Алгоритм создания необходимой электрической схемы с нуля

[Dmitriy40]

Solaris86 в сообщении #1521172 писал(а):

Исправил

И снова неправильно.

Solaris86 в сообщении #1521172 писал(а):

Я видео только расчёты по напряжению для ОУ, схем с расчётом тока я не встречал.

Потому что ток превращают в напряжение пропуская его через шунт (резистор известного сопротивления). Вам не зря выше намекали про 10-100ГОм резисторы.

Кроме того в схеме нет элементов компенсации напряжения смещения ОУ, а выполнять её подстройкой в рабочей схеме неудобно или невозможно. 3мВ кажется ничтожно мало, но только если сам сигнал измеряется хотя бы в сотнях мВ, если же и сигнал будет порядка десятка мВ, то 30% смещение никакой точности не даст.

[realeugene]

Solaris86 в сообщении #1521172 писал(а):

Я видео только расчёты по напряжению для ОУ, схем с расчётом тока я не встречал.

В схеме работы прибора у вас пикоамперметры, а не вольтметры.

5 вольт - этор напряжение на измерительной ячейке? Каким оно должно быть?

Если вы источник напряжения подключаете параллельно измерительной ячейке, вы ничего измерить не сможете, очквидно. но измерительная схема у вас была другая.

[Solaris86]

Emergency в сообщении #1521173 писал(а):

Преобразователь ток в напряжение - одна из типовых задач операционных усилителей.

Я так и не понял, что это значит. Для меня ток - это поток заряженных частиц, а напряжение - это разность потенциалов, которая и вызывает движение заряженных частиц, то есть ток. Как можно одно преобразовать в другое, если оба понятия неразрывно связаны и одно (ток) является следствие другого (напряжение)?

[Dmitriy40]

Solaris86 в сообщении #1521178 писал(а):

и одно (ток) является следствие другого (напряжение)?

СВязаны да, но не всегда именно так: возьмите в руку 100500 электронов и перенесите их рукой за 1с с одной обкладки конденсатора на другую силой своих мышц. Появится электрическое поле, но ток (перемещение тех самых 100500 электронов) создавало не оно. Так и с током, если в цепь где он течёт включить (малое) сопротивление в разрыв цепи, то на нём под действием протекающего тока образуется разность потенциалов, т.е. напряжение. Если сопротивление мало, то оно почти не влияет на ток в цепи. Зная величину сопротивления и измерив появившееся на нём напряжение можно узнать величину тока через него.
И да, это школьная физика, закон Ома и рядом.

[EUgeneUS]

Solaris86
0. А как Вы планируете сдавать схему? Нарисованной в пайнте? Уже поставьте себе какой-нибудь САПР и делайте схему в нём. Я 30 лет назад, когда делал диплом, пользовался P-CAD, но он уже умер. Чем сейчас модно пользоваться - не знаю. Следующие картинки, пожалуйста, выкладывайте сделанные в САПРе.

Начинаем собирать в кучу измеритель.

1. Есть измерительный конденсатор. На одну обкладку подается высокое напряжение (сотни вольт, скажем 500 или 700). Которое может быть как положительной, так и отрицательной полярности - в зависимости от того, какой полярности измеряем аэро ионы. Вторая обкладка подключена к общему проводу прибора через резистор 10 ГОм, да не абы какой, а хороший (где взять ссылку на хорошие - я приводил). Общий провод прибора должен быть заземлен.

2. Далее сигнал с этого резистора поступает на ADA4530. И именно на него. Схема включения - обычный повторитель на ОУ (с КУ=1). Это переводит измеряемый ток через резистор 10 ГОм в напряжение на входе ADA4530 выходе. 1 пА будет давать на выходе 10 мВ. Обратите внимание, что это напряжение может быть как положительным, так и отрицательным! В зависимости от того, какой полярности измеряем аэроионы (и какой полярности подаем высокое напряжение на измерительный конденсатор). Плюс и минус питания ОУ должны иметь одинаковые величины по этой причине!

3. Далее нам нужно перевести это в напряжение, которое будет удобно скормить АЦП. Удобно скармливать напряжение около половины опорного напряжения. То есть примерно 1 Вольт.
А значит нам нужен усилитель с КУ от единиц до сотен. Делаем усилитель со ступенчатой регулировкой КУ 1, 10 и 100.
Вторая попытка у Вас была близка у успеху. Только
а) нужен один такой усилитель. Измерять ток на горячей стороне конденсатора сложно, практически невозможно.
б) у нас уже есть буферный каскад на ADA4530, нам не нужен LMC662 с фемтоапмерными токами утечки. А нужен обычный общеупотребительный ОУ.

(Оффтоп)

Не совсем общеупотребительный, а с малым дрейфом нуля, меньше 1 мВ, ну да ладно. Выбор оставим на потом

в) коммутировать лучше резистор ООС, который подключен к земле, чтобы один вывод всех ключей также был подключен к земле. Тогда в качестве ключей выбираем маломощные MOSFET с низким сопротивлением открытого канала с управлением логическим уровнем и сразу подаем затворы на блок управления.

Вот это всё Вам нужно нарисовать в каком-нибудь САПРе для разработки схем\печатных плат. После чего:
1. Займемся вопросом подачи сигнала на АЦП (напомню, сигнал может быть как положительным, так и отрицательным)
2. Расскажу про нюанс, связанный с борьбой с шумами (нам потребуется ещё один ОУ, но их в корпусе обычно два или четыре для обще употребительных)

Тему с шумами по питанию оставим за скобками. Если уважаемый Dmitriy40 не будет возражать.

[Dmitriy40]

САПР кстати есть и online. Там можно просто давать ссылку на схему, ну или картинкой. Уже с нормальными обозначениями.

EUgeneUS
Я бы входной каскад сразу сделал с КУ=10 или 100, чтобы дальше работать всегда с долями вольта или даже вольтами. Гемороиться с напряжением смещения каждого каскада так себе удовольствие. Правда три порядка обеспечить сложновато будет ... Но можно переключать 1-10-100ГОм шунт, ВЧ биполярами с низкими паразитными ёмкостями.
Ток на горячей стороне кондёра можно вроде бы мерить в минусе источника питания кондёра ... Тут надо додумать тот ли именно здесь ток.

Ну и похоже Вы уже почти всё нарисовали (словами), осталось номиналы расставить и вперёд паять. Может не будете мучить товарища и сделаете всё за него?

[Solaris86]

Учёл все замечания:

realeugene в сообщении #1521176 писал(а):

5 вольт - этор напряжение на измерительной ячейке? Каким оно должно быть?

Вроде выше говорили, что порядка 600 В. Исправил.

realeugene в сообщении #1521176 писал(а):

Если вы источник напряжения подключаете параллельно измерительной ячейке, вы ничего измерить не сможете, очквидно. но измерительная схема у вас была другая.

Там были пикоамперметры, но я не понимаю, зачем их обязательно нужно добавлять: ток что с ними, что без них будет практически одинаковым.
Почему я не смогу ничего измерить при параллельном подключении, если мы выше обсуждали, что токи протекать будут?

[EUgeneUS]

realeugene в сообщении #1521176 писал(а):

5 вольт - этор напряжение на измерительной ячейке? Каким оно должно быть?

Насколько понял, ТС пытается измерить ток одновременно на обоих обкладках измерительного конденсатора. Но как-то забыл, что на конденсатор подается не 5В, а сотни вольт

[Dmitriy40]

Solaris86 в сообщении #1521183 писал(а):

Учёл все замечания:

Всё равно всё неправильно.

Solaris86 в сообщении #1521183 писал(а):

Вроде выше говорили, что порядка 600 В. Исправил.

600В подавать на вход ОУ нельзя, максимум 13В.

Solaris86 в сообщении #1521183 писал(а):

Там были пикоамперметры, но я не понимаю, зачем их обязательно нужно добавлять: ток что с ними, что без них будет практически одинаковым.
Почему я не смогу ничего измерить при параллельном подключении, если мы выше обсуждали, что токи протекать будут?

[Solaris86]

Dmitriy40 в сообщении #1521179 писал(а):

Так и с током, если в цепь где он течёт включить (малое) сопротивление в разрыв цепи, то на нём под действием протекающего тока образуется разность потенциалов, т.е. напряжение.

Это странно, обычно пишут, что приложенное к выводам двухполюсника (резистора) напряжение при подключении его к цепи вызывает в нём электрический ток... Видимо, тут Вы имеете в виду уже какие-то схемотехнические жаргонизмы, в противном случае я вообще ничего не понимаю.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1521182 писал(а):

Я бы входной каскад сразу сделал с КУ=10 или 100, чтобы дальше работать всегда с долями вольта или даже вольтами.

Насколько видел, так почему-то не делают.... В типовых включениях.

Dmitriy40 в сообщении #1521182 писал(а):

Правда три порядка обеспечить сложновато будет ... Но можно переключать 1-10-100ГОм шунт, ВЧ биполярами с низкими паразитными ёмкостями.

Шунт в конструкции в книге Таммета таки переключается. Но это отдельный геморрой обеспечивать в переключателях отсутствие утечек на уровне 1000 ГОм. Ну его...

[Dmitriy40]

EUgeneUS
Согласен, повторитель надёжнее. И с одним шунтом.
Но тогда встаёт вопрос с напряжением смещения на нижнем пределе, когда весь сигнал сравним с ошибкой. Можно его компенсировать дальше, но тогда и дальше тоже уровни будут такими же, плюс надо как-то калибровать входной каскад.

[EUgeneUS]

Solaris86 в сообщении #1521183 писал(а):

Учёл все замечания:

Нет же
Входной каскад - один на ADA4530 c КУ=1 (по напряжению). Холодная обкладка соединена с общим проводом прибора через резистор 10 ГОм. Сигнал на вход каскада на ADA4530 снимается с этого резистора.
Выход каскада на ADA4530 подается на каскад на общеупотребительном ОУ. Неинвертирующий усилитель со ступенчатой регулировкой коэффициента усиления. Резистор Rb не ставьте.

[Solaris86]

Может, есть возможность как-то ограничиться всё-таки функциональной схемой, а не принципиальной?

[Dmitriy40]

Solaris86 в сообщении #1521186 писал(а):

Это странно, обычно пишут, что приложенное к выводам двухполюсника (резистора) напряжение при подключении его к цепи вызывает в нём электрический ток... Видимо, тут Вы имеете в виду уже какие-то схемотехнические жаргонизмы, в противном случае я вообще ничего не понимаю.

Рассмотрим схему из источника напряжения 10В и резистора 10МОм. В ней протекает ток 1мкА.
Отключим теперь вывод резистора от источника. Ток станет нулевым (цепь разомкнута), напряжение на месте разрыва цепи 10В.
Включим в этот разрыв резистор 1Ом.
Цепь снова стала замкнутой и в ней потёк ток. Какой?
Какое напряжение на резисторе 1Ом?
Повысим теперь напряжение источника до 300В. Ток должен увеличиться. До какого? И какое теперь напряжение на резисторе 1Ом?

Надеюсь хоть так станет понятно что такое шунт в цепи и как напряжение на нём зависит от протекающего в цепи тока. При условии что шунт почти никак на ток в цепи не влияет (в данном примере его влияние порядка одной десяти-миллионной чем обычно можно пренебречь).

-- 04.06.2021, 18:08 --

Solaris86 в сообщении #1521191 писал(а):

Может, есть возможность как-то ограничиться всё-таки функциональной схемой, а не принципиальной?

Так это к Вам вопрос!
Функциональную схему уже накидали, на словах: блок питания, генератор, управляющее устройство, измерители. А остальное уже детали/частности.