ad8429 для работы с пьезокерамикой

[Георгий25]

Здравствуйте! Вопрос в следующем, хочу в качестве предусилителя для гидрофона (датчик пьезокерамика), использовать инструментальный усилитель ad8429. Собрал схему в мультисиме и получается, что при усилении 1000 на выходе усилителя постоянная отрицательная составляющая, усилитель уходит в насыщение. Я так полагаю, что подтягивающие резисторы на входе при протекании тока (Input bias current) равный 300 nA (так написано в даташите), "создают" напряжение на входах, а так как эти напряжения не одинаковы, то усилитель усиливает их разницу вот и уходит в насыщение. Правильно ли я понимаю проблему ? Какие есть возможности это устранить ? Или мне необходимо менять инструментальный усилитель, на усилитель с гораздо меньшими входными токами (с JFET транзисторами на входе) ?
Так же попробывал последовательно с одним из подтягивающих резисторов поставить подстроечник и выровнял напряжения на входы и получил на выходе порядка 100 mv смещение, что я думаю вполне приемлемо и уберу её конденсатором на выходе, так постоянная составляющая меня не интересует. Подходит ли такой способ на железе ? Прикладывают скриншот с мультисима. Керамику моделировал, как генератор с последовательно включенным конденсатором.
Заранее большое спасибо!

[vem566]

На стр. 15 даташита расписано как можно компенсировать разницу по входам используя ногу REF со всеми рекомендациями и расчетом.

[Георгий25]

Спасибо за ответ. Попробовал в мультисиме на ногу REF смещение с делителя напряжения через повторитель на ОУ, на выходе даже при подаче 4.5 вольт все равно смещение равное -1.2 вольта. Разве нога REF не для смещение сигнала в положительную сторону для последующей подачи питания на однополярное АЦП или усилитель ?

[mickbell]

Попробуйте последовательно с R3 поставить конденсатор, ёмкость - в зависимости от нижней частоты. В этом случае смещение усиливаться не будет.

[Георгий25]

Спасибо за помощь. Попробовал поставить конденсатор последовательно с R1, действительно напряжение смещения не усиливается, но так как мне нужный частоты от десятков Гц, то емкость конденсатора должна быть большой порядка 100 мкФ (при усилении 1000), а такие только полярные. Если использовать этот способ, то наверное необходимо сместить сигнал в положительную полярность или нет ?
А если последовательно поставить с подтягивающим резистором на инвертирующем входе построечный резистор и выровнять напряжения на входа это будет работать на реальном железе ?

[mickbell]

Хм. Никак я не думал, что нужно усиливать столь низкие частоты. Это плохо. Электролит туда никак нельзя. Можно попробовать набрать керамикой, 10 мкФ SMD0805 на небольшие напряжения доступны, но я не уверен, что с ними не будет проблем. Пробовать надо.
Подавать смещение на любой вход, как вы предлагаете, можно, только надо иметь в виду, что оно может плавать* и, возможно, придётся подстраивать ноль по ходу. Этим может заниматься МК, если он там есть.
Я бы начал с опробования моего варианта с керамическими конденсаторами, и только если из этого ничего хорошего не получится - думал насчёт подавать смещение.

_______
* Я, конечно, имел в виду дрейф не самого напряжения смещения, а усилителя, но выразился коряво. Ну да El-Eng уже раскрыл тему.

[El-Eng]

А если последовательно поставить с подтягивающим резистором на инвертирующем входе построечный резистор и выровнять напряжения на входа это будет работать на реальном железе ?

Намучаетесь. Проблема в температурном и временном дрейфе параметров реальных компонентов. Нужно будет постоянно компенсировать дрейф выходного смещения. Вообще, поскольку постоянная составляющая вас не интересует, эту работу можно возложить на дополнительный интегратор, но гораздо проще использовать не ИУ а обычные ОУ. Я бы поставил два каскада: первый, с полевыми транзисторами на входе, - повторитель или усилитель постоянного напряжения (без разделительных конденсаторов) с Ку~10, как можно ближе к датчику, а второй - основной усилитель переменного напряжения (он может быть и без полевых транзисторов).

[Георгий25]

Всем спасибо за помощь. Наверное действительно проще будет взять ОУ с низким Input bias current ( на входе JFET транзисторы например) и включить их параллельно (как можно ближе к датчику), что бы по проводам получать дифференциальный сигнал, а на другом конце поставить ИУ например, что бы лучше подавить помехи. Дело в том, что в даташите на AD8429 написано в разделе aplication, что применяются для анализа вибраций, вот я и подумал, что либо в мультисиме, что то не так нарисовал, либо сам мультисим неправ. Получается, что AD8429 лучше применять для низкоомных источников сигнала, десятки кОм ? Так же у них в даташите на этот ИУ показан пример работы с термопарой, где подтягивающий резистор равен 10 МОм и это рабочий вариант получается ? В чем подвох то ?)

[12943]

Не нужен этот мутный ОУ, возьмите любой с полевиками на входе, сделайте ООС для нужного усиления, без обратной связи опер войдет в насыщение, а датчик через керамику - их полно и 100 и 200 мкФ(СМД). Это всё для железа. В симуляторе не найдете моделей ОУ и резисторов, которые позволят увидеть поведение схемы с 10 Мом на входе, да ещё и в интервале температуры.

[Георгий25]

Все понял спасибо за помощь. Буду пробовать в железе собрать. Можете посоветовать дешевые ОУ с полевиками на входе и желательно с однополярным питанием +5 вольт? Ещё вопрос хочется предусилитель разместить у датчика, а питание для него передавать по кабелю длиной 30-50 метров по отдельным двум жилам, как это лучше организовать можете подсказать ?

[El-Eng]

Наверное действительно проще будет взять ОУ с низким Input bias current ( на входе JFET транзисторы например) и включить их параллельно (как можно ближе к датчику), что бы по проводам получать дифференциальный сигнал, а на другом конце поставить ИУ например, что бы лучше подавить помехи.

Прежде, чем начать работу, настоятельно советую разобраться с тем, что такое инструментальный усилитель (это не операционный усилитель!!!), и каковы его преимущества по сравнению с ОУ. Тогда вы сможете понять, нужен ли он вам в вашей задаче. По моему мнению - нет, если выход сигнала с вашего датчика не дифференциальный.

Так же у них в даташите на этот ИУ показан пример работы с термопарой, где подтягивающий резистор равен 10 МОм и это рабочий вариант получается ? В чем подвох то ?

Разобравшись с ИУ, вы поймете, в чем подвох: для нормальной работы ИУ (как и ОУ) должен иметь путь для постоянного входного тока (тока смещения). Этот путь и обеспечивает резистор в 10МОм. При токе смещения в 300нА (худший случай) на этом резисторе будет падение напряжения в 3В, но, поскольку термопара имеет очень низкое внутреннее сопротивление, эти 3В будут для входного сигнала синфазной составляющей, которая будет подавлена ИУ. Естественно, ее уровень должен быть внутри допустимого диапазона синфазной составляющей, что накладывает ограничение на минимальную величину напряжения питания (Рис. 4 и 5 в ДШ).

[Георгий25]

Более или менее что то понятно, спасибо. Если я правильно понял, мы с керамики получаем дифференциальный сигнал, если один из её электродов не соединяем с общим проводом. ИУ это усилитель состоящий из трех ОУ, его преимущества это высокое входное спротивление и высокий коэффициент подавления синфазной помехи, из этих соображений и думал применить ИУ.

[12943]

Дифференциальный сигнал получится с датчика, если общий провод от среднего вывода, а два сигнальных противофазных от двух других. ИУ в простейшем случае это один усилитель(грубо говоря ОУ) предназначенный для получения точного коэфф. усиления в заданной полосе частот, обычно от 0 Гц. Высокое вх. сопр. не обязательно, коэфф. подавления синфазного сигнала - да, и ещё стабильность входных токов, и разности входных токов, временная и температурная. А вам то это зачем, если нижняя граница 20Гц ? По поводу питания - любой ОУ работает от двухполярного источника, однополярное питание это, чаще всего, делители на входах. 5 вольтовые с полевиками - заходим в каталог, к примеру говоря "промэлектроника", микросхемы, усилители и компараторы, в удобной табличке ставим фильтры, часа два напряженной работы и найдется подходящий. Передать на 50 м - одна пара из кабеля, которым интернет проведён, и керамика 0,1мкф на ногах ОУ.

[El-Eng]

... мы с керамики получаем дифференциальный сигнал, если один из её электродов не соединяем с общим проводом.

Да, вы можете так сделать, но в этом случае, из-за высокого сопротивления керамики постоянному току (пьезодатчик это, по сути, керамический конденсатор), фокус как с термопарой не получится, и вам придется применять ИУ с ПТ на входе. Гораздо проще, как я уже советовал, заземлить один из выводов датчика, другой подключить на вход установленного рядом с ним повторителя (или усилителя с небольшим Ку, не забывать про резистор для входного тока) и гнать по кабелю сигнал с его выхода. Окончательное усиление сделать на приемной стороне. Тогда и помех не будет, и схема будет проще и стабильнее, и полоса будет шире (особенно, в случае предусилителя рядом с датчиком). Да и по стоимости это решение будет выгоднее.

[Георгий25]

Большое спасибо всем за помощь. Буду дальше разбираться. В принципе понятно, что делать осталось тока макет собрать и разбираться дальше). Правильно ли я понял для питания усилителя по кабелю 50 метров специальных схем городить не надо, просто подключаем к 12 вольтовому аккумулятору с одной стороны и стабилизаторы напряжения у самого усилителя на необходимое мне напряжение ?

[El-Eng]

Да. Не забывать про конденсаторы на входе и выходе стабилизатора, иначе будет самовозбуждение.

[Георгий25]

Ещё хотел узнать, а вот если я соединю две керамики последовательно и средний вывод соединю с общим проводом, а с крайние выводы на входы ИУ, то можно же резисторы подтягивающие не ставить ? Ведь соединение источника сигналов с общим проводом будет.
Заранее большое спасибо.

[12943]

По сигналу будет, а по постоянке? Какое сопротивление датчика? Во вторых (то есть во первых) если соединить входы вместе и дать любое синфазное напр., то на выходе обычно будет + или - питания. Это будет зависеть от асимметрии входного каскада.

[El-Eng]

...а вот если я соединю две керамики последовательно и средний вывод соединю с общим проводом, а с крайние выводы на входы ИУ, то можно же резисторы подтягивающие не ставить ? Ведь соединение источника сигналов с общим проводом будет.

1. Керамика - это конденсатор, он не дает нужного пути для постоянного входного тока ИУ, по резистору параллельно каждой керамике все равно придется поставить.
2. ИУ усиливает разность сигналов на входах, а в какой фазе будут сигналы на выходах керамик (особенно на ВЧ) - неизвестно. АЧХ может быть весьма причудливой.
3. Два датчика вместо одного без особых преимуществ - пустая трата денег.

[Георгий25]

Все понял большое спасибо за ответы. Про сопротивление датчика: если имеется ввиду емкостное то, оно равно около 2.5 МОм на на 20 Гц.