Defektoskopie 2010, 10. až , Plzeň. Josef BAJER Karel HÁJEK. Univerzita obrany Brno Katedra elektrotechniky

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Defektoskopie 2010, 10. až , Plzeň. Josef BAJER Karel HÁJEK. Univerzita obrany Brno Katedra elektrotechniky"

Monika Pokorná
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Defektoskopie 010, 10. až , Plzeň Josef BAJER Karel HÁJEK Univerzita obrany Brno Katedra elektrotechniky

2 OBSAH Úvod Varianty realizované pomocí operačních zesilovačů (OZ) Rezistory pro eliminaci i i svodového proudu OZ Zdroje šumu Porovnání základních variant z hlediska šumových vlastností Napěťový šum E nv Proudový šum E ni Tepelný šum R I resp. R IN Důležité parametryz hlediska posouzení šumových vlastností zesilovače Praktické závěry

3 Úvod v aplikacích bez vnějšího rušení je citlivost měření dána šumem předzesilovače existují dva základní typy předzesilovačů z hlediska principu napěťový zesilovač nábojový zesilovač každý z typů může být vhodný pro jinou aplikaci porovnání výrobci často uvádějí neúplné informace snaha o sjednocení způsobu udávání parametrů

4 Varianty realizované pomocí operačních zesilovačů (OZ) Zesílení je nastaveno poměrem rezistorů uvnitř zesilovače. Zesílení určuje kromě integrační kapacity uvnitř zesilovače i kapacita piezoměniče.

5 Rezistory pro eliminaci svodového proudu OZ napěťový nábojový zes. R 1 zes. R C C S S US R I U S C K RIN A = 1+R / R 1 U S 1 a) f c = b) π R ( C + CIN ) IN S C K C I f c A = C S / C I 1 = πr R I C I I Čím větší svodový rezistor, tím nižší mezní kmitočet. pro CMOS vstupy OZ svodový rezistor cca. 100 MΩ až 1 GΩ Stejnosměrný ofset cca. 100 MΩ * 50 pa = 5 mv

6 Zdroje šumu 1 Z = 1/ R + j ωc IN C S U = U + U + U nσ nrs n IZ nv závisí na použité šířce pásma Ekvivalentní vstupní šumové napětí napěťová (proudová) šumová spektrální hustota EnV [nv/ Hz] [ / ] EnI [pa/ Hz]

7 Porovnání základních variant z hlediska šumových vlastností Dva možné přístupy: a) obě zapojení jsou navrženy pro stejný mezní kmitočet fc. Pak musí být Ri=A.Rin b) v obou zapojeních je použit stejný odpor Ri=Rin (s co nejvyšší hodnotou). Pak napěťový zesilovač bude mít pro stejné zesílení mezní kmitočet fc A krát nižší než nábojový zesilovač.

8 napěťový šum E nv proudový šum E ni tepelný šum R I resp. R IN Přístupy: R I =A.R IN (f c1 =f c ) R I =R IN pro pásmo zesilovače f>f c p p c v podstatě nehraje roli

9 napěťový šum E nv proudový šum E ni tepelný šum R I resp. R IN napěťový zesilovač nábojový zesilovač E niz / ωc = EnI / 1/ RIN + ω CS niz ni S E = E Přístupy: R I =A.R IN (f c1 =f c ) R I =R IN opět shodné, jelikož zde EnI f I U = má dominantní vliv kapacita C s E πc nv S Čím vyšší C s, tím méně se projeví proudový šum

10 napěťový šum E nv proudový šum E ni tepelný šum R I resp. R IN Přístupy: R I =A.R IN (f c1 =f c ) Nábojový zesilovač lepší úměrně A. Zároveň kmitočet f R U je pro nábojový zesilovač nižší. R I =R IN Nábojový i napěťový zesilovač bude mít v podstatě shodný tepelný šum odporu R, přičemž i f R U bude u obou variant shodný.

11 Celková ekvivalentní napěťová šumová spektrální hustota je dána součtem všech zdrojů šumu: E = E + E + n Σ nr niz E nv Dominovat tbude tepelný ýšum nad proudovým v případě, kdy: 4kT R IN ( R I ) < E ni

12 Co potřebujeme znát pro jednoznačné posouzení konkrétního předzesilovače z hlediska jeho šumových vlastností napěťový zesilovač nábojový zesilovač A R IN E nv C EnI s C I R I Pokud kmitočtové pásmo zasahuje do oblasti šumu 1/f (cca. pod 100 Hz) je nutné znát navíc f L a E nv1hz. Někdy výrobce udává přímo ekvivalentní šumové napětí v tomto pásmu.

13 Co udávají výrobci a jak se dopočítat hodnot, které potřebujeme Běžně udávané údaje např.: výstupní šumové napětí výstupní šumový náboj různé formy vstupní či výstupní ekvivalentní napěťové spektrální hustoty Nestačí zadat zesílení A a výstupní šum. V závislosti na typu zesilovače č (napěťový nebo nábojový) je nutné znát (při měření použitý C s, dále R, C I, E nv, E ni ) Podle předchozích vztahů je následně možné dopočítat všechny potřebné hodnoty. Šumový náboj lze přepočítat na napětí: U=Q*CI

14 Praktické závěry pro vyšší kmitočty je rozhodující napěťová šumová spektrální hustota použití senzoru s co největší plochou a kapacitou umožňuje dosáhnout velké citlivosti a zároveň velkého zesílení s nábojovým zesilovačem u nábojového předzesilovače závisí zesílení na kapacitě piezoměniče. To může být často výhodou, ovšem je nutné na toto pamatovat při výměně piezoměničeza jiný typ. Pro určení zesílení je pak nezbytné znát hodnotu integrační kapacity C I nábojový zesilovač použít v případě dlouhého přívodního kabelu, kdy se kapacita kabelu blíží kapacitě snímače. napěťový zesilovač naopak použít pouze s relativně krátkým kabelem pro snímání velmi pomalých dějů je vhodnější použít napěťový zesilovač, jelikož s nímje možné teoreticky dosáhnout při stejném zesílení nižšího mezního kmitočtu

15 Děkuji za pozornost

Podobné dokumenty

Operační zesilovač (dále OZ)

http://www.coptkm.cz/ Operační zesilovač (dále OZ) OZ má složité vnitřní zapojení a byl původně vyvinut pro analogové počítače, kde měl zpracovávat základní matematické operace. V současné době je jeho