Sensor mit hoher Ausgangsimpedanz und Spannungsausgang

Ich muss eine Eingangsstufe für die Signalkonditionierung eines Spannungssignals entwerfen, das von einem Sensor mit hoher Ausgangsimpedanz stammt. Die Ausgangsimpedanz des Sensors beträgt 100 k, und die Amplitude des Spannungssignals beträgt 0-5 mV. Die Frequenz des Signals liegt zwischen 50-150 kHz. Ich möchte den in der Schaltung verwendeten Operationsverstärker minimieren. Welche Architektur schlagen Sie in Bezug auf "Schaltungsblöcke" vor?

Ich dachte daran, einen Spannungspuffer für die Eingangsstufe zu verwenden, um am Pufferausgang eine niedrige Impedanz zu haben und das Signal dann mit einem nicht invertierenden Operationsverstärker zu verstärken.

Ist es eine gute Idee?

Wenn ich einen Operationsverstärker mit einem Produkt mit kleiner Verstärkungsbandbreite verwenden müsste, gibt es eine Möglichkeit, den dominanten Pol des Operationsverstärkers extern zu kompensieren und das GBW-Produkt zu erhöhen?

Vielen Dank für Ihre Hilfe!

Ein Link zum Sensor sollte dies klären.
Ich hoffe, Sie können den Puffer / Verstärker am Sensor platzieren, nicht aus der Ferne. Eine weit entfernte Verbindung verschlechtert Ihren Hochfrequenzgang. Suchen Sie nach Operationsverstärkern, die nicht stabil sind (es sind nicht viele verfügbar) - diese haben tendenziell eine erweiterte GBW, können aber in einigen Schaltungen dazu neigen, zu oszillieren.
Nun, es ist keine praktische Frage. Es kommt aus einer Übung, die ich lösen muss. Die Übung besagt, dass die Operationsverstärker, die ich habe, ideal sind, also mit unendlicher Eingangsimpedanz. Dies löst das Problem des "Anpassens" der Quellenimpedanz an die Eingangsimpedanz des Verstärkers. Jetzt frage ich mich nur, warum sie mir die Rs = 100 kOhm-Spezifikation gegeben haben, sie ist mit einem idealen Operationsverstärker nutzlos.
Die von Ihnen dargestellte Entwurfssituation ist einer Vorverstärkerschaltung mit Kapazitätsmikrofon sehr ähnlich. Professionelle Audio-Elektronik-Ingenieure wären mit dieser Art von Schaltung vertraut. Ihr einziger Unterschied besteht darin, dass der Frequenzgang höher sein muss und Sie keine DC-Vorspannung am Sensor benötigen. Sie können sich die Schemata von „Kondensator“- und „Röhren“-Mikrofonen berühmter Designs von Neumann, Schoeps, Telefunken, Sony, AKG, Sony, Sennheiser ansehen – alle irgendwo im Internet verfügbar.

Antworten (2)

Es gibt keinen Grund, einen Operationsverstärker nur zum Puffern des Eingangs zu verwenden - verwenden Sie eine nicht invertierende Konfiguration, beispielsweise mit einem Operationsverstärker mit JFET-Eingang.

Wenn Sie Operationsverstärker mit niedrigem GBW verwenden möchten, können Sie einfach mehr Stufen mit jeweils weniger Verstärkung verwenden.

Das große Problem kann sein, dass eine Eingangskapazität von nur 10 pF eine Impedanz von etwa 100 K bei 150 kHz hat, wenn eine Sinuswelle angenommen wird (schlechter, wenn Oberschwingungen vorhanden sind). Es gibt Techniken, um mit diskreten Teilen und Bootstrapping weit unter pF zu kommen.

Die Minimierung der Verstärkerkosten ist möglicherweise nicht ideal, da billige, schnelle Operationsverstärker dazu neigen, eine doppelte Versorgung zu benötigen. Die Betrachtung des Problems auf Systemebene kann eine optimalere Lösung ergeben, aber für günstige Preise sollten Sie JFET-Verstärker von Jellybean in Betracht ziehen.

Das Problem ist meiner Meinung nach genau das, was du angesprochen hast. Warum hilft mir die Verwendung eines Spannungspuffers nicht? Mit einem Puffer hätte ich eine niedrige Quellenimpedanz und könnte eine nicht invertierende Stufe verwenden, ohne mir Gedanken über die Impedanz zu machen.
Ich verstehe nicht, warum Sie den Puffer nicht bitten würden, eine Verstärkung bereitzustellen, wenn er zur Spannungsverstärkung in der Lage ist. Wenn Sie ein Frontend mit diskreten Teilen postulieren, kann dies sinnvoll sein, aber Sie haben dies nicht angegeben.

Deine Idee ist in Ordnung. Eine zu berücksichtigende Sache ist, dass die erste Stufe nach einem Sensor normalerweise die kritischste für die Rauschleistung ist. Der Puffer fügt Rauschen hinzu, erhöht aber nicht den Pegel des Signals. Hier also eine Alternative. Stellen Sie sich vor, Ihr Sensor ist eine 50-nA-Quelle mit einem Widerstand von 100 K. Unter der Annahme, dass es keine DC-Komponente hat, könnte es direkt in den Summierpunkt eines rauscharmen invertierenden JFET-Operationsverstärkers wie eines OPA827 gesteckt werden. Die Verwendung eines Rückkopplungswiderstands von 1 Meg würde Ihnen eine Verstärkung von 10 geben. Dies bedeutet, dass die erste Stufe eine niedrigere Ausgangsimpedanz mit etwas Verstärkung erzielt. Wenn Sie keine 1-Meg-Feedback-Widerstände mögen, können Sie den Feedback-Widerstand durch ein T ersetzen, um die gewünschten Werte zu erhalten. Sie können sehen, wie dies gemacht wird, indem Sie nach opamp T-Feedback suchen. Ohne zu wissen, welchen Pegel Sie erreichen möchten und wie sich die Geräuschentwicklung auswirkt, kann ich

Danke schön. Wie ich in einem Kommentar gesagt habe, stammt die Frage, die ich gestellt habe, aus einer Übung, in der ich den idealen Operationsverstärker verwenden muss. Aber mich interessierte sogar ein praktischer Fall, in dem Operationsverstärker nicht ideal sind. Bei einem idealen Operationsverstärker habe ich kein Problem mit der Impedanz, aber ich weiß nicht, warum sie mir die Daten von Rs = 100 kOhm gegeben haben. Die T-Lösung ist übrigens sehr interessant.
Sensor mit hoher Ausgangsimpedanz und Spannungsausgang
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