Very Hot Topic (More than 50 Replies) Сумматор (Прочитано 1152 раз)
Наблюдатель
Гуру
*****
Вне Форума


Верить в наше
время нельзя
никому. Мне
... тоже.

Сообщений: 7429
Местоположение: СПб
Зарегистрирован: 16.11.2008
Re: Сумматор
Ответ #20 - 09.06.2020 :: 12:40:17
Post Tools
patron писал(а) 09.06.2020 :: 05:45:18:
Вообще-то исходная идея была следующая. Поскольку пьезосенсор - чистый кандюк, выполненный из высококачественной керамики и практически его импеданс не имеет активной составляющей, то и шумов он не производит - шумы будут определяться входными каскадами усилителя.  Т.е. если есть потребность улучшить с/ш, то можно использовать два сенсора. Если без потерь суммировать их сигналы, учитывая, что они синфазны и равной амплитуды, то можно получить удвоение амплитуды - т.е. на 6 дБ, при этом, поскольку шумы входных каскадов некоррелированы, то прирост шумов будет всего 3 дБ.
Если сложить сигналы не от двух, а от 4-х сенсоров - выигрыш будет "на лице".


1 New man предложил усилители на ПТ вместо повторителей + добавить каскад с ОБ. В толк не возьму, что там не понравилось...
2 Можно вместо ОБ прикрутить инвертирующий ОУ. Круглые глаза
  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #21 - 10.06.2020 :: 05:26:38
Post Tools
Я не писал, что не понравилось, а высказал сомнения. Короче - надо посимить шумы и линейность.
Эта схема очевидно просто каскод, но в качестве сумматора.
« Последняя редакция: 10.06.2020 :: 13:38:26 от patron »  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #22 - 22.06.2020 :: 12:41:31
Post Tools
Посимил Вашу схему из поста 15 в LTSpice IV : транзисторы и все номиналы как у Вас, но что-то результаты не совсем совпадают с Вашими : удвоения амплитуды не получается, чётко симметричного сигнала на выходе тоже не получается - отсюда THD при 100 мВ  2%, что слишком много. При 50 мВ - 1%, что тоже не шибко хорошо.
Пробовал оптимировать резисторы в истоках и резистор R2, но значительного улучшения не получил.


« Последняя редакция: 22.06.2020 :: 12:45:12 от patron »  

2x245+T.jpg ( 160 KB | Загрузки )
2x245+T.jpg
Наверх
 
IP записан
 
Наблюдатель
Гуру
*****
Вне Форума


Верить в наше
время нельзя
никому. Мне
... тоже.

Сообщений: 7429
Местоположение: СПб
Зарегистрирован: 16.11.2008
Re: Сумматор
Ответ #23 - 22.06.2020 :: 14:08:55
Post Tools
Транзисторы в неудачных режимах, мне кажется. Питание 6В против 10, что прикидывал new_man...
  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #24 - 22.06.2020 :: 15:46:09
Post Tools
Да, при питании ниже 10 В всё разваливается, хотя при 6 В я гонял все резисторы в попытке оптимировать.
Проблема в том, что я ограничен по питанию - не более 8 В, а скорее 6 - 7 В.
« Последняя редакция: 23.06.2020 :: 04:32:00 от patron »  
Наверх
 
IP записан
 
new_man
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net

Сообщений: 2054
Местоположение: С.-Пб.
Зарегистрирован: 18.01.2012
Re: Сумматор
Ответ #25 - 22.06.2020 :: 16:11:08
Post Tools
@ patron, давайте начнем сначала ab ovo.
Вы говорите за сумматор, так ка хотите получить выигрыш по отношению сигнал/шум. Поэтому несколько датчиков, отдельный усилитель для каждого, etc...
Но точно такой-же выигрыш можно поиметь с ОДНИМ датчиком, запараллелив входные транзисторы. Это намного проще конструктивно, схемотехнически. Может такая схема не даст выигрыша по усилению в N раз (это легко поправить последующим масштабирующим усилителем в том или ином виде), но выигрыш по шумам будет точно таким-же, как при системе из N датчиков.
Я уж не говорю о том, что N датчиков никогда не дадут равные и когерентные сигналы из-за разброса собственных параметров, а также в силу того, что они не могут физически занимать одно и то же место на объекте.

Прежде, чем продолжить, прошу вас написать, как вы относитесь к этому моему спичу, потому что здесь развилка смыслов капитальная.


  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #26 - 23.06.2020 :: 04:42:36
Post Tools
Цитата:
такой-же выигрыш можно поиметь с ОДНИМ датчиком, запараллелив входные транзисторы
-  Читал о таком способе улучшения с/ш, но физически как-то не очень понятно откуда оно берётся. В чём разница при соединении n-полевиков впараллель, при котором ёмкости складываются или просто взять один полевик с гораздо бОльшим кристаллом - ведь кристаллы мощных полевиков состоят из параллельных решётчатых структур.

Просимил два врианта : один FET и 4 "тупо" впараллель. Может просто впараллель некорректно и надо что-то менять, а то выигрыш получается всего 0.6 дБ

« Последняя редакция: 24.06.2020 :: 04:07:17 от patron »  

1x245+T_2.jpg ( 157 KB | Загрузки )
1x245+T_2.jpg
4x245II+T_1.jpg ( 143 KB | Загрузки )
4x245II+T_1.jpg
Наверх
 
IP записан
 
new_man
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net

Сообщений: 2054
Местоположение: С.-Пб.
Зарегистрирован: 18.01.2012
Re: Сумматор
Ответ #27 - 24.06.2020 :: 09:37:33
Post Tools
@ patron

Я посидел за симулятором - получается, что вы правы а моя идея с параллельными транзисторами никуда не годится. Выигрыш мизерный, потому что львиную долю шумов вносит не транзистор, а импеданс датчика. Придется возвращаться к концепции с N датчиков.
Не нравится мне это, но с симулятором не поспоришь, он уже не раз показывал мне свое превосходство над средним ученичком. ))

Насчет большого уровня THD: полевик вообще не шибко линейный элемент, да и снижение напряжения питания до 6 вольт сыграет в минус... придется усложнять схемы каналов, обертывая полевики обратной связью.
Ниже - две картинки: каскад на одиночном полевике и на двухтранзисторной паре. Вот так примерно можно улучшить THD.

  

A3.png ( 45 KB | Загрузки )
A3.png
A4.png ( 53 KB | Загрузки )
A4.png
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #28 - 24.06.2020 :: 14:00:50
Post Tools
Сегодня целый день симил, оптимировал режимы, обыгрывал разные коэффициенты усиления - никакого существенного улучшения с/ш от параллельного соединения транзисторов подтвердить мне так и не получилось. Непонятно только - как формально обосновали это "улучшение" в соответствующих источниках : симулятор ведь тоже работает с моделями, основанными на формулах.
  
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Сумматор
Ответ #29 - 24.06.2020 :: 16:47:22
Post Tools
new_man писал(а) 24.06.2020 :: 09:37:33:
Выигрыш мизерный, потому что львиную долю шумов вносит не транзистор, а импеданс датчика.
Быть такого не может. Реактивности не шумят.
  
Наверх
 
IP записан
 
new_man
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net

Сообщений: 2054
Местоположение: С.-Пб.
Зарегистрирован: 18.01.2012
Re: Сумматор
Ответ #30 - 24.06.2020 :: 17:12:17
Post Tools
Цитата:
new_man wrote Сегодня :: 12:37:33:
Выигрыш мизерный, потому что львиную долю шумов вносит не транзистор, а импеданс датчика.
Быть такого не может. Реактивности не шумят.


В таком случае прошу вас прокомментировать следующие эпюры:

  

A1.png ( 53 KB | Загрузки )
A1.png
A2.png ( 51 KB | Загрузки )
A2.png
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Сумматор
Ответ #31 - 24.06.2020 :: 18:39:56
Post Tools
На первой схеме увеличивайте R - 10, 100, 1000 ГОм... Источник остаётся прежним, а шум будет падать.
ПС. Советую по оси Y устанавливать лог. масштаб, как это повсеместно и принято, а то график не соответствует слуховым ощущениям, и всё это выглядит устрашающе.
« Последняя редакция: 24.06.2020 :: 18:45:12 от OlegFX »  
Наверх
 
IP записан
 
new_man
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net

Сообщений: 2054
Местоположение: С.-Пб.
Зарегистрирован: 18.01.2012
Re: Сумматор
Ответ #32 - 24.06.2020 :: 19:41:12
Post Tools
@ OlegFX

Да, вы правы. Хотя в голове это не укладывается. Но... правы.
Озадачен
  
Наверх
 
IP записан
 
OlegFX
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 5097
Местоположение: Киев
Зарегистрирован: 12.08.2008
Re: Сумматор
Ответ #33 - 24.06.2020 :: 19:59:38
Post Tools
new_man писал(а) 24.06.2020 :: 19:41:12:
@ OlegFX
Хотя в голове это не укладывается.
Да тут всё просто - чем больше R, тем меньше его ток шума, который, протекая по r источника, создаёт напряжение шума, которое вы и наблюдаете на своём графике. Ток шума - это тот же Джонсоновский (тепловой) шум, только под корнем не R, а проводимость - 1/R. Т.е. это просто другое представление шума резистора.

Практически, необходимо увеличивать R до тех пор, пока в заданной полосе частот шум этого R не будет превышать напряжение шума имеющегося ПТ не более, чем на заданное кол-во дБ.
« Последняя редакция: 24.06.2020 :: 22:46:48 от OlegFX »  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #34 - 25.06.2020 :: 05:24:35
Post Tools
Кто-нибудь может аргументированно сказать - на сколько дБ улучшится соотношение с/ш, если вместо одного поставить впараллель 4 полевика - ну хотя бы на примере с тем-же ёмкостным сенсором в 2,7 нФ ?
  
Наверх
 
IP записан
 
Ligeti
Разбирающийся
****
Вне Форума


GTLab - forever!

Сообщений: 891
Зарегистрирован: 02.01.2008
Re: Сумматор
Ответ #35 - 25.06.2020 :: 06:39:02
Post Tools
@ patron

Источник шума можно представить в качестве эквивалентного ему шумового сопротивления, напряжение шумов которого прямо пропорционально корню квадратному из его сопротивления. Так если вы ставите 4 таких сопротивления впараллель, то суммарное сопротивление станет в 4 раза ниже (при условии полной идентичности транзисторов), а отношение напряжений шумов - 2 раза или 6 дБ.
Вообще на самом деле не понятно зачем городить огород на дискретных элементах, когда есть ОУ рекордсмены по уровню шумов и линейности, например OPA827.
Если же хочется на рассыпухе, то готовьтесь к подбору ПТ в пары, который будет ужасающим с учетом технологических разбросов ПТшек... а если еще и гонимся за низким уровнем шумов, то дорога ведет в сторону таких зверьков как например 2SK170, ценник на которые огого, особенно если не подделка. Поэтому, если прям хочется дифкаскад на входе, то лучше смотреть в сторону сдвоенных транзисторов, например наших КПС104.
Далее, что касается повышения линейности, каскод я думаю тут не панацея. Гибридный Дарлингтон из поста 27 хорошая идея, которая очень существенно снижает выходное сопротивление каскада, повышает его нагрузочную способность и снижает КНИ. Также была хорошая идея относительно установки ГСТ в истоках дифкаскада. Но если хотите высокой линейности, тока жалеть не надо.
В сухом остатке с учетом вышесказанного я бы не парился и купил бы OPA827, 500 р за штуку. В любом случае это будет дешевле и лучше. Лично я с ними дело имел, исключительно приятные опера.
  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #36 - 25.06.2020 :: 07:55:31
Post Tools
Цитата:
если вы ставите 4 таких сопротивления впараллель, то суммарное сопротивление станет в 4 раза ниже (при условии полной идентичности транзисторов), а отношение напряжений шумов - 2 раза или 6 дБ.

Предлагаю посмотреть мой пост 26 - здесь чуть выше.

Известно, что дифкаскад будет шуметь на 3 дб больше, чем одиночный транзистор, так что OУ тут не в выигрыше. Кроме того, я уже писал выше - питание больше 6 - 8 В в моём случае неприемлемо и ток ограничен в 5 - 6 мА на всю схему, а она не ограничивается только вх. каскадом. И вообще - тема называется "Сумматор" для сенсоров - лучше прочесть исходный пост.
  
Наверх
 
IP записан
 
new_man
Гуру
*****
Вне Форума


GtLab.Net

Сообщений: 2054
Местоположение: С.-Пб.
Зарегистрирован: 18.01.2012
Re: Сумматор
Ответ #37 - 25.06.2020 :: 08:03:28
Post Tools
@ patron, по результатам симуляции схем при сопротивлении входного резистора 1ГОм выигрыш практически не заметен. Это 4-5% на частоте 10Гц, при больших частотах меньше, на 1КГц это доли процента.


  
Наверх
 
IP записан
 
patron
Гуру
*****
Вне Форума



Сообщений: 1534
Зарегистрирован: 06.01.2007
Re: Сумматор
Ответ #38 - 25.06.2020 :: 08:11:33
Post Tools
Ну и у меня что-то похожее получалось.
Пока не могу осмыслить - как сравнивать с/ш от одного сенсора с одним ПТ на входе и 4-мя сенсорами, каждый со своим ПТ и сумматором в виде каскода, как рассматривали выше.
Если шум на выходе схемы с одним ПТ разделить на Ku, то получим шум, приведённый ко входу и в этом смысле с одним ПТ всё понятно.
С 4-мя сенсорами и 4-мя ПТ : надо поделить шум на выходе на Ku по отношению одному сенсору со своим ПТ ? Или надо поделить ещё и на 4 - по числу вх. звеньев ?
И как вообще сравнивать эти два варианта  Круглые глаза
« Последняя редакция: 25.06.2020 :: 08:23:48 от patron »  
Наверх
 
IP записан
 
Ligeti
Разбирающийся
****
Вне Форума


GTLab - forever!

Сообщений: 891
Зарегистрирован: 02.01.2008
Re: Сумматор
Ответ #39 - 26.06.2020 :: 04:46:17
Post Tools
patron писал(а) 25.06.2020 :: 07:55:31:
Цитата:
если вы ставите 4 таких сопротивления впараллель, то суммарное сопротивление станет в 4 раза ниже (при условии полной идентичности транзисторов), а отношение напряжений шумов - 2 раза или 6 дБ.

Предлагаю посмотреть мой пост 26 - здесь чуть выше.

Известно, что дифкаскад будет шуметь на 3 дб больше, чем одиночный транзистор, так что OУ тут не в выигрыше. Кроме того, я уже писал выше - питание больше 6 - 8 В в моём случае неприемлемо и ток ограничен в 5 - 6 мА на всю схему, а она не ограничивается только вх. каскадом. И вообще - тема называется "Сумматор" для сенсоров - лучше прочесть исходный пост.


А что в вашем посте №26? Результаты симуляции схемы, к которой лично у меня доверия нет, впрочем как и к любым результатам симуляции. То, что я вам написал вещь абсолютно очевидная и простая для понимания. Что же касается вашего заявления насчет ОУ - это действительности не соответствует. Посмотрите даташиты на вышеприведенный OPA827 или LME49710 - уровень их шума 2 с небольшим нВ на корень из Гц. Покажите мне каскад на одиночном транзисторе с таким же шумом? Если низкий ток и низкое напряжение питания - OPA1652 с током покоя 2мА и возможностью питания от низкого напряжения.
  
Наверх
 
IP записан
 
 
  « Главная ‹ Раздел Наверх этой страницы