Это не я, это Вы заявили, что Вам нужен усилитель с максимальной чувствительностью.

У Вас в посте 29 написано во множественном числе:

и я понял что это графики для разных антенн, и взял для расчетов с меньшим сопротивлением.
Так это для одной и той же антенны или для разных?

Если оба графика для одной и той же антенны, то шумы антенны будут около 4nV/√Hz и усилитель с шумом 5nV/√Hz вполне подходит. Если же активное сопротивление намного меньше, то просто чувствительность будет неоправданно занижена.

Запросто. Существует ведь еще механичесная "сущность" антенны, которая преобразуется к электрическим параметрам. Там свои RLC, и включены они, в общем случае, могут быть как угодно. Эквивалентную схему нужно давать с уучетом этого. Ну или объяснить, почему взаимодействием антенны с окружающим пространством можно принебречь. (Хотя какая она тогда будет антенна ?).
Если смотреть на графики, то активное сопротивление определяется по-видимому, излучением. И будет параллельным. Параллельно ему - емкость керамики и последовательный контур из приведенных L и C, соответствующих мех. резонансу керамики. Но он практически задемпфирован.

alexkok, Вы не правильно поняли. Графики эти для одной модели антенн (говоря антеннЫ я имел виду их множество одной модели =)). А по поводу шума. Я вот о чем спрашиваю. Положим, что по нашим расчетам, шум антенны 4nV/√Hz (ну чисто гипотетически). Усилок шумит, скажем, 10nV/√Hz. С чем и как соотносить эти числа? С диапазоном усиливаемого сигнала, друг с дружкой, с чем-то еще? Как числено оценить снижение чувствительности в таком случае (при условии, что усиливаемый сигнал порядка мкВ) если бы я взял усилок с шумом 4nV/√Hz вместо 10nV/√Hz? И насколько я понял из ОТТ-а, тепловой шум - это явление не реактивного сопротивления (как и говорил Stanislav, может я не прав). Спасибо, что помогаете.



И вопрос пока повис про LDO - сколько напряжения в хороших "откусывается" от входного?

Тогда задача, на мой взгляд (есть другие мнения), упрощается - шумы усилителя 1nV/√Hz не нужны.
Но надо проверить насчет минимального сопротивления излучения среди возможных типов антенн.

В первом приближении можно друг с другом. Но более правильно построить кривую суммарного шума на входе от шумов усилителя и решить для себя, с учетом стоимости усилителя или его разработки, какие шумы усилителя являются приемлемыми. Кроме того надо учесть внешние шумы принимаемые антенной, они, вполне возможно, могут ограничивать чувствительность. Как в КВ диапазоне например.

Да, это так, Вы поняли правильно. Но есть ещё и шумовой ток усилителя. Произведение этого тока на комплексное сопротивление источника тоже будет на входе усилителя, даже если сопротивление источника чисто реактивное.

Десятки мВ, зависит от тока, надо смотреть дэйташиты.

Это все хорошо... но смысла мне не раскрыло . Я не знаю как соотнести минимальный диапазон усиливаемого сигнала (напряжение на входе усилителя). Может перефразировать... меня интересует физический смысл выражения "1nV/√Hz" (уж простите за мое невежество).



Согласен и сей факт осознаю.

В очередной раз, благодарю.

Согласно Вашей модели, на 1кГц мы будем иметь параллельно соединенные 12нФ и 1кОм, и шумовой ток усилителя нас практически не интересует.
Сравните с последовательной схемой и почувствуйте разницу.


Формула для теплового шума содержит параметр "B" - это полоса частот и "1nV/√Hz" надо умножить на √B. Но в качестве полосы для сигналов с широкополосной модуляцией надо брать полосу после свертки. Спросите этот параметр у тех кто заведует обработкой.
И ещё поинтересуйтесь для какой модели, последовательной или параллельной, эти графики.

..,чтобы получить действующее значение помехи (спасибо, к это му же и пришел - книги некоторые странно пишут все-таки).



Не осознал. В честь чего? Антенна сама по себе имеет полосу пропускания, которая, по заданию, лежит ниже 50 КГц. С нее мы и принимаем сигнал. В качестве частоты среза для расчета B брать заданные 50 КГц. Или я не прав?

Не прав. Я затрудняюсь объяснить это достаточно понятно, но для широкополосных сигналов есть понятие "мгновенного" спектра, фактически это ширина спектра передаваемого полезного сигнала.
Вот его-то и надо брать для оценки шумов в канале передачи, при вычислении динамических диапазонов.
Можно для примера рассмотреть случай ЛЧМ сигнала.
Допустим сигнал состоит из 50 кусков синусоид сдвинутых между собой на 1кГц. Длительность каждого куска 1мсек, т.е. полоса 1кГц.
Все эти синусоиды идут одна за другой от 1 кГц до 50. Суммарный спектр будет 50кГц, а мгновенный всего 1кГц.
Оптимальный приемник будет перестраиваться синхронно с сигналом и спектр шумов на выходе будет всего 1кГц.

Это надо, чтобы он еще умел перестраиваться, а если без перестройки - то полоса будет полная.

Про LDO - десятки милливольт - это правильно, только стабилизации при этом нет никакой. Чтобы была, лучше рассчитывать хотя бы на 0.7 В у лучших образцов, а так - 1 В.

Alex11, спасибо за уточнение по LDO. Ваш пример, alexkok, очень понятен. Но только, действительно, создать нечто подобное (перестраиваемый приемник) в моих условиях (когда не полосы несущей, ни количество полюсов модуляции) сложно. Поэтому вижу разумным, все же брать полную полосу (по крайней мере до тех пор, пока это не приведет к новой сложнорешаемой задаче).
Что касается DC/DC. Был совет экранировать. Кто что может сказать по поводу собственных экранов (корпусов он же экран) некоторых DC/DC? Если располагать ну не совсем прям близко к аналоговой части (2-3см)?

Перестраиваемый приемник это только пример, Вам его создавать не нужно.
И если даже потребуется, сейчас это делается в цифре.

Самое правильное это использовать суммарную плотность шумов, она Вам потребуется для расчета коэффицциента усиления до АЦП, после того как выберете АЦП.

Есть два правильных усилителя AD797 (меньший шум напряжения -0.9 нВ, больший тока - 2пА) и AD8671/2/4 (больший по напряжению - 2.8 нВ, меньший по току 0.3 пА). Шумы - на 1 кГц. Первый для более низкого сопротивления источника, второй - для более высокого. Сигнал сначала усилить, потом фильтровать (антиалиас) потом масштабировать (+ возможно дополнительно фильтровать на входе АЦП) на чем угодно (если нужно, вообще весть оговоренный диапазон можно перекрыть одним ударом). Подходящих АЦП - вагон и маленькая тележка.
При расчете - учесть емкость кабеля обязательно. Все шумовые параметры прекрасно считаются в симуляторе Orcadа.

Опять же прошу помочь с расчетом (или где читать).

На AD8671/2/4 уже смотрел, но их лучше наверное за предусилитель. А еще недавно нашел ina163.

А что тут собственно считать?
Из дэйташита на LT1028:

The total input referred noise of an op amp is given by
et = [(en)2 + (rn)2 + (InReq)2]1/2
where Req is the total equivalent source resistance at the
two inputs, and
rn = √4kTReq = 0.13√Req in nV/√Hz at 25°C


AD8671 вполне подходит на мой взгляд в качестве усилителя.
Если выбрать в качестве АЦП PCM4222, то у них плотность шумов где-то 13nV/√Hz при частоте дискретизации 96кГц.
Т.е. усиление должно быть 3-4, плюс дифференциальный усилитель с единичным усилением (у PCM4222 дифференциальный вход).

alexkok, признаться смутило понятие "плотность шумов". Я бы назвал это "мощностью шумов" (из которой легко приходим к "уровню шумов"). Но это так, недопонял. Меня вот интересует еще такой вопрос. Даже вопросы. 1. Откуда беруться 13 nV/√Hz (для PCM422x, что за параметр, или из каких параметров получается). 2. Собственно смежный вопрос. Если, скажем АЦП имеет разрядность 24 бита и динамический диапазон, скажем 110 дБ, то насколько я могу понять, динамический диапазон в данном случае ограничивает эффективную разрадность преобразователя? Если так, то тогда очень хочу узнать из каких составляющих складывается эффектвная разрядность АЦП? Только ли из SNR приведенного в даташите для этого АЦП? На некоторый АЦП просто так и приводится параметр "dynamic range", в то время как на другие - нет.

Мощность шумов получается из спектральной плотности шумов умножением на полосу.

Максимальное дифференциальное входное напряжение 5,6Vpp -> 2,8Vmax -> 2Veff/118dB -> 2,5uV/√40kHz ~13nV/√Hz
Но это дифференциальная плотность шумов (тут я немного ошибся), надо ещё привести к "single ended", т.е. разделить на два и получим ~ 6 nV/√Hz.
Для такой чувствительности достаточно усилить сигнал всего в два раза.

естественно

Да, из невзвешенного "dynamic range".

Спасибо за разъяснения. Никак не могу решить проблему питания всего этого дела. Если использовать правильные AD867x или ina163 (инструментальный предусилитель с шумом в 1nV/√Hz на 1 КГц), то без двуполярного питания не обойтись. Как я и писал, есть желание сделать все это дело на базе преобразователя из +5 в +-5В. Пульсации можно конечно фильтровать парой Г-образных LC-фильтров, но для полного счастья было бы отлично использовать LDO. Только вот найти стабилизатор на -5В не так то просто. Да и можно ли так включать пару LDO (один на +5В, второй на -5В, у обоих ноги земли соединять вместе и цеплять к общему выводу DC/DC)? Или LC должно хватить. Если принять пульсации на выходе DC/DС, скажем, 100 мВ (в полосе 20 МГц), коэффициент сглаживания 1000 или лучше 10000 для всего фильтра (дроссели правда (вдвоем) размером с маломощный DC/DC будут, видимо). Пойдет?

TPS60403

TL431

Я все равно, хоть убей, не понимаю, зачем Вам обязательно двуполятное питание. Фильтрануть смещение для опера гораздо проще, тем более, что Вам не интересны самые нижние частоты. А далее Вам все равно придется это смещение добавлять при согласовании с АЦП, его-то Вы никак на двуполярку не развесите. Или цифровой сигнал получится относительно -5, а не относительно земли.

Спасибо, смотрю.
Alex11, а я хоть убей не понимаю, почему правильных усилителей так много с двуполярным питанием и так мало с однополярным.

Предусилитель краю как и советовали на AD8671. А дальше есть желание использовать пару усилителей AD8253 и AD8250. Это инструментальные усилители с неплохими вроде характеристиками. + цифровое управление усилением. А потом уже и АЦП. Кстати, АЦП присматриваю уже в сторону AD7764 - есть мнение, что в будущем планируется развивать систему и потребуется поднять частоту до 100 КГц - будет хоть один модуль обучен. Кто что может сказать по этим девайсам?

На самом деле у PCM4222 110дБ это наихудший случай- узкая спектральная палка на частоте, как то связанной с тактовой частотой АЦП. Если посмотреть на шумовые спектры то видно, что шумовая полка лежит где-то в районе 140 дБ, т.е 23 бита с копейками. Для борьбы с такими спектральными палками есть "финт ушами"- цифровать сигнал два раза с различной (некратной) тактовой частотой АЦП. Если это не аудио-применение (тактовая непривязанна жестко) то такое решение иногда очень помагает.
И еще бывает неплохо сделать вход с трансформатором- он обрезает полосу на НЧ (там, где шум большой) и симметрирует сигнал. Вообще работать с сигналами с динамикой больше 100-110 дб в недифференциальном включении как усилителей, так и линий связи ИМХО бессмысленно. Так что от источника и до ацп сигнал должен идти по экранированной витой паре и все каскады должны быть симметричными.

Если не сложно приведите Ваши выкладки для 8671 - очень интересно при Ваших входных условиях посмотреть что получится; меня смущает 0.3 пА / Hz**1/2

P.S. кстати AD8655 single supply

Приведу как только переведу из рукописей. А что конкретно смущает в 0,3 пА? Это всего-навсего дополнительные 0,6 нВ при 2КОм источнике. У меня только тепловой шум антенны примерно 3,4 нВ_на_корень (это при эквивалентной частоте равной частоте среза и не учитывает прочие источники шума, которые могут существовать в антенне, об устройстве которой я имею весьма смутное представление). "На тоненького", конечно (3,4 против ~(2,8+0,6) = 3,4)), но что делать. Если втыкать ФВЧ на RC-цепи на входе (чтобы убить постоянку и НЧ), то будет небольшое смещение и все. С этим тоже можно бороться.

Самые малошумящие усилители это параметрические.
Шумы на минимуме, т.к. нет шумящих элементов, усиление на максимуме.
Для фиксированной частоты однопараметрический усилитель.
Для диапазона - двухпараметрический.
Делали однопараметрический с кооэф усил, помню, от 160.
С диким усилением нужен экран со всех сторон.
Схемка однопараметрического очень простая. Деталек 7, помнится.

Такое бывает?!

Привели бы схемку в качестве примера. Любопытно, что имеется в виду.

Может сказал не правильно. Двух контурные и одноконтурные. И шумы на минимуме! (Я не писал что их совсем нет. Шумовая температура всего 50-100К. Если охладить то можно получить и 10-20К)
Ввлел в яндексе "Параметрический усилитель" и выдало. Вообще этим я занимался несколько лет назад. Была выбрана из горы книжек по этой теме книжка, затем выбрана была схемка. Далее расчет. Названия книги не помню и разумеется схему уже давно забыл.
Помню, что из-за дикого усиления эта схема отказывается работать на свежем воздухе, т.е. её обязательно нужно с наружи экранировать со всех сторон.
Еще их сложно расчитывать (дифуры одни).
Чтобы со всякими интересными жидкостями не мучиться, типа гелия или чего там еще, нужно эти именно усилители и использовать.

А что было нелинейным элементом? Варикап или феррит? Вообще интересно- параметрика на звуковые частоты. Можете пример рабочий привести? И каков импеданс по входу? Там же наверно трансформатор нехилый резонансный нужен?

http://www.springerlink.com/content/r26n6403vj316245/ - селеновый преобразователь
Вопрос вдогонку - кто может подсказать готовое решение с параметриком на частоты 0-10кГц с переносом вверх ?

Простите, но Вы не поняли.
"Сопротивлений" в классическом смысле слова в пьезокерамике нет (во всяком случае, ими смело можно пренебречь). Речь идёт об эквивалентных параметрах антенного элемента, и сопротивление, о котором здесь идёт речь, есть ничто иное, как эквивалентное сопротивление излучения.

Совершенно так же и подумал.
В районе 18 кГц лежит собственный резонанс пьезопластины, как Вы и заметили, основательно задемпфированный. Для более высоких частот он должен быть эквивалентен параллельно включенному сопротивлению излучения и ёмкости обкладок.

Как это не интересует?

Дык, весь вопрос-то и состоит в том, какова именно эта эквивалентная схема.

Чего расчитывать-то собираетесь?

ЗЫ. Вот видите, сколько флейма из ничего. А, между прочим, к решению задачи ни на йоту Вы не продвинулись.
Так что мой Вам совет: отложите на время это гиблое дело. До выяснения условий, без осознания которых, повторюсь, Вашим трудам суждено отправится прямиком в корзину.

Stanislav, объясните мне наконец, что мне такого даст эквивалентная схема? Это отдельное, как мне кажется не простое исследование. Знаете сколько книг я видел в жизни по гидроакустическим антеннам? Две. И те мои ровесники или старше. С такими сигналами именно в гидроакустике работают единицы, это очень малоизученное направление.

Stanislav совершенно прав. Пока у вас нет эквивалентной схемы источника сигнала вы не сможете подобрать правильный усилитель.
Меня сильно смущает активное сопротивление 1 кОм. У меня ощущение, что кто-то кого-то обманывает. С акустическими датчиками (правда вибраций) мне приходилось работать довольно много. Все они (несмотря на разные кривые, приводимые изготовителями) представляют собой чистую емкость для всех частот далеких от резонанса (или резонансов). Даже если предположить идеальный акустический контакт, то активная компонента всяко сильно зависит от частоты, чего не наблюдается. Лучше измерить импеданс самому, много иллюзий пропадет. Может быть это килоом просто впаян для неизвестных целей? Тогда его нужно выкинуть и заменить входным сопротивлением усилителя - при этом сигнал/шум улучшится во много раз.

Исходя из чего подбирать? Сопротивления источника и, как следствие, шумовых параметров? Вы часто говорите начальнику "очень сомневаюсь в том что Вы мне дали" =)? Может оно и так. Мне правду хочется знать (хотя бы для того, чтобы аргументировать свою позицию перед начальством), что такого мне может поведать эквивалентная схема, кроме собственно активного и реактивного сопротивлений (которые есть в неполноценном виде на графиках) и дополнительной информации о возможных источниках шума? Требуемая полоса от этого не сократиться, а новые данные о том, что антенна сама шумит как ЛЭП только упростят процесс. Видимо я чего-то не догоняю...

Читайте внимательнее, я же написал практически.
Т.е. для 1к на 1кГц (параллельый эквивалент) шумовой ток до 2-3pA/√Hz никого не волнует.

Схема следует из приведенных графиков, а именно последовательная.

Ну как же, уже главный ОУ выбран.

Не идеально сделанный проект гораздо лучше не сделанного вообще.

Может все же автору сабжа обратиться за помощью в фирмы, которые подобные вопросы решают вполне профессионально ?
Так сказать, съездить в творческую командировку

На выбор:
"Океанприбор", ЦНИИ Крылова, ЦНИИ Гидроприбор, АИ Андреева, ИПФ РАН Тихоокеанского океан.инст-та, Инст-т океанологии Ширшова, ЛЭТИ, ЛКИ...

Дело в том, что для источника сигнала с активным сопротивлением 1 кОм и для чисто емкостного датчика (а пъезокерамика именно такой источник) используются совершенно разные усилители. Разница в получаемом отношении сигнал/шум может достигать десятка раз, особенно на нижних частотах диапазона.

Я, как и другие, писал здесь уже: возможность правильно спроектировать усилитель.

НЕ отдельное. Усилитель с датчиком всегда составляют единое целое, если действительно есть необходимость получить приличный результат.
Никто и не говорит, что сделать такой узел просто. Только, по-моему, Вы ставите телегу впереди лошади. Если нет документации по параметрам датчика в заданной полосе частот - так измерьте их, черт возьми! Это не так уж и сложно. Схему измерения можете разработать самостоятельно и выложить здесь - покритикуем и посоветуем, если что.
Под лежачий камень вода не течёт...

Тем почётнее будет Ваша работа. Если выполните её на совесть, конечно.

Это так. Кроме того, адекватная эквивалентная схема позволит рассчитать параметры противошумовой коррекции.
Только, сдаётся, изначальные требования к системе чересчур круты, и не отвечают реалиям жизни.

Да нет, мы рассчитывали усилители для вибродачиков. Динамический диапазон (THD+шум) получается порядка 120 дб при частотах от 1 Гц до 50 кГц вместе с датчиком. Но это если в самом датчике установлен правильный предусилитель и только потом сигнал идет в кабель.

Абсолютно согласен.
Постановка задачи здесь не обсуждалась, но делалась скорее всего таким же "спецом", а может и автором топика.
Скорее всего окружающий акустический шумовой фон как минимум на порядок больше шумов усилителя.



Для гидроакустики?

Нет, именно вибродатчиков для измерения вибраций в механических конструкциях. А большой динамический диапазон и минимальные искажения как раз и нужны именно для хорошего подавления окружающего акустического фона при синхронном детектировании и спектральном анализе.

Здесь могут быть ньюансы. Сильно зависящие от среды, в которой находится датчик. Кроме того, Вы не указали максимальный уровень сигнала (давления, или силы), при котором был получен данный ДД. Для современных датчиков верхний предел может измеряться десятками (если не сотнями) кг на кв. см. Гидрофон, который "слушает" море, имеет воздействие давления на 6-9 порядков меньше. Вот если бы написали, какое отношение С/Ш получается при ЭДС датчика в 1 мкВ, было бы гораздо интереснее.

ЗЫ. Главная задача здесь состоит не в том, чтобы получить большой ДД, если я правильно понял Автора темы. А в том, чтобы разрешить сигнал порядка 1 мкВ на фоне шума. Для такой полосы это представляется весьма проблематичным.

ХЗ. Смотря какого усилителя...
Я не большой копенгаген в данном вопросе, но от свидомых людей слышал, что под термоклином шумы "верхнего моря" практически не мешают акустическому наблюдению.

Design of a low noise preamplifier for ultrasonic transducer

Универсальных рецептов, к сожалению, не бывает.
Статью просмотрел по диагонали. Там немного другое - ультразвук. Но, вероятно, Автору темы прочитать будет полезно.
ЗЫ. Схема в конце вряд ли подойдёт здесь. Для минимизации шумов усилок, вероятно, придётся делать на дискретных элементах.

К сожалению мне не оценить сигнал на входе предусилителя датчика. Но при выходном сигнале 3 В (RMS) датчик обеспечивает лучше 120 дб сигнал/шум. А коэффициент усиления преда - неизвестен, оценка 10-100.


И низкие частоты срезаны ниже 150 кГц. Не тот случай.

Усилитель вроде как выбран.
А по поводу шумов: шумы моря

Ну, при 3 В 120 дБ максимум - это 0дБ отношения С/Ш при входном сигнале 3 мкВ. Автору же нужно разрешить сигнал около 1 мкВ, т.е., грубо говоря, получить отношение С/Ш при таком сигнале больше, чем 0дБ (хотя, тут снова могут быть ньюансы проистекающие из некорректно поставленых условий задачи).
Ваша пластина, как я понял, жёстко задемпфирована (точнее, согласована по акустике с объектом зондажа), и даёт ЭДС, пропорциональную давлению.
В воде полного демпфирования неполучится - скачок акустических свойств сред очень велик, а согласовать их практически невозможно.
Вам, вероятно, приходится работать даже не с усилителем напряжения, а с усилителем заряда. Причём усилок располатается в непосредственной близости от датчика - по другому и быть не может.
Однако, для воды, насколько я понимаю, придётся применять несколько отличные решения. Там датчик ёмкостным считать нельзя.

Я бы не стал горячиться по этому поводу.
Поскольку ничего пока не ясно. А опер - это не усилитель (в смысле функционального узла), а всего лишь усилительный элемент - подходящий или не подходящий.
Для себя я когда-то поставил правило: делать усилок так, чтобы его собственные шумы по мощности были не менее, чем в 10 раз ниже шумов источника сигнала. Не всегда получается, но стараюсь.
Аццтой.
Ну зачем приводить такие статьи? Это лишь научно-популярная муть.
Есть у меня более-менее приличная книга: "The Ocean Engineering Handbook". Счас на местный FTP выложу, потому как здоровая...

ЗЫ. известное место/upload/PHYSICS/Ocean_Engineering/

ЗЗЫ. Ещё вывалил туда кое-что из собственной библиотечки. Надеюсь, полезное...

Откуда такая уверенность, если автор сам не знает толком что ему нужно?

Такой подход (не считаясь с ценой) годится только для оборонки разве что.
Можно, конечно, и в данном случае такой усилитель сделать на дискретных, но, во первых, это никому не нужно, во вторых, Вы согласны его сделать бесплатно? Я нет.

Для оценки более чем достаточно.

Не имею доступа.

Из названия темы.

А для чего ещё подобные задачи могут ставиться?
Кроме того, не соглашусь по сути немного: вояки обычно ставят задачу конкретную, и расписывают её как положено - там свои спецы имеются. Задача разработчика - сделать не хуже, чем требуют. "Перевыполнение плана" особенным прогибом не считается.
Хотя, возможно, я отстал, и сейчас всё не так...

Я же от работы, кроме ощущения рутины, привык получать некое удовольствие. Отсюда и правила непонятные всякие.

Во-первых, "если звёзды кто-то зажигает, значит, это кому-нибудь нужно" (Ц)
Во вторых, сделать - согласен. С помощью Автора темы ессно. Для хорошего дела времени не жаль. А всех денег не заработаешь.

Не согласен.
Там, если отбросить незначащие слова, нет ничего полезного.

Положил сюда.

Но ж.. рвать только потому что кто-то наверху не умеет считать и перезакладывается на порядок тоже не интересно, только из спортивного интереса разве..

Дело не только в деньгах, а и в наличии времени.

Спасибо за книгу, посмотрю на досуге.
А теперь угадайте: какая картинка откуда и в какой больше пользы?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Вы забыли про коэффициент усиления предусилителя, который по оценке от 10 до 100. Сигнал на его входе от 0.3 до 0.03 мкВ соответственно.