Сумматор

[OlegFX]

Продолжение

Изначально я предполагал, что ТС ориентируется на некий промышленный образец, который обладает искомыми техническими характеристиками. Теперь я понимаю, что это не так и цифра 2 нВ на корень из Гц это просто цифра, взятая откуда-то из головы.

Не из головы, а из возможностей наличной элементной базы. Хорошие ПТ именно так и шумят - 1...2 нВ^Гц. Там ещё имеются нюансы, связанные с током шума, но это уже выходит за рамки ваших вопросов.

Также возникает вопрос, связанный с балансным входом: какой коэффициент подавления синфазного сигнала и как он зависит от частоты?

И опять вы не в теме. Зачем балансный вход, чтобы что? Какую такую синфазную помеху вы предлагаете давить? Вы разве не видели схем конденсатороных микрофонов? Никакого баланса: капсюль --> ПТ-повторитель (=преобразователь импеданса) --> далее всё, что угодно (буферы, трансы, выходные балансные /псевдобалансные каскады и т.п.). Заметьте, в части помехозащищённости, требования к электронике для микрофона намного жёстче таковых для гидрофона, т.к. ёмкость на полтора-два порядка меньше, а это означает, что вход схемы намного более восприимчив к наводкам. ЭМ обстановка в сто раз тяжелее (студия, концертные площадки - не сравнить с озером /морем). Тут я могу ошибаться, возможно, датчики гидрофонов подвергаются каким-то специфическим наводкам. Но т.к. ТС ни о чём таком не упоминал, то будем пока считать, что я рассуждаю в рамках реальной картины.

Плюс автор действительно подразумевает фантомное питание и балансную коммутацию. Я хз как рассмотренные выше схемы могут принимать балансный сигнал.

Не только вы хз, но и я тоже хз, т.к. рассматриваемые схемы должны не принимать, а отдавать балансный сигнал.

Продолжение следует.

[Ligeti]

@ OlegFX

Под словом "источник" я подразумеваю не только указанную на модели емкость, но и кусок проводника от правой обкладки конденсатора С3 до входного резистора усилителя. Лично у меня нет никакой информации относительно физической реализации такой схемы. Если вы проводите аналогию с конденсаторным микрофоном, то там расстояние от капсюля до входного каскада усилителя минимизировано по понятным причинам. Как будет физически выглядеть комбинация "датчик-приемник" в данном случае я понятия не имею, от того вопрос про источник и задаю. Мало того, ТС где-то выше спрашивал, дескать, а не оснастить ли мне каждый датчик своим приемником или же оставить искомый каскад только для суммирования сигналов от всех датчиков? Отсюда я делаю вывод, что вероятно Патрон может и оставит датчики как есть и собирается подводить сигналы "в чистом виде". Я тоже не знаю какие там специфические условия под водой могут быть, но как бы несколько метров кабеля, по которому передается 0,1 вольт... В общем если сигнал идет в чистом видя прямо с датчика, то вопрос по шуму Джонсона не актуален. Если ТС примет решение ставить буфер на каждый датчик, то вопрос может возникнуть, ибо в лучшем случае Rвых эмиттерного повторителя обратно пропорционально току коллектора, которого не так много.
Вопрос относительно выхода усилителя из той же оперы. Для работы на нагрузку 2-3 кОм Rвых в 200-300 Ом вполне себе, но что автор собирается качать? Мб там десятки метров кабеля с огромной распределенной емкостью? А хочется 20 кГц. Мне это неизвестно...
Насчет баланс/небаланс я и не знаю как будет впоследствии. Если усилитель с буфером ставится на каждый датчик, то наверное логично было бы передавать усиленный сигнал по протяженной балансной линии на приемник с балансным входом, чем бы он ни был. Если же сигнал от датчика пойдет как есть, то баланс на выходе сумматора-усилителя наверное уже не актуален будет. Опять же, мелькала информация о том, что питание искомой схемы будет осуществляться фантомно, то есть все же усилитель на каждом датчике? В общем я не могу понять где какой элемент находится во всей этой цепочке, поэтому вопросы и задаю.
ОФФ: насчет карты я правда не знаю как померить такой низкий уровень шума. Если не лень - прошу поделиться ссылкой или какой-то информацией.

[OlegFX]

Лично у меня нет никакой информации относительно физической реализации такой схемы.

Так и у меня нет. Я же говорил, вопросы не совсем ко мне. Ну, будут мешать ТС-у наводки на кабель, сделает он "прикапсюльный" ус. каскад. А балансный вход больше шумит, не нужен он здесь.
И выход легко делается, там нет принципиальных трудностей. Это всё не основные проблемы, это решаемо. Главное - это получить минимальный шум, остальное приложится.

@ OlegFXОФФ: насчет карты я правда не знаю как померить такой низкий уровень шума. Если не лень - прошу поделиться ссылкой или какой-то информацией.

Вы почему-то оперируете входными уровнями. Но сигнал-то уже усилен в сабже раз в 10 - вот его и наблюдайте, т.е. просто включите этот пред в ЗК и меряйте. Главное, существенно превысить шум входа ЗК. Если для достижения этого Кус (10) мало, то включите сабж туда, куда и положено - в микрофонный преамп и меряйте шум уже на его выходе. Если хотите узнать шум на входе (приведённый ко входу), то просто поделите выходной шум на суммарный Кус. Точно так же поступают и со всей остальной упомянутой мною малошумящейя аппаратурой - просто наблюдается /меряется шум на её выходах.

Если серьёзно подходить к измерениям (именно к измерениям), то вот хорошая статья по шумам ОУ. В данном случае, вместо измеряемого ОУ можно включить сабж.

[OlegFX]

Если ТС примет решение ставить буфер на каждый датчик, то вопрос может возникнуть, ибо в лучшем случае Rвых эмиттерного повторителя обратно пропорционально току коллектора, которого не так много.

Как вы себе это представляете, можете схему нарисовать? Если лень рисовать, то можно объяснить и на словах.

[Ligeti]

@ OlegFX

Боюсь мое представление отличается от представления автора темы но тем не менее. Тема все же называется сумматор, да и прошлые модели предполагали наличие нескольких датчиков, работающих на один усилитель. Мне кажется это не очень правильным и оптимальным, потому что модель не предполагала распределенной емкости кабеля от датчика до приёмника. При этом напряжение сигнала в модели в 0,1 В мне кажется каким-то оптимистичным, похожим скорее на пиковое значение амплитуды. Хз, могу и ошибаться. В общем в этой связи я думаю так:
1. Конструктивно датчики я бы выполнил в отдельных герметичных корпусах с батарейным или аккумуляторным питанием в 9 вольт. Если обычная крона отдаёт около 0,5 ампер в час, то даже обычной батарейки при токе потребления в 10 мА должно хватить на 2 суток непрерывной работы. С аккумулятором и того больше. Также, хоть оно тут и не обсуждалось, стоит вопрос о качестве источника питания, вернее его шумовых характеристиках. Поэтому я за батарейку
2. В качестве базового варианта я бы выбрал каскад со следящей ПОС. Если сигнал и правда в среднем около 0,1 В, то можно отделаться тупо эмиттерным повторителем со следящей связью, по образу схемы из Хорвица и Хилла на стр. 106. Можно также использовать малошумящий ОУ.
3. Если мое предположение верно относительно амплитуды сигнала, и она в среднем сильно меньше 0,1 В, то в таком случае перед передачей сигнала его надо бы усилить. В частности по этой ссылке я нашёл пример малошумящей и проверенной схемы  https://sound-au.com/project202.htm
Вот как-то так, если я правильно понял вопрос.

[patron]

Никаких кабелей между сенсорами и преампом нет - всё находится в едином корпусе. Длинный кабель - между "микрофоном" и микрофонным входом микшера или рекордера.
100 мв вх. сигнала выбрана из соображений, чтобы не возникало сильной интерференции между отдельными преампами при очень сильных сигналах. хотя реальные сигналы в большинстве случаев вряд ли будут превышать 10 мВ и THD следует оценивать при таких сигналах. Если при 100 мв THD не будет превышать 1%, то можно и закрыть на это глаза - при 100 мв будет уже перегружаться микрофонный вход рекордера.

[OlegFX]

Ligeti, я спрашивал только про эм. повторитель.

В качестве базового варианта я бы выбрал каскад со следящей ПОС. Если сигнал и правда в среднем около 0,1 В, то можно отделаться тупо эмиттерным повторителем со следящей связью, по образу схемы из Хорвица и Хилла на стр. 106. Можно также использовать малошумящий ОУ.

Эм. повторитель для работы с датчиком в несколько нФ? Посмотрите в симуляторе шум такой связки - ужаснётесь; это же надо, такое предложить! Мои сожаления, но вы не просто не в теме, а абсолютно не в теме Low Noise. Если бы вы просто спрашивали, то это было бы нормально, но вы же советы раздаёте...

[Ligeti]

@ OlegFX

Встречные предложения от вас-таки будут?

[OlegFX]

@ OlegFX

Встречные предложения от вас-таки будут?

Будут.
Вам - учить матчасть и паять/мерить. Опционально, спрашивать-спрашивать-спрашивать на форумах. Лучший спец в русскоязычном сегменте - Сергей Агеев ака sia_2, он обитает на Веге. Кстати, в ж. "Радио" напечатана его великолепная статья про УВ для магнитофона - это просто компактная энциклопедия разработчика Low Noise, маст хэв в квадрате!  Плюс, осваивайте симулятор. Для анализа /оптимизации шумовых параметров, имхо, МК намного удобней, чем ЛТспайс. Да и вообще, он просто удобней. Кстати, уже бесплатный.

ТС-у - например, оптимизировать правильную, потенциально очень малошумящую схему new_man-a (ПТ+ОУ). ПТ - LSK170, ток стока задать 1...2 мА. Его эквивалентное шумовое R около 60 Ом. Максимально снизить сопротивление резисторов ООС - "нижнее" R_ООС должно быть раза в три меньше этого значения. Модели LSK170 судя по всему, у вас кривые. Вот более реальная модель (модель для МК, но её можно подкорректировать для ЛТспайса):
.MODEL LSK170B NJF (BETA=0.0350699 CGD=4.36E-11 CGS=4.36E-11 FC=0.5
+ IS=2.76212E-14 KF=0.01f LAMBDA=4.951E-3 PB=1.2 RD=7.82168 RS=6.9525888
+ VTO=-0.5375582)
ОУ применить умеренно шумящий малопотребляющий, например, MC33178 или какой-нибудь современный.

Я делал почти такую же схему на оригинальном 2SK170GR, шумела значительно меньше 2 нВ/^Гц. Также, хороши 2SK117, 163, 184, 209, старые BF862. Поэтому, если у вас (совокупные "вы") не получится, я доработаю /адаптирую свою схему под этот датчик и выложу её. Но это не прямо сейчас, мб через неделю-другую. Но, я почти уверен, что new_man наверняка сумеет сам доработать свою схему в этом направлении.

У меня одно единственное сомнение: насколько датчик - это чистая ёмкость. Дело в том, что реактивности-то не шумят, но зато шумят всякие их неидеальности - тангенс угла потерь, ESR... что там ещё. Поэтому, возможно вся эта борьба за оч. малые шумы преампа просто не имеет особого смысла.

[patron]

Я не настолько про, чтобы разрабатывать смодели самому - пользую те, что либо от производителя, либо дал Bordodinov на Kasus.ru
В частности на LSK170 модель взята с офсайта NXP.
Как уже писал, что больше всего убивает - сравнение разных полевиков в одной и той-же схеме, с соответствующей коррекцией режима ессно, - ничего общего в части сравнения шумов по их даташит и моделям. Как правило в даташитах приводят шумы при разных условиях - сопротивление источника , частоты и т.д. В частности для таких источников. как мы рассматриваем в данном случае, данных просто нет и приходится сравнивать арбуз и свиной хрящик. Для меня всё решает макетирование на живых прибора и сравнение с "эталонным". Мерять объектиные значения шумов дело кропотливое и очень ненадёжное : при таких уровнях всё окружающее пространство против тебя - все компы. телефоны и прочая дигитальная шушера производит такие помехи. что то, что мерял "объективно" вчера имеет ничего общего с сегодня или завтра. Вот поэтому я и использую метод "эталона" : ТОЛЬКО ОДНОВРЕМЕННО две совершенно одинаковые коробочки, включенные в один рекордер и постоянно меняю местами в каналах.

[OlegFX]

В частности на LSK170 модель взята с офсайта NXP.

Вообще-то, его делает не NXP. На всякий случай я там поискал - ноль. Вы можете выложить эту модель? А то и на Linear System я не могу её скачать - not found.

Для меня всё решает макетирование на живых прибора и сравнение с "эталонным".... Вот поэтому я и использую метод "эталона" : ТОЛЬКО ОДНОВРЕМЕННО две совершенно одинаковые коробочки, включенные в один рекордер и постоянно меняю местами в каналах.

Полностью согласен, сам так делаю. Прослушивание, тем более сравнительное - это именно последняя инстанция. Это, также, и ответ нашему советчику:

И я вообще молчу о том, что оценку изменения уровня шумов вы производили на слух(!), в рамках проектирования очень малошумящего устройства, когда вам и минус 120 дБ не комильфо. А я все стеснялся спросить чем мерить будете уровни ниже 120 дБ, мало ли Audio Precision имеется...

Ну, а про -120 уже написал, что это такое на самом деле.

[new_man]

Про схему на #47...
Если доводить ее, обязательно ввести коррекцию - конденсатор 220-1000 пФ с выхода ОУ на его инв. вход. Без него полюс на мегагерцах.

[patron]

OlegFX   

Вообще-то, его делает не NXP.

Да, это описка. Этот транзистор выпускают по кр. мере 2 фирмы - Linear System и Toshiba. Причём первая выпускает под тремя буквами - A, B, C, По шумам они разные. Toshiba их discontinued.
Оба ПДФ-а приколол.

[OlegFX]

Этот транзистор выпускают по кр. мере 2 фирмы - Linear System и Toshiba. Причём первая выпускает под тремя буквами - A, B, C, По шумам они разные. Toshiba их discontinued.
Оба ПДФ-а приколол.

Я писал, что хотел бы увидеть модель, а не даташит - этого-то добра (различных ревизий) у меня вагон. Можете просто скопировать текст модели из своего ЛТспайса.

[patron]

В данный момент у меня нет при себе либы Бордодинова, могу только скопипейстить модель 170А из его поста на Казус.ру пару месяцев назад :

"..Вот улучшенные модели:
.MODEL LSK170A NJF BETA=0.0378643 VTO=-0.4025156 LAMBDA=4.783719m IS=3.55773E-14 N=1 RD=10.6565 RS=6.8790487 CGD=3.99E-11 CGS=4.06518E-11 PB=0.981382 MJ=0.794653 FC=0.5 KF=5e-18 AF=1   ..."

Он постоянно работает над улучшением моделей и насколько актуальна данная я не могу сказать. Чтобы не играть в испорченный телефон могу предложить скачать либу и оттуда вытащить его последнюю версию для 170А :
https://yadi.sk/d/6nSSUmZiT9oCoQ
На дату можно не обращать внимания - он её просто не меняет уже давно. Последние изменения в либе он делал только пару дней назад.

Ну и опять таки, чтобы не играть в испорченный телефон могу предложить посмотреть его посты по модели для 170 :
http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=12745&page=89

[patron]

Вот модель 170А прямо с сайта LS :
.model LSK170A NJF (Beta=37.86m Betatce=.5 Rd=11 Rs=7 Lambda=4.78m Vto=-
0.40 Vtotc=-2.5m Is=35.58f N=1 Cgd=39.9p MJ=0.79 Pb=0.98 Fc-0.5 Cgs=40.7p
Kf=0 Af=1 Mfg=Linear_Systems)

[OlegFX]

Спасибо! Если подставить вашу модель в простейшую схему на одиночном ПТ, то результаты близки к правде - при токе 0,5 мА шум 1,2 нВ/^Гц, 2 мА - 0,9 нВ/^Гц. Всё что хуже - результат неудачной топологии, применения высокоомных R и т.п.
В модели от LS ошибка, вместо Fc-0.5 следует подставить Fc=0.5. Также, для упрощения, фликкер-шум у них = 0 (в отличие от модели  Бордодинова). Но это в вашей ситуации ни на что не влияет, т.к. на ИНЧ-НЧ шум, в основном, определяется ГОм-ником (его ток шума х ёмкостное R сенсора).

[patron]

Переписывать одно и тоже на разных форумах дело неблагодарное, поэтому процитирую сам себя :
"..дело не в одной или двух моделях ПТ, а в том, что транзисторы, дефинированные, как low noise или даже как super low noise в конкретно моём случае оказываются шумнее, чем некоторые другие, на которые шумы либо вообще не записаны, либо по даташит они гораздо хуже, чем у этих super low noise.
Я проверил LSK170A вживую уже в двух, совершенно разных схемах (разумеется в моём применении) и в обоих случаях он оказался шумнее, чем некоторые весьма средненькие по даташит приборы.

[OlegFX]

Пробовали вместо сенсора включить хороший конденсатор - полистирол, фторопласт, полипропилен? Шум такой же? Если ещё не делали, обязательно попробуйте, результаты сравнительных прослушиваний будут ответом на вопросы про "идеальность" сенсора, а также, на некоторые другие.
А про "хужесть" 170-го, то, к сожалению, производитель не приводит данные про ток шума, а без этого симуляторные результаты могут сильно не соответствовать действительности. Т.е. сам симулятор "не виноват". Вообще-то, 170-е очень мало шумят при работе с умеренно низкоомными источниками сигнала - сотни Ом... десятки кОм примерно.
Из доставаемых могу посоветовать 2SK208 (2SK30, 118), они очень хорошо работают с ёмкостными датчиками. Но 2 нВ/^Гц вы с ними не получите.

[patron]

Гордость меня прямо переполняет - мне уже неоднократно пишут "Ваша модель"  хотя я везде честно пишу - чья это модель и откуда я её взял.
Я только начинающий симулянт и могу использовать только готовые модели.
Если есть желание потягаться в создании или перепахивании моделей, то лучше обратиться к людям своего уровня. Линки я давал.
gtlab по симуляции непрофильный.