Wie steuere ich die Verstärkung des FET/BJT/Op-Amp-Verstärkers nach Eingangsspannungsbereich?

Angenommen, ich habe eine Eingangsspannung im Bereich von 5-10 MHz und möchte sie verstärken. Der Fall ist ziemlich einfach, da jedes Gerät wie FET, BJT oder Hochfrequenz-Operationsverstärker die Verstärkung gut machen kann, aber ich habe ein Problem: Der Eingangsfrequenzbereich (Amplitude) ändert sich mit der Frequenz, da er 2,5 Volt Spitze-Spitze bei 5 MHz beträgt und reduziert sich auf 5 Millivolt Spitze-Spitze bei 10 MHz. Ich brauche eine konstante Ausgangsamplitude (bei jeder Spannung). Ich habe versucht, einen Hochpassfilter zu verwenden, um den Höhenbereich bei niedrigeren Frequenzen zu reduzieren, aber leider ist er nicht so präzise und es bleiben einige Änderungen (selbst bei guten Frequenzberechnungen und aktiven Filtern) und einige Verzerrungen an den Extremen fest. Gibt es dafür eine Standardmethode? Jede Hilfe im Voraus geschätzt.

Wie viel Gewinn müssen Sie hinzufügen?
Der Gewinn selbst ist nicht wichtig. Wenn ich zum Beispiel einen festen Ausgangsbereich bei 5 Volt Spitze-Spitze zwischen 5-10 MHz haben kann, ist das in Ordnung. Das bedeutet, ich brauche einen Gewinn = 2 bei 5 MHz und einen Gewinn = 1000 bei 10 MHz !! das ist, was ich nicht verwalten kann.
Mit anderen Worten, ich brauche eine "Verstärkung = A" bei 5 MHz und eine "Verstärkung = 1000 * A" bei 10 MHz.
Ist Ihr Ziel eine bestimmte Verstärkung oder ein bestimmter Ausgangssignalpegel? Aus deiner Frage geht das überhaupt nicht hervor. Welche Art von Genauigkeit benötigen Sie in beiden Fällen? Ihr Signal fällt in einer Oktave um 54 dB ab, was so etwas wie einen Filter 9. Ordnung impliziert. Handelt es sich bei diesem Signal um einen einzelnen Ton (für eine Art AGC geeignet) oder um eine Breitbandmischung (für die ein Filter erforderlich ist)? Können Sie uns etwas Kontext für dieses Problem geben?
Bei einem solchen Verstärkungsbereich ist es nicht hilfreich, nur zwei Frequenzen anzugeben. Grundsätzlich sind 10 mV bis 2,5 V 54 dB in einer Oktave und mit Filtern und etwas AGC machbar, aber Sie müssten über den gesamten Frequenzbereich spezifizieren, was akzeptabel ist, um sicher zu sein.
@DaveTweed Meine Güte, hier könnte fast ein Echo drin sein!
2 % Genauigkeit im Ausgabebereich sind ideal. Der Eingang ist eine saubere Sinuswelle ohne Rauschen und erfordert daher keine Filterung.
@Andyaka: Es ist fast beängstigend, nicht wahr? :-)
Wie ich bereits sagte, erfüllt der 54-dB-Filter nicht die erforderliche Genauigkeit und erlegt dem sauberen Eingang eine gewisse Verzerrung auf (die Spitze der Sinuswelle zeigt eine gewisse Schiefe nach rechts oder links).
Die einzige Information im Eingangssignal, die Sie interessiert, ist also seine Frequenz? Warum schwankt die Amplitude so stark?
Ja. Dies ist Teil einer Art Signalgenerator (aber für ein spezielles medizinisches Zweckprojekt). Der Eingang kommt von einem LC-Feedback-Oszillator (ein modifizierter Colpitts). Eine saubere Sinuswelle ist das primäre Ziel und gemäß unseren Netzwerkberechnungen ist das beste Ergebnis diese Konfiguration, aber mit der Amplitude, die sich bei höheren Frequenzen auszahlt
Wenn ein Gerät ein 2,5-V-p-to-p-Signal bei 5 MHz, aber bei 10 MHz nur 5 mV erzeugt, sollten 10 MHz als außerhalb seines Betriebsbereichs betrachtet werden. Wenn ein Verstärker (im geschlossenen Regelkreis) dieses Verhalten hätte, würden Sie 10 MHz nicht als Teil seines nützlichen "Mittelbands" betrachten, sondern weit über seiner oberen Eckfrequenz liegen. Die richtige Lösung ist hier, einen Oszillator zu konstruieren, dessen Frequenz man von 5 MHz auf 10 MHz verdoppeln kann, ohne dabei 54 dB zu verlieren. Warum postest du nicht den Schaltplan von dem, was du bisher hast?

Antworten (2)

Als Antwort hinzufügen, weil der Kommentardialog zu lang geworden ist:

AG : Eine einfache Reihe von Experimenten mit einem DDS-Modul ( vorgefertigtes AD9850-DDS-Modul , international weniger als 5 US-Dollar) sollte Ihre Bedenken ausräumen. Cremige, glatte, reine Sinuswellen mit niedrigem THD und einer extrem feinen Frequenzauflösung von unter 0,05 Hertz.

AG : Es hat keinen Sinn, theoretisch zu diskutieren, wenn praktische Experimente so einfach sind, dass Sie nicht einmal eine Leiterplatte herstellen müssen.

Bild

OP : Ich habe mir das Datenblatt des AD9850 angesehen. Das sieht toll aus, benötigt aber einen Eingangstakt von 125 MHz, um die halbe Frequenz (62,5 MHz) zu erzeugen. Was ist die beste Eingangsschaltung dafür? eine gemeinsame Colpitts/Hartely die benötigte Uhr produzieren kann? Gibt es dafür einen passenden IC? Wenn das funktioniert, kann dies eine definitive Lösung für meine Frage sein.

AG : Sie müssten nicht nach einer externen "guten Taktquelle" suchen - Das Gerät verwendet einen beliebigen Standard-Oszillatorquarz: Für eine maximale Leistung von 10 MHz ist ein 20-MHz-Quarz ausreichend, aber verwenden Sie einen 40-MHz-Quarz, um etwas Platz zum Wachsen zu haben. Kristalle kosten jeweils ein paar Cent.

AG : Außerdem ist der Link, den ich bereitgestellt habe, eine fertige AD9850-Signalgeneratorplatine mit Quarz und allen zugehörigen Teilen, die bereits zusammengebaut und getestet wurden, sodass Sie zunächst damit experimentieren können, um zu sehen, wie gut es Ihren Anforderungen entspricht.

OP : Ich war etwas verwirrt. Das Datenblatt erfordert eine Taktquelle als CMOS-Pegel (Squre 0-5 Volt Wave) oder eine Sinuswelle mit 1/2 Volt Bias. Bist du sicher, dass ein Kristall allein gut funktioniert?

Ja, ein XO funktioniert gut als Taktquelle. Siehe das erste Anwendungsschema im Datenblatt:

Schema

Siehe auch diese Antwort auf eine andere Frage für weitere Diskussionen über DDS-ICs und Sinuswellenerzeugung.

Danke. Ich habe im Internet danach gesucht und denke, dass das funktionieren könnte. Ich habe ein Modul bestellt und warte darauf. Ich werde es mal ausprobieren und das Ergebnis hier posten.
: Ich habe das Modul ausprobiert. Es funktioniert gut, aber das Hauptproblem bleibt: Es braucht einen Tiefpassfilter und Tiefpassfilter verlieren den Amplitudenbereich um -20 dB/Dekade. Ich habe Ihre Antwort hier als Hauptantwort festgelegt und einen neuen Thread für das neue Problem gestartet. Bitte schauen Sie sich den neuen Thread an: electronic.stackexchange.com/questions/80900/… –

Der Standardansatz zur Erzeugung von Präzisionssignalen in diesem Frequenzbereich ist ein DDS-Chip (Direct Digital Synthesis). Analog Devices hat eine große Auswahl an Chips dieses Typs, ebenso wie mehrere andere Hersteller.

Wenn dies für ein medizinisches Experiment ist, könnte eines ihrer DDS-Evaluierungsboards alles sein, was Sie brauchen.

Wir haben zunächst ICs wie MAX038, AD7569, 74LS624 ,.... ausprobiert. Leider basieren sie alle auf einer PLL oder Relaxationsoszillatoren, die im Grunde andere Wellenformen in Sinus umwandeln. Dies hat sogar mehr als 5% Fehler in der Wellenform bei bestimmten Frequenzen. Deshalb haben wir uns letztendlich entschieden, als De-Novo eine saubere Sinuswelle zu machen.
Nein, die Chips, von denen ich spreche, verwenden digitale Synthese und erzeugen Sinuswellen, deren Rauschen und Verzerrungen in der Größenordnung von -70 dB oder besser liegen. Frequenz und Amplitude lassen sich sehr genau regeln. (Übrigens, der AD7569 ist ein ADC - wie ist das hier relevant?)
@Aug Eine einfache Reihe von Experimenten mit einem DDS-Modul ( vorgefertigtes AD9850- DDS-Modul , international weniger als 5 US-Dollar) sollte Ihre Bedenken ausräumen. Cremige, glatte, reine Sinuswellen mit niedrigem THD und einer extrem feinen Frequenzauflösung von unter 0,05 Hertz. Es macht keinen Sinn, theoretisch zu diskutieren, wenn praktische Experimente so einfach sind, dass Sie nicht einmal eine Leiterplatte herstellen müssen.
@AnindoGhosh: +1 für "cremig glatt" :-)
Ich habe mir das Datenblatt des AD9850 angesehen. Das sieht toll aus, benötigt aber einen Eingangstakt von 125 MHz, um die halbe Frequenz (62,5 MHz) zu erzeugen. Was ist die beste Eingangsschaltung dafür? eine gemeinsame Colpitts/Hartely die benötigte Uhr produzieren kann? Gibt es dafür einen passenden IC? Wenn das funktioniert, kann dies eine definitive Lösung für meine Frage sein.
@AnindoGhosh +1 für gute Ratschläge. An DDS habe ich nie gedacht.
@DaveTweed +1 für guten Denkbereich. Dies kann eine definitive Lösung sein, wenn ich die gute Taktquelle finde ( 2 Kommentare nach oben )
@AnindoGhosh Ich war etwas verwirrt. Das Datenblatt erfordert eine Taktquelle als CMOS-Pegel (Squre 0-5 Volt Wave) oder eine Sinuswelle mit 1/2 Volt Bias. Bist du sicher, dass ein Kristall allein gut funktioniert?
@Aug Siehe meine Antwort, gerade gepostet.
Wie steuere ich die Verstärkung des FET/BJT/Op-Amp-Verstärkers nach Eingangsspannungsbereich?
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