Beste forumleden,
Voor het ontwerp van mijn complexe impedantiemeter gebruik ik een 1 Ohm weerstand om hierover een spanning te meten in evenredigheid met de stroom. De impedantie die te meten is is gegrond, dwz dat het een high-side current measurement is. Dus dat de common-mode spanningen hoog zijn. Maximaal 24Vpp 10MHz.
Nu wou ik de LM7171 hiervoor gebruiken omdat deze die hoge spanningen aankan. (Alternatieve voorstellen zijn altijd welkom)
http://www.national.com/pf/LM/LM7171.html#Overview
Zoals je ziet wordt er op die pagina al direct een schematje gegeven.
Omdat de stromen klein zijn 1mA => 150mA zou ik graag hebben dat de instrumentatie versterker ook nog een G=10 had.
Ik had het schema in spice gesimuleerd met de componentwaarden zoals aangegeven (510 Ohm en 1KOhm) en dan krijg ik op 10MHz meer versterking als verwacht(3).
Nu heb ik zelf wat met de componentwaardes gespeeld(klikbaar):
en nu bekom ik volgend resultaat(klikbaar):
Zoals je ziet is de grafiek links allesbehalve netjes.
Ik maak me zorgen over de stabiliteit van deze schakeling.
Wat doe ik verkeerd? En waarom hebben die lagere weerstandswaarden invloed op de versterking? Zijn er alternatieven om dit te doen?
Alvast bedankt.
(Z)weetvoetje
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Waarom een high-side stroommeting?
Je kunt beter een transformatortje gebruiken. Welk frequentiebereik heb je nodig?
opamps werken niet echt makkelijk meer op deze frequenties. Het is wel mogelijk om het ermee te doen, maar ik kan je aanraden met snelle transistoren te werken (bf199 en sneller). Met opamps zit je al snel op te lage gain bandwidth en parasitaire capaciteiten.
Daarnaast moet je erg voorzichtig zijn met verwachten dat een signaal door 20kOhm loopt en dat dan alles goed gaat. 1pF parasitaire capaciteit heeft een impedantie van 15k op 10MHz, ga echter maar uit van orde grootte 10pF voor bepaalde signalen en je ziet dat je alles vrij laag impedant zal moeten halen.
rbeckers
Overleden
Of betere opamps, lagere weerstandswaarden, goede ontkoppeling etc..
Je kunt met snelle opamps, GBW=1GHz, wel problemen verwachten.
@zweetvoetje,
Ik gebruik een high side stroommeting omdat mijn te meten impedantie steeds met 1 punt aan de massa hangt.
Het nodige frequentiebereik is ergens vanaf 100kHz tot 10MHz, die grenzen zou hij nog moeten kunnen meten, daarbuiten maakt het niet uit.
Ik snap inderdaad wel dat die lage impedanties van groot belang zijn, maar met die lage impedanties kwam er uit de simulatie jammer genoeg niets uit.
Aangezien ik mijn impedantie niet ken, is impedantie matching ook niet echt een optie (ik snap niet goed waar je met dat transformatertje naartoe wil?) Ik weet wel dat impedantie op ongeveer 5MHz ongeveer 150 (+-75) Ohm is, en daarbuiten steeds groter.
Hoe bedoel je met snelle transistoren werken, heb je hier ergens een schematje voor?
Alvast bedankt voor de reactie.
EDIT: Een transformatortje over die shunt zetten om de spanning wat op te krikken en de common mode te verwijderen? Je bedoeld misschien met die transistors een differentieel paar maken?
@rbeckers, probleem met die 1GHz opamps etc is dat die niet meer zo gretig zijn op die hoge spanningen.
(Z)weetvoetje
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Je kunt inderdaad een transformatortje over de shunt zetten. Dat is niet ideaal, want een transformator met een dergelijk breed bereik heeft al snel wat last van fase-fouten. Maar als je daar rekening mee houdt, dan is het veruit de beste oplossing in de zin van simpelheid en niet beinvloeden van de meting. Je kunt ook een combinatie van twee transformatortjes nemen met een 'wisselfilter'. (d.w.z. 1 trafo voor 1-10MHz, ferrietkerntje met weinig windingen, en 'in serie' een trafo voor 0.1-1MHz ferrietkerntje met meer windingen en condensatortje over de windingen als wisselfilter)
Voor opamps is het zoeken naar de goede opamps die 1GHz GBW hebben, en dan zit je vaak weer met dingen als een lage ingangsimpedantie enzo. Met transistoren is 1GHz totaal niet zeldzaam, en kun je als je wil ook werken met spul dat >5GHz GBW heeft, bij <0.5pF parasitaire capaciteiten. Daarmee kun je dan een differentieel versterkertje maken. Als je het netjes opbouwd en je houdt aan alle eisen voor HF, dan moet dat prima lukken. Waarschijnlijk is hier en daar nog een trimmertje nodig om wat parasitaire capaciteiten weg te trimmen, (houdt daarmee rekening in je ontwerp).
Denk ook aan ruis, bij kleine stromen is de spanning zeer klein, je moet dus zorgen voor een lage differentiele ingangsimpedantie (liefst 10 Ohm ofzo), maar zeer hoge impedantie van beide contacten samen.
@Zweetvoetje
Aangezien ik vooral geïnteresseerd ben in het gebied rond 5MHz lijkt 1-10MHz mij wel genoeg. Verder was het mijn bedoeling om het verkregen signaal dan met een AD8367 te versterken zodat ik de stroom steeds kan uitsmeren over het volledig dynamisch bereik van mijn ADC.
Door op elk elke frequentie steeds 1 meting te doen over een gekende precisie weerstand, dan kan ik een correctiefactor berekenen voor de amplitude en de fase, dus dit is wel te verhelpen.
Hoe moet ik dit dan aanpakken naar impedantie toe ? Ik meet over een 1 Ohm weerstand (die waarde kan ik nog wel wijzigen) en wil naar die AD8367.(200 Ohm) Misschien secundair ook een weerstand van gelijke waarde plaatsen? En dan heb ik mijn spanning zonder common-mode en dan hierover een snelle op-amp plaatsen?
Ik had misschien al wel een paar geschikte transformatortjes gevonden:
http://www.minicircuits.com/pdfs/T1-6-KK81.pdf
http://minicircuits.com/cgi-bin/modelsearch?search_type=info&model=ADT…
Echter staat er steeds bij 50 Ohm, moet ik hier rekening mee houden?
rbeckers
Overleden
Wat voor een ADC wil je gebruiken?
Hoe nauwkeurig wil je meten?
Waarom een AD8367? Is een AD8307 geen optie als detector?
Als je 50Ω componenten gebruikt moet je daar rekening mee houden.
Ipv trafo's kun je ook een aparte voeding tbv stroombron maken.
[Bericht gewijzigd door rbeckers op vrijdag 26 augustus 2011 12:11:52 (14%)]
(Z)weetvoetje
Hogepriester in het genootschap der mexicaanse hond. // // Aan 2% van de mensen is 50% van het bezit ; 1% van het bezit is aan 50% van de mensen.
Je kunt denk ik het beste zelf een trafo'tje wikkelen. Bij kent-electronics kun je de ringkerntjes vinden. ft37-43 o.i.d. is wel goed.
Ik denk dat je best een 1:5 trafo'tje o.i.d. kunt gebruiken (voor 25 Ohm uitgangsimpedantie die je overigens wel een stuk hoogohmiger moet belasten)
De versterking kun je in principe in een aantal trappen doen met gewoon een transistortje in gemeenschappelijke emitter schakeling, met max. 10x spanningsversterking. Dat werkt prima. Is een klein beetje vervorming een probleem? Of wil je alleen naar fase/amplitude van een sinus kijken.
Als ADC wou ik de AD9248 gebruiken. De AD8307 is inderdaad ook een optie, maar die AD8367 volgens mij ook, ik zie niet direct gigantische verschillen. De ene is lineair, de andere logaritmisch.
Jij bedoelt ipv aan te sturen met spanning en de stroom te meten, aansturen met stroom en de spanning te meten? Omdat de spanning een grotere grootheid is en niet differentieel met hoge common-mode hoeft gemeten te worden? Nu heb ik een regelbare spanningsbron gebouwd. Rondom de AD9834 en de AD8367, dan moet ik een regelbare stroombron maken. Aangezien ik zowel de stroom als de spanning moet kennen, zal het zoveel verschil niet maken denk ik.
Misschien voorstellen omtrent die koppeling?
@zweetvoetje, de bedoeling is om de complexe impedantie per frequentie weer te geven, als er veel vervorming op mijn signaal komt, dan zijn er weer meer hogere frequenties aanwezig en moet ik een frequentie gematched bandpassfilter maken. Dit zou ik graag willen vermijden.
Het liefst zou ik toch een transformatortje kopen, omdat ik zoiets nog nooit zelf gewikkeld heb en het liefst goed is 
Met die 1:5 op 25 Ohm uitkomen suggereer je een 5 Ohm shunt ? Jij zou de versterkingstrapjes vast maken en dan schakelen (met HF relais?) tussen de verschillende trapjes wanneer je met de ADC uit bereik gaat?
[Bericht gewijzigd door The Dutchman op vrijdag 26 augustus 2011 12:52:25 (31%)]
rbeckers
Overleden
Als je een regelbare stroombron maakt en die meet met een AD8307 en de verkregen spanning ook meet met een AD8307 ben je wat amlitude betreft klaar.
Fase moet dan wel apart.
Of de AD8302 nu we toch met Analog Devices aan het gooien zijn.
Voordeel is dat er geen snelle ADC nodig is en dat er eventueel maar twee extra opamps nodig zijn.
@rbeckers, ik vind jou voorstel ook wel interessant. Het is misschien inderdaad makkelijker om het zo te doen. Het scheel in elk geval een pak componenten. Door gebrek aan marktkennis wist ik niet eens dat zoiets bestond. Echter vraag me ik me dan wel af hoe ik een sweepable stroombron van pakweg 1-10MHz moet maken die een regelbare stroom van 1-100mA kan leveren. Nu werkte ik met volgende principe voor de spanning:
Hoe zou je die stroombron dan aanpakken? Misschien kan ik zelfs mijn AD9837 en die AD8367 behouden maar dan een soort van transconductantie versterker verzinnen?
[Bericht gewijzigd door The Dutchman op vrijdag 26 augustus 2011 13:27:43 (10%)]
Ok, daar kijk ik naar uit, zelf had ik ondertussen zoiets al gevonden:
http://michaelgellis.tripod.com/howland.html
http://www.daycounter.com/Circuits/Current-Servo/Current-Servo.phtml
[Bericht gewijzigd door The Dutchman op vrijdag 26 augustus 2011 13:47:15 (24%)]
rbeckers
Overleden
Dit is nog GEEN uitgewerkt schema.
Zonder trafo gaat het ook maar bij 10MHz is dit gemakkelijker.
Eventueel een buffer tussen oscillator en stroombron.
Frekwentie kan aangepast worden door C's (470pF) en L te veranderen.
Kan je er wat extra uitleg bij geven? Ik neem aan dat het linkse de oscillator is? Wat ik miscchien ook niet vermeld heb is dat de meting over het frequentiespectrum moet gebeuren zonder dat er steeds iemand aan den trimmer hoeft te draaien
Wat is de functie van de relais? De rechtse 2 opamps dienen om er een differentieële spanning van te maken?
rbeckers
Overleden
Links is een Colpitts oscillator op ong. 10MHz.
Tussen welke grenzen moet de frekwentie ingesteld kunnen worden?
Continu of in stappen?
Als het meer dan een oktaaf (dubbele frekwentie) moet zijn, bijv. van 1MHz tot 10MHz, dan wordt het oscillator deel eeen stuk lastiger.
(bijv. 100MHz oscillator, VCO 101-110MHz en een mixer)
De twee rechtse opamps zijn buffers en versterkers. Uitgangen gaan via C's, en beveilingsdiodes!, naar de AD8302.
Mbv de relais kan de versterking, en dus het meetbereik, gekozen worden.
De frequentie moet inderdaad 1-10MHz halen. Waar bevind zich nu de impedantie? R7? Dan is het toch niet echt stroomgestuurd? Wat is de functie van de relais in het midden? R15 en R16 lijken mij nutteloos? Ze hangen met 2 zijden aan GND ?
[Bericht gewijzigd door The Dutchman op vrijdag 26 augustus 2011 15:59:53 (31%)]
rbeckers
Overleden
Aangezien de trafo met een stroom wordt aangestuurd, wordt R7 (testobject) ook met een stroom aangestuurd.
Trafo's transformeren zowel spanning als stroom.
R15 en R16 dienen ook voor het meetbereik te kiezen.
R7 moet veel groter zijn dan R8//R15//R16.
Relais K3 en K4 schakelen R15 en R16.
Dat wordt dus een wat lastiger oscilliator gedeelte.
R8 R15 en R16 zijn dus de shunts, dan denk ik toch dat het aftakpunt perongeluk verkeerd staat en dus onder R8 moet staan.
Als ik het goed heb dan is de stroom door R7 en de stroom door R8 // R15 // R16 in 180° fase verschoven? Omdat de GND daar in het midden ligt? Verder moet dan R1 veel groter zijn dan R7 en R9 veel groter zijn dan R8//R15//R16
De input offset stroom van de opamp gaat dan wel onttrokken worden van je tessttroom, maar dat is aan beide zeide gelijk , dus dat valt weg? Verder is de stroombron hier ook niet regelbaar uitgevoerd. Dit is wel belangrijk want mijn te meten impedantie mag maximaal 150mW dissiperen.
rbeckers
Overleden
Aftakpunt staat inderdaad fout.
De versterking van de stroombron kan bijv. geregeld worden door de weerstanden bij die stroombron regelbaar te maken of door het oscillator signaal te varieren.
Opamps hebben zo een impedantie groter dan 10MΩ // een paar pF.
DC offset stroom is niet van belang.