Подключаю первый виток провода ко входу операционного усилителя. По логике получается, что мы имеем короткозамкнутый вход. Подаем переменное напряжение генератором на рядом расположенный второй виток. В результате взаимоиндукции в первом витке возникает эдс, которую усилитель усиливает. Все правильно по физике. Однако, где "падает" напряжание, которое может достигать больших величин, ведь омическое сопротивление витка ничтожно мало . Подозреваю, что падает на реактивном сопротивлении индуктивности. Но ведь омическое то никуда не делось Оно вроде бы должно шунтировать реактивное? Интерес у меня чисто практический: как правильно согласовать сопротивления витка и усилителя?

Эквивалентная схема такого витка - последовательно соединённые R и L, поэтому активное сопротивление не может шунтировать реактивное.

Верно.


Нарисуйте эквивалентную схему трансформатора и вопрос прояснится.


Также как всегда. Выходное сопротивление источника << входного сопротивления входа.

Herz нарисовал уже . А вот если у меня на витке наводится напряжение с разной частотой в больших пределах (ex. 10Hz ....2 MHz), то величина реактивного сопротивления тоже будет меняться. Как в этом случае делать расчет? По прежнему XLmax<<Rinp? Ну типа чем больше Rinp, тем лучше. А в чем тогда согласования по сопротивлению?

Эквивалентная схема трансформатора T- образная.

А как в этой T- образной эквивалентной схеме трансформатора учтено входное сопртивление операционного усилителя?

Согласовние в такой полосе частот на индуктивности задача не тревиальная, скорее всего вообще не решаемо, вам действительно такой диапазон нужен?

Никак. Это схема замещения трансформатора и ничего более.
В схеме замещения присутствуют приведенные индуктивности и сопротивления рассеивания первичной и вторичной обмотки и индуктивность намагничивания.

Не, не так. Выходное сопротивление источника = входного сопротивления входа. Вот так будет правильно. И в плане отражений, и в плане передачи мощности. В данном конкретном случае - вторичка может быть не виток, а много витков. Сколько - надо считать. А если полоса нужна такая вот - входное сопротивление опера лучше иметь конечное. А по поводу "куда оно девается" - дык, фишка трансформатора в том и заключается, что в первичке наводится противоэдс от вторички. Потоки в сердечнике от первички и вторичек идут навстречу друг другу. На эквивалентной схеме это, конечно, видно, если знать куда смотреть. RTFM, короче...

Да, такой диапазон принимаемого сигнала. Мне его вообщем-то усиливать не требуется. Нужно просто согласовать с дифференциальным драйвером АЦП. По поводу "вообще не решаемо" - это звучит трагично .


Я тоже подозреваю, что при согласовании надо исходить из равенства сопротивлений. Однако здесь реактивное сопротивление катушки меняется с изменением частоты. И как тут быть?
По поводу конкретного расчета индуктивности - это не принципиально. Мне важно понять принцип согласования такого устройства и желательно - формулу расчета.

Сопротивления относятся как квадрат коэффициента передачи транса. Посчитать это просто: сравнить напряжение/ток на выходе и на выходе. 10 герц - ну, можно. Теоретически. Транс большой будет, паразиты тоже большие, 20 МГц отдыхают. Фишка в чем: поток из первички во вторичку компенсируется, тут лишь бы витки влезли, а вот поток намагничивания от первички будет в полный рост как есть. То есть имеем некий дроссель в виде первички на сердечнике с некоторой индуктивностью. К нему приложено напряжение определенной амплитуды и частоты. Если это напряжение на этой индуктивности при этой частоте делает ток, достаточный для насыщения сердечника - транс вылетит по насыщению. Вот откуда понятие витки на вольт, которые зависят только от параметров сердечника и рабочей частоты - нужно обеспечить достаточную величину индуктивности намагничивания. Для ясности - да, индуктивное сопротивление меняется от частоты, но на передачу напряжения трансом это никак не влияет. Лишь бы не насытился.
В нашем случае для нижней границы частоты первичка должна быть огого, и емкость ее будет соответственная, что для верхней частоты не пройдет. Имхо, для такого диапазона транс не катит. Нужно непосредственное согласование, может и усилитель с токовым входом.

У меня нет трансформатора как такового. Есть индуктивный преобразователь на входе. Ну типа металлоискателя по принципу МПП. Для ясности выложу возможные схемы подключения катушки к драйверу АЦП. Драйвер АЦП уже собран и его обвязку менять не желательно, иначе могут сбиться настройки антиалайзингового фильтра (Fсреза>40MHz). Вопрос в том как корректно подключить индуктивность на вход и какая схема более эффективна?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ну я бы не стал цеплять катушку прямо к драйверу АЦП. Но если применять эту схему, надо выяснить резонансные характеристики вашей катушки, и нагрузить ее на такой резистор, чтобы добротность приблизилась к 1. Иначе Ваш широкополосный сигнал будет состоять в основном из собственных колебаний тока в катушке.
Еще надо для себя решить, что Вам удобнее замерять - напряжение на катушке, или ток через нее. Соответственно, и грузить ее надо будет либо на усилитель с 0 входным сопротивлением, или с большим. Мне кажется, что здесь лучше измерять ток.

Если есть возможность, применяйте "вариант 1 слева". Но проблема будет, скорее всего, не в схемотехнике.

Выбить из реального индуктивного преобразователя диапазон частот от 10 Гц до 1 МГц - это приблизительно как построить автомобиль для диапазона скоростей от 0,01 до 300 км/ч без коробки передач.
На низких частотах будет проблема с омическим сопротивлением индуктивности, на верхних - с ее собственным резонансом.
Реальные индуктивные преобразователи делают на диапазон частот в максимум 2 (от силы 3) декады, а Ваши требования - 5 декад. Возможное решение: разбивание диапазона частот на поддиапазоны и применение минимум двух преобразователей.

Да Вы все правильно говорите. Но еще раз прошу не заморачиваться на том, откуда берутся эти частоты на индуктивном преобразователе. Тут ведь еще и по амплитуде диапазон 140dB . Вопрос в том, как корректно согласовать такой преобразователь с имеющимся драйвером АЦП. Судя по всему нужен буфер. И хотелось бы, чтобы он тоже был однополярным 5В.
По поводу варианта1 слева - дифф.включение - здесь не все так очевидно. Если я его применю в противофазном режиме, то уничтожатся не только синфазные помехи, но сам полезный сигнал, который волею судеб наводится одновременно и синфазно на обоих катушках. Если включить " в фазе", то сигнал и помехи усилятся вдвое. Хотя я может быть чего то не догоняю

Не догоняете.
PS. 5 декад -это нереально.
Идеи вслух.
Надо дробить диапазоны
Надо модулировать входной сигнал.
Надо переходить на резонансный усилитель.

1. Никакого согласования по сопротивлению Вам не нужно, оно было бы нужно в случае длинного кабеля на входе.
2. Вам нужно согласование по шумам с учетом:
- полосы пропускания (это не критично, можно скорректировать в следующих каскадах, лишь бы не было острого резонанса).
- динамического диапазона (если он Вас интересует) - чем больше сигнал на входе, тем меньше шум, но и динамический диапазон тоже меньше.
3. Ни одна из этих схем Вам не подходит. Вам нужно в левую верхнюю схему добавить неинвертирующие усилители на малошумящих операционниках.

Почему не реально? Бывают полосы и по шире...
Какие диапазоны дробить (частотные, амплитудные?)
Модулировать входной сигнал в моем случае не возможно



Как корректно сделать согласование по шумам?
А на каких частотах может возникнуть резонанс в приведенных мною схемах? и какие причины этого? Шунтирование резистором ех. 100 Ом можно это предотвратить?
Последующих каскадов нет. В представленных схемах - драйвер АЦП. За ним идет АЦП.
На входе сигнал я немогу менять. Он "чужой". А большой диапазон меня как раз и интересует. И при этом хочется минимизировать шумы.
А какую роль будут выполнять эти "неинвертирующие усилители"?

Для обычной практики достаточно обеспечить условие:
напряжение шумов сопротивления источника >= напряжения шумов усилителя

Для этого надо знать индуктивность витка, точнее приведенную ко входу индуктивность и суммарную емкость монтажа и усилителя.

Можно (может быть другим номиналом), но не нужно, т. к. это увеличит шумы.
Лучше постараться отодвинуть резонанс подальше за диапазон.

Это можно сделать в цифре.

Для минимизации шумов нужен еще антиальясовый фильтр перед АЦП, как минимум 12дБ/окт.
Иначе АЦП перегонит высокочастотные шумы в полосу сигнала.

Согласовывать шумы источника и АЦП (см. п1). 1 кОм резисторы шумят прилично, да и у АЦП обычно шумы заметно выше чем у усилителя. В "неинвертирующих усилителях" надо использовать по возможности низкоомные резисторы в делителе обратной связи (определяется нагрузочной способностью операционника).

Возможно есть смысл зашунтировать датчик резистором с сопротивлением на порядок меньшим чем сопротивление индуктивности на минимальной частоте, а затем уже нормировать сигнал. Чисто активное сопртивление датчика скорее всего не велико, но все равно при таком решении желательно его уменьшить насколько возможно,

Небольшое дополнение:
Оптимальным решением (с точки зрения чувствительности) является схема, где "виток" включен как один из элементов обратной связи инвертирующего усилителя - между инвертирующим входом и землей.
Главный недостаток - возможные проблемы с устойчивостью.
Если по какой-то причине нельзя согласовать уровень шумов операционника с источником сигнала, например увеличением числа витков, то надо первым каскадом ставить мощный полевик с переходом (JFET).
Все это верно только если этот девайс находится в экранированном помещении, иначе надо согласовывать с уровнем атмосферных шумов.

Круто, в разах 1e+7 это при размахе 10V - 0 dB будет 1 uV возможно ли это???

Не знаю насколько возможно, но в ТЗ так написано. Я не спец по аналоговой технике. Но вынуждена в это вникать.

А что , существуют такие АЦП?
Я знаю только на 120dB, да и то для звукового диапазона.
Или это после фильтрации в узкой полосе?
Можно побольше выдержек из ТЗ?

Для начала давайте переведем Вашу необходимую чувствительность в необходимую спектральную плотность шумов. Тогда будет понятно, за что можно бороться.
У Вашего АЦП за счет 1 Ком резисторов на входе (не берем пока другие шумы), шум в полосе 1 Мгц - 6 мкв. Что при идеальных условиях даст динамический диапазон чуть более 100 Дб. Поэтому парметры ТЗ даже теоретически недостижимы.
Какова площадь и индуктивность Вашей катушки ? Кто-нибудь промерял спектральные характеристики ее шумов до того, как писать такое ТЗ ? С этого надо начинать, я думаю многие пункты Вашего ТЗ отвалятся сами собой. Еще надо измерить Z(f). Без этого обсуждать пока нечего.

Там ошиблись 50-60 dB, не думаю что люди которые в состоянии сделать это могут так кидаться децибеллами..

AD 7760 - 24 разряда, что соответствует 144 дБ.


Шумы есть, их не может не быть . Но однако существуют методики выделения сигнала на фоне шума. Причем оооочень слабых сигналов и очччень сильных шумов.
Пока, что у меня стоит вопрос о корректном согласовании витка с имеющимся драйвером АЦП. Неужели для методики расчета при согласовании нужны конкретные размеры витка и измерния Z(f)? А для чего тогда формулы существуют?
И почему вы считаете, что ТЗ не нереализуемо? Ну имеем на входе сигнал в диапазоне 140дБ, из них 50 дБ помехи. И что тут необычного?

Features

* 120 dB dynamic range at 78 kHz output data rate
* 100 dB dynamic range at 2.5 MHz output data rate
* 112 dB SNR at 78 kHz output data rate
* 100 dB SNR at 2.5 MHz output data rate
* 2.5 MHz maximum fully filtered output word rate
* Programmable oversampling rate (8X to 256X)
* Fully differential modulator input
Ну, до 144дБ ему далеко.
Разве что в полосе 0.01Гц.

Время передачи одного символа при этом тоже будет очччень большое.
Можно конечно передавать одновременно много символов, что-то в этом есть.
Если еще учесть что атмосферные шумы не интересуют, то очень похоже на скрытную систему связи с подводными лодками.
Вас за разглашение не привлекут?

Для разных сопротивлений источника схемотехника разная.
Методику я уже описывал.

Ну значит в ТЗ должно быть написано: ДД по шумам 90дБ (в полосе 1МГц) или 140дБ (в полосе 0.01Гц).

Эти дБ, котрые Вы указали характеризуют работу АЦП при разных кофф дицимации. А я веду речь о динамическом диапазоне входного сигнала.
Я не на подводной лодке . Но разглашение не предусмотрено . Меня интересуют шумы самого разного происхождения и атмосферного тоже. Но это тема другого разговора. Сейчас мне надо просто корректно стыкануть источник сигнала (один виток диметром 50см) с драйвером АЦП (см datasheet). А дальше я хочу увидеть все эти шумы и сигналы как можно точнее. А вот что с ними дальше делать - другая тема.

Ваш виток ведь не находиться в вакуумной экранированной камере при температуре жидкого гелия. А находится в составе какого-то вполне реального прибора, где вокруг еще есть железки, электромагнитные поля и т.п. Поэтому нужно на спектроанализаторе снять шумовые характеристики этого витка в реальных условиях. Из тех же соображений необходимо практически снять характеристику Z(f).
Динамический диапазон входного сигнала в полосе 1 Мгц теоретически (по тепловым шумам) ограничен 100 Дб, реально будет еще хуже.

Это плохо, в воде было бы проще.
Вам про емкость монтажа правильно говорят.
Представьте, что рядом с вашим прибором случится электромагнитный разряд. Защита у вашей схемы отсутствует, т. ч. изобразите все компоненты.
P.S. Из ваших слов я могу предположить, что вы делаете сканирующий приемник.

По поводу защиты входный цепей тоже интересных вопрос. Если защищать встречно включенными диодами, то требуется последовательно ввести гасящие резисторы порядка 1Ком, что ухудшит помеховую ситуацию. И какие искажения внесут защитные диоды? Может быть есть какие то другие малошумящие варианты защиты? И еще непонятно, как включатьвстречные диоды при однополярном источнике питания драйвера?

Ну если параметры АЦП Вас не интересуют и Вы собираетесь обеспечивать динамический дипазон за счет аттенюатора, то все резко упрощается.

"просто корректно стыкануть" - не знаю что Вы имеете в виду, но обычно от приемника требуется максимально возможная чувствительность при оговоренной нелинейности. Это у Вас приемник или чувствительность тоже не интересует?

На входе может быть диодный смеситель, как у приёмника.
Если это приёмник.

Это не приемник, а индуктивный преобразователь. Я же говорила: дается прямоугольный импульс и анализируется отклик. Ну типа как в кладоискателе . Мне не нужен смеситель. Мне нужна защита от перенапряжений на входе драйвера АЦП, которые могут случайно возникнуть.

А можно ваш прибор классифицировать как локатор, у которого на входе имеется приемник?

Фактически, у Вас СверхШирокоПолосная технология. Ну и делайте как обычно в этом случае.
Например.
Шунтируйте виток низкоомным резистором (10-100 Ом). Подключаете малошумящий усилитель с нужной полосой и усилением и согласованный на это сопротивление. С помощью генератора перепада возбуждаете виток и по форме принятого сигнала уточняете величину этого резистора. Может быть потребуется еще подобрать величину и последовательного (если сигнал будет подаваться прямо на вход).
Если возбуждать будете штатным способом (другим витком), нужно быть уверенной, что он не звенит.
При такой отработке металлические предметы размеров соизмеримых с антенной должны быть удалены на большое расстояние - метры и более, чтобы не вносить искажения своими резанансными характеристиками.
Практически при таком способе не нужна другая защита от перенапряжений и сильных сигналов, разве что изоляция витка для защиты от сильной статики. Важно время восстановления у усилителя после перенапряжения.
Низкоомное шунтирование позволит использовать первые два Ваших схемных варианта, в противном случае , как мне кажется, на входе перед резисторами 1КОм необходимо поставить повторители.

Посмотрите пдфку, правда не Ваш диапазон частот, но что-то может пригодиться.

Саломея, если это не коммерческая тайна, что вы такое делаете?
Я недавно сделал (ну и продолжаю развивать) такого же рода магнитный датчик.
На сегодняшний момент получилась полоса 0.3 Гц - 80000 кГц при неравномерности -3 Дб. Так что пять декад - реально, другое дело при каких требованиях к динамическому диапазону, нелинейности и уровню шумов. И вот как раз с этими характеристиками пока у меня не очень получилось (не удалось достичь пока требуемых значений).

140 дБ динамического диапазона в такой полосе частот скорее всего сравнимо со "спейс шаттлом", т. е. нечто запредельно фантастическое и без разделения на частотные и амплитудные поддиапзоны наверняка недостижимое.

Поставив такой смеситель о динамическом можно забыть сразу, у него максимум ~ 10 dBm...

М. б. вы сможете как-то классифицировать данный прибор, а то кроме как "одна хреновина" (датчик, преобразователь) ничего не слыхать.
Уж больно заинтриговали.

Датчик - измеритель переменного магнитного поля. Первчный преобразователь магнитной индукции в электрическое напряжение.

Это был пример, иллюстрация, тсз. Кстати, там на картинке написано.
Я вообще-то хотел о синхронном детектировании.

Так и при синхронном детектировании применяя такой смеситель динамичесский диапазон
будет там же....

Немного не в тему.
Как вы думаете, чувствительность при сихнронном детектировании повысится?
Фраза ЯМР знакома?

ЯМР ядерный магнитный резонанс что ли...

Касаемо синхронного детектирования это вообщем способ амплитудного квазилинейного детектирования несущей, и в данном случае икомый сигнал можно промодулировать, затем в узкой полосе усилить ....
покрайней мере можно получить чувствительность, ну а сам сихнронный детектор организовать
на моп ключах по крайней мере уровень обрабатываемого сигнала может составить еденицы вольт...вот..
надеюсь что ничего не напутал...

Вы абсолютно правы. Будет самая лучшая чувствительность из известных мне схемотехнических решений.
Технические детали можно оставить на усмотрение автора темы.

Cинхронный детектор он же "zero" обладает одним замечательным глюком,
благодаря которому пока еще кормимся, поскольку другие о его существовании не подозревают

А по части задачки ... да все уже давным давно сделано ... что там думать ...
В данном случае необходимо купить SHDSL модем (~$130) там уже все реализовано
в самом наилучшем виде ... лучше уже не бывает.
Вместо входного транса подключить те виточки ... и включить этот модем в режиме анализатора спектра ... или написать свою прикладную задачку ...
Делов то
Там и выход езера есть и все такое ...

Я тоже.
Конвенцию соблюдайте.

Готов уступить за 125.
Мин. кол. 100 шт.

Ув. участники, сорри за дезинформацию, в сообщении #38 следует читать "80 кГц " вместо "80000 кГц". Очипятка, панимашь...

А что Вы такое делаете, если это не коммерческая тайна?

А каких параметров хотели достичь и что получилось?