗЫ. И ещё. Нет ли доступа к хорошему измерителю импеданса? Это решило бы половину проблем.
yrbis
Не, не секрет...Значит требуется конкретно минимизировать действующее значение шума на выходе усилителя или сигнал шум для частоты 4МГц. Сигнал на датчике появляется из-за ультрозвуковой волны, которая деформирует поверхность металла в поле постоянного магнита(эквивалентно рамки в магнитном поле) на поверхности металла, вследствии этого, возникают вихревые токи, поля которых пронизывают катушку(датчик) и наводят в ней эдс по закону фарадея....Сама звуковая волна формируется также этой же катушкой(катушка создаёт вихревые токи - т.е. движение электронов и при наличии постоянной магнитной индукции на них действует сила Лоренца, которая стремится расширить или сузить(в зависимости от направления электронов по, или против часовой стрелки) замкнутые области с токами) для схемотехники наверное можно заменить датчик и металл трансформатором, где первичная обмотка имеет очень малую индуктивность и связь между обмотками тоже слабая... Схема от датчика до входного каскада на рисунке.....Сигнал импульсный....т.е. усилитель принимает всплески ультразвука, когда очередное отражение доходит до поверхности металла...при больших зазорах между металлом и датчиком, около 3мм(т.е. коэффициент связи ещё больше падает) качество детектирования зависит от шумов; отклики все в шумах.. и собственно по-этому и требуется уменьшить средний уровень шума усилителя

Измеритель RLC есть, но он на частотах работает 120Гц 1кГц 10кГц и 100кГц
Designer56
В схеме не хватает индуктивности рассеяния, или коэфф. связи, если связб слабая, но судя по измеренным значениям импеданса,она не столь слабая, так как в противном случае резонанс не был бы выражен столь ярко.
Stanislav
Цитата(yrbis @ Jan 24 2007, 01:57) *
Не, не секрет...Значит требуется конкретно минимизировать действующее значение шума на выходе усилителя или сигнал шум для частоты 4МГц.
Ага. Это уже гораздо легче. Только уж определитесь, что именно нужно: минимизировать шум на выходе, или максимизировать отношение С/Ш на выходе. Это несколько разные задачи.
Цитата(yrbis @ Jan 24 2007, 01:57) *
...Сигнал на датчике появляется из-за ультрозвуковой волны, которая деформирует поверхность металла в поле постоянного магнита(эквивалентно рамки в магнитном поле) на поверхности металла, вследствии этого, возникают вихревые токи, поля которых пронизывают катушку(датчик) и наводят в ней эдс по закону фарадея....Сама звуковая волна формируется также этой же катушкой(катушка создаёт вихревые токи - т.е. движение электронов и при наличии постоянной магнитной индукции на них действует сила Лоренца, которая стремится расширить или сузить(в зависимости от направления электронов по, или против часовой стрелки) замкнутые области с токами) для схемотехники наверное можно заменить датчик и металл трансформатором, где первичная обмотка имеет очень малую индуктивность и связь между обмотками тоже слабая... Схема от датчика до входного каскада на рисунке.....Сигнал импульсный....т.е. усилитель принимает всплески ультразвука, когда очередное отражение доходит до поверхности металла...при больших зазорах между металлом и датчиком, около 3мм(т.е. коэффициент связи ещё больше падает) качество детектирования зависит от шумов; отклики все в шумах.. и собственно по-этому и требуется уменьшить средний уровень шума усилителя.
Понятно. Тогда, как мне кажется, при измерении импеданса Вы допустили ошибку: датчик нужно было поднести к железяке, и мерять в реальных условиях работы, потому, как среда тоже вносит свой вклад в суммарный импеданс датчика. Отражением звука в случае измерения можно пренебречь.

Цитата(yrbis @ Jan 24 2007, 01:57) *
...Измеритель RLC есть, но он на частотах работает 120Гц 1кГц 10кГц и 100кГц
Если собираетесь работать с такими датчиками "всерьёз и надолго", измеритель импеданса придётся приобрести или сделать самому - без качественно измеренных параметров оптимизировать усилитель не получится. Как сделать - другой вопрос, но, думается, это не такая уж сложная задача, как кажется на первый взгляд. smile.gif

ЗЫ. А транс связан с датчиком конструктивно? Или без него можно?
yrbis
Designer56:
Цитата
В схеме не хватает индуктивности рассеяния, или коэфф. связи, если связб слабая, но судя по измеренным значениям импеданса,она не столь слабая, так как в противном случае резонанс не был бы выражен столь ярко.

Ну, да.. и сопротивлений обмоток нету и ёмкости паразитные обмоток не рисовал....Катушками L4 L5 L6 я просто нарисовал трансформатор...реальный трансформатор в схеме. Чем ближе коэффицент связи к 1, тем лучше поэтому полагаю его равным 0.95...
Stanislav:
Цитата
Только уж определитесь, что именно нужно: минимизировать шум на выходе, или максимизировать отношение С/Ш на выходе. Это несколько разные задачи.
.... минимизировать шум мне надо при заданном усилении, поэтому ИМХО задачи близкие...но для точности.. - надо повысить сигнал/шум...
Цитата
Понятно. Тогда, как мне кажется, при измерении импеданса Вы допустили ошибку: датчик нужно было поднести к железяке, и мерять в реальных условиях работы, потому, как среда тоже вносит свой вклад в суммарный импеданс датчика. Отражением звука в случае измерения можно пренебречь.
Во время измерений, датчик стоял на металле...
Цитата
А транс связан с датчиком конструктивно? Или без него можно?
нет, не связан....но в дальнейшем предполагается гальваническая развязка усилителя, поэтому трансформатор желателен.
Designer56
Тогда схема замещения не полная- надо учесть потери от вихревых токов, наводимых токами обмотки L3 на железку
yrbis
Designer56: Не, вы меня просто не поняли...это не схема замещения датчика с металлом на трансформатор. Это просто реальная входная цепь вместе с датчиком(датчик - катушка слево на схеме)...т.е . если рисовать схему замещения , то надо к этому датчику пририсовать ещё связанную с ним индуктивность, и я имел введу её когда говорил про слабую связь....
Stanislav
Простите за перерыв, времени маловато...
Сначала позволю себе немного критики: кондёры C2 и C3 на схеме, по-моему, слишком малы (если, конечно, датчик у Вас не резонансный). На частоте 4 МГц только они будуть давать примерно 160 Ом модуля импеданса ещё до транса, и почти 1,5 кОм - после него, что значительно ухудшит отношение С/Ш для усилителя на биполярных транзисторах. Резонанс на 1-м графике, скорее всего, попал в полосу сигнала именно из-за этих ёмкостей. Попробуйте обойтись совсем без них (замкнув), или увеличьте хотя бы раз в 20-30.
Далее, конструкции транса нужно уделить особое внимание, т.к. он в значительной степени будет определять отношение С/Ш. Если делаете его самостоятельно, опишите конструкцию; возможно, надо будет что-то изменить. Навскидку: маловата индуктивность обмоток, надо бы увеличить раза в 2-3.
Должен сказать, что при таком импедансе источника повышающий транс, скорее всего, улучшит отношение С/Ш в системе датчик-усилитель.
"Левые" 4 диода, по-моему, стоит убрать. Лучше заземлить среднюю точку первичной обмотки транса.

Положим более верной оценку импеданса из поста №4 (хотя непонятно, как он получился таким низким - из-за одних емкостей в 500пФ оно должно быть значительно выше; придётся измерить его более тщательно). По всей видимости, для достижения наилучшего отношения С/Ш во входном каскаде лучше всего применить БТ (во всяком случае, на ПТ получить шумы заметно меньшие вряд ли получится). Они должны быть малошумящими и высокочастотными (такие, например, как КТ3102, могут не подойти - не слишком велик к-т передачи тока на рабочей частоте, лучше поискать что-нибудь более ВЧ-овое).
Конструкция датчика подразумевает дифф. включение транзисторов. При этом ток через его плечи придётся ограничить сотнями мкА, если хотите получить низкие токовые шумы входов. Добиться нужной полосы пропускания усилка при таких токах можно только путём каскодного (ОЭ-ОБ) включения плеч ДУ, а в нагрузке могут быть применены элементы частотной коррекции (например, последовательные RL-цепи). Дальше можно ставить практически любой ДУ с нужной полосой пропускания.
Для достижения наилучшего отношения С/Ш следует применить недифференциальный каскад усиления ОЭ-ОБ, если это приемлемо.
Designer56
Stanislav , есть вариант решения- мы его с вами как-то немного обсуждали уже. Использовать согласующий тр-р с максимальным коэфф. трансформации, с последующим усилением устройством на малошумящих ПТ, малый ток шума которых позволит обеспечить отношение сигнал/шум. попробую восстановить свой старый проект- как раз подобная схема. В остальном согласен с Вами.
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Jan 30 2007, 11:02) *
Stanislav , есть вариант решения- мы его с вами как-то немного обсуждали уже. Использовать согласующий тр-р с максимальным коэфф. трансформации, с последующим усилением устройством на малошумящих ПТ, малый ток шума которых позволит обеспечить отношение сигнал/шум. попробую восстановить свой старый проект- как раз подобная схема...
Было бы интересно посмотреть.
Только здесь засада возможна: и так уже резонансы в рабочей полосе видны, а если делать на бОльший к-т трансформации, рискуем получить очень неравномерную АФХ в интересующей полосе сигнала.
Хотя, попробовать, наверное, стОит...
yrbis
...спасибо за консультации
Stanislav:
Цитата
Простите за перерыв, времени маловато...
Сначала позволю себе немного критики: кондёры C2 и C3 на схеме, по-моему, слишком малы (если, конечно, датчик у Вас не резонансный). На частоте 4 МГц только они будуть давать примерно 160 Ом модуля импеданса ещё до транса, и почти 1,5 кОм - после него, что значительно ухудшит отношение С/Ш для усилителя на биполярных транзисторах. Резонанс на 1-м графике, скорее всего, попал в полосу сигнала именно из-за этих ёмкостей. Попробуйте обойтись совсем без них (замкнув), или увеличьте хотя бы раз в 20-30.
Далее, конструкции транса нужно уделить особое внимание, т.к. он в значительной степени будет определять отношение С/Ш. Если делаете его самостоятельно, опишите конструкцию; возможно, надо будет что-то изменить. Навскидку: маловата индуктивность обмоток, надо бы увеличить раза в 2-3.

Входная цепь настраивалась для максимально красивой ачх(полоса, неравномерность) и максимального коэффицента передачи. Трансы мотали с интервалом виток) и можно сказать что это оптимальный вариант...ачх строится на сближении двух резонансов с минимальным подавлением каждого....
Цитата
Должен сказать, что при таком импедансе источника повышающий транс, скорее всего, улучшит отношение С/Ш в системе датчик-усилитель.
"Левые" 4 диода, по-моему, стоит убрать. Лучше заземлить среднюю точку первичной обмотки транса.

Первичная обмотка без отвода сделана из соображений симметрии, т.е. чтоб лучше вычетался синфазный сигнал с витой пары, которой датчик подсоединяется к ёмкостям(1метр smile.gif )

Транс мы мотаем на чашке из карбонильного железа мр100 Сб12а и это единственный пока известный нам материал с низкой магнитострикцией...на ферритах пермолои...на всём пробовали и железо карбонильное самый лучший вариант(на других сердечниках после зондирующего сигнала, даже ограниченного диодами до 1.5-2 вольт , звенящая борода микросекунд под 20)...мотаем одинарным проводом первичную и двойным вторичную, без прокладок каких - либо

Вот...на биполярных транзисторах (брал bfp182) пока что токо в 1.5 раза лучше чем с ОУ....на полевых в 2 раза(ОЭ и ОИ для теста) так что наверное вариант Designer56 очень даже подойдёт....хочу свой дифкаскад поставить на каждый отвод катушки...4 транзистора вместо 2х должны шум ещё в 1.4 раза уменьшить
yrbis
Stanislav:
Цитата
Для достижения наилучшего отношения С/Ш следует применить недифференциальный каскад усиления ОЭ-ОБ, если это приемлемо.

Ещё раз спасибо за ответы. Я не совсем понял, почему не дифкаскад лучше чем диф по шумам, т.е. раз у меня получается меньше шумов на ПТ мне логичней использовать 4 общих истока, чем два дифкаскада на ПТ? а про каскодное включение щас попробую....
Designer56
Цитата(yrbis @ Jan 30 2007, 20:23) *
Stanislav:
Цитата
Для достижения наилучшего отношения С/Ш следует применить недифференциальный каскад усиления ОЭ-ОБ, если это приемлемо.

Ещё раз спасибо за ответы. Я не совсем понял, почему не дифкаскад лучше чем диф по шумам, т.е. раз у меня получается меньше шумов на ПТ мне логичней использовать 4 общих истока, чем два дифкаскада на ПТ? а про каскодное включение щас попробую....

В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.
yrbis
Цитата
В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.

Ну собственно про шумы и вопрос...т.е. Если взять дифкаскад и два отдельных общих истока для обоих случаев усиление растёт в 2 раза а шумы в корень из двух, но Stanislav утверждает, что лучше будет использовать не дифкаскад, вот я и спрашиваю в чём разница....
А трансформатор собственно так и мотался...при расчёте входной цепи оперировал ёмкостью параллельной выходу и эта ёмкость полностью паразитная...т.е. взято минимум число витков на входе и максимум на выходе
Designer56
Цитата(yrbis @ Jan 30 2007, 21:50) *
Цитата
В дифкакскаде шумы отдельных транзисторов складываются по теореме Пифагора- т.е. в sqrt(2) раз больше шума отдельного траензистора. Макс. коэффициент трансформации ограничивается конструктивными вещами- межобмоточными емкостями, габаритами, индуктивностью рассеяния.

Ну собственно про шумы и вопрос...т.е. Если взять дифкаскад и два отдельных общих истока для обоих случаев усиление растёт в 2 раза а шумы в корень из двух, но Stanislav утверждает, что лучше будет использовать не дифкаскад, вот я и спрашиваю в чём разница....
А трансформатор собственно так и мотался...при расчёте входной цепи оперировал ёмкостью параллельной выходу и эта ёмкость полностью паразитная...т.е. взято минимум число витков на входе и максимум на выходе

Нет,Stanislav прав.У вас выходная обмотка расщеплена на 2 части-т.е напряжение на каждой полуоюмотке равно половине общего. Если взять всю вых. обмотку и подключить её к простому усилителю, то выигрыш по шумам по сравнению с диф, каскадом будет в sqrt(2) раз по сравнеию с диф. каскадом.
yrbis
ааа, точно...., понял!))) cheers.gif ..значит буду пытаться без средней точки на выходе обойтись
yrbis
...я тут посчитал... и с отводом спорный вопрос. Потомучто, когда я землю не отвод, а один конец обмотки и подаю на один усилитель вместо двух, то я ещё и выходное сопротивление моей цепи входной увеличиваю.....а значит увеличиваю шум обусловленный шумовым источником тока. Получается что если у транзистора есть источник шума по напряжению - Еш и по току Iш то шум(всмысле спектральная плотность по напряжению) для двух усилителей и заземлённого отвода..(диф. вариант) будет sqr(2Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z/2), а без отвода у транса и для одного усилителя будет sqr(Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z)..где Z/2 - модуль сопротивления половины обмотки....т.е. шум напряжения уменьшается, а тока растёт....далее конечно можно сказать, что токовый шум ПТ маленький, и следует ожидать выйгрыш, но я это для точности щас замерю...
Designer56
Цитата(yrbis @ Jan 31 2007, 19:18) *
...я тут посчитал... и с отводом спорный вопрос. Потомучто, когда я землю не отвод, а один конец обмотки и подаю на один усилитель вместо двух, то я ещё и выходное сопротивление моей цепи входной увеличиваю.....а значит увеличиваю шум обусловленный шумовым источником тока. Получается что если у транзистора есть источник шума по напряжению - Еш и по току Iш то шум(всмысле спектральная плотность по напряжению) для двух усилителей и заземлённого отвода..(диф. вариант) будет sqr(2Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z/2), а без отвода у транса и для одного усилителя будет sqr(Eш*Еш+Iш*Iш*Z*Z)..где Z/2 - модуль сопротивления половины обмотки....т.е. шум напряжения уменьшается, а тока растёт....далее конечно можно сказать, что токовый шум ПТ маленький, и следует ожидать выйгрыш, но я это для точности щас замерю...

Именно...Всё дело в том, что усилитель- есть устройство, увеличивающее мощность сигнала, а трансформатор этого не умеет.Хотя увеличивает напряжение на выходе.Поэтому приходится использовать актвное устройство.Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.
yrbis
Цитата
Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.
Это точно, может подскажите чего-нибудь?
...я тут померил и у меня получается, что шум обусловленный током одного транзистора(2sk316 ) даёт вклад в 4 раза больший чем шумовое напряжение! мерил так...выставлял нужное усиление смотрел размах шумовой полоски на осциллографе, затем коротил входы (затворы на землю) и смотрел на изменение этой полоски... она в 2 раза уже стала при закороченном входе...т.е. либо по формулам получается что плотности Eш и Iш*Z отличаются в 4 раза не в пользу Еш либо сама цепь входная шумит как паровоз активными составляющими.....
....Что более вероятно?
yrbis
Собственно, если положить что токовый шум у полевого транзистора на 2 порядка меньше шума напряжения, то вполне сходится так как у меня сопротивление всплеск имеет под 600 Ом
Designer56
Цитата(yrbis @ Jan 31 2007, 20:37) *
Цитата
Вам нужно почитать поподробнее о проектировании малошумящих устройств.
Это точно, может подскажите чего-нибудь?
...я тут померил и у меня получается, что шум обусловленный током одного транзистора(2sk316 ) даёт вклад в 4 раза больший чем шумовое напряжение! мерил так...выставлял нужное усиление смотрел размах шумовой полоски на осциллографе, затем коротил входы (затворы на землю) и смотрел на изменение этой полоски... она в 2 раза уже стала при закороченном входе...т.е. либо по формулам получается что плотности Eш и Iш*Z отличаются в 4 раза не в пользу Еш либо сама цепь входная шумит как паровоз активными составляющими.....
....Что более вероятно?

Начните с П.Хоровиц, У.Хилл " Искуство схемотехники" Во втором издании есть пространная глава на эту тему.
Измерение шумового тока полевого транзистора- весьма сложная задача из-за его малости.Требуется подключать последовательно с затвором резистор очень большого номинала- десятки мегом и более.Он сам по себе при нормальной температуре шумит гораздо сильнее, чем от протекающего через него шумового тока.У вас, похоже, именно этот случай.( прибольшой нужде в измнерении шумового тока резистор помещают в сильный холод)
yrbis
...Да вроде читал я эти книги, когда студентом был...ну видать плохо......
Собственно вопрос чем мне сможет помочь каскодная схема?...в моём варианте включение общей базы или общего затвора в цепь стока...
Designer56
Цитата(yrbis @ Feb 1 2007, 00:36) *
...Да вроде читал я эти книги, когда студентом был...ну видать плохо......
Собственно вопрос чем мне сможет помочь каскодная схема?...в моём варианте включение общей базы или общего затвора в цепь стока...

Каскодняя схема минимизирует емкость Миллера- базо- коллекторную или сток-затворную.В обычной схеме общий эмиттер или общий исток эта емкость увеличивается в коэфф. усиления схемы раз. И, соответственно, создает проблемы- особенно, если источник сигнала- трансформатор.
Designer56
Цитата(Stanislav @ Jan 30 2007, 13:52) *
Цитата(Designer56 @ Jan 30 2007, 11:02) *
Stanislav , есть вариант решения- мы его с вами как-то немного обсуждали уже. Использовать согласующий тр-р с максимальным коэфф. трансформации, с последующим усилением устройством на малошумящих ПТ, малый ток шума которых позволит обеспечить отношение сигнал/шум. попробую восстановить свой старый проект- как раз подобная схема...
Было бы интересно посмотреть.
Только здесь засада возможна: и так уже резонансы в рабочей полосе видны, а если делать на бОльший к-т трансформации, рискуем получить очень неравномерную АФХ в интересующей полосе сигнала.
Хотя, попробовать, наверное, стОит...

to Stanislav'
Я все- таки восстановил этот усилитель- хотя пришлось порыться в старых бумагах изрядно и создать модель 2П903А. Оркада не было тогда,сами понимаете...Все расчеты были на тетрадных листках.Правда, что-то у меня 600кб не хочет брать, пришлось убрать .dat- файл
yrbis
...Извеняюсь за возможно глупый вопрос..., но как это работает? )) общий эмиттер на Q13 имеет входное сопротивление h21 помножить на то что в эмиттере, а там кз на высоких частотах, а вроде отношение этого сопротивление к R1+R16 даст один из множителей усиления...
Designer56
Цитата(yrbis @ Feb 11 2007, 04:54) *
...Извеняюсь за возможно глупый вопрос..., но как это работает? )) общий эмиттер на Q13 имеет входное сопротивление h21 помножить на то что в эмиттере, а там кз на высоких частотах, а вроде отношение этого сопротивление к R1+R16 даст один из множителей усиления...

Там не совсем к.з. по постоянному току, в эмиттере Q13- имеет место динамическое сопротивление стабилитрона- я использовал в оригинале 2С139, это 60 Ом. по переменному- шунтируется конденсатором C2. Усиление этого каскада по переменному току расчитывается как крутизна (при 10 мА тока покоя) помноженная на R15. Т.е. (10мА/25мВ)*680Ом=272. Общее усиление равно 1+ (R7/(R1+R16))=69,8, или 36,88 dB- для случая бесконечного петлевого усиления и без учета влияния резистора R17. в реальности- на 0,5 dB меньше. Вы запускали схему в Оркаде? Там все видно, обратите внимание- ток покроя транзистора VT1 около 100мА! За счет этого и уменьшается ЭДС шума.
ОУ используется для стабилизации режима по пост. току.Взгляните на х-ки 2П903.Я думаю, для вашего случая полезно будет ещё включить после усилителя полосовой фильтр Бесселя 2-го порядка- тогда н.ч. в.ч шумы будут меньше влиять на общее отношение С/Ш.
yrbis
не, пока пробовал только анализировать,... для себя подчеркнул задание режима транзистора VT1...(про конкретный ток сток-исток и напряжение сток-исток заданное стабилитроном) интересно что ток там конкретно задаётся Q3 и непонятно во что превращается нагрузочная характеристика каскодного каскада..и собственно я про него и говорил т.е для транзисторов VT1 и Q9 усиление равно нагрузка делить на R1+R16, а нагрузкой является входное сопротивление ОЭ на Q13, а там шунт на ВЧ вот это-то и непонятно мне...
Я тут придумал вот что (прик.файл)...номиналы условные, но ток я задавал около 4мА всего, на практике получался оптимальный вариант...(причём, сначала я спаял просто каскодный каскад с повторителем ...и так же максимум сигнал/шум был при 4мА)...соответственно на рисунке только одно плечо, второе такое же заводится на неинвертирующий вход....Получил сигнал/шум в два раза лучший чем был на ОУ...потом посчитал и получается что без транса , но с БП в моём варианте лучше...и действительно на одном каскаде на биполярных транзисторах BFP182, без транса, получилось так же как на 2х полевых 2sk316 с трансом...причём транзистор высокочастотный и при низких токах коллектора(получилось 300мкА) h21 падает токо до ~200МГц которых мне хватает чтоб собрать усилитель с нужной полосой и поэтому каскодный вариант тоже выбросил..(ёмкость коллектор база настолько маленькая, что даже при умножении на скажем 15(коэффицент усиления каскада) такой каскад не портит частотки цепи входной)....вообщем пришёл к параллельному включению каскадов на БП и без трансформатора...
Designer56
Цитата(yrbis @ Feb 11 2007, 18:15) *
не, пока пробовал только анализировать,... для себя подчеркнул задание режима транзистора VT1...(про конкретный ток сток-исток и напряжение сток-исток заданное стабилитроном) интересно что ток там конкретно задаётся Q3 и непонятно во что превращается нагрузочная характеристика каскодного каскада..и собственно я про него и говорил т.е для транзисторов VT1 и Q9 усиление равно нагрузка делить на R1+R16, а нагрузкой является входное сопротивление ОЭ на Q13, а там шунт на ВЧ вот это-то и непонятно мне...
Я тут придумал вот что (прик.файл)...номиналы условные, но ток я задавал около 4мА всего, на практике получался оптимальный вариант...(причём, сначала я спаял просто каскодный каскад с повторителем ...и так же максимум сигнал/шум был при 4мА)...соответственно на рисунке только одно плечо, второе такое же заводится на неинвертирующий вход....Получил сигнал/шум в два раза лучший чем был на ОУ...потом посчитал и получается что без транса , но с БП в моём варианте лучше...и действительно на одном каскаде на биполярных транзисторах BFP182, без транса, получилось так же как на 2х полевых 2sk316 с трансом...причём транзистор высокочастотный и при низких токах коллектора(получилось 300мкА) h21 падает токо до ~200МГц которых мне хватает чтоб собрать усилитель с нужной полосой и поэтому каскодный вариант тоже выбросил..(ёмкость коллектор база настолько маленькая, что даже при умножении на скажем 15(коэффицент усиления каскада) такой каскад не портит частотки цепи входной)....вообщем пришёл к параллельному включению каскадов на БП и без трансформатора...


Шунт по переменному в эмиттере Q13 затем, чтобы увеличить петлевое усиление по переменному току, и таким образом обеспечить большую точность и меньший КНИ- усилитель проектировался изначально как усилитель переменного тока.Все-таки вам нужно поподробнее изучить вопросы с шумами.Обратите внимание на картинки- Eш меньше 1нв на частотах более 10 кГц- как раз ваш случай.Это потому, что транзистор имеет большую крутизну-Е шума (плотность) обратно пропорциональна корню кв. крутизны.И ещё- на картинке шумы для Iс= 10ма, а крутизна ПТ растет пропорционально корню кв. от тока стока. По картинке- при Iс= 10ма крутизна ~40 мА/В, а при Iс= 100ма крутизна уже 100 мА/В. Т.е. можно ожидать уменьшение Еш в sqrt(100/40)=1.58 раз, а по мощности шума выигрыш получается в 2,5раза.Но ПТ при этом имеет ничтожный ток шума, в отличии от БТ. Т.е может работать от высокоомного источника сигнала. В этом и состоит идея схемы: Увеличить напряжение на входе за счет тр-ра ( в моем случае- это было в 30раз), при этом импеданс источника сигнала увеличится в (Ктр)^2 раз (в моем случае-в 900 раз)- но вклад от шумового тока не возрастет, в силу его малости для ПТ. БТ же при увеличении тока покоя даст и увеличение шумового тока.
Режим ПТ в схеме задается источником тока Q3, который является нагрузкрй первого каскада.Ток ПТ "подстраивается" под это значение за счет глубокой ОС по пост. току ч/з ОУ. С учетом базовых токов Q13,Q14,Q9,естественно.Да, хочу добавить: усилитель разрабатывался как измерительный для звукового диапазона частот, хотя его полоса по уровню -3 dB -более 20 МГц. В случае ВЧ применения следует зашунтировать С1, С2 ВЧ керамикой 0,1 мкФ.

Для того, чтобы Ваша схема работала, необходимо, чтобы напряжение отсечки VT3,VT5 было больше, чем напряжение отсечки VT2,VT4
yrbis
Цитата
Но ПТ при этом имеет ничтожный ток шума, в отличии от БТ. Т.е может работать от высокоомного источника сигнала...
это всё понятно...., но токо нельзя сделать мне трансформатор и получить ощутимый коэффицент передачи, и по расчётам и на практике... вот есть у нас система которая полосу 600кГц-1.5МГц имеет вот там да получилось, а тут никак...и дело просто в настройки входной цепи на нужную полосу...т.е. требования к полосе(не только к ширине но и положению по частотам) однозначно определяют все параметры входной цепи и транса в частности, поэтому от транса и отказались.... кстати ПТ без транса тоже попробую...
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 1 2007, 12:00) *
Цитата(yrbis @ Feb 1 2007, 00:36) *
...Да вроде читал я эти книги, когда студентом был...ну видать плохо......
Собственно вопрос чем мне сможет помочь каскодная схема?...в моём варианте включение общей базы или общего затвора в цепь стока...
Каскодняя схема минимизирует емкость Миллера- базо- коллекторную или сток-затворную.В обычной схеме общий эмиттер или общий исток эта емкость увеличивается в коэфф. усиления схемы раз. И, соответственно, создает проблемы- особенно, если источник сигнала- трансформатор.
Всё верно. А если цепь резонансная, может получиться очень даже неплохой генератор. smile.gif
Во всяком случае, паразитных резонансов избежать не удастся.
Ещё одно преимущество каскодной схемы - очень высокое выходное сопротивление, позволяющее получить большое усиление и улучшенную линейность.

Цитата(Designer56 @ Feb 10 2007, 22:28) *
to Stanislav'
Я все- таки восстановил этот усилитель- хотя пришлось порыться в старых бумагах изрядно и создать модель 2П903А. Оркада не было тогда,сами понимаете...Все расчеты были на тетрадных листках.Правда, что-то у меня 600кб не хочет брать, пришлось убрать .dat- файл
Простите, к стыду своему, должен признаться, что Оркада у меня и сейчас нет. Не могли бы Вы схемку выложить картинкой, как yrbis? В формате .gif, тогда она совсем немного займёт.
Впрочем, сейчас попробую всё-таки установить Оркад...
Designer56
[quote name='Stanislav' date='Feb 12 2007, 20:48' post='209837']
[/quote]Простите, к стыду своему, должен признаться, что Оркада у меня и сейчас нет. Не могли бы Вы схемку выложить картинкой, как yrbis? В формате .gif, тогда она совсем немного займёт.
Впрочем, сейчас попробую всё-таки установить Оркад...
[/quote]

Сейчас попробую отправить


Кстати, вх. суммарная емкость на ч-те 3 МГц не более 3 пФ
Designer56
Что-то у меня в gif ACDSEE закодировал погано, пришлось в jpg
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 12 2007, 19:17) *
Сейчас попробую отправить.
Ага, спасибо.
Насколько я понял, это усилитель НЧ с низким уровнем шума, для этого выбрана рабочая точка с большой крутизной характеристики.
Ток через входной полевик аж 120 мА... Схема будет жрать около двух ватт.
У Вас усилитель НЧ, с ОС по выходному напряжению и постоянному току. Схема хорошая, я бы, может, поправил только чуть-чуть.
Для данного приложения, мне кажется, схему поддержания выходного потенциала на ОУ можно убрать (хотя, и не факт - разброс параметров полевиков большой).
Далее, можно ИТ на Q3 заменить дросселем (или колебательным контуром) с небольшим последовательным резистором. При этом можно будет снизить напряжение питания. После него я бы всё-таки поставил повторитель на n-p-n, дабы не снижать усиление в 1-м каскаде, а уже за ним каскады с ОЭ + ОК. Возможно, и там каскод применить придётся.
В общем, попробовать, наверное, стОит...
Эта схема, наверное, наилучшее отношение С/Ш даст всё-таки с повышающим трансом. Особенно если ток через ПТ уменьшить.
Кстати, присмотрелся к графикам - выигрыш после 50-60 мА уже незначительный, и эту величину, по-видимому, можно взять в качестве верхней границы тока первого каскада.

ЗЫ.Кстати, можно обойтись и однополярным питанием...

2 yrbis
Поповоду схемы из поста 34.
1. Полевики включать параллельно не нужно - они и так "толстые". Уменьшения шумов можно достичь, просто увеличив ток первого каскада. Резистор R18 при этом придётся уменьшить, и последовательно с ним включить дроссель.
2. Вместо "верхнего" ПТ практичнее применить БТ.
3. Кондёр C11 лучше убрать, R19 уменьшить раза в 2-3, коллектор Q15-заземлить, а выход брать с коллектора Q16, через кондёр..
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 11 2007, 21:45) *
...Да, хочу добавить: усилитель разрабатывался как измерительный для звукового диапазона частот, хотя его полоса по уровню -3 dB -более 20 МГц...
Для шумовых характеристик играет роль только полоса пропускания с разомкнутой ОС (точнее, полоса пропускания 1-го каскада). Если в рабочей полосе будет уже заметный спад усиления, то и шумы заметно возрастут.
Designer56
Устройство предназначалось для работы в тестере шумов квантования цифровых каналов связи.Т.е всего того, что остается после вырезания тестового сигнала полосовым фильтром. У фильтра вых. сопротивление-600 Ом, и спользовался стандартный. А это ожидалось не более - 65 dB. Далее, всё это фильтровалось эллиптическим полосовым ф. 9 пор. Активные фильтры такого порядка сами изрядно шумят.Поэтому до фильтрации сигнал следовало усилить. Потом, просто хотелось проверить свою мысль, к тому же, хотелось сделать МШУ для магнитной головки заодно- я тогда баловался аудиотехникой.
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 12 2007, 20:22) *
Устройство предназначалось для работы в тестере шумов квантования цифровых каналов связи.Т.е всего того, что остается после вырезания тестового сигнала полосовым фильтром. У фильтра вых. сопротивление-600 Ом, и спользовался стандартный. А это ожидалось не более - 65 dB. Далее, всё это фильтровалось эллиптическим полосовым ф. 9 пор. Активные фильтры такого порядка сами изрядно шумят.Поэтому до фильтрации сигнал следовало усилить. Потом, просто хотелось проверить свою мысль, к тому же, хотелось сделать МШУ для магнитной головки заодно- я тогда баловался аудиотехникой.
Мы на КП302 делали... Там таких героических шумов, как у Вас, всё-таки не нужно...
Designer56
Цитата(Stanislav @ Feb 12 2007, 22:19) *
Цитата(Designer56 @ Feb 11 2007, 21:45) *
...Да, хочу добавить: усилитель разрабатывался как измерительный для звукового диапазона частот, хотя его полоса по уровню -3 dB -более 20 МГц...
Для шумовых характеристик играет роль только полоса пропускания с разомкнутой ОС (точнее, полоса пропускания 1-го каскада). Если в рабочей полосе будет уже заметный спад усиления, то и шумы заметно возрастут.

Да, поэтому я и не стремился нагружать первый каскад на высокое входное, а так же по причине возможной потери устойчивости- источник тока пришлось сделать на тр-ре средней мощности, у него проходная емкость приличная, всё равно пришлось бы корректировать

Цитата(Stanislav @ Feb 12 2007, 22:31) *
Мы на КП302 делали... Там таких уж героических шумов, как у Вас, всё-таки не нужно...

Есть ещё лучшая штука из маломощных- 2П333, но его в Ташкенте делали...сейчас не знаю, доступен ли он. Его аналог- 2N4393
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 12 2007, 20:34) *
Цитата(Stanislav @ Feb 12 2007, 22:19) *
Цитата(Designer56 @ Feb 11 2007, 21:45) *
...Да, хочу добавить: усилитель разрабатывался как измерительный для звукового диапазона частот, хотя его полоса по уровню -3 dB -более 20 МГц...
Для шумовых характеристик играет роль только полоса пропускания с разомкнутой ОС (точнее, полоса пропускания 1-го каскада). Если в рабочей полосе будет уже заметный спад усиления, то и шумы заметно возрастут.
Да, поэтому я и не стремился нагружать первый каскад на высокое входное, а так же по причине возможной потери устойчивости- источник тока пришлось сделать на тр-ре средней мощности, у него проходная емкость приличная, всё равно пришлось бы корректировать.
Простите, но здесь, по-моему, методологическая (или идеологическая? smile.gif ) ошибка.
Для обеспечения минимума шумов входной каскад должен иметь максимально возможное усиление, при желательном сохранении широкой полосы (поэтому, каскод - хорошее решение). Лучше уж сделать коррекцию - тогда шумы будут меньше.
К слову, один из "рекордных" малошумящих оперов начала 90-х AD797 имел только один каскад усиления напряжения, но какой! Его к-т усиления на малом сигнале при большом сопротивлении нагрузки доходил до примерно до 100 000 000.
Коррекцию же была оставлена на милость потребителя (в зависимости от глубины ООС).

На мой взгляд, сопротивление нагрузки входного каскОда малошумящего усилителя должно выбираться максимально возможным, для обеспечения максимально возможного его усиления. Но ИТ в качестве нагрузки для требований yrbis-а я бы не стал рекомендовать - только лишних шумов наловить можно. Лучше индуктивность, или резонансный контур с большим характеристическим сопротивлением и небольшой добротностью.

Цитата(Designer56 @ Feb 12 2007, 20:34) *
Цитата(Stanislav @ Feb 12 2007, 22:31) *
Мы на КП302 делали... Там таких уж героических шумов, как у Вас, всё-таки не нужно...

Есть ещё лучшая штука из маломощных- 2П333, но его в Ташкенте делали...сейчас не знаю, доступен ли он. Его аналог- 2N4393
Такой не знаю даже. 20 лет назад для радиолюбителей был точно недоступен.
НЕХ
cm.BF862
Designer56
[quote name='Stanislav' date='Feb 13 2007, 02:06' post='210001']
quote]Для шумовых характеристик играет роль только полоса пропускания с разомкнутой ОС (точнее, полоса пропускания 1-го каскада). Если в рабочей полосе будет уже заметный спад усиления, то и шумы заметно возрастут.
[/quote]Да, поэтому я и не стремился нагружать первый каскад на высокое входное, а так же по причине возможной потери устойчивости- источник тока пришлось сделать на тр-ре средней мощности, у него проходная емкость приличная, всё равно пришлось бы корректировать.[/quote]Простите, но здесь, по-моему, методологическая (или идеологическая? smile.gif ) ошибка.
Для обеспечения минимума шумов входной каскад должен иметь максимально возможное усиление, при желательном сохранении широкой полосы (поэтому, каскод - хорошее решение). Лучше уж сделать коррекцию - тогда шумы будут меньше.
К слову, один из "рекордных" малошумящих оперов начала 90-х AD797 имел только один каскад усиления напряжения, но какой! Его к-т усиления на малом сигнале при большом сопротивлении нагрузки доходил до примерно до 100 000 000.
Коррекцию же была оставлена на милость потребителя (в зависимости от глубины ООС).

В принципе, достаточно, чтобы шумы следующих за первым каскадов не вносили существенный вклад в общий шум- т.е. усиление входного должно быть достаточным для того, чтобы приведенное ко входу напряжение шума вх. каскада, помноженное на его Ку было существенно большим, чем напряжение шумов всех остальных каскадов. С учетом того, что они складываются по теореме Пифагора, естественно.

[/quote]
Stanislav
Цитата(Designer56 @ Feb 13 2007, 21:35) *
В принципе, достаточно, чтобы шумы следующих за первым каскадов не вносили существенный вклад в общий шум- т.е. усиление входного должно быть достаточным для того, чтобы приведенное ко входу напряжение шума вх. каскада, помноженное на его Ку было существенно большим, чем напряжение шумов всех остальных каскадов. С учетом того, что они складываются по теореме Пифагора, естественно.
Согласен. Однако, оптимальное отношение С/Ш в широкополосном усилителе всё же достигается при максимизации усиления первого каскада, с дальнейшей коррекцией (если она нужна, конечно). smile.gif
yrbis
Цитата
cm.BF862

спасибо, токо 2sk316 такой же...
кстати может кому прегодится...BFP740, AT-31033, вот тут интересно
Designer56
Цитата(Stanislav @ Feb 14 2007, 00:28) *
Цитата(Designer56 @ Feb 13 2007, 21:35) *
В принципе, достаточно, чтобы шумы следующих за первым каскадов не вносили существенный вклад в общий шум- т.е. усиление входного должно быть достаточным для того, чтобы приведенное ко входу напряжение шума вх. каскада, помноженное на его Ку было существенно большим, чем напряжение шумов всех остальных каскадов. С учетом того, что они складываются по теореме Пифагора, естественно.
Согласен. Однако, оптимальное отношение С/Ш в широкополосном усилителе всё же достигается при максимизации усиления первого каскада, с дальнейшей коррекцией (если она нужна, конечно). smile.gif

Я привел эту схему "как она была сделана"- с тетрадных листков. попробовал смоделировать её с учетом Ваших предложений- взгляните. частотные х-ки даны для двух вариантов.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2025 Invision Power Services, Inc.