Работа AD620 на длинный кабель

[Георгий25]

Здравствуйте подскажите пожалуйста, использую усилитель ad620 стандартная схема из даташита для усиления сигнала с гидрофона и передачи его по кабелю длиной 50-70 метров на АЦП. Подскажите пожалуйста как лучше всего согласовать выход этого ОУ и такой длинный кабель ? Этот усилитель не очень работает на емкостную нагрузку и для такой длины кабеля какие наилучшие методы ? Кабель витая пара четыре жилы в экране.
Заранее большое спасибо !

[КРАМ]

Лучше АЦП перетащить к гидрофону. Или искать дифусилители с дифвыходом на волновое сопротивление кабеля. Тогда емкость кабеля значения иметь не будет. Достаточно нагрузить кабель на резистор равный его волновому сопротивлению со стороны приемника. Согласовывать кабель со стороны передатчика (ОУ) необязательно. Если согласование с нагрузкой хорошее, то смысла в нем (согласовании выхода ОУ с кабелем) нет.

[Георгий25]

Большое спасибо за ответ. Перетащить АЦП пока не можем. Поискал в интернете и нашел несколько вариантов подскажите пожалуйста какой наиболее приемлемо использовать в моей ситуации:
1. Токовая петля. http://easyelectronics.ru/tokovaya-petlya.html интересует схема на двух операциониках. На какие в основном параметры ориентироваться при выборе ОУ для этой схемы? Например есть lm324 и OPO7 на них будет работать ?.
2. Использовать на выходе AD620, ОУ с возможностью работать на емкостную нагрузку (кабель) и с большей отдачей тока, в режиме повторителя, например AD826 или AD8397 (или например тот же lm324 - но сможет ли он на такую емкость работать надо проверить, тока он по моему может до 40 мА отдать), на какие параметры ОУ следует прежде всего обращать внимание при выборе усилителя ?
3.Компенсация с использование демпфера (снаббер) http://kit-e.ru/articles/circuit/2010_06_122.php. Какие минусы данной схемы и в чем её ограничения ?
4. Так же видел схемы с ОУ и на выходы два биполярных транзистора ? По каким параметрам выбирать транзисторы в этом случае ? может кто то подсказать схему для моего случая ?
5. Нашел здесь на форуме такую схемку она подойдет ? В чем её ограничения ? (Схема во вложении)
Питается мой усилитель от двухполярного питания +-12 Вольт сделанного на аккумуляторах, понижается на стабилизаторах пока до 5 вольт, но можно отрегулировать в большую или меньшую сторону, примерно длина кабеля будет составлять 50-100 метров. Сигнал снимаемый с гидрофона двуполярный.
Заранее большое спасибо!

[КРАМ]

Проводимость транзистора на схеме показана неверно. Нужен NPN, а показан PNP.
Поскольку речь идет о сигнале УЗ диапазона частот (40 кГц и выше), то требуется достаточно широкополосный усилитель, чтобы с учетом ОС получить необходимое усиление. Еще раз. Дело не в емкости кабеля. Емкость кабеля будет компенсирована распределенной индуктивностью этого кабеля, если сопротивление нагрузки со стороны АЦП будет равно волновому сопротивлению кабеля. Для UTP это будет 130 Ом. И тогда усилитель будет работать на чисто активную нагрузку 130 Ом.

[Георгий25]

Спасибо за ответ. Диапазон у меня будет звуковой примерно до 10 кГц.
1.Правильно ли я вас понял необходимо на стороне приемника (АЦП-может быть линейный вход звуковой карты) в кабеле в "передающую" жилу в разрыв резистор равный волновому сопротивлению кабеля (прилагаю рисунок) или необходимо резистор повесить между "передающей" жилой и общим(рисунок прилагаю) ?
2. Например поставлю резистор на стороне АЦП и тогда емкость кабеля значения иметь не будет, но сигнал же будет ослаблен такой длины кабеля ? Вывезет ли ad620 ? Вопрос вот в чем: схема, "AD620"-"согласованный кабель на стороне приемника 50-70 м"- "АЦП" можно оставить прям так или все таки после AD620 поставить ОУ помощнее ? Заранее большое спасибо, если сможете ответить на мои вопросы будет очень здорово, если нет, то не могли бы подсказать может литературу или статьи где это описано? Вопросов много и может они не о корректные просто хочется заранее узнать все нюансы, что бы при их возникновении сразу их решить.

[КРАМ]

Резистор согласования включается параллельно нагрузке. Естественно, что суммарное сопротивление этого резистора и входного сопротивления (параллельное включение) Rобщ=Rсогл*Rвх/(Rсогл+Rвх) должно быть равно волновому сопротивлению кабеля.
Поскольку обычно входное сопротивление очень велико по сравнению с согласующим, суммарное будет равно самому согласующему.
Ослабление сигнала кабелем естественно будет, но его легко выбрать увеличением усиления в ОУ.

[Георгий25]

Спасибо большое за ответ.
1.Получается, что теперь необходимо что бы AD620 смог обеспечить необходимый ток для работы на активную нагрузку при моих питающих напряжениях, если он не вывезет, то просто поставить повторитель на ОУ который сможет обеспечить такой ток. Правильно ли я понел ?
2. А какие варианты есть если не согласовывать на конце резистором ? или так делается всегда ?
Большое спасибо за помощь.

[КРАМ]

1. Да, либо выбрать не инструментальный усилитель, а скоростной ОУ способный работать на кабель (т. е. обычно 50 Ом).
2. Так делают всегда.
ЗЫ. А что у Вас выступает в роли микрофона в гидрофоне?

[Георгий25]

В роли микрофона пьезокерамика выступает. Спасибо вам большое за помощь. Как попробую отпишусь. А из высокоскоростных ОУ доступных можете что то посоветовать ? и подойдут ли те, что я указал в одном из постов ?

[КРАМ]

Часа через три буду при компьютере - посмотрю даташиты и дам ответ.
ЗЫ Пьезокерамика носит выраженный резонансный характер.
Обычно в эхолотах применяют ЦТС-19, но там конкретный по частоте (монохромный) сигнал.
Что Вы хотите услышать на звуковых частотах?

[Георгий25]

Работать будет ниже резонанса в режиме приема. Услышать хочу все что шуметь будет, рыбы или рыбаки, шумы подводные и т.д.

[КРАМ]

Эффективность приема будет никакая. Собственные шумы и шумы среды не связанные с целью приема могут сильно осложнить цель исследований. Плюс к этому, НЧ звук в воде быстро затухает. Поэтому для гидролокации применяют вполне определенный диапазон частот.

[Георгий25]

Насчет эффективности приема это уже по факту посмотрим. Нужен как раз широкополосный прием, для измерения шумов. НЧ звук затухает в воде гораздо меньше чем ультразвуковые частоты. Используются в гидролокации такие частоты о которых вы говорите, по причине как вы сказали, что бы работать на резонансе, а резонанс керамики зависит от её размеров, поэтому чем меньше частоты тем больше антенна. А так же для направленности, но для этих целей применяют и антенные решетки и за счет превышения размеров антенны длины волны, насколько я правильно понял из книг.

[КРАМ]

Резонансная частота керамики зависит от ее толщины, поскольку мы излучаем/принимаем продольную волну.
А размер керамики поперек (диаметр) определит диаграмму направленности и поперечную волну.
Разрешающая способность по дальности в локации зависит от временной апертуры сигнала при импульсной и от фазового разрешения аппаратуры для непрерывного метода.
Нужно различать затухание для продольной и для поперечной волны.
Я давно не брал в руки шашек - гидролокацией занимался в институте, но обрывки памяти мне подсказывают, что в воде в продольной волне с НЧ компонентой будет все плохо. Возможно у меня и склероз...

[Георгий25]

Есть различные виды резонансов у керамике, это по толщине, по радиусу (радиальный резонанс-если это кольцо или диск), изгибные колебания (биморфные элементы например). В жидкой среде же по моему только продольная волна и есть, а поперечная же только в твердых веществах или я не о том говорю. Что касательно диаграммы направленности, то если длина волны превышает размеры одиночного преобразователя, то он является ненаправленным насколько я знаю. Практического у меня опыта к сожалению нету, что из книжек понял то и говорю, может, что то не так понял) так, что если что, то не так пишу, то это видимо не так что, понял.

[КРАМ]

Обычная волна на поверхности воды - это поперечная волна.
Плавник рыбы так же генерирует поперечные колебания.
Керамика при поперечных размерах больше длины волны возбуждает многомодовую волну, что приводит к расщеплению диаграммы направленности, но не к изотропному (ненаправленному) приему. То есть она состоит из множества диаграмм по полусфере. Изотропной диаграммой обладает излучатель, размеры которого (перпендикулярно направлению излучения) много меньше длины волны.
Длина волны для поперечных и продольных волн сильно разная из-за разных физических свойств среды для этих типов волн и, соответственно, разной скорости звука для них.
В самой керамике легко возбуждаются и продольные и поперечные волны. Это никак не связано с резонансом на этих типах волн. Это связано с фазовыми соотношениями колебаний от центра таблетки к краям. То есть таблетка работает не только как поршень, но и как изгибающаяся пластина.
В качестве ОУ работающего на кабель из недорогих могу предложить OPA355.
Ну или эмиттерный повторитель для имеющегося AD620.

[Георгий25]

Буду знать, так сильно не вдавался в этот вопрос. То что на поверхности поперечные волны присутствуют читал, но в самой толще воды они жене распространяются насколько знаю?

[КРАМ]

Распространяются, только с сильным затуханием.
Но дело не в воде, а в самой керамике. Поперечная волна в керамике генерирует многомодовую продольную волну.

[Георгий25]

Ясненько, а по маркам ОУ подскажите что нибудь ?

[КРАМ]

Я выше написал уже. OPA355. Это тоже Аналог девайс (Бурр-Браун ему принадлежит) .