На рисунке представлен входной каскад измерительного тракта (предназначен для усиления в 5 раз и преобразования дифференциального в двухполярный сигнал). При приходе сигнала более 2 В происходит защелкивание каскада, а необходимо чтобы при превышении напряжения переходил в режим усилителя-ограничителя при этом шум дополнительных цепей был минимальный (на уровне микровольт). Как лучше всего сделать? (Скорость нарастания сигнала не более 1 кГц, максимальный сигнал (возможный) не более 3,5В, все надо ограничить 2 В).

Вы понятнее напишите... То, что у Вас нарисовано - линейный усилитель. Чтобы сделать точное ограничение нужны нелинейные элементы. Использовать для этой цели ограничение по питанию неправильно. Есть специальные микросхемы для этого. Или ищите по форуму. Обсуждалось.

Согласен, на рис. стандартная схема линейного усилителя с преобразованием дифференциального сигнала в биполярный. Вопрос вот в чем: как ее можно изменить (какие элементы добавить) чтобы получить в 0-2 В линейный режим, свыше 2В - режим ограничения, при этом (а это самое главное) шум от внесенных элементов был минимальный. Понятно что необходимы нелинейные элементы, но как при этом добиться (и возможно ли это) чтобы при закорачивании входа (нулевой сигнал) шум был на уровне 10-20 мкВ на выходе каскада.

Во первых, вопрос: защелкивается в случае превышения входного сигнала уровня 2 В при выключенном питании схемы и последующим его включении при 2-х В на входе, или при заранее включенном?
Скорее всего, я думаю, это первый случай. Поскольку питание +-12В. Есть одно лекарство- нужно ограничить токи ч/з входы 1-го ОУ в режиме их перегрузки по входу- просто поставить последовательно резисторы. Величину их лучше сделать максимально- возможной с точки зрения шумов, приведенных ко входу и сужения полосы пропускания схемы. Можно дополнить это парой диодов на каждом входе ОУ, подключенных в обратной полярности к источникам питания (+) и (-). Т.е катоды подключить к (+), аноды- к (-). Диоды, если не предъявлять особых требований к их утечке, типа КД510.

А что вообще под защелкиванием понимается? Тиристорное защелкивание с адским нагревом и последующим выходом из строя? Или неадекватное поведение микросхем за пределами их допустимых входных напряжений, но не вылезающих за пределы питаний?

Защелкивание происходит уже во включенной схеме: изначально сигнал маленький (порядка 0,1 -10 мВ), далее в некоторый момент (сниматься с датчика (его переделать нельзя) - может повыситься более 2 В (сигнал более 2 В - не нужен, дасточно что покажет 2 В и дальше прямую, до спада сигнала меньше 2 В) - при этом и происходит защелкивание - по выходу постоянное напряжение порядка - 3... -6 В (на выходе каскада) и схема не на что не реагирует, восстановление - только переключением питания.
Просто диоды - как мне кажется будут сильно шуметь. Выбрать ОУ с запасом (и по напряжению) - то же плохо - увеличиться собственный шум, т.е. вариант только один: в заданном диапазоне входных напряжений - линейный усилитель, свыше - чисто ограничитель.

Если я правильно понял, то проблема всего лишь в некорректно выбранной комплектации. Неужели нет подходящего ОУ, который бы не творил чудеса при Uвх близко к райлам? Наверняка есть. Более того, наверняка готовые инструментальники хорошие такие есть.

2 Leonmezon: а это точно не сам датчик защелкивается? Судя по схеме в ней нечему защелкиваться. Что будет если в этом состоянии отключить датчик и соединить оба входа с землей?

Есть-есть. Есть некоторые плохие ОУ, как правило довольно древние, которые мало того, что инверсией фазы занимаются при |Uвх| > |Vcc|-dead_zone, а еще и там остаться могут.

Тут вроде как не древние, но может вся схема в сборе и дает такой эффект. Мне непонятно, а почему не взят op284, который бы заведомо не имел таких проблем ?

8675(6) Очень хороший(е). Не защелкивались у меня.
Автор не написал, а зря, какие у него напряжения в схеме при защелкивании. Может защелкивается диффусилитель. Он, кажется, из древних.

Как раз написал, и из его цифр напрямую следует, что дифусилитель и защелкивается. Что и логично - выход из допустимых входных напрягов -> инверсия фазы -> OOC=>ПОС -> кирдык.

И ещё: может защелкиваться от невидимых автору выбросов типа "иголок", так что, скорее всего, может потребоваться ограничение скорости нарастания сигнала на входе простейшим фильтром. Вообще, выводить голые входы ОУ "на улицу" без защит- так никогда не делается, а если делается, ничего хорошего не получается.
П. С.: от диодов шумов не предполагается, если они не отперты.

... И плавают в жидком гелии А еще они емкости на питания.

а кстати, автор вообще хочет получить -90 дБ уровень шума в полосе до 1кГц. Не многовато?

Вообще про этот AMP03 пишут что у него входной сигнал +/-20В при питании +/-15, так что маловероятно...

И правда Ваша! Более того, при нарисованной схеме еще больше.
И по этому поводу вопрос к автору - зачем нужны дополнительные резисторы R3 и R4?
Зачем тут делать усилитель с усилением 0.5?

Отвечая по порядку.
1. Выбор ОУ связан в первую очередь с шумовыми характеристиками (собственный шум в полосе до 10 Гц - 10 мкВ).
2. Датчик не может защелкиваться (запрещено даже теоретически (он без питания) - просто на выходе при определенных лабораторных условиях может быть до 3 В.
3. Коэффициент передачи 5.
4. Любой диод - шумит! (Это также является следствием квантовой механики). Вопрос в другом, как поставить диод, чтобы шум был минимальный?

Шумит все, в принципе...в т. ч. и Ваши резистры в цепи ОС ДУ. К вопросу о внесенных шумах, подключенными ко входам диодами: сильно зависит от сопротивления датчика.

У всей Вашей схеме коэффициент передачи 2.4 (Vout/Vin_diff), так что что-то у Вас там в консерватории не то.

И почему бы Вам не взять INA128 и не париться со всеми этими проблемами? У него в этой полосе 0.2 мкВ.

Так автор вроде бы упоминал о полосе в 1 кГц. Надо определится, все- таки, с рабочей полосой.

Ну вообще-то я самого что ни на есть автора и процитировал....

Непонятно, чего же Вы хотите добиться. Кажется мне, что Вы этот финт с излишним усилением первого каскада с последующим делением на два придумали для ограничения сигнала первым каскадом - его насыщением. Почему нельзя сделать ограничение в выходном каскаде совершенно безболезненно?

Вот вроде тоже авторское....

Но там про шум ни слова.


А не 5? (1+2R/Rgain) ?

есть, как же.... Это из его первого поста.

Дык того, дополнительных... А не усилка

5. Двойка - это моя обычная ошибка. Не смотрела на входной каскад. Поверила автору про 5. Второй каскад делит почти на два. Вот.

Вы считаете, что автору нужна полоса сигнала 1 кГц, а шум интересует в полосе 10 Гц.? Врядли...Хотя, судя по формулировке Т.З. автор сам недостаточно понимает свои же требования.

Я вообще не понимаю, что такое скорость нарастания, измеряемая в герцах

Я тоже...но догадываюсь

1. Основная полоса (рабочая) - от 0.01 до 10 Гц (где необходимо измерять шум).
2. Вся полоса - до 200 Гц (по шуму не нормируется)
3. Есть вероятные выбросы с датчика до 500 Гц (я же указал с запасом 2 для скорости нарастания).
4. Выходное сопротивление датчика - 1 кОм.
5. Коэффициент передачи - 5. ( В плате резисторы R3, R4 -заменены перемычкой - моя вина не указал правильно на рис. (остался от первоначальных опытов с коэффициентами для другого датчика).
6. Этот же каскад планируется использовать и для другого датчика со значениями К=1, входное от +-10В дифференциальное. (В этом режиме все работает с довольно малым шумом, защелкивания не наблюдал, но и сдатчика больше 10В не может быть), и чтоб не плодить разные микросхемы, хочу на этих МС добиться хорошо результата и для второго случая.

Ну а чем таки не устраивает INA128 и иже с ними? Там и защита от перенапряжений внутри, и шумы никакие. Какова цель всего огорода?

Даже стабилизированные прерыванием по шумам пройдут при Ваших 10 мкв, не говоря уже о классике.

Вы уточняете, и порождаете ещё больше вопросов....Что значит: "измерять шум"? Вы шум реально измеряете?

Так объясните тогда, что и как может у Вас защелкиваться при дифференциальном напряжении 2 вольта. Пусть без синфазного. На выходе каждого ОУ сколько будет?

Попробую уточнить:
1. Есть схема с К=1 - (датчик 10В и все работает).
2. Есть схема с К=5 (датчик 2В - все работает, но есть выбросы до 3 В - ненужные) - вот она и защелкивает. 3Вх5=15 В!!! (хоть и редко, но бывает, как уже писал убирается только переключением питание - а в принципе (где устройство будет работать) - это не реально (особенного зимой в горах)).
3. Шум реально измеряем (даже возили в горы чтоб убрать 50 Гц).
4. Насчет INA128 - посмотрю, но у них смещение больше!!! (Это уже проверил).
5. Просьба просто подскажите набор схем (я их дальше прогоню и в живую, и через моделирование, может что и получиться, я с такими схемами не знаком).
6. Насчет скорости нарастания - согласен указал не правильно, зато все поняли что имел ввиду.
7. Цель всего огорода - получить однопредельный измеритель с максимальным мгновенным динамическим диапазоном.



А в INA128 защита от защелкивания есть? Т.е. что в нем будет происходить при аналогичной ситуации: К=5, питание +-12В, с датчика пришел выброс 3В.... что будет на выходе, и схема вернется в исходное состояние при входном сигнале меньше 2В?

Вернется даже если до +40 подскочит

Ну еще INA114 - там поменьше оффсет. Вообще, я к тому, что зачем строить инструментальник самому, если наверняка есть лучшее готовое.

Вы тыкали осциллоскопом - в каком месте схемы защелкивание -на выходе первого каскада или второго?
Может там какойто переходной процесс идет и амплитуда импульса гораздо больше 3В, отчего и защелкивается 1й каскад? (А с нии в насыщение улетает и второй). В этом смысле хорошо было бы поставить на входе защитные диоды типа TVS.

А я вот давно стесняюсь автора спросить, как вход устроен... Куда там земля приходит (ли)? И почему резисторов на входе нет.

Вход - стандартный дифференциальный, все земли связаны (только по выходу не показал, но понятно). А зачем резистор на входе? (датчик выдает напряжение).


Защелкивает второй каскад.

Тогда путь лечения, IMHO, однозначный - заменить опер на такой, который не болеет инверсией фазы. Или всю схему на неболеющий инструментальник.

Не верю...
К тому же, Вы же писали -
-----------------------------------
при этом и происходит защелкивание - по выходу постоянное напряжение порядка - 3... -6 В (на выходе каскада) и схема не на что не реагирует, восстановление - только переключением питания.

И вообще автор молчит, что за датчик такой, или источник сигнала? Высокоомный? Может, в этом случае проще поставить вх. каскад прямо на входе датчика, а его диф. выход обрабатывать диф. усилителем. Большое значение сопротивления в цепях ОС гарантирует от защелкивания.

Может просто опер дохлый?