У меня очень хороший операционный усилитель ( AD8551 ), который я использую для динамического усиления очень слабого сигнала (усиление 2x, 10x, 100x, 1000x).
Проблема в том, что при 100х и 1000х усилении наблюдается заметный уровень шума, и он имеет странную постоянную форму.
Если я питаю цепь от плохо стабилизированного источника питания и подключаю вход усилителя к GND, я получаю большой уровень шума при 1000x, как показано на рисунке ниже.
Если я питаю схему с более стабильным источником питания, шум все еще присутствует в 1000 раз с той же формой волны, но с меньшей амплитудой. И независимо от того, какой источник питания я использую, странные шумы не исчезают.
Так как мой AD8551 имеет PSSR 130 дБ, я подумал, что TL431, используемый для смещения входа, может быть неисправен. Поэтому я оставил плохо стабилизированный источник питания для операционного усилителя и использовал лучший для TL431, но выходной сигнал тот же. Стабилизация напряжения на резисторе в катоде TL431 ничего не меняет.
Изображение ниже представляет собой выходной сигнал микроконтроллера с его внутренним АЦП. Как вы можете видеть, при 1000х выходной сигнал колеблется почти в полном диапазоне. Причина отсутствия 100x в этом тесте заключается в том, что я заменил R21 с сопротивлением 1 МОм на резистор 100 кОм и резистор с сопротивлением 1 кОм на резистор 100 кОм, что привело к усилению в 1,1, 2, 10 и 1000 раз. Я сделал это, потому что боялся, что резистор обратной связи R21 может быть слишком большим, чтобы смещать отрицательный вход операционного усилителя, даже если входной ток смещения AD8551 рассчитан на максимум 2 нА. Изменение немного уменьшило амплитуду шума.
Должен ли Vcc быть абсолютно бесшумным, хотя PSRR операционного усилителя составляет 130 дБ? Это смещение ввода вызывает эту проблему?
Я не могу понять это, тем более что у меня нет доступа к осциллографу. Все, что у меня есть, это показания микроконтроллера, сохраненные на SD-карте.
Ответы:
Добавьте разъединительные заглушки блока питания ко всем микросхемам как можно ближе к его выводам питания. Хорошее значение обычно составляет 100 нФ, но вы, возможно, захотите перепроверить таблицу данных для различных чипов, которые вы использовали. Экономить деньги, оставляя разъединяющие заглушки, - плохой выбор дизайна. Колпачки дешевы, а время поиска и устранения неисправностей / переделки дорого.
источник
Похоже, гул сети. (Я предполагаю, что аннотации на графике показывают, что вы меняете входное усиление во время сбора данных, чтобы синусоида не была непрерывной).
Теперь мы не знаем:
Например, если вы производите выборку с частотой 50 Гц в сети с частотой 50 Гц и видите частоту менее 0,5 Гц, есть вероятность, что вы налагаете алименты на сетевую связь до наблюдаемой частоты.
А с учетом высокого входного импеданса и входов операционного усилителя они выглядят как мишени для электростатической связи, а не как магнитные.
Теперь, на каком входе?
Если вы удалите датчик и закоротите вход на землю, шум исчезнет? Тогда подключение датчика должно быть более тщательно проверено. Или вам нужен буферный усилитель на датчике, чтобы уменьшить выходное сопротивление датчика.
Если шум остается: уменьшите R21 до 100 кОм и R66 до 100 Ом. Это уменьшило шум в десять раз? Если это так, это отрицательный вклад, который набирает. Скорее всего, оба входа воспринимают шум, поскольку оба являются точками с довольно высоким сопротивлением.
Вы можете уменьшить электростатическое поглощение путем экранирования: экспериментально окружите усилитель фольгой (и заземлите фольгу на землю усилителя)
источник
Хотя я не могу сказать по вашим сюжетам, что происходит, я бы предложил следующее.
Каждый раз, когда вы строите схему усилителя, такую как ваша, крайне целесообразно обеспечить высокочастотную обратную связь. Для этого поместите небольшую крышку через R21. Обычно достаточно 10 пф. Это создаст низкочастотный отклик при Omega = 1 / (R21 * C), но обычно это не проблема.
Вам необходим этот колпачок для противодействия паразитной емкости на неинвертирующей клемме.
источник