Piezo-Wandler-Vorverstärker und AGC/Kompressor

Für rauscharme Designs ist es am besten, Ihren Eingangsverstärker mit wenigen oder gar keinen Anpassungen zu belassen. Für die Rauschanalyse können Sie das Hydrophon bei niedrigen Frequenzen (mindestens 5-mal niedriger als die Resonanzfrequenz) als einfachen Kondensator modellieren. Messen Sie einfach die Kapazität mit einem Kapazitätsmessgerät. Trimmpotentiometer in rauscharmen Schaltungen werden im Allgemeinen vermieden, da der Wischer Probleme verursachen kann. LTspice ist praktisch für die Rauschanalyse, da sich die Operationsverstärker, an denen Sie interessiert sind, in der Bibliothek des Simulators befinden.

Operationsverstärker:
Der AD743 ist ein Operationsverstärker mit FET-Eingang. Dies ist für Hydrophonverstärker wünschenswert, da der Eingangsrauschstrom im fA-Bereich liegt. In Bezug auf das Rauschen ist dies einer der besseren FET-Eingangs-Operationsverstärker.

Der AD797 ist ein bipolarer Eingang, weshalb er ein so niedriges Eingangsspannungsrauschen erreichen kann, dass ein Eingangsrauschstrom im pA-Bereich vorliegt. Abhängig von der Impedanz Ihres Hydrophons und der niedrigsten benötigten Frequenz ist der pA-Rauschstrom normalerweise schlecht. Wenn Sie wirklich ein geringes Rauschen benötigen, können Sie vor dem Operationsverstärker einen JFET-Follower verwenden. JFET-Follower haben von Natur aus ein geringes Spannungsrauschen, aber Sie haben eine Verstärkung von ca. -1 dB.

Eingangsschutz:
Hydrophonverstärker benötigen einen Eingangsschutz. Keramische Hydrophone können aufgrund thermischer Veränderungen eine hohe Gleichspannung aufbauen. Wenn Sie das Hydrophon an Ihren Verstärker anschließen, könnten einige hundert Volt am Eingang des Operationsverstärkers anliegen. Wenn das Hydrophon auf etwas Festes trifft, kann es außerdem ziemlich hohe Spannungen erzeugen. Die Verwendung eines Paares von in Sperrrichtung vorgespannten Dioden, vielleicht 1 V, löst dieses Problem und behält dennoch eine niedrige Eingangskapazität bei. Ein Paar in Sperrrichtung vorgespannte Dioden hat eine Impedanz von etwa 3 MOhm, stellen Sie also sicher, dass dies Ihren Niederfrequenzanforderungen entspricht.

Hochpasskondensator:
Verwenden Sie ein geeignetes Kondensatordielektrikum. X7R und andere Dielektrika vom Typ II sind wie kleine Mikrofone. Sie nehmen mechanische Geräusche auf. Wenn Sie auf einem Boot sind, kann dies problematisch sein. Verwenden Sie ein Dielektrikum aus Kunststoff oder NPO (COG).
Wählen Sie Ihre Hochpass-Cutoff-Frequenz mit Bedacht. Wenn die Grenzfrequenz zu niedrig ist, erhalten Sie Beschleunigungsgeräusche (niedrige Frequenzgeräusche, die durch die Bewegung des Hydrophons verursacht werden), die den Eingang ausblenden können.

Es verwendet zwei 12-V-Batterien. Könnte ich nur einen verwenden, der sowohl + als auch - Spannungen liefern kann?

Der AD743 arbeitet bis zu einer Versorgung von +/- 5 Volt, also versuchen Sie es mit einem Mid-Rail-Generator wie diesem: -

Alle Erdungspunkte in Ihrer Schaltung gehen zum Mittelschienenpunkt. Wählen Sie einen rauscharmen Operationsverstärker.

Die Verstärkung wird mit R2 und R3 eingestellt. Könnte ich beide durch ein Potentiometer ersetzen, um eine variable Verstärkung zu haben?

Ersetzen Sie R1 und R3 durch nur ein einziges Potentiometer - an der Verbindungsstelle von R1 und R3 geht der Schleifer hin.

Die Hochpassfrequenz wird mit R3 und C1 eingestellt. Könnte ich den R3 durch ein Potentiometer ersetzen und einen Schalter hinzufügen, um den Filter zu deaktivieren, wenn er nicht benötigt wird?

Ich würde einfach einen größeren Wert für C1 wählen; Schließlich brauchen Sie es nicht, um bis zu 0,000001 Hz herunterzuarbeiten, oder!

Sowohl AD743 als auch AD797 werden im Diagramm vorgeschlagen.

Lesen Sie die Datenblätter. Schaukeln und Karussells. Schauen Sie sich die Rauschdiagramme in den Datenblättern an. Mit Verzerrung hat das nichts zu tun.

Wie würden Sie entweder AGC oder einen Kompressor hinzufügen?

Ich würde damit beginnen, zu rechtfertigen, dass ein nichtlinearer Prozess so gerechtfertigt war, zu Ihnen über.

Tauschen Sie C1 mit R3 und Sie haben den Verstärkungsregelwiderstand auf "Masse". Wegen C1 kann die Spannung R3 jede ruhige Gleichspannung sein.
R3 zur positiven Versorgung wäre in Ordnung. Ersetzen Sie R3 durch einen spannungsgesteuerten Widerstand, auch bekannt als N-JFET, und Sie haben eine spannungsgesteuerte Verstärkung.
Einige AGC-Aktionen können mit einer einfachen Schaltung durchgeführt werden, die das Gate des JFET ansteuert.
Schlagen Sie nach, wie man einen "Spannungsverdoppler" herstellt.
Der Wechselstrom in den Verdoppler ist das Ausgangssignal.
Der Verdoppler erzeugt eine negative Spannung, verwendet jedoch +12 V als Masse.
Ein Kondensator am Ausgang des Verdopplers wird geladen, wenn am Ausgang des Operationsverstärkers ein Signal anliegt. Ein Widerstand darüber entlädt es, wenn kein Signal vorhanden ist.