Wie verstärkt man ein Hochfrequenzsignal mit niedriger Amplitude von einem Ultraschallwandler?

Ich arbeite mit einigen Ultraschallwandlern, der Empfänger bekommt ein Signal von etwa 10 mVp-p bei 125 kHz und benötigt für seinen Zweck eine Verstärkung von etwa 10.

Bisher haben Sie ein einfaches invertierendes OP-Amp-Setup, das jedoch überhaupt keine Verstärkung erzielen kann (Verstärkungen werden mit einem Signalgenerator-Setup mit derselben Schaltung erzielt, anstatt mit einem tatsächlichen Wandler als Eingang). Ich werde daher zu der Annahme verleitet, dass es etwas mit der Eingangsimpedanz, dh der des Wandlers selbst, zu tun hat.

Mäßiger Erfolg mit einem Unity-Gain-Puffer zuerst, der dann verstärkt werden könnte? Da die Eingangsimpedanz zum zweiten Operationsverstärker einfacher zu handhaben wäre.

Ich frage mich, welche Art von Setup für diese Anwendung erforderlich ist. Ich habe einige Beiträge über die Verwendung mehrerer Operationsverstärker gesehen, aber für diese Anwendung möchte ich den Stromverbrauch so gering wie möglich halten. Angetrieben mit 3 Doppel-A-Batterien, mit einem normalen Betriebsmodus von weniger als 30 uA. Für Testbetrieb bis ca. 600 µA.

Danke fürs Lesen.

Welche Impedanz beginnt sich signifikant auf den Ausgangspegel des Wandlers auszuwirken? "Ich möchte den Stromverbrauch so gering wie möglich halten" - 1 Watt? 1 Milliwatt? 1 Mikrowatt?
Wird mit 3 Doppel-A-Batterien betrieben, mit einem normalen Betriebsmodus von weniger als 30 Mikroampere. Für Testbetrieb bis ca. 600 Mikroampere. Die Impedanz des Wandlers selbst im stationären Zustand beträgt etwa 2 Meg (kann je nach Höhe höher sein). Bei der Widerstandsimpedanz bin ich mir noch nicht sicher.
Fügen Sie, wie Sie festgestellt haben, einen Spannungseingangspuffer hinzu. Aber legen Sie zuerst den richtigen variablen Induktor über Ihren Wandler, der auf eine RLC-Resonanzspitze eingestellt ist (Wandlerkapazität parallel zu einem hinzugefügten Induktor, typischerweise im Hundert-nH-Bereich). Dadurch kann die Spannung um das 10-fache oder mehr erhöht werden. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass es Rauschen außerhalb von 125 kHz blockiert.

Antworten (2)

Sie benötigen einen Verstärker mit einem ausreichend hohen Verstärkungsbandbreitenprodukt, definitiv über einigen MHz, vorzugsweise 10-20 MHz für eine einigermaßen stabile Verstärkung, unter der Annahme einer Sinuswelle bei 125 kHz. Wenn Ihr Signal viele höhere Harmonische hat, dann höher. Die Verwendung eines Verstärkers mit zu hoher Leistung führt zu Leistungseinbußen, ohne dass Sie viel davon profitieren.

Die Anstiegsgeschwindigkeit ist angesichts Ihrer niedrigen 100-mV-Ausgabe nicht allzu wichtig, aber sie muss auf jeden Fall höher sein als 2 π F v also etwa 0,1 V/ μ Sek.

Mehrere Verstärker werden häufig verwendet, um eine hohe Verstärkung bei großer Bandbreite zu erzielen, da Sie mit zwei oder drei Verstärkern mit einer Verstärkung von 31,6 oder 10 eine Verstärkung von 1000 erzielen können, anstatt zu versuchen, einen Verstärker mit einem Verstärkungsbandbreitenprodukt im GHz-Bereich zu finden wird sicherlich ziemlich heiß laufen und wird wahrscheinlich nervös sein und oszillieren, wenn Sie es quer betrachten.

Wenn Sie wirklich nach Mikroleistung suchen, können Sie mit einem diskreten Transistordesign besser abschneiden als mit einem Allzweck-Operationsverstärker.

Nicht gerade Mikropower, das Design wird einige Doppel-A-Batterien verwenden, mit Schwerpunkt auf langer Betriebsdauer. Ich habe ein paar Operationsverstärker zur Hand, die in diesem Bereich eine große Verstärkungsbandbreite haben, die meisten haben eine übermäßig hohe Anstiegsgeschwindigkeit. ZB OPA350 und LT1360.
OPA350 sieht ziemlich gut aus, funktioniert bis zu <3 V.

Bedenken Sie

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie können den ersten Transistor durch einen NJFET ersetzen. Die Schaltung kann mit ihrer automatischen Vorspannung diese größere Substitution tolerieren.

Möglicher Verstärkungsfehler: Die Verstärkung ist Rcollector / (Remitter + 1/gm von Q2) Bei 1 mA Ic (oder Ie) von Q2 beträgt die gm (Transkonduktanz) 1/26 Ohm. Bei 50 uA IC beträgt der gm 1/(50 * 26) = 1/1300 Ohm, was ein GROSSER Verstärkungsfehler ist. Bitte reduzieren Sie den Re von 5,1 kOhm auf 3,9 (oder 3,8) kOhm.

Beachten Sie die Verwendung von Q3 als Cascode-Gerät, um den Cmiller-Effekt zu minimieren. Der Cob oder C_collector_base ist ein verschwenderischer Parasit, der die Eingangssignalenergie verbraucht.

Hier ist eine andere Topologie mit Rückkopplungsschleife für präzise Verstärkung

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Skalieren Sie die Widerstände bei geringer Leistung um das 1.000-fache. Es wird eine große Cmiller-Eingangskapazität geben. Dies liefert eine Verstärkung Av = 11 (nicht 10).

Aufgrund des Fehlens einer adaptiven Vorspannung ist diese Schaltung wählerisch in Bezug auf die Eingangs-/Basisspannung. Ich habe SuperBeta-Transistoren verwendet, um hohes DC-Zin zu implementieren.

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