Многокаскадный малошумящий усилитель

Я пытаюсь создать приемник электрического поля для обнаружения волн ОНЧ, поэтому моя полоса пропускания будет работать в диапазоне от 1 кГц до 100 кГц. В качестве антенны у меня будет короткая штыревая антенна (длиной 1-2 м), и я пытаюсь придумать конструкцию предусилителя.

Я новичок в этом, поэтому, возможно, я неправильно подхожу к этому, и я хотел получить отзывы о своем дизайне. У меня пока нет подробной принципиальной схемы, но в качестве грубой концепции я думаю об использовании дифференциального JFET с общим стоком (истокового повторителя) в качестве входного каскада (который будет иметь высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс). Этот каскад будет иметь очень низкий уровень шума и низкий коэффициент усиления, так как он больше всего влияет на коэффициент шума всего усилителя.

Затем, для каскада усиления, я думаю использовать дифференциальную пару BJT с общей базой, которая будет связана по постоянному току. Этот этап принесет наибольшее усиление и, опять же, должен быть малошумным.

Для выходного каскада я думаю использовать операционный усилитель повторителя напряжения с понижающим трансформатором. (Я не уверен насчет этого этапа. Может быть, лучше использовать эмиттерный повторитель?)

Если я смогу оптимизировать эту конструкцию, будет ли она работать достаточно хорошо для моего случая с точки зрения усиления, шума и полосы пропускания? Также будет ли это лучшей конструкцией по сравнению с обычным входным операционным усилителем / инструментальным усилителем JFET?

vlf.it/cr/дифференциал_ant.htm описывает дифференциальный предусилитель с дипольной антенной. Также видел один предусилитель JFET с общим стоком. Мы живем в среде 1/f, где преобладают источники шума на этих низких частотах.
Какое входное сопротивление вы ожидаете? Отзыв о вашем дизайне — попробуйте добавить схему, а не слова.

Ответы (2)

Проектирование с низким уровнем шума начинается с оценки требуемого уровня импеданса. Лучший усилитель для источника с импедансом 1 кОм (OPA211, 1,1 нВ) не будет хорошо работать с более высоким импедансом (2-метровая штыревая антенна до 100 кГц) из-за большого шумового тока. Для вашего приложения вам нужен входной усилитель на полевых транзисторах в качестве входного каскада.

Вы должны начать экспериментировать с чем-то столь же простым, как TL071, который, хотя шум составляет 18 нВ, практически не имеет токового шума, поэтому хорошо подходит для вашего источника. Немного осмотревшись, вы найдете входные усилители на полевых транзисторах с более низким шумовым напряжением, но если вы хотите получить лучшее, вам следует сварить свой собственный с дискретными полевыми транзисторами, следуя общим идеям Боба Пиза в этой статье, используя полевые транзисторы вместо биполярных при передний конец.

Опять же, после того, как вы ознакомились со спектром атмосферного фонового шума в посте Кевина, вам все равно нужно напряжение больше 18 нВ?

Как только ваш первый каскад имеет достаточное усиление, шумовой вклад любых последующих каскадов становится неуместным. Если у вашего первого каскада снова более 3, а первый и второй каскады имеют одинаковый шум, шум первого каскада будет полностью доминировать над вторым каскадом.

Просто мысль. На частоте 100 кГц длина волны составляет км, поэтому несколько антенн — это не фазированная решетка, а просто группа антенн любого практического размера. Используйте 4 антенны в счетверенном усилителе и добавьте выходы. Шум окружающей среды будет коррелирован, поэтому будет добавляться как напряжение, шум усилителя некоррелирован, поэтому он будет добавляться как мощность. Каждый раз, когда вы удваиваете количество приемников, вы улучшаете отношение сигнал/шум (SNR) на 3 дБ.

Ваш самый большой источник шума на низких частотах, вероятно, будет атмосферным и искусственным, а не генерируемым схемой. Хотя ваш базовый дизайн звучит разумно

Атмосферный шум (Википедия)

Я в основном пытаюсь обнаружить этот атмосферный шум, но да, искусственный шум, вероятно, будет моей проблемой. Я все же хочу сделать усилитель как можно более бесшумным. Как вы думаете, эта конструкция будет работать лучше, чем обычный инструментальный усилитель с входом на JFET, или мне следует придерживаться этого? И если нет, то как вы думаете, следует ли использовать для выходного каскада эмиттерный повторитель вместо повторителя напряжения + трансформатор? Спасибо.
Многокаскадный малошумящий усилитель
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v