Усилитель на ОУ с однополярным питанием.

[Detruanto]

Добрый день!

Возникла большая проблема: понадобилось сделать усилитель с коэффициентом усиления 10 000, для усиления сигнала с пьезокерамики. Питание однополярное - 3В. Частота входного сигнала от 5 до 35кГц. Операционные усилители AD8032 или AD8602.
Попробовал несколько схем (см. вложение; соединял подряд два усилителя с Ку = 100 у каждого), но результат одинаков.... С усилением всё хорошо, но схема очень сильно шумит. Если вход посадить на землю, на выходе почти 100мВ шума (от пика до пика). Спектр шума довольно равномерный.

Изменение коэффициента усиления, дополнительная фильтрация питания и опорных напряжений, и изменение номиналов резисторов особо не помогли

[BSVi]

У тебя оочень высокоомные резисторы, вот они и шумят. Так как у тебя сигналы очень мелкие, имеет смысл использовать инструментальный усилитель, к примеру, INA103, ну или на диджике подбери что тебе больше нравится.

Кроме того, ты уверен, что эти 10мкВ по входу - это не тепловой шум твоего пъезика?

Эм.... ну и не обязательно на почту писать о новых сообщениях, мне и так уведомления приходят.

[Detruanto]

Про высокоомность резисторов думал. Уменьшение номиналов в три раза почти не помогло. В понедельник попробую уменьшить сопротивления в 10 раз. А вот операционники заменить врядли получится. Директор требует усилители как можно быстрее и очень хочет отправить нас на испытания.

Кроме того, ты уверен, что эти 10мкВ по входу - это не тепловой шум твоего пъезика?

Это единственное в чем я уверен!) Я измерял шум при замкнутом входе усилителя.

Эм.... ну и не обязательно на почту писать о новых сообщениях, мне и так уведомления приходят.

Извиняюсь, подумал про это уже после отправки письма.

А вообще, по схемам, какие-нибудь косяки в глаза не бросаются? У меня с аналоговй схемотехникой как-то не очень. Периодически, даже в проверенных схемах, ловлю глюки которых обычно ни у кого не бывает. Зачастую сказывается спешка и невнимательность, но иногда просто "везёт")))))

[BSVi]

Уменьшение номиналов в три раза почти не помогло.

Тут нужно на три порядка уменьшать, а не в три раза

Можешь попробовать сделать систему усилитель->фильтр->усилитель. Хотя, если шум белый, ничего ты не отфильтруешь.

Но мне кажется (не зависимо от делания директора), что при работе с микровольтами в любом случае, нужен диф. усилитель. Иначе, он будет ловить кучу наводок по земле. (кстати, как земля у тебя разведена?)

[Detruanto]

Земля - полигон на нижней стороне платы, без разрывов (по краю платы идёт питание). Снизу ещё находятся делители напряжения с помощью которых половину питания делаю. На верхней - просто заливка. Соединяются между собой кучей переходных.

[BSVi]

Ну, это не описание земли. через полигоны тоже могут токи огромные шуровать, и тогда на них будет шуму дайбоже. Кстати, какое расстояние от входа усилителя до пъезика? Какая проводка?

[Detruanto]

Не знаю как её словами описать. Как смог, сделал пдфку. Файл альтиума прикрепить не вышло. Слева - нижняя сторона платы, справа - верхняя (отзеркаленая).

Расстояние от пьезы до предусилителя - 5 метров. Кабель - витая пара в оплётке. Подключение пьезы - минус на землю, плюс на вход предусилителя. Практически весь кабель будет находиться в воде, а предусилитель и остальная электроника будут плавать на небольшом пантоне. Оплётка пока болтается без дела.

[BSVi]

На 5ти метрах при микровольтных сигналах однозначно нужен диф. усилитель.

Притом, тебе нужно три провода в экране - +сигнал, -сигнал и сигнальная земля (при микровольтах ее тоже нужно экранировать). Если пьезик заземлен, то экран нужно подключать со стороны пьезика. Если нет - со стороны устройства.

По плате ничего не понятно В принципе, сам можешь проследить где текут токи. Нужно чтобы сигнальные токи не смешивались с питательными на земле.

[Detruanto]

Логично, что непонятно)))
Ладно, сначала попробую уменьшить номиналы резисторов. Диф. каскады и инструментальтные усилители буду делать только после испытаний.... Спасибо за совет.

P.S. Плохо ещё, что от некоторых товарищей (на работе) не добъёшься помощи по схеме. Хотя они точно ставят совсем не диф усилители (схему случайно мельком видел видел) но, блин, не рассказывают ничего и схему не дают)))

[Proletariat]

У вас все верно, так и должно быть.
Считаем: плотность входного шума для AD8032 15nV/(Hz^-0.5) (на 1kHz), при полосе порядка 40кHz имеем на входе первого усилителя эквивалентный шум V(RMS)=15nV*200=3uV, дальше умножаем это все на коэффициент усиления (10000) и получаем сотни миливольт.
Вам не поможет ни уменьшение номиналов резисторов, ни использование дифференциальных усилителей. Выход только один - выбор более малошумящего усилителя, либо уменьшать коэффициент усиления.

[Detruanto]

Сегодня нашёл на плате треснувший резистор. После его замены шумы стали меньше и я упёрся в шум операционника)))) Теперь среднеквадратичное значение шума 7.2-8мВ, если верить осциллографу и вольтметру. Полоса - 20кГц. Коэффициент усиления понизил до 4000.