kleine spanning meten, parameters opamp?

Ik wil in de tussentijd deze versterker (ontwerp van Jim Williams) maken, het schema komt app note 113 van linear technology.

Ik vermoed dat het ding een redelijke voeding behoeft. Ik zit te denken om het geheel uit een 9v blokje opgevolgt door een rail splitter zoals deze.

Dan loop ik tegen twee zaken aan:
1. Is deze voeding 'schoon' genoeg?
2. De spanning is dan ongeveer 2x3v bij een bijna leeg batterijtje. Komt dit goed?

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Wat wil je gaan meten met deze versterker?
Voor de beide opamps die in het schema staan vermeld is dit geen probleem.

De door jouw aangehaalde voedings splitter met een 741 lijkt mij geen goed plan, kies een opamp die RR in en uit is en controleer de ruiswaarde vande opamp.
Let ook op de bandbreedte, deze is maar tot 29Khz gespecificeert.

Waarom niet twee 9V batterijen, veel makkelijker om dit dan op te bouwen met LDO ruisarme regelaars.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Ha necessaryevil,

Wat wil je er mee gaan versteken het is een chopper ik neem even aan dat het bekend is bij je.
De voeding is prima uit een batterij of accu te doen en is niet zo kritisch.
De ruis in 10Hz bandbreedte is 1.3uV en de Vos is 3uV dus hele kleine signalen kan je niet nauwkeurig meten.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi,

Alleen de LTC2050 is een auto zero versterker, deze wordt gebruikt om de offset van de schakeling weg te regelen.
De offsetfout wordt gecompenseert door een kleine stroom in een van de drains van de Fet te injecteren.

Het Fet paartje zorgt voor de lage ruis, dit samen met lage 1/F van dit paartje.
Alleen de DC eigenschappen van dit paartje is niet super, zoals bij ieder Fet paartje, en dat wordt door de LTC2050 geregeld.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Als je het uit één 9V batterij wilt voeden dan denkik dat je in de problemen komt met de instelling van het Fet paartje.
De totale voedingspanning bij zeg 6V is dan niet meer voldoende het paartje optimaal ingesteld te houden.

De dominante rede voor een schone voeding is ook hier weer het Fet paartje.
Deze zijn het meest gevoelig voor rommel op de voeding en daarna komt de LT1797 met bij 10Khz rond de -65dB onderdrukking.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Dat wordt dan een handje AA's of AAA's. Dat is bij nader inzien ook een handiger formaat.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Mijn advies, wijk niet van het schema af!
Voed het met een stabiele +-5V zoals aangegeven, waarom heb ik je al laten weten ;-)

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Oke, dus een batterijvoeding heeft nog een stabilisatie nodig? Is het goed genoeg om twee simpele spanningsregelaars te gebruiken of moet ik gaan nadenken over transient rejecties en rimpel enzo?

Ha necessaryevil,

Een batterij van 9V opgebouwd uit AA is prima je heb dan tenminste een beetje vermogen tot je beschikking.
Ik werk met accu's 12V of 6V 4.7A/h of 8.3A/h dit zijn kleine accu's en net zo duur als 1 keer je batterijen vervangen.
Uiteraard moet je stabiliseren dat was niet de strekking van mijn eerdere opmerking een low drop regelaar is goed geef meer ruimte op je batterij spanning.
Voor een echte low noise versterker moet je ook de batterij spanning filteren niet voor de brom die is heel laag in frequentie maar wel voor de ruis.
Dit is met het schema wat je laat zien niet nodig er komt al redelijk veel 9kHz van je hak molen de FET in ;)
Zou je een stil front end hebben dan is de ruis uit je batterij significant en moet je wel filteren.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Bram, even een kleine miscommunicatie, althans ik snap je even niet meer.

Je zegt dit:

Voed het met een stabiele +-5V zoals aangegeven

en dit:

Waarom niet twee 9V batterijen, veel makkelijker om dit dan op te bouwen met LDO ruisarme regelaars.

Ik heb na je eerste opmerking de enkele 9v al laten varen. Maar moet er als ik bijvoorbeeld twee stuks 9v gebruikt zoals jij aangeeft ook nog een regelaar achter? Want die twee 9v batterijen gaan geen vaste ±5v geven.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Yep 2x 9V en daarachter 2x een 5V regelaar.
Met een moderne regelaar het je lage ruis en maximale energie uit je batterijen.

Hou er ook rekening mee dat het Fet paartje vrij veel stroom trekt, dit voor het verkrijgen van een laag ruisgedrag.

Verder heb je nog niet verteld waarvoor je deze versterker gaat gebruiken...
Gaat het nu nog steeds om een spanningsmeter om 1uv te kunnen meten?

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
rbeckers

Overleden

Afhankelijk van het gebruik lijkt mij electron920 idee van accu's handiger dan 9V batterijen.
Twee stuks lood gel accu's 6V/..Ah is wel groot en zwaar.

miedema

Golden Member

Op 18 april 2017 20:01:53 schreef blackdog:
Yep 2x 9V en daarachter 2x een 5V regelaar.
Met een moderne regelaar het je lage ruis en maximale energie uit je batterijen.

Voedings ideetje: https://www.circuitsonline.net/forum/view/132670 :-)

groet, Gertjan.

Ik ga 'm nog steeds gebruiken om een hele kleine spanning te meten, dat hoeft nu eventjes niet persé 1-µV te zijn.

Natuurlijk ga ik daarna verder experimenteren, want ja... Ik geloof trouwens ook dat Henk nog bezig is met een hoop interessante dingen. Die ga ik ook nabouwen.

het voorlopige plan is:

  • 12*AAA, 12*AA (eventueel NiMH), of anders 4 lithium-ion cellen.
  • de voeding van Gertjan
  • de schakeling van wijlen Jim Williams (Linear Technology app note 113, afbeelding 20).

Een AA geeft al heel veel meer prik dan een 9v.

ik ga overigens wel 2SK170 ic's gebruiken, die ga ik matchen en thermisch koppelen. Als mijn schakeling werkt kan ik altijd nog LSK389's aanschaffen.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Misschien overbodig maar ik wil je in ieder geval wat tips geven als je gaat bouwen.

1e
De gain van dit trape dat je voorsteld is 1000x is dit nodig?
Bij een gain van 100x krijg je een grotere bandbreedte als dit gewenst is, en je kan de gain dan vergroten met een extra opamp.

2e
2SK170, met wat je al aangeeft kan je met selektie van deze Fets het de offset regeling het een stuk makkelijker maken.
Let op dat de kleinste offset niet betekend de laagste ruis, deze verschilt ook per Fet.

3e
Bouw ZEER zorgvuldig, anders ben je alleen tijd aan het weg gooien.
Je kan een voorbeeld nemen aan mijn compakte lineaire bouwwijze.
Ieder stukje draad is een antenne, iedere verbinding is een thermokoppel!
Door het compakt bouwen verklein je ook de temperatuur verschillen onderling.
Download de datasheet van de LTC1052 en neem alles goed in je op vanaf pagina-8
Negeren is absoluut billen branden ;-)

4e
Er is in het schema geen enkele aandacht voor EMC.
Er wordt door dit schema vrijwel niets uitgestraald, maar dat is ook niet het EMC probleem, de versterker is zeer gevoelig.
En je zal er voor moeten zorgen dat allerlij straling zo min mogelijk in deze versterker trap terrecht komt.

5e
Er is waarschijnlijk een ferriet kraal aan de gate van de ingangs Fet nodig of een lage weerstands waarde ter voorkoming van generatie verschijnselen van het Fert paartje.

6e
Er is beveiliging nodig van de ingang, hier zijn verschillende manieren voor zoals bij mijn 40dB voorversterker toegepast,
maar ik denk bij deze versterker meer aan dioden die van de ingang naar de voeding spanningen gaat.

7e
Door de hoge Gate capaciteit van de gebruikte Fets, hoef je niet op een paar pF te kijken en is de 1N4148 goed genoeg met een voordeel van hoge piekstromen.

8e
Gij zal goed letten op waar de stromen lopen! *grin*, ook die van de ontkoppeling, denk aan mijn opmerking over lineaire opbouw.

9e
Afscherming, afscherming, oja goed afschermen.

Er zijn nog meer opmerkingen, maar anders wordt dit een beetje te lang, je moet zelf ook nog ergens over gaan struikelen, anders leer je niets ;-)

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Electron: Ik ga jou trapje zeker nog nabouwen, wat ik nu aan het bouwen ben is slechts een "tussendoortje".

Blackdog:ik bouw deze ook zodat ik mijn billen al vast kan verbranden voordat ik de verise van Henk ga bouwent branden voordat ik de superversie van Henk ga bouwen ;-).

Op pagina 518 van "The Art of Electronics 3e editie" is trouwens een mooie vergelijking van Jfets te zien. de 2SK170, de BF862 en de J310 vind ik erg interessant. Er zijn nog een paar jfets van Interfet (prefix IF) die het nog beter doen, maar die zijn wel duur.

Nog een vraag: moet ik de guard ring aan de massa leggen? Of kan ik die beter aan de gate van Q1B leggen?

Ha necessaryevil,

De guard ring dient laagohmig te zijn anders absorbeer je geen kruipstromen.
Op de ingangsprint van het versterkertje welke ik ontwerp is ook een guard aanwezig deze gaat naar een speciaal aardpunt.
Verder heb ik niets bijzonders aan de ingang (nog niet) 4 keer FET BF862 plus cascode BJT schakelaar voor autozero, autocal en stroom buffer.
Er zitten 4 printjes in het front end dus 4x4 FETjes parallel.
Ik ken jou ontwerpje niet maar een guard ring aan de gate hangen :o lijkt mij niet handig.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

Heb je in de datasheet gekeken van de LTC2050HV wat de bias stroom kan zijn?
Deze kan bij wat hogere temperaturen tot 4nA oplopen.
Ook hebben we dan nog de bias stroom van de 2SK170 die bij Fets meestal verdubbeld bij 10C verhoging van de temperatuur.
De chopper opamps/Auto Zero zijn beestjes waarbij je nog beter de datsheets van moet doorlezen.
Er zijn grote verschillen van de bias stroom mogelijk gerelateerd aan natuurlijk de temperatuur maar ook de commonmode ingang spanning.

Wil je toch een guard ring, dan is de Gate van Fet B met de 10Ω naar masse een goede gegadigde.
Maar deze zou dan wel gebufferd moeten worden, en waarvoor moet de guard dienen, alleen op jouw print of ook naar buiten toe?

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

De guard ring komt op mijn print.

Maar in de datasheet van de LTC1052 (opamp) wordt een guard ring van een non-inverting amplier aangesloten op de inverterende ingang zodat de guard dicht bij de ingangsspanning zit, bij een inverterende versterker wordt de boel aangesloten op de massa (en dus eigenlijk stiekem ook op de niet inverterende ingang want die hangt ook aan de massa).

Omdat ik vermoed dat de LTC1052 inwendig uit een differential jfet pair bestaat, concludeer ik dat de guard in het literatuurvoorbeeld ook aan de gate van een jfet hangt. Klopt dat of hebben ze nog een ander trucje?

Ik snap zo zachtjes aan wel de moeilijkheidsgraad van dit design. Ik zal anders eerst eens beginnen met het nabouwen van de voeding om mijn grijze massa een beetje op te warmen.

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

De LTC2050HV is een ander beestje dan de LTC1052...
Beide zijn chopper/Auto Zero typen maar met eigen sterke punten.

Voor een kleine guard op de print is het punt dat ik aangaf wel geschikt als de versterker zelf goed afgeschermd wordt.
Ondanks dat de 10Ω naar massa een lage impedantie geeft, blijft het ongebuffert toch een ingang :-)

Voor AC en in de lage frequenties is de ingangs impedantie 100K en deze wordt bepaald door de 100K die naar de inverterende ingang gaat van A1.
Voor DC is er in dit schema geen pad naar massa getekend, deze moet er natuurlijk wel komen!

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Dankjewel Blackdog, ik begrijp het nu wat beter.

Ik zit nu ook nog met vragen over de "unecessary components". In de datasheet van wederom LTC1052 wordt een extra weerstand gebruikt om thermokoppel-juncties elkaar weg te kunnen strepen?

Wat ik niet snap is dat de thermokoppel juncties op een enkele weerstand elkaar toch al wegstrepen? Je hebt als je een weerstand op een print zet namelijk eerst de thermokoppels koper-tin en tin-terminal, dan de weerstand en dan de thermokoppels terminal-tin en tin-koper (precies andersom). Die zouden elkaar dan toch ook al uitbalanceren? Of zie ik iets over het hoofd?

Voor DC is er in dit schema geen pad naar massa getekend, deze moet er natuurlijk wel komen!

Ik ging er vanuit dat de massa van de ingang de massa van de voeding is. Dat is wat je bedoelt toch? Dat is voor AC toch niet anders?

blackdog

Golden Member

Hi necessaryevil,

De ingang van je versterker heeft een path nodig naar massa.
Dit is vaak een weerstand maar kan ook de bron zijn als deze DC gekoppeld is.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Ha necessaryevil,

Welke wil je nu gebruiken de ltc1052 of de ltc2050hv :+ ik schakel heen en weer.
Weet je al iets van het print ontwerp een guard de positie ligging is direct afhankelijk van dat ontwerp en is zeker niet altijd nodig.
De temp compensatie dat zie ik niet in de data maar zal wel de verkeerde zijn.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ik moet me even verduidelijken, ik wil het onderstaande schema maken, dus met de LTC2050HV.

Ik maak gebruik van de ontwerptips die in de datasheet van de LTC1052 en de LTC2057 staan, dit op aanraden van Blackdog.