Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Potrzebuje pomocy w projektowaniu urzadzenia wzmacniajacego

2345 25 Maj 2009 23:28 2115 8
  • #1 25 Maj 2009 23:28
    2345
    Poziom 13  

    Zwracam sie do ogolu czytelnikow z prosba o pomoc w zaprojektowaniu wzmacniacza sygnalu pradowego sredniej czestotliwosci z lampy elektronowej. Zakres zagadnien przekracza niestety moje mozliwosci i utknalem z tym na dobre. Prawde mowiac wystaczy pomysl, moze ktos ma jakies doswiadczenia, lub pomoze jedna uwaga? Prosze przeczytac opis do konca, moze wspolnie cos wymyslimy? Temat jest dosyc wazny, dotyczy przeprojektowania pewnego urzadzenia medycznego i wiaze sie z poprawieniem diagnostyki rentgenograficznej.


    Problem:
    Lampa elektronowa ma wyjscie pradowe utrzymywane na potencjale 0 poprzez zewnetrzny uklad konwertera prad-napiecie. Ten konwerter jest polprzewodnikowym wzmacniaczem operacyjnym. Lampa daje na wyjsciu prad w zakresie okolo 100 mikroamperow, ale wiekszosc informacji jest w zakresie od pA do ok 5-10 mikroamperow. Wewnatrz lampy ten prad plynie pomiedzy wyjsciem i elektroda ktora jest podlaczona do okolo -70V. Problem polega na tym, ze polaczenie wyjscia lampy ze wzmacniaczem operacyjnym generuje szum wynikajacy z roznicy impedancji WY/WE i trudno dobrac odpowiedniej klasy wzmacniacz, aby moc wygenerowac odpowiedniej wielkosci odpowiedz napieciowa nadajaca sie do wysterowania 16 bitowego przetwornika cyfrowego.

    Zakres pradu na wejsciu wzmacniacza jest tak maly, ze wymaga stosowania duzego rezystora w ukladzie sprzezenia zwrotnego.
    Ten rezystor jest w zakresie ok 30 kOhm i to powoduje dodatkowe klopoty z szumem. Wszystko wymaga specjalnych zasilaczy, regulatorow, osobnych mas itp.

    Szum jednak nie jest jedynym problemem.
    Prawdziwym problemem jest pasmo przenoszenia.
    Calosc musi bezwzglednie dzialac w zakresie minimum do 600kHz lecz praktycznie pasmo 1Mhz jest bardziej wskazane.

    I tu pojawiaja sie zjawiska zwiazane z ograniczenia pasma wzmacniacza ze wzgledu na stosunek rezystancji WE/WY i rezystora sprzezenia zwrotnego. Osobiscie chcialbym sie dowiedziec jak rozwiazac teoretycznie i praktyczne kwestie pasma w tym ukladzie i jakie podjac dzialania, aby to pasmo nie bylo ograniczone oraz jak zwalczyc szum w tym ukladzie.

    Pierwotnie jako wzmacniacz "po lampie" stosowalem LTC6241, poniewaz nie udalo mi sie znalesc zadnego innego mniej szumiacego.
    Teraz jednak stosuje OPA627 bo jest szybszy, choc wiecej szumi.

    Co do zjawiska ograniczenia pasma w ukladzie konwertera prad napiecie, to problem wynika z impedancji wyjscia lampy. Prawde mowiac, nie jestem ekspertem ale podam rownania.
    W ukladzie wzmacniacza nieodwracajacego:
    [U wy/ U we] = [A]/[1+Ab]
    gdzie A - wzmocnienie w otwartej petli
    b - wspolczynnik wzmocnienia ukladu, czyli Ab to pasmo w zamknietej petli

    na zasadzie analogii w ukladzie konwerter prad napiecie:
    [U wy/ U we] = [-ARf/(Rg+Rf)]/[1+ARg/(Rg+Rf)]

    gdzie
    A - wzmocnienie w otwartej petli
    Rf - to opor petli sprzezenia zwrotnego
    Rg - to opor przed wejsciem odwracajacym (czyli w przypadku lampy - to jej opor wewnetrzny wyjscia)

    Z tego wynika ograniczenie pasma przenoszenia w ukladzie konwertera, poniewaz pasmo zalezy od obu rezystancji i pasma charakteryzujacego wzmacniacz.

    I teraz konkretnie - co mozna zrobic, aby zoptymalizowac taki uklad?
    Czy jest jakas metoda na obnizenie rezystancji wyjscia w lampie elektronowej? Od czego zalezy taka rezystancja wyjscia w lampie?
    Czy jest jakas praktyczna metoda wzmocnienia slabego sygnalu pradowego - przy zachowaniu pasma i niedodaniu szumu?
    Czy jest sens rozwazania jakiegos dodatkowego modulu wzmacniajacego pomiedzy lampa i wzmacniaczem?


    Mam bardzo rozbudowane narzedzia analizy szumow i mam mozliwosc sprawdzenia proponowanych rozwiazan. Prosilbym o jakas podpowiedz, cos prostego.... Co ja wlasciwie moge zrobic?
    Dzieki z gory za zainteresowanie.

    Dodano po 45 [minuty]:

    Czy ma sens dodanie wzmacniacza opartego na jednej lampie typu trioda?
    Czy jest jakas literatura w internecie dotyczaca szumow w takich lampach?
    Czy ktos produkuje obecnie takie lampy i gdzie je mozna kupic?

    0 8
  • #4 29 Maj 2009 02:43
    2345
    Poziom 13  

    jdubowski trafil bezblednie. faktycznie to wzmacniacz fotopowielacza. to jest wzmacniacz typu kosc + opornik.

    ale tutaj jest podobny schemat:
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons...r.svg/750px-Current_Voltage_Converter.svg.png

    ten fotopowielacz jest lampa z okreslona rezystancja wewnetrzna i to powoduje, ze powinno sie ten uklad rozrysowac tak:
    http://iete-elan.ac.in/QPJune07/DE06-7-D06_files/image027.jpg
    wiec Rf to jest 30K a R1 to opor wewnetrzny wyjscia fotopowielacza i tego ukladu dotycza moje pytania

    0
  • Pomocny post
    #5 29 Maj 2009 20:55
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    W ogóle fajnie, że powiedziałeś do czego to jest :|. Bo mnie szczerze mówiąc się od razu elektrometr skojarzył, a nie fotopowielacz.:|
    Bądź jednak łaskaw narysować CAŁY układ, a nie jakieś kawałki nie wiadomo czego się tyczące.
    Narysuj to łącznie z fotopowielaczem: jest tam jakoś realizowane podawanie napięć na poszczególne dynody, jest też jakoś rozwiązane zagadnienie pobierania sygnału z anody. Jeden DOBRY schemat wart jest więcej niż wszystkie słowa w postach powyżej.

    Na "ciemno" nie znając dokładnie sprawy powiem tyle:
    Pomiar bardzo małych prądów, rzędu pA stoi w sprzeczności z dużym pasmem przenoszenia.
    Jeśli prądy te byłby milion razy większe, czyli rzędu mikroamperów, problem będzie mniejszy: brałbym żywcem rozwiązania znane z telewizji (przedwzmacniaczy torów kamerowych na superortikonach- zawierają one we wnętrzu fotopowielacz). Odsyłam tu np. do książki: W. Trzebuni -Siwickiej i M. Rechy "Telewizyjne tory kamerowe". Bez problemu da się tu uzyskać pasmo przynajmniej kilku MHz i podpatrzysz jak wyglądały takie przedwzmacniacze.

    1
  • #6 31 Maj 2009 00:47
    2345
    Poziom 13  

    Nie moge znalesc tej ksiazki, czy to chodzi moze o te ksiazke:

    Lampy analizujące i tory kamerowe TV / Wanda Trzebunia-Siwicka, M. Recha

    Ale to jest pozycja z 1969 roku...
    Rozgladne sie za tym, ale to moze byc niedostepne do kupna.

    Dodano po 13 [minuty]:

    Zaraz, czy Ty jestes Alek Zawada?
    http://www.tubedevices.com/alek/

    Bo jesli tak, to ja mam pytanie o wzmacniacz logarytmiczny na lampie.

    Czy jest jakas konfiguracja lampy pozwalajaca na zlozenie ukladu konwertujacego sygnal logarytmicznie?
    Obojetnie jak, pradowo, czy napieciowo.
    Czy jest w lampach podobna zaleznosc jak logarytmiczne zaleznosci pradowe w tranzystorach?

    Jesli tak, to czy jest jakas ksiazka pokazujaca to od strony obliczeniowej? Rownania?

    Albo jeszcze jedno - jak na lampie zrealizowac wejscie pradowe, aby potencjal wejscia byl staly?

    Dodano po 4 [godziny] 58 [minuty]:

    Alek, po przemysleniu twojego pomyslu zmiany konfiguracji na wtornik napieciowy doszedlem do wniosku, ze to chyba naprawde dobry pomysl. Dzieki.
    Zmiana wspolczynnika wzmocnienia na 1 da zarowno duze pasmo jak i usunie szum. To jest wazniejsze od liniowosci ostatniego stopnia powielacza. Zreszta konwerter pracuje w zakresie 0-5V wiec malo w stosunku do roznicy potencjalu na ostatniej dynodzie. 5/70 = 7%
    Te wmacniacze maja opor wejscia 10 do 13-tej potegi i mala pojemnosc wejscia, wiec nie powinno byc zadnego problemu z pasmem.
    Tylko bede musial odwrocic kierunek ruchu konwertera AD - ale nie powino byc z tym problemu, mala poprawka w kodzie kontrolera i tyle. Anode podlacze przez 1 opornik do napiecia referencyjnego z konwertera i zero bede mial ustalone perfekcyjnie.
    To wyglada naprawde prosto - przetestuje to w przyszlym tygodniu i wpadne dac znac co i jak.
    Poprosze jeszcze o odpowiedz na pozostale pytania, jesli mozna. Macie te lampy w jednym palcu - podpowiedzcie prosze jak zrobic konwerter logarytmiczny na lampie?
    Mam w sumie jeszcze kilka pytan, ale nie chce naduzywac waszej uprzejmosci... Dzieki jeszcze raz Alek.

    0
  • #7 31 Maj 2009 11:09
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Tak, to ja.

    Jeszcze odnośnie wzmacniacza za wyjściem fotopowielacza. Bywały w superortikonach też stosowane kaskody, które -oprócz małych szumów własnych miały duże wzmocnienie.

    Pytałeś też, czy da się zrobić wzmacniacz (przetwornik) logarytmujący na lampach. Da się, ale nie widzę celowości takiego rozwiązania. W praktyce dawało się to realizować przez wprowadzenie oporności nieliniowej, np. do obwodu katody lampy. W ten sposób daje się uzyskać np. układ wtórnika, który posiada np. logarytmiczną (w przybliżeniu) charakterystykę.
    Ową nieliniowość wprowadzić można poprzez zastosowanie kilku diod (półprzewodnikowych lub próżniowych), polaryzowanych coraz to innymi wartościami napięć.
    Układy tego typu są też w rzeczonej już książce, opisane jako korektory gamma.

    Prócz tego jest też oczywiście możliwe skonstruowanie lampy -przetwornika, której jedynym zadaniem jest logarytmowanie. To jednak już zupełnie inna sprawa.

    0
  • #8 31 Maj 2009 20:23
    2345
    Poziom 13  

    diody wlaczajace opornosci w obwod sa dobrym pomyslem, ale to jest rozwiazanie quasiliniowe. Zreszta jak sie da diody z uplywnoscia, to pojawiaja sie zakrety na charakterystyce, a jak juz jest dioda, ktora ma dobre parametry uplywnosci, to z kolei trudno utrafic z punktem charakterystyki i pojawiaja sie problemy z odwzorowaniem przez program analizujacy bo jest rozrzut parametrow elementow. Ja wolalbym zrealizowac funkcje ciagla. Wtedy jest latwiej przeprowadzic kalibracje. Mnie chodzilo o cos takiego jak zaleznosc produ kolektora od napiecia bazy. To ma zasadniczo duze znaczenie, bo zakres informacji z fotopowielacza jest za duzy. a niestety konwertery polprzewodnikowe maja spore znieksztalcenia i szumy. Nigdy nie eksperymentowalem z lampami i prawde mowiac jestem gotowy zastosowac lampy jedynie w ostatecznosci, gdy bedzie jakies obiecujace rozwiazanie, cos wyjatkowego.

    Jeszcze zapytam o uklad darlingtona - czy da sie na lampach zrealizowac cos podobnego?
    Czy sa lampy, ktore maja wzmocnienie pradowe powyzej 10,000? Jak wyglada przecietny wspolczynnik wzmocnienia w lampie?
    Jak cos takiego zrealizowac w praktyce, jak je polaczyc?
    Czy w takim ukladzie szumy w lampie sa odwrotnie proporcjonalne do pradu anodowego, czy moze nie ma takiej zaleznosci?

    0
  • #9 31 Maj 2009 21:53
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    2345 napisał:
    diody wlaczajace opornosci w obwod sa dobrym pomyslem, ale to jest rozwiazanie quasiliniowe. Zreszta jak sie da diody z uplywnoscia, to pojawiaja sie zakrety na charakterystyce, a jak juz jest dioda, ktora ma dobre parametry uplywnosci, to z kolei trudno utrafic z punktem charakterystyki i pojawiaja sie problemy z odwzorowaniem przez program analizujacy bo jest rozrzut parametrow elementow. Ja wolalbym zrealizowac funkcje ciagla. Wtedy jest latwiej przeprowadzic kalibracje. Mnie chodzilo o cos takiego jak zaleznosc produ kolektora od napiecia bazy. To ma zasadniczo duze znaczenie, bo zakres informacji z fotopowielacza jest za duzy. a niestety konwertery polprzewodnikowe maja spore znieksztalcenia i szumy. Nigdy nie eksperymentowalem z lampami i prawde mowiac jestem gotowy zastosowac lampy jedynie w ostatecznosci, gdy bedzie jakies obiecujace rozwiazanie, cos wyjatkowego.


    W korektorach takie rozwiązanie (aproksymacja odcinkami liniowymi) było wystarczające. Możliwe, że stosowane były inne rozwiązania, zwłaszcza na potrzeby maszyn matematycznych ,analogowych, gdzie mnożenie realizowano poprzez logarytmowanie mnożej i mnożnika, ich dodanie i antylogarytmowanie.

    2345 napisał:
    Jeszcze zapytam o uklad darlingtona - czy da sie na lampach zrealizowac cos podobnego?


    A po co?

    2345 napisał:

    Czy sa lampy, ktore maja wzmocnienie pradowe powyzej 10,000? Jak wyglada przecietny wspolczynnik wzmocnienia w lampie?


    Na to pytanie powinieneś odpowiedzieć sobie sam. Tak, są. Lampy sterowane są praktycznie bezprądowo (lecz napięciowo!), wobec czego ich wzmocnienie prądowe jest bardzo duże. Wzmocnienie prądowe na przykład typowej lampy elektrometrycznej bez żadnego problemu osiąga
    10^6. Operowanie wzmocnieniem prądowym w odniesieniu do lamp (ewentualnie poza elektrometrycznymi) nie ma właściwie sensu.
    Wydaje się jednak, że nie czujesz różnicy działania między lampą a tranzystorem bipolarnym. Nie wnikając tu w fizykę tego działania przytoczę jedynie zależność prądu anodowego od napięcia siatki (i napięcia anodowego).
    Weźmy tylko triodę- zależność (teoretyczna)prądu anodowego lampy wyraża się wzorem Ia=(Us+DUa)^3/2
    D- przechwyt (odwrotność współczynnika amplifikacji. Jak widać, nie ma tu nigdzie żadnego prądu siatki. Równanie powyższe jest słuszne dla pracy lampy w zakresie ujemnych napięć siatki.
    2345 napisał:

    Czy w takim ukladzie szumy w lampie sa odwrotnie proporcjonalne do pradu anodowego, czy moze nie ma takiej zaleznosci?


    Oporność zastępcza szumów zależy od typu lampy. W lampach największe znaczenie mają szumy śrutowe. Dla triod oporność ta wynosi w przybliżeniu 2.5/Sa (Sa-nachylenie chrakterystyki). Dla pentod szumy są większe, wskutek rozpływu elektronów między anodę a siatkę drugą.


    Proponuję raz jeszcze: Po fotopowielaczu zastosować wtórnik (lub kaskodę). Wtórnik stanowić sobą będzie nic innego jak transformator impedancji- z dużej lampy na mniejszą. Potem sobie już logarytmować, bawić się, cudować.

    0