Mažo triukšmo stiprintuvo mikroschemos. Labai jautrūs mikrofonai su žemo triukšmo žemųjų dažnių stiprintuvais

Sveiki visi.

Radijo mėgėjai, montuodami žemo triukšmo, aukštos kokybės mikrofono stiprintuvus, dažniausiai naudoja grandinės sprendimus, pagrįstus diskretiniais dvipoliais arba lauko tranzistoriais, arba žemo triukšmo operacinius stiprintuvus. Aukštos kokybės tranzistorių naudojančių mikrofonų stiprintuvai dažnai yra gana sudėtingi ir negarantuoja stabilaus parametrų pakartojamumo, o norint surinkti stiprintuvą naudojant mažo triukšmo stiprintuvus, gali nebūti reikiamų mikroschemų arba jų kainos bus didesnės nei priimtina.

Kokybiškas stereomikrofono stiprintuvas gali būti pagamintas ne tik naudojant specialius žemo triukšmo tranzistorius (1, 2 pav.), integruotus operacinius stiprintuvus (operacinius stiprintuvus) ar specializuotus IC, bet ir tai, ką dažniausiai turi radijo mėgėjai. gausu, tačiau mažai žmonių galvoja apie kai kurių „neįprastų“ mikroschemų potencialą. Tai reiškia integrinius grandynus – specializuotus mažo triukšmo atkūrimo stiprintuvus, skirtus analoginio garso įrašymo kasetiniams ir nuo ritės iki ritės magnetofonams. Buitinis magnetinis garso įrašymas greitai tampa praeitimi, daugelis importuotų radijo imtuvų ir automagnetolų jau atlaikė savo laiką, o juos išmontavus atsarginėms dalims, integruoti atkūrimo stiprintuvo lustai dažniausiai lieka nebereikalingi.

Remiantis vienu iš šių LA3161 lustų

Vos per dvi valandas galite sukurti paprastą stereo mikrofono stiprintuvą su vienu tiekimu, kurio nereikia nustatyti. Žemiau pateikta šio stiprintuvo schema.

Šis prietaisas yra mažo triukšmo stereo stiprintuvas, kurio įtampos padidėjimas yra maždaug 100. Nominali šio stiprintuvo maitinimo įtampa yra 9 voltai, ramybės būsenos srovė yra maždaug 6 mA, vardinė įėjimo įtampa yra 5 mV, o vardinė išėjimo įtampa yra 500 mV esant THD iškraipymui 0,05%. Išėjimo varža yra maždaug 100 kOhm. Mikroschema gali veikti su 2,5–16 voltų maitinimo šaltiniu. Tačiau kai maitinimo šaltinis yra mažesnis nei 7 voltai, jo pagrindinės charakteristikos pablogėja.

Mikroschema maitinama iš stabilios įtampos šaltinio, praeinančio per LC filtrą C1L1C2C3. Konkrečiu atveju kaip maitinimo šaltinis gali būti naudojamas galvaninis akumuliatorius „Krona“ arba jo ekvivalentas.

Stiprintuvo perdavimo koeficientas priklauso nuo rezistorių R5/R3 ir R6/R4 varžų santykio. Jei reikia didelio įtampos padidėjimo, rezistorių R3 ir R4 varžą galima sumažinti 10 - 20 kartų. Galite naudoti tiek dinaminius, tiek kondensacinius mikrofonus kaip VM1 ir VM2 mikrofonus. Jei kondensatoriuje arba elektretiniame mikrofone nėra šaltinio sekiklio, galite jį įvesti į stiprintuvą, pavyzdžiui, kiekviename kanale įdiegdami K513UE1 mikroschemą. Kondensatoriai C4 ir C5 neleidžia įvairiems radijo trukdžiams patekti į įvestį. Rezistoriai R9 ir R10 pašalina galimą „spragtelėjimo“ atsiradimą, kai mikrofono stiprintuvas prijungtas prie garso atkūrimo įrangos, taip pat reikalingi tinkamam oksidinių kondensatorių C10 ir C11 plokščių poliarizavimui. LA3161 lusto funkcinė schema parodyta paveikslėlyje žemiau. Jei naudojate tik vieną iš dviejų mikroschemos stiprintuvų, atitinkamas neinvertuojamasis įėjimas (1 arba 8 kontaktas) turi būti prijungtas prie bendro laido.

Stiprintuvą galite surinkti ant 70×27 mm dydžio plokštės (žr. nuotrauką). Kairėje plokštės pusėje turi būti palikta šiek tiek vietos, kad tilptų visi papildomi komponentai, kurių gali prireikti norint suderinti kai kuriuos dinaminius mikrofonus su stiprintuvo įvestimi.

Rezistoriai gali būti naudojami kaip MLT, S2-23 ar jų analogai. Geriau atsižvelgti į tai, kad kuo didesnė to paties tipo rezistorių galia, tuo mažesnis bus jų pačių triukšmo lygis. Jei stiprinimas yra didesnis nei 500, geriau įdiegti rezistorius R1 - R6, kurių galia yra 0,5 - 1 vatas. Nepoliniai kondensatoriai - importuota mažo dydžio plėvelė arba keramika. Oksidiniai kondensatoriai C6, C7 turėtų turėti mažiausią nuotėkio srovę. Jei nerandate aukštos kokybės kondensatorių tarp įprastų aliuminio, galite naudoti keraminius arba plėvelinius kondensatorius, kurių talpa yra 4,7 μF. Droselis L1 gali būti bet koks mažo dydžio, mažos galios, kurio induktyvumas didesnis nei 100 μH. Jei maitinimo įtampa yra 12 voltų ar daugiau, geriau su juo nuosekliai prijungti 1 kOhm rezistorių. Galite pakeisti LA3161 lustą į LA3160.

Šias dvi mikroschemas gamina „Sanyo“ SIP-8 pakete, turi vienodus išvadus ir panašius parametrus Mažo triukšmo stiprintuvų mikroschemos, skirtos atkurti magnetinius garso įrašus su išjungtomis korekcijos grandinėmis, gali būti naudojamos ne tik kaip mikrofono stiprintuvai, bet ir preliminariai normalizuojantys stiprintuvai, pasyvūs tonų ir garsumo valdikliai arba kaip signalo stiprintuvai iš pjezoelektrinių jutiklių ir pirodetektorių.

Viskas kas geriausia.

Yra daug stiprintuvų, kurių vienas iš pagrindinių būtinų parametrų yra reikalavimas užtikrinti minimalų triukšmą išėjime. Paprastai tokios grandinės naudojamos signalams iš įvairių jutiklių sustiprinti, taip pat tiesioginio konvertavimo imtuvuose, kur pagrindinis stiprinimas atliekamas žemais dažniais. Dėl padidėjusio triukšmo neįmanoma atskirti silpnų signalų triukšmo fone.

Vidinis triukšmas stiprintuve atsiranda, kai srovė praeina per pasyvius ir aktyvius grandinės elementus.
Triukšmo charakteristikos taip pat labai priklauso nuo grandinės (schemos) konstrukcijos. Kuriant stiprintuvą su dideliu signalo ir triukšmo santykiu, be optimalaus grandinės tipo pasirinkimo, svarbu teisingai parinkti elementų bazę ir optimizuoti kaskadų darbo režimą.

Grandinės komponentų pasirinkimas

Tikrame stiprintuve vidinio triukšmo šaltinis yra:
1) rezistorių šiluminis ir srovės triukšmas;
2) kondensatorių, diodų ir zenerio diodų mirgėjimo triukšmas;
3) aktyviųjų elementų (tranzistorių) svyravimo triukšmas;
4) vibracija ir kontaktinis triukšmas.

Rezistoriai

Rezistorių vidinį triukšmą sudaro šiluminis ir srovės triukšmas.

Šiluminį triukšmą sukelia elektronų judėjimas laidžioje medžiagoje, iš kurios pagamintas rezistorius (šis triukšmas didėja didėjant temperatūrai). Jei rezistorius neveikia įtampos, tada triukšmo emf per jį (µV) nustatomas pagal ryšį:

Esh = 0,0125 x f x R,
čia f yra dažnių juosta kHz; R - atsparumas kOhm.

Srovės triukšmas atsiranda, kai srovė teka per rezistorių. Šiuo atveju triukšmo įtampa atsiranda dėl kontaktinių varžų svyravimo tarp laidžių medžiagos dalelių. Jo vertė tiesiškai priklauso nuo naudojamos įtampos. Todėl rezistorių triukšmo savybės apibūdinamos triukšmo lygiu, kuris yra triukšmo įtampos Em (μV) kintamos dedamosios efektyviosios vertės ir taikomosios įtampos U (V) santykis: Em/U.

Abiejų tipų triukšmo dažnių spektras yra nuolatinis („baltasis triukšmas“). Ir jei šiluminiam triukšmui jis tolygiai paskirstomas iki labai aukštų dažnių, tai srovės triukšmo atveju jis pradeda mažėti nuo maždaug 10 MHz.

Bendras triukšmo kiekis yra proporcingas varžos kvadratinei šaknis, todėl norint jį sumažinti, reikia sumažinti ir varžos dydį grandinėje.
Kartais, norėdami sumažinti rezistorių keliamą triukšmą, jie naudojasi lygiagrečiu (arba nuosekliu) jų jungimu, taip pat įrengia daugiau galios, nei reikia darbui. Be to, galite naudoti tuos tipus, kuriuose dėl gamybos technologijos šis parametras yra mažesnis.

Nelaidiniuose rezistorių srovės triukšmas yra daug didesnis nei šiluminis triukšmas. Bendras įvairių tipų rezistorių triukšmo lygis gali svyruoti nuo 0,1 iki 100 µV/V.

Norėdami palyginti skirtingus rezistorius (fiksuotus ir suderintus iš SP grupės), didžiausios triukšmo vertės pateiktos 1 lentelėje

Rezistorių tipas Technologinis projektas Triukšmo lygis, μV/V BLT ruda anglis 0,5 S2-13 S2-29V metalas-dielektrikas 1,0 S2-50 metalas-dielektrikas 1,5 MLT OMLT S2-23S2-33 metalas-dielektrikas 1...5 S2-26 metalo oksidas 0 .5 SP3-4
SP3-19
SP3-23 plėvelės kompozitas 47...100
25...47
25...47
1 lentelė. Rezistorių triukšmo savybės

Kaip matyti iš lentelės, sureguliuoti rezistoriai yra daug triukšmingesni. Dėl šios priežasties geriau juos naudoti su mažais nominalais arba iš viso neįtraukti į grandinę.
Rezistorių triukšmo savybės gali būti naudojamos plačiajuosčio triukšmo generatoriui gaminti.

Kaip rekomendacijas renkantis rezistorius mažo triukšmo stiprintuvui surinkti, galima pastebėti, kad patogiausia naudoti šiuos tipus: C2-26, C2-29V, C2-33 ir C1-4 (nesupakuota lusto konstrukcija). Neseniai prekyboje pasirodė mažo triukšmo importuoti metalo dielektriniai rezistoriai, panašios konstrukcijos kaip C2-23, bet mažesniu triukšmo rodikliu (0,2 μV/V).

Galima ženkliai sumažinti rezistorių triukšmą stipriai juos aušinant, tačiau šis būdas yra per brangus ir naudojamas labai retai.

Kondensatoriai

Kondensatoriuose mirgėjimo triukšmo šaltinis yra nuotėkio srovė. Didelės talpos oksidiniai kondensatoriai turi didžiausias nuotėkio sroves. Be to, nuotėkis didėja didėjant talpai ir mažėja didėjant leistinai vardinei darbinei įtampai.

Dažniausiai pasitaikančių oksidinių kondensatorių informaciniai duomenys pateikti 29 lentelėje.
Mažiausios nuotėkio srovės tarp polinių kondensatorių yra: K53-1A, K53-18, K53-16, K52-18, K53-4 ir kt.
Oksidiniai kondensatoriai, sumontuoti įėjime kaip izoliaciniai kondensatoriai, gali žymiai padidinti stiprintuvo triukšmą. Todėl patartina vengti jų naudojimo, keičiant juos plėvelinėmis (K10-17, K73-9, K73-17, KM-6 ir kt.), nors tai žymiai padidins konstrukcijos dydį. .

Kondensatoriaus tipas Gamybos technologija Darbinė temperatūra, C Nuotėkio srovė, µA K50-6
K50-16
K50-24
aliuminio oksidas-elektrolitinis -10...+85
-20...+70
-25...+70 4...5000
4...5000
18...3200 K52-1
K52-2
K52-18 tantalo oksidas tūrinis porėtas -60...+85
-50...+155
-60...+155 1,2...8,5
2...30
1...30 K53-1
K53-1A
K53-18 tantalo oksido puslaidininkis -80...+85
-60...+125
-60...+125 2...5
1...8
1...63
2 lentelė. Kondensatorių atskaitos parametrai

Diodai ir Zenerio diodai

Kai srovė praeina tiesiogiai, diodų triukšmas yra minimalus. Didžiausią triukšmą sukelia nuotėkio srovė (veikiant atvirkštinei įtampai), ir kuo ji mažesnė, tuo geriau. Zenerio diodai yra gana triukšmingi. Ši savybė netgi kartais panaudojama gaminant paprasčiausius triukšmo generatorius vaikiškiems žaislams (naršymo triukšmo, gaisro garsų simuliatorius ir kt. – L16, L17). Norint gauti maksimalų triukšmą tokiose grandinėse, zenerio diodai veikia mažomis srovėmis (su dideliu papildomu rezistoriumi).

Tranzistoriai

Pačiame tranzistoriuje pagrindiniai triukšmo tipai yra terminis ir generacinis-rekombinacija, kurių spektrinės galios tankis nepriklauso nuo dažnio.

Triukšmo lygiui sumažinti mūsų šalyje dažniausiai įvesties pakopose naudojami žemo triukšmo dvipoliai tranzistoriai su standartizuotu triukšmo rodikliu (Ksh). Tai yra: (p-n-p) KT3102D(E), KT342V ir (p-n-p) KT3107E(Zh, L) ir nemažai kitų Čia reikėtų pažymėti, kad žemo dažnio diapazone naudojami žemo triukšmo aukšto dažnio bipoliniai tranzistoriai. , kaip taisyklė, gali būti netinkama. Tokiems tranzistoriams triukšmo rodiklis vertinamas tik aukšto dažnio srityje, o diapazone žemiau 100 kHz jie gali kelti ne mažiau triukšmo nei bet kuris kitas. Be to, tokie tranzistoriai gali turėti polinkį sužadinti (savaiminė generacija).

Jei reikia gauti didelę įėjimo varžą stiprintuvo įėjimo stadijoje, dažnai naudojamas lauko tranzistorius KP303V(A). Jis gaminamas su vartais, pagrįstais pn jungtimi (n tipo kanalu) ir turi normalizuotą triukšmo rodiklį.

Kontaktinis triukšmas

atsiranda dėl prastos kokybės litavimo (pažeidžiant temperatūros režimą) arba jungčių sankryžoje. Dėl šios priežasties nerekomenduojama mažo triukšmo stiprintuvo įvesties grandinių jungti per kištukines jungtis. Taip pat teko susidurti su situacija, kai toje pačioje grandinėje po perlitavimo tranzistoriai kėlė daugiau triukšmo.

Vibracijos garsai

gali atsirasti, kai prietaisas naudojamas ant judančių objektų arba vietose, kuriose padidėja veikiančios įrangos vibracija. Jie atsiranda dėl mechaninių virpesių perdavimo į kondensatorių plokštes, tarp kurių yra potencialų skirtumas (vadinamasis "pjezo-mikrofono efektas"). Tai pastebima net mažo dydžio keraminiuose kondensatoriuose (K10, K15 ir kt.), kurių talpa (daugiau nei 0,01 μF). Šie trukdžiai gali būti ypač ryškūs stiprintuvo įėjime sumontuotuose jungiamuose kondensatoriuose. Mechaninių virpesių trikdžių signalas įgauna trumpų aštrių briaunų impulsų pavidalą, kurių spektras yra žemo dažnio diapazone. Siekiant kovoti su tokio tipo trukdžiais, gali būti naudojamas visos konstrukcijos nusidėvėjimas. Oksidiniuose kondensatoriuose šie trukdžiai neatsiranda.

Renkantis dalis mažo triukšmo grandinės surinkimui, būtina atsižvelgti į jų pagaminimo laiką. Gamintojas garantuoja parametrus tik tam tikrą saugojimo laikotarpį. Paprastai tai yra ne daugiau kaip 8... 15 metų. Laikui bėgant vyksta senėjimo procesai, pasireiškiantys izoliacijos varžos sumažėjimu, kondensatorių talpa mažėja ir nuotėkio srovės didėja. Oksidiniai kondensatoriai laikui bėgant ypač keičia savo charakteristikas. Dėl šios priežasties, jei įmanoma, geriau vengti jų naudojimo signalo keliuose.

Moshe Gerstenhaber, Rayal Johnson ir Scott Hunt, Analog Devices

Analoginis dialogas

Įvadas

Sukurti matavimo sistemą, kurios jautrumas yra nanovoltų diapazone, yra labai sudėtinga inžinerinė užduotis. Geriausi galimi operaciniai stiprintuvai (operaciniai stiprintuvai), pvz., itin žemo triukšmo, esant 1 kHz, gali pasiekti mažesnę nei 1 nV/√Hz triukšmo įtampą, tačiau nuo 0,1 Hz iki 10 Hz žemo dažnio triukšmo pobūdis riboja geriausias pasiekiamas vertes. iki 50 nV smailės. Per didelis diskretizavimas ir imties vidurkinimas gali sumažinti RMS indėlį, atsirandantį dėl vienodo spektro triukšmo dėl didesnių duomenų perdavimo spartų ir papildomos energijos suvartojimo, tačiau per didelis diskretizavimas nesumažins triukšmo spektrinio tankio ir neturės įtakos mirgėjimo triukšmui (1/f). . Be to, didelis įvesties signalo išankstinio apdorojimo grandinės stiprinimas, būtinas norint pašalinti vėlesnių etapų triukšmą, sumažina sistemos pralaidumą. Be izoliacijos bet koks įžeminimo magistralės triukšmas bus rodomas išėjime, kur jis gali panaikinti silpną stiprintuvo vidinį triukšmą ir jo įvesties signalą. Geras žemo triukšmo prietaisų stiprintuvas supaprastina tokių sistemų projektavimą ir konstravimą bei sumažina liekamąsias klaidas, atsirandančias dėl įprasto režimo įtampos, maitinimo šaltinio svyravimų ir temperatūros pokyčio.

Mažo triukšmo prietaisų stiprintuvas užtikrina 2000 tikslumo padidėjimą ir turi viską, ko reikia šioms problemoms išspręsti. Kai stiprinimo temperatūros poslinkis ne didesnis kaip 5 ppm/°C, didžiausias poslinkio įtampos poslinkis 0,3 µV/°C, minimalus bendrojo režimo įtampos atmetimo koeficientas yra 140 dB esant 60 Hz (ne daugiau kaip 120 dB esant 50 kHz). ), maitinimo šaltinio pulsacijos atmetimo koeficientas yra 130 dB ir 3,5 MHz dažnių juostos plotis, AD8428 idealiai tinka žemos klasės matavimo sistemoms. Tačiau svarbiausia, kad stiprintuvo savaiminio triukšmo įtampos spektrinis tankis, esantis 1 kHz, yra tik 1,3 nV/√Hz, ir pramonėje pirmaujantis 40 nV triukšmas nuo didžiausio iki smailės nuo 0,1 iki 10 Hz užtikrina aukštą signalo ir triukšmo santykį silpni signalai. Du papildomi kaiščiai (+FIL, -FIL) suteikia dizaineriams galimybę susiaurinti triukšmo dažnių juostos plotį keičiant stiprinimą arba pridedant filtrą. Be to, šie filtro kaiščiai yra unikali priemonė pagerinti signalo ir triukšmo santykį.

Naudojant AD8428 instrumentinį stiprintuvą triukšmui sumažinti

1 paveiksle parodyta grandinės konfigūracija, kuri gali dar labiau sumažinti triukšmą. Lygiagretus keturių AD8428 lustų stiprintuvo įėjimų ir filtrų išėjimų sujungimas sumažina triukšmą per pusę.

Grandinės išėjimo varža bus maža, nesvarbu, iš kokio prietaiso stiprintuvo signalas paimtas. Šią grandinę galima išplėsti, kad būtų sumažintas triukšmas stiprintuvų kvadratine šaknimi.

Kaip grandinė sumažina triukšmą

Įprasta 1,3 nV/√Hz įvesties nuorodos triukšmo įtampa, kurią sukuria kiekvienas AD8428 stiprintuvas, nėra koreliuojama su kitų stiprintuvų keliamu triukšmu. Triukšmas iš nesusijusių šaltinių pridedamas prie filtro gnybtų kaip kvadratų sumos šaknis. Tuo pačiu metu įvesties signalas turi teigiamą koreliaciją. Prie kiekvienos lusto filtro kaiščių atsirandančios įtampos dėl įvesties signalo yra vienodos, todėl lygiagrečiai sujungus kelis AD8428 įtampa šiuose taškuose nesikeičia, o stiprinimas išlieka lygus 2000.

Triukšmo analizė

Toliau pateikta supaprastintos grandinės analizė 2 paveiksle rodo, kad du tokiu būdu sujungti AD8428 stiprintuvai sumažina triukšmą √2 koeficientu. Kiekvieno stiprintuvo triukšmą galima modeliuoti pagal įtampą jo +IN įėjime. Norėdami nustatyti bendrą triukšmą, įžeminkite įvestis ir naudokite superpozicijos metodą, kad sujungtumėte triukšmo šaltinius.

Šaltinio e n1 triukšmas patenka į A1 lusto išankstinio stiprintuvo išvestį, diferencijuotai sustiprintą 200 kartų. Šioje analizės dalyje manome, kad lusto A2 pirminio stiprintuvo išėjimai yra be triukšmo, o jo įėjimai - įžeminti. 6 kΩ/6 kΩ varžinis daliklis tarp kiekvieno IC A1 pirminio stiprintuvo išėjimo ir atitinkamo IC A2 išankstinio stiprintuvo išėjimo gali būti pakeistas jo Thevenin ekvivalentu: pusė A1 pirminio stiprintuvo triukšmo įtampos, kai nuoseklioji varža yra 3 kΩ. Šis skirstymas yra triukšmo mažinimo mechanizmas. Išsami analizė mazginio potencialo metodu rodo, kad triukšmas e n1 išėjime sustiprinamas iki 1000 × e n1 lygio. Remiantis grandinės simetrija, natūralu daryti išvadą, kad indėlis iš e n2 bus lygus 1000 × e n2. Lygiai ir lygūs en lygiai e n1 ir e n2 pridedami kaip šakninė kvadratų suma, todėl bendra triukšmo išvestis yra 1414 × e n .

Norint sugrąžinti jį į įvestį, būtina nustatyti prieaugio reikšmę. Tarkime, kad tarp +INPUT ir -INPUT kaiščių taikomas diferencinis signalas V IN. Diferencinė įtampa pirmos pakopos A1 išėjime bus lygi V IN × 200. Tokios pat įtampos atsiranda ir A2 lusto išankstinio stiprintuvo išėjimuose, todėl 6 kOhm/6 kOhm daliklis neturi įtakos signalas bet kokiu būdu, o analizė mazgo potencialo metodu rodo, kad išėjimo įtampa lygi V IN × 2000. Taigi bendra triukšmo įtampa, nukreipta į įėjimą, yra lygi e n × 1414/2000 arba, kuri yra tas pats, e n /√2. Čia pakeičiant tipinę AD8428 triukšmo tankio vertę 1,3 nV/√Hz, matome, kad dviejų stiprintuvų konfigūracija suteikia maždaug 0,92 nV/√Hz triukšmo tankį.

Pridedant stiprintuvus, keičiasi filtro išėjimo varža, o tai taip pat sumažina triukšmo lygį. Pavyzdžiui, naudojant keturis AD8428 konfigūraciją, parodytą 1 paveiksle, tarp filtro kaiščio ir kiekvieno išėjimo, kuriame nėra triukšmo, yra trys 6 kΩ rezistoriai. Tai veiksmingai suformuoja 6k/2k varžinį daliklį, kuris sumažina triukšmo įtampą keturis kartus. Tada bendras keturių stiprintuvų triukšmas, kaip prognozuota, tampa lygus e n /2.

Kompromisas tarp triukšmo ir galios

Triukšmo ir galios požiūriu AD8428 yra labai efektyvus. Kai įvesties triukšmo tankis yra 1,3 nV/√Hz, jo srovės suvartojimas neviršija 6,8 mA. Palyginimui, AD797 mažo triukšmo operacinės sistemos stiprintuvui reikalinga maksimali 10,5 mA srovė, kad būtų pasiektas 0,9 nV/√Hz. Atskiram prietaisų stiprintuvui su dviem AD797 operacijų stiprintuvais ir vienu mažos galios diferenciniu stiprintuvu, kurio stiprinimas yra 2000, gali prireikti daugiau nei 21 mA, kad būtų sukurta 1,45 nV/√Hz įvesties triukšmo įtampa, kurią daugiausia sunaudos du operatyviniai stiprintuvai ir 30,15 omų rezistorius, be bendros lygiagrečiai sujungtų stiprintuvų sunaudojamos srovės, projektuotojas turi atsižvelgti ir į jų šilumines sąlygas. Galia, išsklaidyta vienoje AD8428 važiuoklėje, kai maitinama ±5 V, padidina jos temperatūrą maždaug 8 °C. Jei keli įrenginiai yra išdėstyti kompaktiškoje plokštėje arba yra uždaroje korpuso erdvėje, jie gali šildyti vienas kitą, todėl projektuojant grandinę reikės atsižvelgti į šiluminius aspektus.

SPICE modeliavimas

SPICE modeliavimas, nors ir nėra skirtas pakeisti prototipų kūrimą, gali būti naudingas kaip pirmasis žingsnis norint išbandyti pačią idėją. Norėdami patikrinti ir imituoti grandinės, susidedančios iš dviejų lygiagrečiai sujungtų įrenginių, veikimą, buvo naudojamas ADIsimPE simuliatorius su AD8428 SPICE makro modeliu. Rezultatai, pateikti 3 paveiksle, rodo laukiamą grandinės elgesį: stiprinimas 2000 ir triukšmas sumažėjo 30%.

Matavimo rezultatai

Visas keturių lustų AD8428 dizainas buvo išbandytas laboratorijoje. Išmatuoto įvesties nukreipto triukšmo spektrinis tankis buvo 0,7 nV/√Hz esant 1 kHz ir 25 nV lygis nuo smailės iki smailės nuo 0,1 Hz iki 10 Hz. Tai mažiau triukšmo nei daugelis nanovoltmetrų. Spektrinio tankio ir didžiausios triukšmo įtampos matavimų rezultatai pateikti atitinkamai 4 ir 5 paveiksluose.

Išvada

Sukurti nanovolto lygio jautrumo įrenginius yra labai sudėtinga užduotis, sukurianti daugybę dizaino iššūkių. AD8428 prietaisų stiprintuvas turi visas funkcijas, reikalingas aukštos kokybės sistemoms, kurioms reikalingas mažas triukšmas ir didelis stiprinimas, įdiegti. Be to, jo unikali struktūra leidžia dizaineriams įtraukti šią neįprastą grandinę į savo nanovoltų sprendimų arsenalą.

Nuorodos

MT-047 pamoka. Op Amp triukšmas.
MT-048 pamoka. Operatyvinio stiprintuvo triukšmo santykiai: 1/f triukšmas, RMS triukšmas ir lygiavertis triukšmo dažnių juostos plotis.
MT-049 pamoka. Op Amp bendro išėjimo triukšmo skaičiavimas vieno poliaus sistemoje.
MT-050 pamoka. Operatyvinio stiprintuvo bendro išėjimo triukšmo skaičiavimai antros eilės sistemai.
MT-065 pamoka. Ampero triukšmas.

Svarstomos labai jautrių mikrofonų grandinės ir konstrukcijos kartu su savadarbiais žemo triukšmo žemo dažnio stiprintuvais (LNF).

Jautrio ir žemo triukšmo stiprintuvo (ULA) konstrukcija turi savo ypatybes. Didžiausią įtaką garso atkūrimo kokybei ir kalbos suprantamumui turi stiprintuvo amplitudės-dažnio atsakas (AFC), jo triukšmo lygis, mikrofono parametrai (AFC, polinis raštas, jautrumas ir kt.) arba jį pakeičiantys jutikliai, kaip taip pat jų tarpusavio suderinamumą su stiprintuvu . Stiprintuvas turi turėti pakankamai stiprinimo.

Naudojant mikrofoną jis yra 60db-80db, t.y. 1000-10000 kartų. Atsižvelgiant į naudingo signalo priėmimo ypatumus ir mažą jo vertę santykinai reikšmingo trukdžių lygio sąlygomis, kuri visada egzistuoja, stiprintuvo konstrukcijoje patartina numatyti galimybę koreguoti dažnio atsaką, t.y. apdorojamo signalo dažnio pasirinkimas.

Reikėtų atsižvelgti į tai, kad informatyviausia garso diapazono dalis yra sutelkta juostoje nuo 300 Hz iki 3-3,5 kHz. Tiesa, kartais, siekiant sumažinti trukdžius, ši juosta dar labiau sumažinama. Juostos pralaidumo filtro naudojimas kaip stiprintuvo dalis gali žymiai padidinti klausymosi diapazoną (2 kartus ar daugiau).

Dar didesnį diapazoną galima pasiekti naudojant didelio Q selektyvius filtrus ULF, kurie leidžia atskirti arba slopinti signalą tam tikrais dažniais. Tai leidžia žymiai padidinti signalo ir triukšmo santykį.

Elementari bazė

Šiuolaikinė elementų bazė leidžia kurti aukštos kokybės ULF, pagrįstas mažo triukšmo operaciniais stiprintuvais(OU), pavyzdžiui, K548UN1, K548UN2, K548UNZ, KR140UD12, KR140UD20 ir kt.

Tačiau nepaisant plataus specializuotų mikroschemų ir operatyvinių stiprintuvų asortimento bei aukštų jų parametrų, ULF ant tranzistorių ir šiuo metu neprarado savo reikšmės. Modernių, mažai triukšmingų tranzistorių naudojimas, ypač pirmajame etape, leidžia sukurti optimalių parametrų ir sudėtingumo stiprintuvus: mažai triukšmingus, kompaktiškus, ekonomiškus, skirtus žemos įtampos maitinimui. Todėl tranzistoriniai ULF dažnai pasirodo esanti gera alternatyva integrinių grandynų stiprintuvams.

Norint sumažinti triukšmo lygį stiprintuvuose, ypač pirmuosiuose etapuose, patartina naudoti aukštos kokybės elementus. Tokie elementai apima mažo triukšmo dvipolius tranzistorius su dideliu stiprėjimu, pavyzdžiui, KT3102, KT3107. Tačiau, priklausomai nuo ULF paskirties, naudojami ir lauko tranzistoriai.

Didelę reikšmę turi ir kitų elementų parametrai. Mažo triukšmo elektroninių grandinių kaskadose naudojami oksidiniai kondensatoriai K53-1, K53-14, K50-35 ir kt., nepoliniai - KM6, MBM ir kt., rezistoriai - ne prastesni nei tradiciniai 5% MLT- 0,25 ir ML T- 0,125, geriausias rezistorių variantas yra vieliniai, neindukciniai rezistoriai.

ULF įėjimo varža turi atitikti signalo šaltinio – mikrofono arba jį pakeičiančio jutiklio – varžą. Paprastai jie stengiasi, kad ULF įėjimo varža būtų lygi (arba šiek tiek didesnė) signalo šaltinio-keitiklio varžai esant pagrindiniams dažniams.

Norint sumažinti elektros trikdžius, mikrofonui prie ULF prijungti patartina naudoti minimalaus ilgio ekranuotus laidus. IEC-3 elektretinį mikrofoną rekomenduojama montuoti tiesiai ant mikrofono stiprintuvo pirmosios pakopos plokštės.

Jei reikia žymiai atstumti mikrofoną nuo ULF, turėtumėte naudoti stiprintuvą su diferencine įvestimi, o prijungti reikia naudojant susuktą laidų porą ekrane. Ekranas prijungiamas prie grandinės viename bendro laido taške kuo arčiau pirmojo operatyvinio stiprintuvo. Tai užtikrina, kad laiduose sukeliamo elektrinio triukšmo lygis yra kuo mažesnis.

Mažo triukšmo ULF mikrofonui K548UN1A

1 paveiksle parodytas ULF pavyzdys, pagrįstas specializuota mikroschema - IC K548UN1A, kurioje yra 2 mažo triukšmo operatyviniai stiprintuvai. Šių operatyvinių stiprintuvų pagrindu sukurtas operatyvinis stiprintuvas ir ULF (IC K548UN1A) yra skirti vienpoliam 9V maitinimo įtampai - ZOV. Aukščiau pateiktoje ULF grandinėje pirmasis operatyvinis stiprintuvas yra įtrauktas į versiją, kuri užtikrina minimalų operatyvinio stiprintuvo triukšmo lygį.

Ryžiai. 1. ULF grandinė ant K548UN1A operatyvinio stiprintuvo ir mikrofono prijungimo parinktys: a - ULF ant K548UN1A operatyvinio stiprintuvo, b - dinaminio mikrofono prijungimas, c - elektretinio mikrofono jungtis, d - nuotolinio mikrofono prijungimas.

1 paveikslo grandinės elementai:

R1 = 240-510, R2 = 2,4k, R3 = 24k-51k (stiprinimo reguliavimas),
R4=3k-10k, R5=1k-3k, R6=240k, R7=20k-100k (stiprinimo reguliavimas), R8=10; R9=820-1,6k (9V);
C1 = 0,2-0,47, C2 = 10 µF-50 µF, C3 = 0,1, C4 = 4,7 µF-50 µF,
C5=4.7uF-50uF, C6=10uF-50uF, C7=10uF-50uF, C8=0.1-0.47, C9=100uF-500uF;
1 ir 2 operatyviniai stiprintuvai - IS K548UN1A (B), du operatyviniai stiprintuvai viename IC pakete;
T1, T2 - KT315, KT361 arba KT3102, KT3107 ar panašiai;
T - TM-2A.

Šios ULF grandinės išėjimo tranzistoriai veikia be pradinio poslinkio (kai Irest = 0). „Step“ tipo iškraipymo praktiškai nėra dėl gilaus neigiamo grįžtamojo ryšio, apimančio antrąjį mikroschemos operatyvinį stiprintuvą ir išėjimo tranzistorius. Jei reikia pakeisti išėjimo tranzistorių režimą (Iquiescent = 0), grandinė turi būti atitinkamai sureguliuotas: į grandinę tarp bazių T1 ir T2 įtraukite rezistorių arba diodus, du 3-5k rezistorius nuo tranzistorių bazių iki bendro laido ir maitinimo laido.

Beje, pasenę germanio tranzistoriai gerai veikia ULF stumiamosiose išvesties stadijose be pradinio šališkumo. Tai leidžia naudoti operatyvinius stiprintuvus su santykinai mažu išėjimo įtampos svyravimu su šia išėjimo pakopos struktūra be iškraipymų pavojaus, susijusio su nuline ramybės srove. Siekiant pašalinti stiprintuvo sužadinimo aukštais dažniais pavojų, naudojamas kondensatorius SZ, prijungtas prie op-amp, ir R8C8 grandinė prie ULF išėjimo (gana dažnai galima pašalinti RC prie stiprintuvo išėjimo).

Mažo triukšmo mikrofonas ULF naudojant tranzistorius

2 paveiksle parodytas pavyzdys ULF grandinės ant tranzistorių. Pirmuosiuose etapuose tranzistoriai veikia mikrosrovės režimu, kuris sumažina vidinį ULF triukšmą. Čia patartina naudoti tranzistorius su dideliu stiprėjimu, bet maža atvirkštine srove.

Tai gali būti, pavyzdžiui, 159NT1V (Ik0=20nA) arba KT3102 (Ik0=50nA) ar panašiai.

Ryžiai. 2. ULF grandinė su tranzistoriais ir mikrofonų prijungimo galimybės: a ULF su tranzistoriais, b - dinaminio mikrofono pajungimas, c - elektretinio mikrofono pajungimas, d - nuotolinio mikrofono pajungimas.

2 paveikslo grandinės elementai:

R3=5,6k–6,8k (garsumo valdymas), R4=3k, R5=750,
R6=150k, R7=150k, R8=33k; R9 = 820–1,2 tūkst., R10 = 200–330,
R11 = 100k (reguliavimas, Uet5 = Uet6 = 1,5 V),
R12=1 k (ramybės srovės T5 ir T6, 1-2 mA reguliavimas);
C1 = 10uF-50uF, C2 = 0,15uF-1uF, C3 = 1800,
C4=10µF-20µF, C5=1µF, C6=10µF-50µF, C7=100µF-500 µF;
T1, T2, T3 -159NT1 V, KT3102E ar panašiai,
T4, T5 - KT315 ar panašiai, bet galimas ir MP38A,
T6 - KT361 ar panašus, bet galimas ir MP42B;
M – MD64, MD200 (b), IEC-3 ar panašiai (c),
T - TM-2A.

Tokių tranzistorių naudojimas leidžia ne tik užtikrinti stabilų tranzistorių veikimą esant mažoms kolektoriaus srovėms, bet ir pasiekti geras stiprinimo charakteristikas esant žemam triukšmo lygiui.

Išvesties tranzistoriai gali būti naudojami arba silicio (KT315 ir KT361, KT3102 ir KT3107 ir kt.), arba germanio (MP38A ir MP42B ir kt.). Konfigūruojant grandinę, reikia nustatyti atitinkamas varžos R2 ir rezistoriaus RЗ įtampas ant tranzistorių: 1,5 V ant kolektoriaus T2 ir 1,5 V ant emiterių T5 ir T6.

Op-amp mikrofono stiprintuvas su diferencine įvestimi

3 paveiksle parodytas ULF įjungimo pavyzdys Diferencialinis įvesties operacinis stiprintuvas. Tinkamai sumontuotas ir sureguliuotas ULF užtikrina reikšmingą bendrojo režimo trukdžių (60 dB ar daugiau) slopinimą. Tai užtikrina, kad naudingas signalas būtų izoliuotas su dideliu bendrojo režimo trukdžių lygiu.

Reikėtų prisiminti, kad bendrojo režimo trukdžiai yra trukdžiai, vienodomis fazėmis patenkantys į abi ULF operatyvinio stiprintuvo įvestis, pavyzdžiui, trikdžiai, sukeliami abiejuose signalo laiduose iš mikrofono. Norint užtikrinti teisingą diferencialo kaskados veikimą, būtina tiksliai įvykdyti sąlygą: R1 = R2, R3 = R4.

3 pav. ULF grandinė ant op-amp su diferencine įvestimi ir mikrofonų prijungimo galimybėmis: a - ULF su diferencine įvestimi, b - dinaminio mikrofono prijungimas, c - elektretinio mikrofono prijungimas, d - nuotolinio mikrofono prijungimas.

3 paveiksle pavaizduoti grandinės elementai:

R7=47k-300k (stiprinimo reguliavimas, K=1+R7/R6), R8=10, R9=1,2k-2,4k;
C1=0,1-0,22, C2=0,1-0,22, SZ=4,7uF-20uF, C4=0,1;
Op-amp - KR1407UD2, KR140UD20, KR1401UD2B, K140UD8 arba kiti operatyviniai stiprintuvai standartinėje jungtyje, pageidautina su vidine korekcija;
D1 - zenerio diodas, pavyzdžiui, KS133, įprastu perjungimu galite naudoti šviesos diodą, pavyzdžiui, AL307;
M – MD64, MD200 (b), IEC-3 ar panašiai (c),
T - TM-2A.

Patartina pasirinkti rezistorius naudojant omometrą iš 1% rezistorių, turinčių gerą temperatūros stabilumą. Norint užtikrinti reikiamą balansą, rekomenduojama vieną iš keturių rezistorių (pavyzdžiui, R2 arba R4) padaryti kintamu. Tai gali būti didelio tikslumo kintamo rezistoriaus žoliapjovė su vidine pavarų dėže.

Siekiant sumažinti triukšmą, ULF įvesties varža (rezistorių R1 ir R2 reikšmės) turi atitikti mikrofono arba jį pakeičiančio jutiklio varžą. ULF išėjimo tranzistoriai veikia be pradinio poslinkio (nuo 1 poilsio = 0). Žingsnio tipo iškraipymo praktiškai nėra dėl gilaus neigiamo grįžtamojo ryšio, apimančio antrąjį operatyvinį stiprintuvą ir išėjimo tranzistorius.

Diferencialinės kaskados nustatymas: vienu metu naudokite 50 Hz sinusoidinį signalą abiem diferencinio kanalo įėjimais, pasirinkdami RЗ arba R4 reikšmę, kad 1 operatyvinio stiprintuvo išvestyje būtų užtikrintas nulinis 50 Hz signalo lygis. Derinimui naudojamas 50 Hz signalas, nes 50 Hz dažnio maitinimo šaltinis maksimaliai prisideda prie bendros trukdžių įtampos vertės. Geri rezistoriai ir kruopštus derinimas gali pasiekti bendrojo režimo triukšmo slopinimą 60 dB–80 dB ar daugiau.

Norint padidinti ULF veikimo stabilumą, patartina apeiti operacinio stiprintuvo maitinimo kaiščius su kondensatoriais ir stiprintuvo išvestyje įjungti sveikąjį RC skaičių (kaip stiprintuvo grandinėje 1 pav.). Šiuo tikslu galite naudoti KM6 kondensatorius.

Mikrofonui prijungti naudojama susukta laidų pora ekrane. Ekranas prijungtas prie ULF (tik viename taške!!) kuo arčiau operacinės stiprintuvo įvesties.

Patobulinti jautrių mikrofonų stiprintuvai

Mažo greičio operatyvinių stiprintuvų naudojimas ULF išvesties pakopose ir silicio tranzistorių veikimas galios stiprintuvuose režimu be pradinio poslinkio (ramybės srovė lygi nuliui – B režimas), kaip minėta pirmiau, gali sukelti laikinus iškraipymus. „žingsnio“ tipas. Tokiu atveju, norint pašalinti šiuos iškraipymus, patartina pakeisti išėjimo pakopos struktūrą taip, kad išėjimo tranzistoriai veiktų su maža pradine srove (AB režimu).

4 paveiksle parodytas tokio aukščiau nurodytos stiprintuvo grandinės su diferencine įvestimi modernizavimo pavyzdys (3 pav.).

4 pav. ULF grandinė naudojant operatyvinį stiprintuvą su diferencine įvestimi ir mažo iškraipymo išėjimo pakopa.

4 paveiksle pavaizduoti grandinės elementai:

R1=R2=20k (lygus arba šiek tiek didesnis už didžiausią šaltinio varžą veikimo dažnių diapazone),
RЗ=R4=1m-2m; R5=2k-10k, R6=1k-Zk,
R7=47k–300k (stiprumo reguliavimas, K=1+R7/R6),
R8=10, R10=10k-20k, R11=10k-20k;
C1 =0,1-0,22, C2 = 0,1-0,22, SZ = 4,7uF-20uF, C4 = 0,1;
OU - K140UD8, KR1407UD2, KR140UD12, KR140UD20, KR1401UD2B arba kiti operatyviniai stiprintuvai standartinės konfigūracijos ir pageidautina su vidine korekcija;
T1, T2 - KT3102, KT3107 arba KT315, KT361 ar panašiai;
D2, D3 - KD523 ar panašiai;
M – MD64, MD200, IEC-3 ar panašiai (c),
T - TM-2A.

5 paveiksle parodytas pavyzdys ULF ant tranzistorių. Pirmuosiuose etapuose tranzistoriai veikia mikrosrovės režimu, o tai sumažina ULF triukšmą. Grandinė daugeliu atžvilgių yra panaši į 2 pav. pateiktą grandinę. Norint padidinti naudingo žemo lygio signalo dalį neišvengiamų trukdžių fone, į ULF grandinę įtrauktas pralaidumo filtras, užtikrinantis dažnių pasirinkimą 300 Hz -3,5 kHz juosta.

5 pav. ULF grandinė naudojant tranzistorius su pralaidiniu filtru ir mikrofonų prijungimo galimybėmis: a - ULF su pralaidiniu filtru, b - dinaminio mikrofono prijungimas, c - elektretinio mikrofono prijungimas.

5 pav. pavaizduotos grandinės elementai:

R1=43k-51k, R2=510k (reguliavimas, Ukt2=1,2V-1,8V),
R3=5,6k–6,8k (garsumo valdymas), R4=3k, R5=8,2k,
R6=8,2k, R7=180, R8=750; R9=150k, R10=150k, R11=33k,
R12=620, R13=820-1,2k, R14=200-330,
R15=100k (reguliavimas, Uet5=Uet6=1,5V), R16=1k (ramybės srovės T5 ir T6 reguliavimas, 1-2mA);
C1 = 10uF-50uF, C2 = 0,15-0,33, C3 = 1800,
C4 = 10uF-20uF, C5 = 0,022, C6 = 0,022,
C7=0,022, C8=1uF, C9=10uF-20uF, C10=100uF-500uF;
T1, T2, T3 -159NT1 V, KT3102E ar panašiai;
T4, T5 - KT3102, KT315 ar panašiai, tačiau galite naudoti ir pasenusius germanio tranzistorius, pavyzdžiui, MP38A,
T6 - KT3107 (jei T5 - KT3102), KT361 (jei T5 - KT315) ar panašūs, bet gali būti naudojami ir pasenę germanio tranzistoriai, pavyzdžiui, MP42B (jei T5 - MP38A);
M – MD64, MD200 (b), IEC-3 ar panašiai (c),
T - TM-2A.

Šioje grandinėje taip pat patartina naudoti didelio stiprinimo, bet mažos atvirkštinės kolektoriaus srovės (Ik0) tranzistorius, pvz., 159NT1V (Ik0=20nA) arba KT3102 (Ik0=50nA) ar pan. Išvesties tranzistoriai gali būti naudojami arba silicio (KT315 ir KT361, KT3102 ir KT3107 ir kt.), arba germanio (pasenę tranzistoriai MP38A ir MP42B ir kt.).

Nustatant grandinę, kaip ir ULF grandinės atveju 11.2 pav., reikia nustatyti atitinkamas varžos R2 ir rezistoriaus RЗ įtampas ant tranzistorių T2 ir T5, T6: 1,5 V - ant kolektoriaus T2 ir 1,5 V - ant emiterių T5 ir T6.

Mikrofono dizainas

10–15 cm skersmens ir 1,5–2 m ilgio vamzdis pagamintas iš didelio storo popieriaus lapo su krūva, kaip ir aksomo išorėje, bet viduje. Į vieną šio vamzdžio galą įkišamas jautrus mikrofonas. Būtų geriau, jei tai būtų geras dinaminis arba kondensacinis mikrofonas.

Tačiau galite naudoti ir įprastą buitinį mikrofoną. Tai gali būti, pavyzdžiui, dinaminis mikrofonas, pvz., MD64, MD200, ar net miniatiūrinis MKE-3.

Tiesa, su buitiniu mikrofonu rezultatas bus kiek prastesnis. Žinoma, mikrofonas turi būti prijungtas naudojant ekranuotą laidą prie jautraus stiprintuvo, turinčio žemą savaiminio triukšmo lygį (1 ir 2 pav.). Jei kabelio ilgis viršija 0,5 m, geriau naudoti mikrofono stiprintuvą su diferencine įvestimi, pavyzdžiui, VLF į operatyvinį stiprintuvą (1 pav.).

Tai sumažins įprasto režimo trukdžių komponentą – įvairius netoliese esančių elektromagnetinių įrenginių trikdžius, 50 Hz foną iš 220 V tinklo ir tt Dabar apie antrą šio popierinio vamzdžio galą. Jei šis laisvas vamzdžio galas nukreiptas į garso šaltinį, pavyzdžiui, į grupę kalbančių žmonių, tada galima išgirsti kalbą. Atrodytų, nieko ypatingo.

Tam ir yra skirti mikrofonai. Ir tam visai nereikia vamzdžio. Tačiau stebina tai, kad atstumas iki kalbančiųjų gali būti reikšmingas, pavyzdžiui, 100 metrų ar daugiau. Tiek stiprintuvas, tiek mikrofonas su tokiu vamzdeliu leidžia neblogai viską girdėti tokiu dideliu atstumu.

Atstumą netgi galima padidinti naudojant specialius selektyvinius filtrus, kurie leidžia izoliuoti arba slopinti signalą siaurose dažnių juostose.

Tai leidžia padidinti naudingo signalo lygį neišvengiamų trukdžių sąlygomis. Supaprastintame variante vietoj specialių filtrų galima naudoti juostos pralaidumo filtrą ULF (4 pav.) arba naudoti įprastą ekvalaizerį – kelių juostų tonų valdymą, arba, kraštutiniais atvejais, tradicinį, t.y. įprastinis, dviejų juostų, žemųjų ir aukštųjų dažnių tonų valdymas.

Literatūra: Rudomedovas E.A., Rudometovas V.E. - Elektronika ir šnipų aistros-3.

baigiamasis darbas

2.1 Mažo triukšmo stiprintuvo grandinės pasirinkimas

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, mažo triukšmo stiprintuvas turi atitikti šiuos techninius reikalavimus:

stiprinti ne mažiau kaip 20 dB;

triukšmo rodiklis ne didesnis kaip 3 dB;

dinaminis diapazonas ne mažesnis kaip 90 dB,

centrinis dažnis 808 MHz.

Be to, jis turėjo didelį charakteristikų stabilumą, didelį eksploatacinį patikimumą, mažus matmenis ir svorį.

Atsižvelgdami į žemo triukšmo stiprintuvo reikalavimus, apsvarstysime galimus problemos sprendimo variantus. Svarstydami galimus variantus atsižvelgsime į siųstuvo-imtuvo modulio veikimo sąlygas (įdėjimą orlaivyje ir išorinių veiksnių, tokių kaip temperatūros pokyčiai, vibracija, slėgis ir kt., įtaką). Išanalizuokime žemo triukšmo stiprintuvus, pagamintus naudojant skirtingas elementų bazes.

Mažiausio triukšmo mikrobanginiai stiprintuvai šiuo metu yra kvantiniai paramagnetiniai stiprintuvai (mazeriai), kuriems būdinga itin žema triukšmo temperatūra (mažiau nei 20 °K) ir dėl to labai didelis jautrumas. Tačiau į kvantinį stiprintuvą įeina kriogeninė aušinimo sistema (iki 4,2 o K skysto helio temperatūros), kuri pasižymi dideliais matmenimis ir svoriu, didelėmis sąnaudomis, taip pat tūrinė magnetinė sistema stipriam pastoviam magnetiniam laukui sukurti. Visa tai riboja kvantinių stiprintuvų taikymo sritį unikalioms radijo sistemoms – kosminiams ryšiams, tolimojo nuotolio radarams ir kt.

Poreikis miniatiūrizuoti mikrobangų radijo priėmimo įrenginius, padidinti jų efektyvumą ir mažinti sąnaudas paskatino intensyviai naudoti žemo triukšmo stiprintuvus, kurių pagrindą sudaro puslaidininkiniai įrenginiai, tarp kurių yra puslaidininkiniai parametriniai, tuneliniai diodai ir tranzistoriniai mikrobangų stiprintuvai.

Puslaidininkiniai parametriniai stiprintuvai (SPA) veikia plačiame dažnių diapazone (0,3...35 GHz), turi pralaidumą nuo trupmenos iki kelių procentų centrinio dažnio (tipinės reikšmės 0,5...7%, bet pralaidumas iki 40% galima gauti); vienos pakopos perdavimo koeficientas siekia 17...30dB, įėjimo signalų dinaminis diapazonas 70...80dB. Kaip siurblių generatoriai naudojami lavininių diodų ir Gunn diodų pagrindu pagaminti generatoriai, taip pat mikrobangų tranzistoriai (su dažnių dauginimu ir be jo). Puslaidininkiniai parametriniai stiprintuvai yra mažiausias puslaidininkinių ir apskritai iš visų neaušinamų mikrobangų stiprintuvų triukšmas. Jų triukšmo temperatūra svyruoja nuo dešimčių (esant decimetrinėms bangoms) iki šimtų (esant centimetrinėms bangoms) Kelvino laipsnių. Giliai atvėsus (iki 20 °K ir žemiau), jų triukšmo savybės yra panašios į kvantinių stiprintuvų. Tačiau aušinimo sistema padidina PPU matmenis, svorį, energijos suvartojimą ir kainą. Todėl aušinami PPU daugiausia naudojami antžeminėse radijo sistemose, kur reikalingi itin jautrūs radijo imtuvai, o matmenys, svoris ir energijos suvartojimas nėra tokie reikšmingi.

PPU pranašumai, palyginti su stiprintuvais, kurių pagrindą sudaro tuneliniai diodai ir mikrobanginiai tranzistoriai, be geresnių triukšmo savybių, apima galimybę veikti aukštesnio dažnio diapazone, didesnį vienos pakopos stiprinimą ir galimybę greitai ir paprastai nustatyti elektroninį dažnį ( per 2...30 proc.). PPU trūkumai yra mikrobangų siurblio generatoriaus buvimas, mažesnis pralaidumas, dideli matmenys ir svoris bei žymiai didesnė kaina, priešingai nei tranzistoriniai mikrobangų stiprintuvai.

Stiprintuvai, kurių pagrindą sudaro tuneliniai diodai, turi mažesnius matmenis ir svorį, palyginti su kitais puslaidininkiniais stiprintuvais, kuriuos daugiausia lemia ferito cirkuliacinių siurblių ir vožtuvų matmenys ir svoris, mažesnės energijos sąnaudos ir platus pralaidumas. Jie veikia 1...20 GHz dažnių diapazone, santykinis dažnių juostos plotis 1,7...65% (tipinės reikšmės 3,5...18%), vienos pakopos perdavimo koeficientas 6...20dB, triukšmo rodiklis 3,5...4,5dB decimetrinėmis bangomis ir 4...7dB centimetre, įvesties signalų dinaminis diapazonas yra 50...90dB. Tuneliniai diodiniai stiprintuvai daugiausia naudojami įrenginiuose, kuriuose reikia nedideliame plote patalpinti daug šviesos ir mažo dydžio stiprintuvų, pavyzdžiui, aktyviosiose fazinėse masyvo antenose. Tačiau pastaruoju metu dėl jiems būdingų trūkumų (palyginti didelis triukšmo rodiklis, nepakankamas dinaminis diapazonas, mažas tunelinio diodo elektrinis stiprumas, sunku užtikrinti stabilumą, būtinybės atjungti įtaisus) tunelinių diodų pagrindu veikiantys stiprintuvai buvo intensyviai keičiami tranzistoriais. mikrobangų stiprintuvai.

Pagrindiniai puslaidininkinių žemo triukšmo stiprintuvų privalumai – maži matmenys ir svoris, mažos energijos sąnaudos, ilgas tarnavimo laikas, galimybė kurti mikrobangų integrinius grandynus – leidžia juos naudoti aktyviosiose fazinėse masyvo antenose ir borto įrangoje. Be to, didžiausias perspektyvas turi tranzistoriniai mikrobangų stiprintuvai.

Fizikos ir puslaidininkių technologijų plėtros pažanga leido sukurti tranzistorius, pasižyminčius geromis triukšmo ir stiprinimo savybėmis ir galinčius veikti mikrobangų diapazone. Šių tranzistorių pagrindu buvo sukurti mažo triukšmo mikrobangų stiprintuvai.

Tranzistoriniai stiprintuvai, skirtingai nei stiprintuvai, kurių pagrindą sudaro puslaidininkiniai parametriniai ir tuneliniai diodai, nėra regeneraciniai, todėl užtikrinti jų stabilų veikimą yra daug lengviau nei, pavyzdžiui, tunelinių diodų pagrindu veikiančių stiprintuvų.

Mikrobangų LNA naudoja mažo triukšmo tranzistorius, tiek bipolinius (germanis ir silicio), tiek lauko tranzistorius su Schottky barjeru (silicio ir galio arsenido). Germanio bipoliniai tranzistoriai suteikia mažesnį triukšmo rodiklį nei silicio, tačiau pastarieji yra aukštesnio dažnio. Schottky barjeriniai lauko efekto tranzistoriai stiprinimo savybėmis pranašesni už bipolinius tranzistorius ir gali veikti aukštesniais dažniais, ypač galio arsenido tranzistoriai. Triukšmo charakteristikos santykinai žemuose dažniuose yra geresnės bipoliniams tranzistoriams, o aukštesniems - lauko tranzistoriams. Lauko efekto tranzistorių trūkumas yra didelis jų įėjimo ir išvesties atsparumas, dėl kurio sunku suderinti plačiajuostį ryšį.

Pirmiau pateikti svarstymai leidžia mums apibūdinti žemo triukšmo stiprintuvo, pagrįsto lauko tranzistoriumi, sintezės strategiją monolitinėje integruotoje konstrukcijoje.

Kaip buvo pasirinkta anksčiau, mes sukursime LNA pagal MGA-86563 modulį. Elektros grandinės schema parodyta 2.1 pav. Tipiška prijungimo schema parodyta 2.2 pav.: 2.1 pav. Elektros grandinės schema MGA-86563. 2 pav...

Aukšto dažnio priėmimo kelias

Darbo rezultatas buvo ištirtas mažo triukšmo stiprintuvas MGA86563. LNA dažnio charakteristikos tyrimas atliktas naudojant stovą SNPU-135, prietaisą, skirtą tirti dažnio atsaką X1-42. Pajungimo schema, skirta matuoti dažnio atsaką, parodyta 4 paveiksle...

AC į DC įtampos matavimo keitiklis

Norėdami įdiegti lygintuvo grandinę, KR140UD282 tipo įvestyje naudojame dvigubą didelės spartos operatyvinį stiprintuvą su lauko efekto tranzistoriais. Jo parametrai pateikti 5 lentelėje, o prijungimo schema parodyta 8 pav...

Integruotas žemo triukšmo stiprintuvas

Matavimo keitiklių modeliavimas pagal temperatūros jutiklius MICRO-CAP sistemoje

Remiantis pastatu, būtina sukonstruoti trijų laidų grandinę (2 galimybės) temperatūros matavimui naudojant RTD naudojant srovės šaltinį (žr. 6.2.1 pav.). Nr. Grandinės įtampa prie DUT įėjimo ties 2 6.2.1 pav....

Prietaiso stiprintuvo dalies dizainas

Naudokime diagramą, pateiktą pav. 5, norėdami apskaičiuoti galios stiprintuvą. Skaičiuojant UM, pateiktos vertės yra: a). Nominali apkrovos galia Рн = 0,4 W; b). Atsparumas apkrovai Rн = 100 omų...

Komutavimo mazgo veikimo modeliavimo procesas

Kadangi bendrojo režimo trukdžiai neviršija 10V, o stiprinimas nėra didelis, užteks paimti paprastą diferencialinį stiprintuvą. Paprasčiausio diferencialinio stiprintuvo grandinė parodyta 5 paveiksle...

Siųstuvo kūrimas

2 pav. Pirminis stiprintuvas (PA) yra operacinis stiprintuvas (operacinis stiprintuvas) su neigiamu grįžtamuoju ryšiu. Sujungimo schema (PU) parodyta 2 paveiksle...

Perjungimo stiprintuvo skaičiavimas

Perjungimo įtampos stiprintuvas yra signalo išankstinis stiprintuvas, užtikrinantis normalų PA...

Invertuojamojo stiprintuvo sintezė

Invertuojamojo stiprintuvo su neigiamu grįžtamuoju ryšiu grandinė: 1 pav. Pagrindinė invertuojančio operatyvinio stiprintuvo grandinė su OOS...

Kad būtų lengviau kurti ir atlikti skaičiavimus, PU, ULF ir UHF2 blokai buvo sujungti į bendrą schemą. Dizainas buvo pagrįstas 140-UD20A mikroschema ir KT817A bipoliniais tranzistoriais...

Radijo stočių techninių duomenų lyginamoji charakteristika

7.5 paveiksle parodyta išankstinio stiprintuvo, žemo dažnio stiprintuvo ir aukšto dažnio stiprintuvo UHF2 elektros grandinės schema. Grandinė pagrįsta 140-UD20A mikroschema, kurią sudaro operaciniai stiprintuvai (Da1...

Mikrofono stiprintuvo grandinė

Nustatykime bendrą stiprinimą, pagal kurį parenkamas stiprinimo pakopų skaičius: kur bendras stiprinimas; efektyvi vardinė išėjimo įtampa; efektyvi vardinė įėjimo įtampa...

Plačiajuostis stiprintuvas

Pradedant kurti stiprintuvą, būtina vadovautis bendrais jo gamybos ekonominio pagrįstumo sumetimais (aktyvių prietaisų, elementų ir komponentų skaičiaus sumažinimas iki minimumo...

Gali būti naudinga perskaityti: