Выходное сопротивление усилителя на ОУ.

[Xey]

Нужно было спаять усилитель фототока на операционном усилителе с длинными выходными проводами. Чтобы в проводах не наводился шум , попросил монтажника поставить на выходе транзистор помощнее и сопротивление поменьше.
Он сделал , но ссылаясь на формулу выходного сопротивления усилителя убеждал меня , что при наличии отрицательной обратной связи, выходное сопротивление определяется этой связью и очень мало. Что мощный транзистор и малое сопротивление резистора лишние.
В то время я не нашел пояснений по этому вопросу.

Недавно видел его здесь http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/op_5_2.htm
-Формула выходного сопротивления усилителя с ООС справедлива в пределах полосы пропускания усилителя , а на более высокой частоте сопротивление стремится к сопротивлению усилителя без ОС.

Получается, что для устранения высокочастотных наводок, полезно иметь на выходе мощный транзистор и низкоомный резистор. (?)

[мат-ламер]

Xey в сообщении #1090159 писал(а):

Чтобы в проводах не наводился шум , попросил монтажника поставить на выходе транзистор помощнее и сопротивление поменьше.

Сопротивление зачем? Может схему вашей задумки приведёте?

-- Вт янв 12, 2016 20:03:11 --

Xey в сообщении #1090159 писал(а):

Формула выходного сопротивления усилителя с ООС справедлива в пределах полосы пропускания усилителя , а на более высокой частоте сопротивление стремится к сопротивлению усилителя без ОС.

Получается, что для устранения высокочастотных наводок, полезно иметь на выходе мощный транзистор и низкоомный резистор. (?)

По поводу устранения высокочастотных наводок. Если они наводятся в ОУ, и выше по частоте действия ОУ, то они всё равно гасятся коррекцией ОУ. Если они наводятся в проводах, то причём тут вообще ОУ, транзистор и резистор?

-- Вт янв 12, 2016 20:06:33 --

Xey в сообщении #1090159 писал(а):

Чтобы в проводах не наводился шум , попросил монтажника поставить на выходе транзистор помощнее

Есть мощные ОУ (DSL-драйверы - выходной ток до 0.5 ампера), которые не нуждаются в умощнении транзисторами, если всё-таки нужна мощность.

-- Вт янв 12, 2016 20:09:45 --

Xey в сообщении #1090159 писал(а):

поставить на выходе транзистор помощнее и сопротивление поменьше.

Может вы хотели однотактный выходной каскад? Тогда уж лучше двухтактный. Небольшие резисторы в эммитерах ставят для термостабилизации.

[Xey]

Цитата:

Если они наводятся в проводах, то причём тут вообще ОУ, транзистор и резистор?

Наводки наводятся в длинных проводах, как в антенне. Провода соединены выходным резистором усилителя, чем меньшее сопротивление резистора, тем меньше напряжение наводок. Чтобы обеспечить ток в низкоомном резисторе нужен мощный транзистор.

[мат-ламер]

Xey в сообщении #1090242 писал(а):

Провода соединены выходным резистором усилителя, чем меньшее сопротивление резистора, тем меньше напряжение наводок.

Напряжение наводок зависит не от сопротивления, а от 1) внешнего электромагнитного поля, создающее помехи; 2) геометрии замкнутого контура, в котором наводится напряжение. Ставя резистор, вы образуете замкнутый контур, состоящий из собственно резистора, соединительных проводов и входа устройства, куда подключены провода. Этот контур является по сути рамочной антенной, которая будет ловить всевозможные помехи. Т.е. с точки зрения помех будет хуже и сильно. И усилитель с транзистором не помогает тут ничуть. Сильно хуже будет и с точки зрения полезного сигнала. Поскольку, вместо того, чтобы идти на нагрузку, он будет проседать на резисторе.

[levtsn]

Такие вещи лучше обсуждать со схемой.

profrotter:
Пользователь заблокирован на 7 дней за систематическое злостное пренебрежение правилами русского языка. Исправлено.

[Xey]

Подойдет готовая картинка. Слева источник сигнала (усилитель) с выходным сопротивлением $R$ , справа приёмник сигнала (например осциллограф ) с большим входным сопротивлением $R_1$ , между усилителем и осциллографом провода.
http://we.easyelectronics.ru/uploads/im ... a71d9a.png

Пока можно отложить вопрос о наводках, и посмотреть , как бы уменишить выходное сопротивление усилителя на частоте, превышающей его полосу пропускания , когда отрицательная ОС уже не влияет на выходное сопротивление усилителя.
Можно уменьшить $R$, поставив более мощный транзистор. Ещё можно соединить резистором выходящие провода. Да резистор подсадит выходное напряжение, но и уменьшит выходное сопротивление.

[Ruben]

Можно вопрос. А почему не рассматривается такое банальное решение проблемы вч-наводок, как фильтр высоких частот ? Хотя бы самый простой - RC-цепочка.

Собсно, это и есть ответ на ваш вопрос:

Цитата:

как бы уменишить выходное сопротивление усилителя на частоте, превышающей его полосу пропускания

Да, кстати, почему не рассматривается использование того же коаксиального кабеля, который и является, по сути, цилиндрическим конденсатором, "фильтрующим" вч-наводки.

[Xey]

Ruben в сообщении #1091566 писал(а):

А почему не рассматривается такое банальное решение проблемы вч-наводок, как фильтр высоких частот ?

Полоса усилителя на ОУ и без фильтра не велика, да и фазу сигнала хотелось бы сохранить. Наверно, лучше без лишних конденсаторов на выходе .

А что плохого в применении микросхемы средней мощности , нагруженной по максимуму?
(наприме 157УД1 с 50 Ом на выходе)

[Ruben]

Xey в сообщении #1092193 писал(а):

Полоса усилителя на ОУ и без фильтра не велика

Как видите, ограниченная полоса усиления ОУ не обеспечивает фильтрацию от сигналов высокой частоты. Ведь ОУ усиливает сигнал и в области более высоких частот, но с меньшим коэффициентом усиления (скажем, не миллион, а тысяча - зависит от частоты). Фильтр же может обеспечить коэффициент усиления много меньше единицы на частоте помехи.

Цитата:

да и фазу сигнала хотелось бы сохранить.

Надо думать, полезный сигнал у вас медленный, а помехи сотни килогерц и мегагерцы. Тогда нетрудно подобрать ёмкость (единицы - десятки нанофарад), которая даст практически нулевой сдвиг на НЧ и "короткое замыкание" на ВЧ.

!
Кстати, эту ёмкость можно поставить и в цепь обратной связи, параллельно резистору обратной связи. В этом случае, на высоких частотах и при "быстрых" сигналах обратная связь будет близка к единичной, что превращает усилитель в повторитель. При "медленных" сигналах ОС будет определяться резистором.

Цитата:

А что плохого в применении микросхемы средней мощности , нагруженной по максимуму?
(наприме 157УД1 с 50 Ом на выходе)

Допустим вам резистором удалось уменьшить выходной сигнал по амплитуде. Тогда уменьшится как сигнал помехи, так и полезный сигнал. А важна ведь не сама амплитуда помехи, а, как я понимаю, отношение сигнал/помеха (по аналогии - сигнал/шум). Резистором вы это отношение не измените.

Ну, и само собой:
1) провода от фотоэлемента экранируйте, экран соединяйте с "общим".
2) ставьте фильтрующие конденсаторы на питание.

Это вообще для всех инструментальных усилителей справедливо.

[Xey]

Ruben в сообщении #1092265 писал(а):

Кстати, эту ёмкость можно поставить и в цепь обратной связи, параллельно резистору обратной связи.

Она там и стоит, иначе начинается генерация, но вопрос о другом.

От усилителя фототока до АЦП с дифференциальным входом 15 метров.
Имеет ли смысл, вместо обычной микросхемы с выходным током 3 мА и резистором на выходе 5 кОм, постовить в усилителе микросхему средней мощности, с выходным током 300 мА и резистором на выходе 50 Ом ?
Не жалко этих милиампер, пусть греется резистор. Важно, что выходное сопротивление усилителя будет меньше и это должно бы улучшить помехоустойчивость 15 метровых проводов.

[Ruben]

Ааа, длинные провода идут уже ПОСЛЕ усилителя, я невнимательно прочитал первый пост
Тогда конденсатор в цепи ООС тут не при чем, конечно.

Цитата:

Имеет ли смысл, вместо обычной микросхемы с выходным током 3 мА и резистором на выходе 5 кОм, постовить в усилителе микросхему средней мощности, с выходным током 300 мА и резистором на выходе 50 Ом ?

На мой взгляд всё равно не имеет смысла. Ведь вешая параллельно источнику резистор, вы не уменьшаете его внутреннее сопротивление.

Представим вашу систему из усилителя с выходной ЭДС $E$ и внутренним сопротивлением $r$; нагрузочным резистором $R_1$; длинными проводами с наведенной ЭДС $u$ и АЦП с некоторым входным сопротивлением $R_2$ упрощенно схемой:



Напряжение на АЦП - это напряжение на $R_2$:

$$U_2 = \cfrac{E + u\cdot \left( 1+\cfrac{r}{R_1} \right)}{1+\cfrac{r}{R_1}+\cfrac{r}{R_2}} $$

Внутреннее сопротивление $r$ ассоциируется с мощностью источника, и чем оно меньше, тем лучше - да, но на счет $R_1$ всё в точности наоборот. Вам требуется уменьшить коэффициент при $u$ и лучшее, что Вы можете сделать с сопротивлениями - это уменьшить $\cfrac{r}{R_1}$ до нуля.

Всё еще считаю, что устранять наводку нужно экранированием 15-метровых проводов и установкой ёмкостного фильтра, но тогда на входе АЦП.

[Xey]

Ну если помеха будут наводиться вдоль провода с малым сопротивлением, то наверно она будут наводиться и между проводами.
Т.е. источник эдс надо бы включить и параллельно резистору R1.
Тогда польза малого выходного сопротивления усилителя будет понятна.

[Ruben]

Xey в сообщении #1092903 писал(а):

Ну если помеха будут наводиться вдоль провода с малым сопротивлением, то наверно она будут наводиться и между проводами.

Ну, как бы очевидно, что если увеличить потенциал точки B относительно точки A, то в общем случае он изменится и относительно некоторой точки C (общий провод). Но это не означает, что:

Цитата:

т.е. источник эдс надо бы включить и параллельно резистору R1.

Может, тогда и параллельно R2 ? И вообще, где потенциал изменился -- туда сунем источник! По моему мнению, это некорректно. Источник правомерно ставить между точками, напряжение между которыми не просто меняется, а определяется некоторым физическим источником энергии. В данном случае источник $u$ моделирует ЭДС, наведенную на проводах. То есть, согласно моему мнению, внешний по отношению к схеме источник энергии -- это сами провода и только они.

Цитата:

Тогда польза малого выходного сопротивления усилителя будет понятна.

И опять непонятна! Если параллельно резистору R1 поставить источник, то роль R1 в распределении токов и напряжений в схеме сводится к нулю. Т.е. R1 можно просто выкинуть из цепи и ничего не изменится. Другое дело, подцепить к R1 не прямо, а через некоторое R0. Но, как я уже говорил, по моему мнению, такая модель будет некорректна.

[Bolivar]

Если уж из практических способов борьбы с такой помехой, то нужно искать статьи на тему подавления синфазной помехи (так как сигнал помехи наводится на оба проводника линии связи с одинаковой фазой и амплитудой). В этом случае эффективнее всего применять витую пару проводников на выходе и дифференциальный усилитель сигнала со стороны приёмника (ещё лучше - с его гальванической развязкой от линии, т.е. через разделительный трансформатор, который и ВЧ эффективно подавит, ввиду их сильного затухания в сердечнике). Если без развязки, то нужно попробовать заземление осциллографа на один из сигнальных проводов, или, наоборот, не заземлять его вовсе (имеется ввиду оторвать провод заземления в вилке питания, или внешний вывод заземления).
По поводу выходного сопротивления усилителя - действительно можно уменьшить величину наводимого напряжения изменяя нагрузку линии, но это уж больно кондовый и малоэффективный способ... А при применении на выходе ОУ с глубокой ОС ваш инженер абсолютно прав - выходное сопротивление ОУ в этом случае стремиться к 0, то есть транзистор всё только испортит.
Кстати, что интересно, кажется, применение в этом случае экранирования или коаксила даёт совсем обратный эффект - синфазная помеха резко увеличивается, ввиду наведения токов только на один внешний проводник.

[Александрович]

Можно применить "токовую петлю". Был поражен отсутствием наведенных помех при длине линии в 20 м.