Настройка Дифференциального усилителя

[white_man]

Привет всем, я делаю дипломную работу и столкнулся с проблемами, а посоветоваться нескем. Так что если кто что сможет посоветовать буду признателен. Щас в кратце обрисую суть проблемы. Я собираю дифференциальный усилитель, который будет служить приставкой для осциллографа для того чтоб из обычного осциллографа получить осциллограф с дифференциальными входами. Требовалось получить усилитель со следующими параметрами: полоса пропускания по уровню 0.1Дб не менее 20мГц, КОС не менее 40 Дб. Коэффициент усиления 1 или 2, входное R не менее 1мОм. Я выбрал схему инструментального усилителя т.к у него на входе стоят повторители, у которых входное R значительно больше 1мОм. Еще так как выходное R порядка сотни Ом то в последнем дифференциальном каскаде можно использовать резисторы с номиналами от100 до 1000оМ. Для своей поделки я выбрал следующие микрухи: AD8058, AD8056, AD8036, AD8038 и AD8012. У микрух следующие параметры: полоса пропускания по уровню 0.1Дб не менее 40 мГц, а по -3ДБ около 200мГц, КОС не менее 80Дб и сдвиг фазы в требуемой для меня полосе частот не превышает 135 градусов те микрухи по идее должны работать. Необходимо было исследовать витковые перенапряжения в катушке индуктивности, возникающие при ее отключении от источника питания. Для этого был собран ключ на полевом транзисторе, на который подавались управляющие прямоугольные импульсы с крутым фронтом и спадом парядка 100нс. А как известно такие импульсы содержат много гармоник. Ну значит собрал я схемы решил снять зависимости К от f, выставил К=100 и начал увеличивать частоту от 0 до 50мГц. КU при этом ниже 1 не снизиля. На вход подавалась синусойда амплитудой 1В. Дальше я выставил К=1 и начиная с 8 мГц у меня начился рост амплитуды выходного сигнала. Ну это можно частично устранить параллельным включением кондера резистору обратной связи. Дальше я подал на вход приставки сигнал с катушки индуктивности, сигнал был воспроизведен с точность в 90%. Но при закорачивании между собой входов сигнал вообще не ослаблялся, еще странно то что усилитель начинал возбуждаться при шевелении кабеля хотя сам усилитель находился в металлическом экране. Ток потребляемый микрухой увеличивался до 100мА и напряжение питания по минусу падало с -5 до -3В иона бешено грелась. При подаче же синусойды она работала нормально в полосе до 8мГц. Я пробовал также вариант когда на входе включал повторитель с К=3 а дифференциальный каскад с К=1/3 чтоб в результате получить К=1. все эти микрухи являются видеоусилителями. Есть какие-нибудь соображения?

[Alex]

Как я понял, сначала при подаче синуса сигнала с генератора - все было нормально, а при подаче с катушки - начанаются чудеса?
поскольку чудес не бывает, то вопрос - как был включен генератор и как была включена катушка?
Желательно схему, а не словами.

[white_man]

Желательно схему, а не словами.

При подключении генератора ево корпус цеплялся к инвертир входу, а выход к неинвертир. При подключении к катушки инвертир вход подключался к началу витка а неинвертир к концу витка, а начало катушки соединялось с корпусом приставки. Может дело в том что корпус приставки соединялся с плюсовой клемой установки с индуктивностью. Но с другой стороны у них независимые питания.

[Alex]

Еще вопрос - а как входы связаны с общим проводом ?
В случае с катушкой - не превышает ли синфазное на вход, напряжение питания инструментальника ?

[white_man]

Я не очень хорошо разбираюсь в злектронике, так что заранее извиняюсь за свои ответы и вопросы. Я так понял параметр под названием Input Common-Mode Voltage Range и есть max синфазное входное напряжение, оно не привышает плюс-минус 3.2 вольта. Напряжение питания плюс-минус 6В.Я подавал на вход 50В но с учетом делителя получается 5В.А причем тут max входное U, я же на входы подаю разные по амплитуде сигналы. Вопрос про входы я не совсем понял. Напряжение же на вход подается относительно общей шины, а для диференциального усилителя важна только разность сигналов а не то относительно чего они подаются.

[boatsman]

На входе нарисованы "Делитель 1:10" - это 1:10 делитель с каким входным сопротивлением? 1МОм или 10МОм? Он подстраивался? Как устроена его нагрузочная часть (сколько там подстроек)?
IMHO, сей делитель есть важная часть данной схемы существенно влияющая на подавление синфазного сигнала начиная с частот порядка мегаГерц.

[Гоша]

1. Неинвертирующие входы повторителей ОБЯЗАТЕЛЬНО надо связать с землей высокоомными резисторами (они будут определять входное сопротивление схемы). Назначение резисторов последовательно с входным сигналом мне непонятно. Зачем они? Разве что с защитной целью.
2. Чем и как данная приблуда соединяется с входом осциллографа? Высокочастотные ОУ плохо работают (склонны к возбуждению) на комплексную нагрузку в виде коаксиального кабеля, нагруженного на большое активное сопротивление. Особенно при низких Ку. Чтобы этого избежать, последовательно с выходом ОУ надо включить резистор 100...1000 Ом.
3. Как выполнено питание? Что за фокусы с просадкой напряжения ИП? Чаще всего от этого все беды.
4. Для того, чтобы хоть как-нибудь защитить входы ОУ от перенапряжений (а в исследуемой схеме это могут быть киловольты), надо неинвертирующие входы соединить с шинами питания хорошими ВЧ диодами. Пусть это несколько ухудшит частотные свойства приблуды, но, по крайней мере, даст возможность выжить ОУ.

[boatsman]

чтобы хоть как-нибудь защитить входы ОУ от перенапряжений

надо диоды включать между инв и неинв входами. В первую голову. А потом между входом и шинами источника питания (обеими, естественно в обратном направлении).

[white_man]

Назначение резисторов последовательно с входным сигналом: при соединении инвер входа с выходом операционик возбуждался. а при соединении через R порядка 100оМ работал нормально. Приставка соединяется с осцилом стандартным коаксиальным кабелем. Я включал на выходе операционика R=150оМ но не последовательно а паралельно, такой наминал обусловлен тем ч то в даташит микрухи нагружены на R приблизительно такого наминала. Я питаю свою приставку 2-х полярным источником плюс-минус 5.5В. Стабилизатор выполнен на 78L05 и 79L05.
Фокусы следующие:при подаче сигнала с индуктивности (с делителем около 5В) на осциле наблюдался сигнал в виде-затухающего по времени гармонического колебания. При замыкании входов между собой форма и амплитуда сигнала не изменялась при этом микруха начинала сильно грется. Также при дотрагивании до коаксиального кабеля соединяющего приставку с осцилом схема возбуждалась но при отсоединении кабеля от приставки и повторном присоединении возбуждение проходило. У даных микрух максимальные синфазные входные напряжения порядка плюс-минус 3.2В.

Добавлено через 9 минут

На входе нарисованы "Делитель 1:10" - это 1:10 делитель с каким входным сопротивлением? 1МОм или 10МОм? Он подстраивался? Как устроена его нагрузочная часть (сколько там подстроек)?
IMHO, сей делитель есть важная часть данной схемы существенно влияющая на подавление синфазного сигнала начиная с частот порядка мегаГерц.

Это емкостной делитель с входным сопротивлением 1мОм. До меня научный уже настраивал его только это было при работе с диференциальным осцилом так как это делители от него. Я видел один подстроечник и это был кондер. Я понял что надо настроить исам делитель.

[boatsman]

надо настроить исам делитель

Я бы там не ставил емкостный делитель. Хлопотно это.

Настраивать надо оба делителя. Причем одинаково. Поскольку эти делители делят и синфазное, и дифференциальное напряжение.
Это во-первых.

Во-вторых. Делитель как минимум имеет последовательный резистор в щупе и параллельный резистор между выходом и землей, а также два конденсатора - параллельно последовательному постоянный маленькой емкости и параллельно выходному (нагрузке делителя) - подстроечный.
Этот подстроечный назовем "низкочастотным".

Подстроечный настраивается - если не в курсе - по калибровочному генератору осциллографа, 1кГц меандр, критерий - минимальные искажения меандра (крутой фронт без завала "полки" и выбросов).

Для частот выше 10МГц применяются делители с более сложной нагрузкой - это целая отдельная тема, литература прилагается. Устарелая несколько, но тем не менее.
Для подстройки требуется генератор меандра порядка 1МГц, я с успехом пользую функциональник, и осцилл желательно двухканальный. Один канал втыкаем на 50 Ом - или ставим на него коаксиальную нагрузку - и объявляем референсным, другой подключаем через щуп параллельно, туда же подаем меандр и отдельными подстроечниками в нагрузке щупа (у китайских - один подстроечник, у Хьюлеттов - два) добиваемся картинки в канале щупа наиболее похожей на референсную (с 50 Ом).

На дифференциальном входе надо дополнительно подстроить, то есть настроенные щупы обоих каналов завесить на 50 Ом генератор и настроить (обычно нагрузку, а не "низкочастотный" кондер) на минимум синфазного.
Все это делается исключительно "на глазок" и "по опыту", непросто, поэтому хороший дифференциальный пробник к широкополосному осциллографу стоит немалых денег.

[boatsman]

Да, забыл.
Подавление синфазного дифф. усилителем будет сильно зависеть от импеданса нагрузок делителей - этот импеданец будет являться для ДУ источником сигнала, поэтому щупы должны быть настроены одинаково и поэтому чисто емкостные делители абсолютно нежелательны. Кроме того, что они в принципе дифференцируют сигнал и потому применяются исключительно (почти) на чистом синусе.

[white_man]

Получается роль делителя очень велика. В лаборатории наш отечественый диференциальный осцил годов 80-х, а делители от него. Я пока со схемой не ковыряюсь, к госам готовлюсь. За выходные попытаюсь успеть схему до ума довести согласно полученым от людей советам. Чтоб на следующей неделе испытать ее снова в новом обличае. О результате тогда дам знать. Спасибо за информацию.

[boatsman]

Наши старые делители 1:10 точно не имеют в нагрузке ничего кроме подстроечного конденсатора - то есть в щупе просто 9,1МОм зашунтированное трубчатым керамическим кондером, кабель коаксиальный уходит в коробочку с вилкой, где стоит подстроечник воздушный или керамический диск.
Использовать можно, если на выход подключить 1МОм и параллельно 20...33пФ, подобрать до удовлетворительной подстройки компенсации штатным подстроечником (я выше описывал).

В принципе, есть форум http://pro-radio.ru/measure/ и там есть товарищи - например, Вася ака Vaseeb которые могут даже иметь на щупы документацию/инфо.

[shkal]

Я предлагаю развить тему от дипломной работы до рабочего выносного дифф.пробника. Если рассчитывать на звуковые применения, то нужно иметь большой диапазон входного синфазного\дифференциального напряжения, малую входную ёмкость и малые шумы, а полосу можно ограничить 50-100Мгц. Также желательно иметь переключение коэфф. усиления дифф.сигнала. Я задался такими параметрами:
Входное синфазное\дифференциальное +-50в
Шум на СЧ < 10нв\гц 1/2
Cвх < 5пф
Выход на 75-омный коаксил.
Вот мой примерный набросок на эту тему (без входной защиты)
Коэф. передачи переключается коммутацией R16

Есть второй вариант - делитель 1:5 и стандартный инструментальный усилитель на 3х ОУ THS4631
Здесь мы имеем все вышеописанные проблемы с входным делителем, плюс резистор 1М последовательно с источником генерит шум 100нв\гц 1/2
Плюсы - простота и малые габариты схемы
Кто что думает?

[boatsman]

Я предлагаю развить тему

Поддержу.

[white_man]

Это получается что собрать схему на дискретных элемнтах проще чем на готовых операциониках? Это надо все транзисторы подобрать и резисторы в каждом плече.Что значит 1е6->1.6оМ, мне нужны мегоомы.

[boatsman]

1 х 10 в шестой, 1 мегОм.

Можно и на операционниках\инструментальниках, но сложнее со входной емкостью.

Эге, подбирать придется. И там на схеме еще всякая чушь вроде источников не показана. Это ж так - мелочи досадные.

[shkal]

Здесь можно посмотреть, как tektronix делал пробники:
ftp://bama.sbc.edu/downloads/tek/pro...0circuits.djvu

[white_man]

Здесь можно посмотреть, как tektronix делал пробники:
ftp://bama.sbc.edu/downloads/tek/pro...0circuits.djvu

За книжку спасибо ,как раз по теме, это я по картинкам понял. Можете посаветовать какой нибудь переводчик со словарями технических терминов.

[boatsman]

Боюсь, автоматический переводчик тут мало поможет. Язык достаточно живой и непринужденный - 1969 год?
Замечательная книжица. Хотя местами уже ТАК не делают - осциллографы несколько иные и пробники тоже.