Назрела необходимость сделать МШУ с малым потреблением. Перебрав все известные ОУ и не удовлетворившись результатом решил попробовать на входе малошумящий биполярный транзистор.
Сейчас в железе собран каскад на одном транзисторе по схеме 1.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На схеме только первый каскад усиления, дальше идет остальная часть усилителя и фильтр НЧ, ограничивающий полосу пропускания в 350Гц.
Работает отлично, шумы 2,8нВ/sqrt(Гц) приведен.ко входу при токе коллектора 260мкА (практически это потребление всей схемы).
Для сравнения в схеме с OPA378 (20нВ/sqrt(Гц)) на выходе интегральный шум в 5 раз больше при соизмеримом токе потребления.
Скорей всего этот вариант схемы не пойдет -нелинейные искажения да и температурная стабильность будет проблемой. Сразу походу вопрос- можно ли получить тут КНИ меньше 0,1% если применить только локальную ОС (в эмиттере). Усиление транзистора нужно сохранить максимальным, чтобы не нахватать шумов по цепям питания и в последующих каскадах.

На второй схеме усилитель с ОУ в обратной связи.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В модели работает не хуже первого варианта, но емкость в 2200мк смущает. Хотелось бы от нее както избавиться, но обрезать НЧ нужно не выше 2Гц. Подскажите, какие еще схемотехнические решения тут можно применить?
ЗЫ. Референс на Х107 чтобы задавать уровень напряжения на коллекторе (и ток коллектора), Х108 призван генерировать "чистое" питание для первого каскада, поскольку шумы питания в данном варианте будут подавляться только в Ку транзистора раз, т.е цепь питания весьма критична к "чистоте".

А как насчет AD604 - 0.80 nV/√Hz, 3.0 pA/√Hz? Вообще тема low noise в операционниках разработана достаточно мощно. Если не нравится AD, можно посмотреть на Burr-Brown (теперь Texas Instr.)

Для построения мшу нужны характеристики Fш от Iэ и качественные пассивные компоненты. Да, использовать в мшу в/омные резисторы в принципе не годится. Лучше пойти на дополнительные затраты на двуполярный источник питания, если требуется обеспечить экономичность каскада.

Если двигаться дальше в сторону экзотики, можно попробовать реализовать входной каскад на нескольких параллельных транзисторах и помнить о необходимости согласования по шумам с источником сигнала. Ключевое слово - трансформатор.

у ad604 нижняя граница полосы пропускания зависит от разделительного конденсатора, для герц это тысячи мкФ если не милли

укажите полосу, коэффицент усиления может ещё чего-нибудь) а так на вскидку транзисторный каскад обладает плохой термостабилизацией, в резистор 430к ток практически не пойдёт, т.к. при, допустим, бета транзистора = 300, входное сопротивление равно 300*Re = 300*10=3k, т.е. R503 можно из схемы выкинуть.
Ещё параметры источника нужны, конкретно импеданс

>можно попробовать реализовать входной каскад на нескольких параллельных транзисторах

+1

ещё 0.8 вольта там не будет при 260 мкА, 3 - 260мкА*Rk = 0.4 В, при этом на базе должно быть больше чем 0.6, т.е напряжение базы больше коллектора, транзистор на грани или в начале насыщения

А воспользоваться поиском компонентов по параметрам нельзя? Крайне вероятно, что среди всего разнообразия low noise и ultralow noise все-таки найдется экземпляр, работающий в желаемой полосе от dc до 20kHz.

Что касается AD604, смотри Data Sheet Rev F, Page 22 of 32, Figure 52. TGC Circuit for Medical Ultrasound Application

Мне кажется, надо существенно увеличивать резистор в цепи эмиттера. И коэффициент усиления этого каскада делать порядка десятки. Резистор увеличивать , по крайней мере, до 0.026/260мка=100 Ом, а то он сейчас роли не играет и усиление не определяет.

Виноват, ток указал из моделирования, а напряжение- реально измеренное. Т.е в реальной плате ток коллектора =220мкА, но полного совпадения с расчетной величиной тут бы и не получилось учитывая всего 10 Ом в цепи эмиттера
Если поставить в эмиттер 1кОм для стабилизации раб.точки, нужно его блокировать емкостью тоже порядка 2200мкФ.
Не хочу электролит ставить, хотя возможно придется.
Полоса пропускания всего усилителя 2...350Гц, усиление порядка 5тыс. Но в первом каскаде нужно получить Ку от 50 до 100, тогда требования по шумам к остальной части будут уже не критичны.


Не пойдет, я рассчитываю сделать потребление порядка 200-300мкА, 1000мкА максимум!
А так то да, хорошие по шумам операционники есть, но все жрут.

В схеме без термостабилизации ток расти будет

Да вроде подобрал неплохой транзистор, по шумам можно будет думаю еще улучшить, когда все спаяю на одной плате и помещю в экран, сейчас наводок еще много лезет. Но даже то, что удалось получить меня вполне устраивает, нужно теперь придумать как снизить КНИ и обеспечить полосу пропускания от 2Гц.
По моделированию КНИ с транзистором с ООС только по постоянному току дает от 0,05 до 0,2%, что вобщемто уже многовато. С ОУ в обратной связи снижается на 1-2 порядка. Вопрос собственно по схемотехнике связки BJT+OPAMP, может кто подскажет конкретную литературу? (построение ОС, оптимизация шумов, выбор компонентов и т.д)

Гляньте в Радиоежегоднике за 1986год статью Н.Сухова. С нынешними ОпАми можно попробовать сотворить что-то однополярное.

Транзистор похоже в микротоковом режиме?...да связь по эмиттеру чутка попроще получается Но тут похоже от 20Гц и выше, а от 2Гц будут те же 2200мк в цепи ОС.
Зер гут! хорошая статейка, кратенько и по существу

Тут может быть неучтенная засада. Суть в том, что работа транзисторов в микрорежиме имеет существенные особенности и отличается от обычного случая с рабочими токами на уровне единиц мА и выше. Основные h-параметры, Fш и т.п. будут иметь другие значения, отличные от указанных в качестве справочных. Подробно можно посмотреть в книжке Игумнов, Д.В.; Николаевский, И.Ф.: "Транзисторы в микрорежиме".

Имхо есть смысл попробовать FXJ598

Кни при каком уровне входного сигнала?

Источник сигнала- геофон, низкоимпедансная катушка (около 350Ом), поэтому я както сразу сориентировался на биполярник, полевики отбросил, Вы думаете стоит попробовать на полевичке?
Самый максимум 1мВ, вообще возможно что он пойдет как дополнительный предусилитель -будет включаться когда уровень сигнала будет опускаться до значений порядка микровольта. Но если милливольт позволит пропускать, тогда вообще отлично.

Да нет, на этот транзистор приводятся графики NF для тока коллектора от 10мкА и выше. Для моего случая (импеданс источника 350 Ом) требуемые значения (NF=1...2дб) можно получить при токах коллектора порядка 100мкА. Да вроде особенностей там никаких нет- токовый шум снижается, а сопротивление эмиттера (и резистивный шум) увеличивается. Первое хорошо, второе- не хорошо, но все решается оптимизацией тока коллектора. Единственный проблем, то что у меня Uкэ будет порядка 0.4-1В, но тут видится только некоторое снижение усиления каскада..

А на специальные пары транзисторов для этих целей не смотрели?

Если использовать без согласующего трансформатора, то у биполярного шумы должны быть меньше.
Но если пытаться выжать предельную чувствительность и ставить трансформатор, то имхо полевик даст лучшую чувствительность.

У биполярных без ООС Кни по второй гармонике численно примерно равен входному напряжению в милливольтах.
А у этого полевика прикидочно будет порядка 0.01% по второй гармонике при 1мВ.

Типа MAT12 ? Смотрел, по шумам отличные транзисторы, но живьем нет попробовать. Диф каскад конечно удобнее- подавление помех по питанию будет порядка сотни, и ОС можно сделать без супербольших конденсаторов. С другой стороны, шумы в 1,4 раза больше чем у одиночного транзистора, да и корпус у них жуткий, почему они не делают в SOT23? Ретро-мода?


Трансформатор-монстр получится, чтобы от 2Гц работал

Это чеж КНИ единица выходит?!

Наткнулся на интересную pdf, может пригодится? (взято отсюда http://www.janascard.cz/PDF/Ultra%20low%20...amplifiers.pdf)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Вам же милливольты нужны вроде...

1мВ = 1%

Я так понимаю надо получить определенное индуктивное сопротивление первичной обмотки, скажем равное сопротивлению источника 350Ом на частоте 2Гц. Получается 28Гн. Вторичка будет раз в 5-10 больше. Большая обмотка получится

1%, ясно...это много.


Прикольно! очень в тему статья, спасибо!

Скорее всего уровень шумов в Вашей системе определяется внешними акустическими шумами, а не шумами усилителя и то, что Вы здесь задали этот вопрос говорит лишь о том, имхо, что человек отвечающий за систему, в Вашей конторе "мышей не ловит", или его вообще нет.
А трансформатор приемлемых габаритов для таких частот, если оно действительно надо, делается на суперпермаллое, что-то типа этого
http://www.ec21.com/product-details/Custom...e--3541942.html
Но, имхо, Вам это не нужно и, скорее всего, можно обойтись операционником с малым потреблением.

ledum Вам подсказал как эта проблема решается.

Да нет, не совсем так. Геофон работает отлично, по крайней мере звуки он не ловит (если Вы имели ввиду это) и чувствительность у него неплохая. Проблема зимой- почва твердеет и сейсмические колебания практически не передаются (по крайней мере от человека). Сигнал (если он и есть) теряется в собственных шумах усилителя.
Схемка из ежегодника неплохая, но только для КТ3107 (помню их как раз юзали в микротоковом режиме, где они лучше всего работают), для моего sc2240 сгодится чтото из статейки которую любезно предоставил rloc, в понедельник смоделирую и попробую спаять
Кстати а какой уровень насыщения у этих трансов? Как они будут себя вести при наличии достаточно сильного внешнего поля (скажем в 10 раз сильнее поля земли)?

0.7Тл, вероятно придется экранировать.

0.7 Т.Это трудно экранировать. 7 килоэрстед. (или килогаусс. Кому как удобнее.) Улетит экран... вместе с трансформатором.

Посмотрите www.cirrus.com/en/pubs/proDatasheet/CS3001-02_F9.pdf , может устроит игрушка.

Не особо силен в магнитных расчетах, но если в формулу для магнитной индукции B=мю*мю0*H подставить типовые величины мю=100000, Н=40А/м (среднее поле земли), получим B = 4*Пи*10e-7*10e5*40 = 5 Тл. Это внутри пермаллоя. Так что он видимо уже насытится.


У Линеара есть намного лучше - LT6233, но потребление хотелось бы на порядок меньше.

По Вашей логике магнитные экраны не должны работать. Это, однако, не так. И всегда (мало)сигнальные трансформаторы экранируют. Что и Вам придется, если будете их делать.
Если намотать обмотку на тонкий тороид, то такое поле будет везде внутри примерно одинаковое и, действительно, можно насытить сердечник... А в поле Земли... Будет экранирование внутренних частей наружными. Размагничивающий фактор...

Зазор не учёл.


Надо эффективную проницаемость брать, она практически равна единице, а не 100000.

Экран нужен для экранировки от меняющихся полей, которые могут модулировать проницаемость... как в феррозондах.
В прецизионных приборах трансформатор с экраном на амортизаторах стоит(ял).

Пермаллой разный есть, есть с высоким мю, есть с высоким уровнем насыщения. Почему экраны не работают? Работают Они вбирают в себя линии магнитного поля и внтури образуется область "разреженного" поля. А внутри ферромагнетика магнитные моменты вещества повернуты по полю и усиливают его. В свежеспеченном пермаллое до миллиона раз.
Поэтому и не хочу применять трансформаторы, и без них проблем хватает


А по Вашей логике выходит, что что с воздухом в качестве сердечника, что с пермаллоем- результат будет одинаковый (мю воздуха =1 и эффективное мю пермаллоя по Вашему =1). Катушка намотанная на пермаллоевом сердечнике чуствует изменения внешнего магнитного поля гораздо сильнее, проверено на практике

Речь была о возможном насыщении, а не влиянии помех.
А прецизионность в данном случае не нужна.


Ну может и несколько больше единицы, но не 100000.

А на торе?

Ну если линии внешнего поля направлены перпендикулярно плоскости тора, то можно считать что длина его стала равна толщине. Да, эффективная проницаемость думаю в разы упадет.

Вы вот что лучше подскажите
зачем в этой схеме ПОС на базу сделана? По постоянному току. И как рассчитать значения R1, R2, R8 -хочу их номиналы увеличить, т.к емкость тут опять получается 2200мк.

Во всем с Вами несогласная. И положительную обратную связь не вижу.

Ну какжешь- с выхода ОУ через R8 и R2 на базу Т1 -ПОС по постоянке.

У меня складывается впечатление, что в схему действительно закралась какая-то ошибка. Не должно быть ПОС и тем более описание не совсем стыкуется с самой схемой. Мне кажется схема была перерисована из того же источника, откуда она появилась в Радиоежегоднике за 1986, которую любезно предоставил ledum в 11-ом посте http://electronix.ru/forum/index.php?showt...st&p=827602
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Мдя, при любом удобном случае схема улетает в ограничение
Возможно этой ПОС автор пытался добиться уменьшения потребления по выходу ОУ (через 4,7к).
А я вернулся к своей первой схеме

Alexashka, есть вопросы по вашей схеме:
1) Зачем подавать питание с усилителя?
2) Зачем диод D2?
3) Чем ограничивается общее усиление схемы?

Самые правильные с малыми шумами на низких частотах - это AD797 и AD8671_4. Но у хороших по шумам оперов всегда проблема - питание +/-15 в и большой ток потребления - 8 мА у AD797 и 3 мА у AD8671. Первый лучше идет с меньшими сопротивлениями источника сигнала, второй - с большими.

1. Шумов меньше чем от LDO и можно моделировать (задавать) шумы резистором на входе ОУ- удобно для оценки влияния шумов по цепи питания.
2. Это я пытался сделать температурную компенсацию, еще не разобрался как лучше сделать, но скорей всего диоды надо ставить в нижнее плечо делителя.
3. В идеале должно быть К=(R497+R502)/R502*R501/R468. Но в реале меньше, т.к в ОУ введена местная ООС. Сделал так чтобы избежать возбуда, т.к. петлевое усиление схемы очень большой, но если удастся, то R498 выкину.

А какой шум у этой схемы? При закоротке входа через резистор соответствующий сопротивлению источника синала? И в какой полосе частот?

На замкнутом источнике мерять нельзя, т.к усиление зависит от сопротивления источника сигнала как при инвертирующем включении ОУ. На 50 Омном источнике получается приведенная ко входу спектральная плотность шумов 1,5нВ/sqrt(Гц) -эквивалентное шумовое сопротивление 136 Ом. А поскольку у меня источник 600-Омный, то для меня это более чем достаточно.

Вместо LDO можно использовать фильтр на транзисторе.


В каком плече ни стоял бы диод, термокомпенсации он не обеспечит.


Еще раз хочется вернуться к 11-му посту http://electronix.ru/forum/index.php?showt...st&p=827602
Эта схема более линейная, меньше вероятность самовозбуждения и легче термокомпенсировать путем добавления диода в базовую цепь смещения транзистора. Переработать ее для работы при однополярном питании, по моим прикидкам, не составляет труда.

У National есть аппноут AN-222.pdf, по измерениям схема на двух транзисторах обладает КНИ < 0.016% при выходном сигнале до 300mV
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ваш вариант интересен, но чем Вам не нравится мой вариант с ОУ? Тем более если нужно сделать 3В из 5, то с фильтром уже надо чтото городить, а с ОУ пробем нет-просто подбираешь коэффициент делителя. К томуже, фильтр как последовательный регулирующий элемент не обеспечит отбор вытекающего тока, а в схеме с емкостями и микропотребляющими ОУ это может быть запросто.


Абсолютно согласен!
Сейчас он стоит у меня в делителе ОС, вроде нормально работает -уход нуля всего 9мВ во всем диапазоне температур.


Линейность определяется насколько я понимаю только коэфф. обратной связи и чем он больше, тем больше вероятность возбуда кстати.
Я уже говорил что в этой схеме транз работает в микротоковом режиме (20мкА если верить цифрам с напряжениями), а для каждого источника сигнала существует свой оптимальный по шумам ток коллектора. Для моего случая этот ток находится в пределах 0,6...1,5мА.


это хорошая схема, но с ОУ проще- легче все настраивается, хочу еще поиграться с режимами работы транзистора, попробовать различные транзисторы. Все работает отлично, но мне пока не удалось получить теже шумы что и у автора той статьи, так что буду продолжать экспериментировать

Линейность определяется не только коэффициентом обратной связи. Резистор в эмиттере хорошо линеаризует входную цепь за счет локальной ООС и несколько ограничивает усиление.
Мне думается усилитель AD8541 взяли слишком шумный, если у него только на 1kHz 40nV/sqrtHz, то на 100 и 10 вообще страшно предположить, усиления входного каскада не хватит для снижения коэффициента шума.


Маломощные биполярные транзисторы как правило, за исключением специальных малошумящих сборок типа SSM2212 THAT300 или сверхвысокочастотных, обладают большим сопротивлением базы и соответственно сильно шумят, даже такие как BC549C:
http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Делаете дифференциальный усилитель, искажения уменьшаются на ~30дб, термостабильность лучше на ~ 60дб(если на одном кристалле), шумы увеличиваются на 3 дб.
Если добавить ОУ, искажения можно уменьшить до практически любой требуемой величины(я получал <0.0001% в звуковом диапазоне частот)

Есть менее шумные, правда и с бОльшим потреблением. Скорей всего Вы правы, для отработки схемы лучше взять чтото менее шумное.

Приложил даташит на используемый транзистор. Нойс фигура при токе 600мкА и сопротивлении источника сигнала 100 Ом дает 3дБ на 10Гц. Это в пересчете на собственные шумы транзистора дает 1,3нВ/sqrt(Гц) (на 1кГц эта цифра вообще 0,8нВ/sqrt(Гц)), что соответствует самым лучшим из малошумящих транзисторов что мне попадались. Так что не знаю на счет базового сопротивления, возможно оно тут минимизируется в процессе изготовления кристалла.
Кстати спасибо за ссылку, давно ее искал!
У автора проблема постоянки решена введением генератора тока в цепь эмиттера первого каскада, но по переменке все равно нужно ставить чтото порядка 2200мкФ в эмиттер...т.е по факту вернулись к изначальному вопросу

С дифкаскадом никакого 2200мк не надо, вообще, можно без электролитов обойтись .
Неужели, лишние 3дб шума так так критичны?