DIY1000倍增益0.1Hz-10Hz放大器。

aeon · 发表于 2009-5-6 23:19:15

一直想测试我们做的基准的低频噪音，范围在0.5Hz-10Hz对于万用表读数的稳定性影响最大，所以我们只测试这部分。但由于一般示波器灵敏度只有2mV，对于一般在微伏级别的电压基准根本没能力看到。所以就需要一个低噪音的放大器。我根据手上的零件。选用的ti 的OPA227，具有超低噪音3nV√Hz，极高的共模抑制比-138dB,极低的输入电流10nA。非常适合。其最低电源电压可以工作在+-2.5V，所以一个9V 的电池就可以。静态电流也不大，仅仅4mA不到。今天有空就把PCB画了出来。已经交付工厂制作。等出来后再写报告。附上原理图跟PCB图。原理图是100倍增益的。OP前面两个220uf反极串联做成一个110uf的无极电容，跟电阻15k8做成0.1Hz的高通滤波，OP输出的8k加2uf是低通滤波，滤除10Hz以上的信号。电源部分是用OP07做了一个虚地。
Multilayer Composite Print.png

aeon · 发表于 2009-5-6 23:19:36

总于完成了。

aeon · 发表于 2009-5-6 23:20:03

这次的确出现了失调电压过高的问题，要么加入调整电位器，要么就通电容耦合，好在示波器的输入端一般是1M 的阻抗，用一个1uf 的电容足够了。实际测试上信号发生器跟示波器看电平，-3dB带宽能在0.2Hz到50Hz。不错了。放大器本底噪音在示波器的最低可观范围内，所以不足影响观察。
测试了一下手上几个基准的噪音。发觉还不错。
现在用的增益电阻是20K跟22欧。放大比例是909倍。
示波器短路输入端的噪音。示波器短路.jpg

一般水平。
超级基准LTZ1000A 的7V输出噪音

升压后的10V噪音

再测试fluke731B电压基准的10V输出 731B低频噪音.jpg

再对比一下常见的电压基准TL431 的 TL431低频噪音.jpg

zoo · 发表于 2009-5-6 23:27:33

沙发！

yjm2000 · 发表于 2009-5-6 23:53:36

刚看到题目就猜是AEO大牛人的杰作！

lymex · 发表于 2009-5-7 10:37:07

好极，结果不错。
OPA227很不错，但感觉低噪音的运放Ib都偏大。比如这个OPA227是<10nA，噪音更小的LT1007C是<55nA，噪音最小的LT1028C是<180nA。
另外，噪音相当的OP27E/OP37E，也是<40nA，AD797B更是<900nA。
相比之下，AD8675还行，<2nA。
以上这些运放，都是低频噪音<=0.1uVpp的，或者<=3.5nV

补充，从测试图上看，7V超级基准噪音有2uV，似乎大了些，因此也造成10V基准噪音不小能有2.6uVpp，这样就是0.1ppm rms，不小。
比较起来，731B的噪音有1.1uVpp，为0.04ppm rms，这个就比较理想。

TL431这样的基准，直观的知道了差异。

另外，感觉输入电解电容是噪音之一，可以用薄膜电容替代。我以前买过，是80uF的，体积也不太大。

补充：
有关噪音的文章可参考此帖：https://bbs.38hot.net/read.php?tid=998

thy888 · 发表于 2009-5-7 12:12:41

好，搞了一阵10V基准，一一直无法知道噪音到底多少

llycom · 发表于 2009-5-7 15:57:06

很好，支持！ [s:30]

qinchang · 发表于 2009-5-7 19:04:21

Keithley1801纳伏放大器电路图，供参考

Keithley 1801 线路图局部

qinchang · 发表于 2009-5-7 20:05:38

JFET输入低噪声放大器可以用对管LS844。

aeon · 发表于 2009-5-7 22:35:44

谢谢你的资料，纳伏放大更多的关键是在PCB，前面的低噪音JFET管子用LS844足够了？另外，我要做的是交流放大器，也不需要纳伏哪么低的量程。

wanqing · 发表于 2009-5-8 07:31:11

高手云集

haisens · 发表于 2009-5-8 08:26:14

那个不是纳伏表吧，好像是纳伏前置放大器电源部分

jackrao · 发表于 2009-5-8 13:47:41

我觉得有难度，放大1000倍喔！别的不说，光是失调输出就不小了，况且失调还可能是会漂移的，而所需要的信号频率又这么低。我觉得要真正做好挺难。

xiazhengwu · 发表于 2009-5-8 22:39:07

10v的电压基准有几十微伏的噪声没什么关系吧

grn · 发表于 2009-5-9 15:13:01

高手云集，继续学习。

lymex · 发表于 2009-5-9 18:19:32

引用第14楼xiazhengwu于2009-05-08 22:39发表的 :
10v的电压基准有几十微伏的噪声没什么关系吧

当然不行。10V基准需要短期对比，一般都要对比到1uV之内，如果有了噪音，表现在重复性不好，多次读数不一致，末位总在跳，还怎么测试和对比？
因此，商品的10V基准，噪音都比较小，都在1uV以下。比如4910是0.2uV，这才是好基准。

至于如何测试这样的噪音？其实很简单，用高位表多次读数看是否变动就行。

patch · 发表于 2009-5-15 12:53:06

AD797 0.1~10Hz的低频噪声大啊！50nVp-p

patch · 发表于 2009-5-15 13:09:26

这个这样？

稳压专用的：
http://www.cqvip.com/QK/90112X/2007008/25188157.html

这个输入电流低：
http://www.cqvip.com/QK/97296X/2007010/25510435.html

weixsh · 发表于 2009-5-15 13:28:25

楼主此举思路清晰，可嘉！
不过以我十多年对运放的经验楼主的电路有些欠缺之处：
1）低噪声，高倍率放大一般在输入阻抗不用很高的情况下都用反相放大，可以大大降低失调。
2）电解电容的低频噪声很大，因为漏电大。
其实象基准源之类的噪声已经非常小，要将它放大而不加入太多电路的噪声太难了

hjhjhjhjhjhj · 发表于 2009-5-15 16:56:09

老大们集中了，一网打尽，呵呵，关注中

aeon · 发表于 2009-5-15 17:07:18

引用第19楼weixsh于2009-05-15 13:28发表的 :
楼主此举思路清晰，可嘉！
不过以我十多年对运放的经验楼主的电路有些欠缺之处：
1）低噪声，高倍率放大一般在输入阻抗不用很高的情况下都用反相放大，可以大大降低失调。
2）电解电容的低频噪声很大，因为漏电大。
其实象基准源之类的噪声已经非常小，要将它放大而不加入太多电路的噪声太难了

谢谢你的意见。其实失调电压这个问题或者可以加强热屏蔽，这样短期温度稳定就可以了。甚至可以加入调整电位器，根据实际来调整。
电容电容的低频噪音？看来要实际测试才能知道影响多大了。以前没做过这么低频率的放大器。而且就算有噪音的话只好改用其他电容，或者在OP前面加一级FET放大了。

patch · 发表于 2009-5-17 10:15:03

高通要放在预放后，

suny-hyb · 发表于 2009-5-22 18:36:13

很好,输入隔离电容做最好用体积小点的,外加铜箔屏蔽.

fghlw · 发表于 2009-5-30 19:07:03

MS有了这还缺个示波器~~

lymex · 发表于 2009-9-27 08:28:45

昨天焊了板，总感觉这电路的输入部分不好搞：输入电阻太大的话，噪音就大，但电阻小的话电容就大，用电解的话恐怕冲击大，两个电容反串的话，一个电容的正向充电是靠另一个的反偏+反漏来完成的，当然可以加两个防反二极管来让反偏不超过0.7V。

找到两只80uF的薄膜电容，这东西漏电小，没有极化效应，噪音也小，打算把两个220uF的替换下来，就是体积稍大。加入用那个蓝色22uF的，就要4个并联了。

jackrao · 发表于 2009-9-27 10:17:54

有没有测过直接短路放大器输入端时的噪声，也就是放大器自身的噪声？

lymex · 发表于 2009-9-27 10:44:20

楼主有测试啊，第一个图表就是。

lymex · 发表于 2009-9-27 11:05:01

引用第24楼fghlw于2009-05-30 19:07发表的 :
MS有了这还缺个示波器~~

可以用高位表，比如34401，快速采集，做曲线，一样。
选NPLC=1，每秒采集25次（AZ on），足以看到10Hz。采集10秒到20秒，就可以看到0.1Hz。

jackrao · 发表于 2009-9-27 14:28:23

楼主写的“示波器短路输入端的噪音”，我不确定是短路放大器的输入，还是短路示波器的输入。
请楼主说明一下。

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