Здравствуйте!
Нужно убрать из сигнала постоянную составляющую. Хочется заложить хороший бюджет погрешностей в систему. Поэтому удалять нужно чисто.
На вход системы приходит отрицательный сигнал, изменяющийся в пределах 20мВ около значения примерно -300мВ. Шумы сигнала порядка 100мкВ. Нужно гарантированно сохранить частоты вплоть до 0,1 Гц. Сразу после предполагаемого фильтра планируется поставить операционник.
Какие варианты для фильтра предложите?

..разделительный конденсатор ?

Тоже так сначала думал. Сейчас приведу расчеты.
Будем считать, что после конденсатора сигнал идет на вход ОУ. Сопротивление входа примем равным 10МОм.
Для погрешности, сравнимой с шумами (100мкВ) на частоте 0,1Гц, требуется конденсатор, сопротивление которого на частоте 0,1Гц было бы в 5*10^3 раз меньше входного сопротивления ОУ. Это сопротивление в нашем случае будет равно 2кОм. Значит его емкость 800 мкФ. Чтобы схема вышла на режим (конденсатор зарядился до 300мВ), требуется время, оцениваемое постоянной времени RC-цепи. В нашем случае время будет равно 10^7[Ом] * 8*10^(-4)[Ф] = 8000c или больше двух часов.
Где я не так посчитал?

..перед операционниками конденсатор всегда ставят обязательно в паре с резистором на землю. И расчитывают постоянную времени уже с его учётом.

Везде. Входное сопротивление ОУ учитывается в более других расчётах.
Коль Вы помянули бюджет погрешностей, огласите его примерный/желаемый расклад.

Требуется различать напряжения разницей в 100мкВ, т.е. точность 0,5%



Тогда по моей логике получается, что расчетная емкость конденсатора должна увеличиться в разы (во столько же раз, во сколько сопротивление дополнительного резистора, включенного параллельно с входным сопротивлением ОУ, меньше просто входного сопротивления ОУ). А в первом расчете емкость и так нехилая вышла - 800мкФ.

Даже больше - в 8 примерно раз (ln(3000)) постоянных времени. Это для установления с точностью (Вашей) 100 мкв.

..тогда измерять среднее значение , формировать его и вычитать потом на операционнике из вашего сигнала.
А можно оцифровывать (сместив относительно нуля вверх) - вычитать в цифре , потом переводить в аналог и дальше на обработку.

Тогда просто поставьте 16-битный АЦП, постоянную составляющую уберёте в цифре.
Словосочетание "бюджет погрешностей" предполагает чуть более углублённое представление и о погрешностях, и о точности.

На самом деле конечной целью является оцифровка сигнала. И ничего не мешает поставить АЦП разрядностью и скоростью побольше и упростить всю схему в несколько раз. Интересно было узнать, возможно ли это сделать чисто аналоговыми средствами.

Это понятно, что оно значит больше, чем одно значение. Но в конце концов, зачем забивать сейчас голову температурными, временными дрейфами и прочими стабильностями, когда важно узнать сам принцип?



Видел у Analog Devices микросхемы, как раз формирующие среднеквадратичное значение переменного сигнала(RMS-to-DC converter). Возможно, они бы и подошли для такой задачи. Надо будет посмотреть...

Возможно. Делаете оконный компаратор, который обеспечит быстрый переходный процесс ФНЧ, отслеживающего постоянную составляющую (оценка для частоты среза этого ФНЧ ~ 0.1 Гц * 0.5% = 5*10^-4 Гц, время переходного процесса после выключения компаратора посчитайте сами). Считалку, которая будет обрабатывать данные, желательно уведомить о срабатывании компаратора.

Пока достаточно оценить, сколько можно отдать на аналоговую часть, сколько - на цифру, сколько - на обработку.

UPD: оценка для частоты среза этого ФНЧ 1-го порядка ~ 0.1 Гц / (20*lg(0.5%) = 2*10^-3 Гц

То есть Вы предлагаете накачивать конденсатор, до определенного значения напряжения от другого источника. Когда зарядка конденсатора закончится (сработает компаратор), этот источник отключать и работать только с сигналом. Правильно?
Еще у меня была идея подключать через ключ малое сопротивление на землю (перед ОУ) и заряжать через него. Только вот сопротивление ключа в закрытом состоянии должно быть хотя бы на порядок больше входного сопротивления операционника, что вряд ли достижимо.

Достаточно управлять R фильтра. Но порядок величин (в первую очередь, конденсатора) всё равно получается изрядным, а гираторные схемы мне не нравятся.

Вам уже намекали, что вход ОУ не должен висеть в воздухе по постоянному току.

очень странное сравнение уровня шума с неравномерностью АЧХ. Прям температура кипения воды с прямым углом.

Всем большое спасибо за объяснения! Мораль для себя - не выпендриваться и делать через цифру.

При таком соотношении амплитуды и смещения - действительно выпендриваться не стоит.

А я бы посоветовал диференциальный усилитель с двуполярным питанием в диф. режиме, полоса от DC до огого. Постоянка легко уходит.

Что-то я недопонял, уж простите - а в чем, собственно, разница (я насчет сделать в цифре или при помощи конденсатора)? По-моему, природу не обманешь - зарядить конденсатор до требуемой точности займет то же время, что и накопить отсчеты для вычисления постоянной составляющей... Если я ошибаюсь, будьте добры прояснить Вашу точку зрения, крайне любопытно!

Спасибо

Немножко более расширенно: один вход ДУ подключен к фильтру (ФВЧ), а другой к исследуемому сигналу .

Скоро люди уже не будут знать о возможности применять обратную связь в аналоговых схемах....

Очень рекомендую почитать "Искуство схемотехники"

По запрашиваемой вами "проблеме" вам нужна схема "дифференцирующего усилителя"
http://elektronik2002.narod.ru/ou7_2.htm

Кроме того в посте не указаны требуемые ганичные частоты.



Согласен на 100%

Видимо предполагается, что в цифре будет реализован фильтр большего чем 1 порядка. В этом случае время "устаканивания" значительно сократится.


Но, конечно, фильтр более высокого порядка можно сделать и в аналоге, с тем же результатом.

Понятное дело, что для определения среднего значения сигнала длительностью 10 секунд нужно как минимум 10 секунд. Электроника будущее предсказывать не умеет. Если внимательно прочитать мои выкладки в этом треде, то можно заметить, что для "аналогового" поиска среднего требуются такие элементы, при применении которых время выхода на режим (состояния, при котором устройство может искать среднее с заданной точностью) будет не 10с, а 8000с. Проблема-то в этом. При оцифровке сигнала мы получим ряд значений, с которыми мы можем оперировать, как захотим (при этом нужные части спектра мы не потеряем). При "цифровом" поиске время будет те же 10с, а не 8000с.

И не 8000, а в 8 раз больше с Вашим подходом. А чтобы усреднить сигнал за 10 секунд аналоговым способом потребуется ровно 10 секунд и один интегратор. Можно с ключами.

Почитал уже. Давайте посмотрим на ваш дифференцирующий усилитель. Особенно интересна его передаточная характеристика.

Как-то так получится, что низкие частоты ослабятся, средние усилятся... Тут же характеристика ломаная. Как Вы предлагаете сигнал восстановить? И да, нижняя граничная частота 0.1 Гц, а верхняя пусть будет 100кГц. Разве верхняя на что-нибудь повлияет?

Так какая неравномерность АЧХ допустима на 0.1 Гц?

0,5%

Это из поста 3? Эти прикидки не имеют никакого смысла. Сравнение цвета яблок со вкусом вяленой рыбы.

Хорошо. Пусть такие прикидки не имеют смысла. Значит я не знаю, как вычислить неравномерность. Тогда скажите сами, пожалуйста, как из того условия, что требуется измерять напряжения, отличающиеся на 0,5%, вычислить неравномерность АЧХ фильтра и поможет ли знание этой неравномерности хоть в чем-то.

никак, поскольку это не связанные между собой вещи. Исходить надо из каких-то других исходных.

Что-то вы странное говорите. Совершенно тупой фильтр 2 порядка (Sch) обеспечит нужную полосу (от 0.1 Гц - Freq), усиление 100 и время устаканивания порядка пары десятков секунд (Time). Нарисовал навскидку, если взять керамику 10uF (есть реально) то номиналы сопротивлений снизятся до нормального уровня сотен кОм.

Да, но это -3дб на 0.1Гц, а ТС требует 0.5%

Разница невелика. Вот данные того же фильтра (базовый резистор уменьшил до 100кОм) для точности примерно 0.5% на 0.1 Гц.

Частотную характеристику привел не в db, просто коэффициент передачи сигнала.

На последнем графике та же временная диаграмма растянута. Время устаканивания до этой ошибки - менее 40 сек. Понятно, что начальный скачок (при включении) будет больше, опер может быть перегружен (коэффициент усиления - 100) и будет устаканиваться несколько дольше, но, опять же, несущественно, поскольку у перегруженного опера входное сопротивление станет малым и постоянная времени резко упадет.