Автор Тема: Сумматор  (Прочитано 6532 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Bpjkznjh

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #20 : Июня 09, 2020, 12:40:17 pm »
Цитировать
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. ::)

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #21 : Июня 10, 2020, 05:26:38 am »
Я не писал, что не понравилось, а высказал сомнения. Короче - надо посимить шумы и линейность.
Эта схема очевидно просто каскод, но в качестве сумматора.
« Последнее редактирование: Июня 10, 2020, 01:38:26 pm от patron »

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #22 : Июня 22, 2020, 12:41:31 pm »
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.




« Последнее редактирование: Марта 22, 2026, 09:10:06 am от Thorn »

Bpjkznjh

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #23 : Июня 22, 2020, 02:08:55 pm »
Транзисторы в неудачных режимах, мне кажется. Питание 6В против 10, что прикидывал new_man...

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #24 : Июня 22, 2020, 03:46:09 pm »
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.
« Последнее редактирование: Июня 23, 2020, 04:32:00 am от patron »

new_man

  • Сообщений: 2053
  • GtLab.Net
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Сумматор
« Ответ #25 : Июня 22, 2020, 04:11:08 pm »
@ 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.



patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #26 : Июня 23, 2020, 04:42:36 am »
Цитировать
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



« Последнее редактирование: Марта 22, 2026, 09:11:07 am от Thorn »

new_man

  • Сообщений: 2053
  • GtLab.Net
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Сумматор
« Ответ #27 : Июня 24, 2020, 09:37:33 am »
@ 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.



« Последнее редактирование: Марта 22, 2026, 09:13:15 am от Thorn »

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #28 : Июня 24, 2020, 02:00:50 pm »
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.

OlegFX

  • Сообщений: 5097
    • Просмотр профиля
Re: Сумматор
« Ответ #29 : Июня 24, 2020, 04:47:22 pm »
Цитировать
Выигрыш мизерный, потому что львиную долю шумов вносит не транзистор, а импеданс датчика.
Быть такого не может. Реактивности не шумят.

new_man

  • Сообщений: 2053
  • GtLab.Net
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Сумматор
« Ответ #30 : Июня 24, 2020, 05:12:17 pm »
Цитировать
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:



« Последнее редактирование: Марта 22, 2026, 09:14:55 am от Thorn »

OlegFX

  • Сообщений: 5097
    • Просмотр профиля
Re: Сумматор
« Ответ #31 : Июня 24, 2020, 06:39:56 pm »
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.
« Последнее редактирование: Июня 24, 2020, 06:45:12 pm от olegfx »

new_man

  • Сообщений: 2053
  • GtLab.Net
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Сумматор
« Ответ #32 : Июня 24, 2020, 07:41:12 pm »
@ OlegFX

Да, вы правы. Хотя в голове это не укладывается. Но... правы.
 :-?

OlegFX

  • Сообщений: 5097
    • Просмотр профиля
Re: Сумматор
« Ответ #33 : Июня 24, 2020, 07:59:38 pm »
Цитировать
@ 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.
« Последнее редактирование: Июня 24, 2020, 10:46:48 pm от olegfx »

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #34 : Июня 25, 2020, 05:24:35 am »
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 ?

Ligeti

  • Сообщений: 891
  • GTLab - forever!
    • Просмотр профиля
Re: Сумматор
« Ответ #35 : Июня 25, 2020, 06:39:02 am »
@ 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.

patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #36 : Июня 25, 2020, 07:55:31 am »
Цитировать
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.

new_man

  • Сообщений: 2053
  • GtLab.Net
    • Просмотр профиля
    • E-mail
Re: Сумматор
« Ответ #37 : Июня 25, 2020, 08:03:28 am »
@ 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.



patron

  • Гость
Re: Сумматор
« Ответ #38 : Июня 25, 2020, 08:11:33 am »
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  ::)
« Последнее редактирование: Июня 25, 2020, 08:23:48 am от patron »

Ligeti

  • Сообщений: 891
  • GTLab - forever!
    • Просмотр профиля
Re: Сумматор
« Ответ #39 : Июня 26, 2020, 04:46:17 am »
Цитировать
Цитировать
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.