Шумы ОУ при больших сопротивления ОС

hbot

Всем привет!
Разрешите задать вопрос.
Использую классическую схему неинвертирующего ОУ - Картинка
Мне надо иметь КУ=2, поэтому использую одинаковые резисторы в ОС.
Сначала взял в качестве R1 и R2 номиналы по 100кОм. На вход ничего не подается, но схема начинает усиливать наводки (с помощью осциллографа они заметны на выходе). Проблема решается, если вместо 100 кОм взять номинал в разы меньше, например, по 2кОма. Тогда все помехи на выходе полностью пропадают!

Почему так происходит? Один и тот же ток помехи создает меньшее падение напряжения на меньшем сопротивлении что ли? Или как это объяснить?

Тип ОУ: OP1177

Реклама

glacier

R1 и R2 - образуют делитель напряжения, для того, чтобы уменьшить напряжение с выхода и подать его на инвертирующий вход
возьми конспект по микроэлектронике, там вам в начале года читали про делители напряжения, возьми оттуда формулу и подставь ее в эту схему и расчитай КУ

Реклама

compad

hbot писал(а):Всем привет!
Разрешите задать вопрос.
Использую классическую схему неинвертирующего ОУ

Мне вот интересно
1)КАКОЕ постоянное напряжение на выходе у Вашего усилителя?

2)Вы смотрели КАК проходит синус через Ваш усилитель?

То что Вы видите на выходе-это наводки на входную цепь.Если замкнуть вход по переменке на массу, их не будет.И это совершенно нормальное явление, поскольку в реальности вход будет шунтироваться сопротивлением источника сигнала.Вот только жаль, что дивайс не вполне

работоспособен...чего же ему не хватает?

Pablo

Операционные усилители это очень замечательная и притягательная вещь. Начнем с простого - А как "ребенок" питается?
В смысле, какой источник питания?
Объяснение с помехами простое - Вы шунтируете 2 мя кОмами большое входное сопротивление усилителя.

Реклама

hbot

glacier писал(а):R1 и R2 - образуют делитель напряжения, для того, чтобы уменьшить напряжение с выхода и подать его на инвертирующий вход
возьми конспект по микроэлектронике, там вам в начале года читали про делители напряжения, возьми оттуда формулу и подставь ее в эту схему и расчитай КУ

Извиняюсь, но я не понял, к чему этот вопрос... КУ я свой знаю и писал уже об этом в первом посте. Соответственно, я его не с потолка взял, а посчитал. Потому и взял равные резисторы в ОС, чтобы получить КУ=2.

compad писал(а): 1)КАКОЕ постоянное напряжение на выходе у Вашего усилителя?

Нулевое вообще сейчас. Но это не важно: шумит и при наличии входного сигнала точно так же, я проверял.

compad писал(а): 2)Вы смотрели КАК проходит синус через Ваш усилитель?
То что Вы видите на выходе-это наводки на входную цепь.Если замкнуть вход по переменке на массу, их не будет.И это совершенно нормальное явление, поскольку в реальности вход будет шунтироваться сопротивлением источника сигнала.Вот только жаль, что дивайс не вполне работоспособен...чего же ему не хватает?

Это не наводки на входную цепь. Это точно. На входе у меня стоит шунт 240 Ом на землю для токового сигнала. Входной синус усиливается хорошо и правильно. Кроме того я пробовал менять входной шунт на другой номинал, при этом помехи на выходе не менялись, что подтверждает тот факт, что они возникают НЕ на входе ОУ.

Pablo писал(а):Операционные усилители это очень замечательная и притягательная вещь. Начнем с простого - А как "ребенок" питается?
В смысле, какой источник питания?

Ребенок питается от +-15В. Это напряжение создается DC/DC модулем Traco THN15-2423WI. От него и прут помехи, кстати, потому что данные модули этим грешат очень, как оказалось. Но это не суть сейчас. Модуль и помехи есть, и от них никуда не деться.

Pablo писал(а): Объяснение с помехами простое - Вы шунтируете 2 мя кОмами большое входное сопротивление усилителя.

Разве? Ведь вроде же в случае неинвертирующего усилителя резисторы ОС не влияют на входное сопротивление? Оно равно входному сопротивлению ОУ, т.е. очень большое.

Реклама

clvr00

hbot писал(а):Ребенок питается от +-15В. Это напряжение создается DC/DC модулем Traco THN15-2423WI. От него и прут помехи, кстати, потому что данные модули этим грешат очень, как оказалось. Но это не суть сейчас. Модуль и помехи есть, и от них никуда не деться.

Ну так П-фильтр и кренку поставьте. Или вы хотите вводить всякие обратные связи вместо того, чтобы задавить помехи по питанию? Вроде бы это не помогает

ЗЫ
На 100 кОм можно и из воздуха много чего наловить, а тут у вас в нескольких сантиметрах импульсник лежит... Он хоть в экране?

Реклама

falkonist

Шумят сами резисторы. Чем больше их сопротивление, тем больше шум. Хоровиц и Хилл "Искусство схемотехники", 1-й том, раздел (по памяти, как-то так) "Прецизионная и малошумящая аппаратура". Кроме того, шумят входы самого ОУ (гляньте, какой их входной ток по даташиту, у LM358, например, порядка 1,5 мкА). А резисторы малого номинала их хорошо шунтируют.

Гляньте сюда, довольно похожий вопрос.

hbot

clvr00 писал(а): Ну так П-фильтр и кренку поставьте.

Простите за мою серость, но данные термины мне не знакомы

clvr00 писал(а): Или вы хотите вводить всякие обратные связи вместо того, чтобы задавить помехи по питанию? Вроде бы это не помогает

Помехи по питанию, к сожалению пока полностью задавить не получается, хотя филтры, рекомендуемые самими Traco, у меня стоят и заметно снижают этот шум. К тому же проблема не в том, что шум идет иммено от модуля питания, а в том, что при замене резисторов усилитель на шум реагирует так, что мне не совсем понятно. Ведь наводки могут и еще откуда-то прийти, даже если DC/DC шуметь не будет, а ОУ при этом на эти наводки точно так же среагирует.

clvr00 писал(а): ЗЫ
На 100 кОм можно и из воздуха много чего наловить, а тут у вас в нескольких сантиметрах импульсник лежит... Он хоть в экране?

Он корпусом своим экранирован: http://catalog.gaw.ru/project/images/co ... HN15WI.jpg

hbot

falkonist писал(а):Шумят сами резисторы. Чем больше их сопротивление, тем больше шум. Хоровиц и Хилл "Искусство схемотехники", 1-й том, раздел (по памяти, как-то так) "Прецизионная и малошумящая аппаратура". Кроме того, шумят входы самого ОУ (гляньте, какой их входной ток по даташиту, у LM358, например, порядка 1,5 мкА). А резисторы малого номинала их хорошо шунтируют.

Спасибо. Это, может быть, тоже присутствует, но в данном случае моя основная проблема - это внешний шум, я уверен, потому что видел его. И током смещения он тоже не вызван, т.к. шум этот - переменный сигнал.

Вот вернусь к своему изначальному предположению. Пусть через резисторы ОС течет ток помехи "Iпом". Откуда он берется и как туда попадает - не знаю - возможно, как наводка или емкостная связь. Тогда при нулевом напряжении на входе "+" ОУ имеем напряжение на выходе: Iпом*R1*КУ. Т.е. при смене обоих резисторов со 100 кОм на 2 кОма КУ не меняется, но напряжение помехи уменьшается за счет уменьшения R1. Может такое быть объяснение?

Барсик

hbot писал(а):если вместо 100 кОм взять номинал в разы меньше, например, по 2кОма. Тогда все помехи на выходе полностью пропадают!

Ну и поставьте резисторы номиналом поменьше. Всё равно Вы подаёте сигнал на на инвертирующий вход. Его большое входное сопротивление не изменится. Или Вы экономите общий ток потребления схемы?

Источник помехи имеет некое внутреннее сопротивление, которое образует делитель напряжения со входным сопротивлением приёмника помехи. Если входное сопротивление приёмника помехи большое, то коэффициент деления такого делителя небольшой. Поэтому с резистором в 100 ком помеха ловится хорошо.

hbot

Барсик писал(а):Ну и поставьте резисторы номиналом поменьше. Всё равно Вы подаёте сигнал на на инвертирующий вход.

Наверно, Вы имели ввиду НЕинвертирующий вход?

Барсик писал(а):Или Вы экономите общий ток потребления схемы?

Да, изначально была идея взять резюки побольше, чтобы не нагружать ОУ особо. Но с 2 кОмами тоже жить можно. Собственно, проблему я так и решил уже. Просто не понятно мне до конца, почему это решение помогает, вот и решил спросить у знающих людей тут...

hbot

Барсик писал(а): Источник помехи имеет некое внутреннее сопротивление, которое образует делитель напряжения со входным сопротивлением приёмника помехи. Если входное сопротивление приёмника помехи большое, то коэффициент деления такого делителя небольшой. Поэтому с резистором в 100 ком помеха ловится хорошо.

Спасибо! Такое объяснение мне нравится!

YAA · Сообщение **YAA** » Чт окт 07, 2010 16:02:32

Полоса Вашего усилителя GBP/Kу=1,3МГц/2=650кГц.
Чтобы не быть голословным, резистор 100кОм в полосе 650кГц даёт шум примерно 220мкВ пик-пик (33мкВ - среднеквадратичный). Шум резистора R1 усилится в 2 раза, а R2 не усиливается. Итого, резисторы дают вклад на выходе примерно 500мкВ п-п.
Собственный шум усилителя - 8нВ*корень(f)*Kу=13мкВ среднеквадратичный, ~90мкВ п-п.
Если не нужна вся полоса, то можно отфильтровать лишнее и уменьшить шумы.

Вот такие цифры. Если они больше, то это не шумы, а наводки. Либо по входу, либо по питанию (чаще всего - это неправильная разводка земель). Если по входу, то есть два пути проникновения: емкостной (через паразитные ёмкости) и индуктивный (на петли из проводников). Если экранировка входов не помогает, то хороший способ - симметризовать вход (дифференциальный, а лучше инструментальный усилитель), тогда можно увеличить коэффициент подавления синфазной наводки. Имейте ввиду, что Косс, который приводится в документации - это теоретический предел, в реальной схеме синфазка намного легче превращается в дифференциальный сигнал.

hbot

YAA писал(а):Полоса Вашего усилителя GBP/Kу=1,3МГц/2=650кГц.
Чтобы не быть голословным, резистор 100кОм в полосе 650кГц даёт шум примерно 220мкВ пик-пик (33мкВ - среднеквадратичный). Шум резистора R1 усилится в 2 раза, а R2 не усиливается. Итого, резисторы дают вклад на выходе примерно 500мкВ п-п.
Собственный шум усилителя - 8нВ*корень(f)*Kу=13мкВ среднеквадратичный, ~90мкВ п-п.
Если не нужна вся полоса, то можно отфильтровать лишнее и уменьшить шумы.
Вот такие цифры. Если они больше, то это не шумы, а наводки.

Спасибо за расчеты! Лишнее подтверждение, что это наводки у меня.

YAA писал(а): Либо по входу, либо по питанию (чаще всего - это неправильная разводка земель). Если по входу, то есть два пути проникновения: емкостной (через паразитные ёмкости) и индуктивный (на петли из проводников). Если экранировка входов не помогает, то хороший способ - симметризовать вход (дифференциальный, а лучше инструментальный усилитель), тогда можно увеличить коэффициент подавления синфазной наводки. Имейте ввиду, что Косс, который приводится в документации - это теоретический предел, в реальной схеме синфазка намного легче превращается в дифференциальный сигнал.

Спасибо за информацию. Но последнее предложение про КОСС я не понял. Не могли бы Вы расшифровать, как "синфазка превращается в дифф-сигнал" и что из этого следует?

YAA · Сообщение **YAA** » Чт окт 07, 2010 17:20:19

Представьте себе дифференциальный усилитель с 4-мя резисторами, два подключены к инвертирующему входу, два к неинвертирующему. Входы у такой схемы симметричны. В идеальном случае, если все резисторы одинаковы, то синфазное напряжение вычитается. Тогда ограничением служит Косс ОУ (доходит до -120дБ или 1млн раз). Но если эти резисторы имеют разброс 5%, то коэффициент деления по каждому входу будет разным и может отличаться на 2*5%=10%. Другими словами, 10% синфазного сигнала стали дифференциальным сигналом. Косс равен 1/10 или -20дБ. Резисторы с точностью 0,1% дают Косс на уровне 2*10-3 или -54дБ. То есть в реальной жизни достичь Косс, приводимого в документации практически невозможно.

В инструментальных усилителях такие резисторы подгоняют с помощью лазера.

hbot

YAA писал(а):Представьте себе дифференциальный усилитель с 4-мя резисторами, два подключены к инвертирующему входу, два к неинвертирующему. Входы у такой схемы симметричны. В идеальном случае, если все резисторы одинаковы, то синфазное напряжение вычитается. Тогда ограничением служит Косс ОУ (доходит до -120дБ или 1млн раз). Но если эти резисторы имеют разброс 5%, то коэффициент деления по каждому входу будет разным и может отличаться на 2*5%=10%. Другими словами, 10% синфазного сигнала стали дифференциальным сигналом. Косс равен 1/10 или -20дБ. Резисторы с точностью 0,1% дают Косс на уровне 2*10-3 или -54дБ. То есть в реальной жизни достичь Косс, приводимого в документации практически невозможно. В инструментальных усилителях такие резисторы подгоняют с помощью лазера.

Спасибо!

YAA · Сообщение **YAA** » Чт окт 07, 2010 17:27:17

Вот типичная схема дифф.усилителя о которм шла речь.

Pablo

Я понимаю, что мой вопрос мог показаться странным и предложу Вам простое решение. Надо использовать схему инвертирующего усилителя. Тогда подавление помехи по питанию станет правильным, т.е. достигнет свои -120дБ и проблема снимется. Что касается DC/DC преобразователей то их надо фильтровать как следует, LC звеньями с правильными номиналами и правильным набором конденсаторов. При этом неплохо очень внимательно ознакомиться с DataSheet - ом и определить правильный тип и номинал фильтрующих емкостей. В приближении к идеалу это большое количество керамических конденсаторов небольшой емкости, а не тот один несчастный конденсатор на 10 мкФ используемый в большинстве случаев.
Как правильно было замечено ОУ усиливает разностный сигнал. Входов у него два.

hbot

Pablo писал(а):Я понимаю, что мой вопрос мог показаться странным и предложу Вам простое решение. Надо использовать схему инвертирующего усилителя. Тогда подавление помехи по питанию станет правильным, т.е. достигнет свои -120дБ и проблема снимется. Что касается DC/DC преобразователей то их надо фильтровать как следует, LC звеньями с правильными номиналами и правильным набором конденсаторов. При этом неплохо очень внимательно ознакомиться с DataSheet - ом и определить правильный тип и номинал фильтрующих емкостей. В приближении к идеалу это большое количество керамических конденсаторов небольшой емкости, а не тот один несчастный конденсатор на 10 мкФ используемый в большинстве случаев.
Как правильно было замечено ОУ усиливает разностный сигнал. Входов у него два.

1. Расскажите, пожалуйста, почему при использовании инвертирующего усилителя подавление помех по питанию является "правильным"?
2. DC/DC преобразователь в моем случае уже имеет входной и выходной фильтры согласно рекомендациям от Трако. На входе - это конденсаторы и токоскомпенсированный дроссель с рекомендуемыми номиналами, на выходе - П-образный LC-фильтр. Сразу скажу, что убрать здесь помехи полностью у меня не получалось, но снижаются они с данными фильтрами значительно. В любом случае, проблема с шумом питания - это другая тема, а первый мой вопрос касался реакции ОУ на любые помехи, просто так получилось, что это оказались помехи от импульсника Трако. Но, если нужно, я могу подробнее описать фильтр по питанию.

Pablo

Попробую просто. Чему равно входное сопротивление инвертирующего усилителя? Сопротивлению резистора на входе. Так? Значит точка инвертирующего входа - сигнальная земля. Неинвертирующий вход будет заземлен. значит разность напряжений 0. Если мы ноль усилим ноль получим. Все вышеперечисленное справедливо для постоянного тока. т.е. изменение напряжения питания на входах будет синфазным и Ваш ОУ подавит синфазную составляющую насколько сможет.
Выходного фильтра DC/DC преобразователя недостаточно в Вашем случае. Я поставил бы еще один такой же последовательно. Важно : точка съема обратной связи стабилизатора остается после первого фильтра как в документации на этот стабилизатор. Это легко покажет любой САПР
Простите за сумбурность ответ быстрый.