Алгоритм создания необходимой электрической схемы с нуля

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1521188 писал(а):

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.

По-простому, с этим можно побороться увеличением шунта до 100 ГОм (у Таммета шуты до 1000 ГОм) и использованием ОУ с нормированным дрейфом нуля (у ADA4530 он уже нормирован на уровне каких-то десятков микровольт!: "Low offset voltage: 50 µV maximum over specified CMRR range")

-- 04.06.2021, 18:18 --

Solaris86 в сообщении #1521191 писал(а):

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

Это у Вашего научрука нужно спрашивать
Но функциональная схема состоит из 4-х квадратиков: блок измерения, блок генерации аэроионов, блок управления и блок питания

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1521181 писал(а):

Плюс и минус питания ОУ должны иметь одинаковые величины по этой причине!

Для входного сигнала в 10мВ с КУ=1? Смеётесь что ли? Вполне хватит питания -0.5В на минус и +2.5В на плюс.
Даже для входного 1В с КУ=1 достаточно питания -1.5В на минус и +4В на плюс.
Полвольта запаса везде взял для пущего запаса по линейности выходного каскада.
Правда это для LMC662, ADA4530 ещё не смотрел.
Ага, для ADA4530 надо по 1.5В запаса по входу и по 0.5В по выходу. Т.е. для входного -1В..+1В хватит питания <-3В на минус и >+3В на плюс, и не обязательно равных.

Ну и лучше всё же использовать инвертирующее включение ОУ, я не помню почему (видимо все шумные точки близки к потенциалу земли), но так получается точнее.

PS. Цена ADA4530 в 1500р отдельно радует. А вот LMC662 стоит 70р.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1521194 писал(а):

Ну и лучше всё же использовать инвертирующее включение ОУ, я не помню почему (видимо все шумные точки близки к потенциалу земли), но так получается точнее.

Для входного каскада - спорить не буду (хотя в практической конструкции было неинвертирующее включение). А для усилителя со ступенчатой регулировкой КУ, имхо, лучше неинвертирующая схема. Так как в ней есть резистор ООС, соединённый с землей, который удобно коммутировать.

(Оффтоп)

Вообще-то между входным каскадом и регулируемым усилителем нужен ещё ФНЧ, у которого можно сделать КУ=5...10 в полосе пропускания. ФНЧ нужен для снижения шумов. Вот его можно сделать на инвертирующей схеме. А не единичный КУ в полосе пропускания ФНЧ снизит требования к регулируемому усилителю

[Dmitriy40]

EUgeneUS
Разумеется речь про входной каскад. Дальше уже проще.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1521194 писал(а):

Для входного сигнала в 10мВ с КУ=1?

Там же будет три порядка - это требование в ТЗ, от единиц мВ до... единиц вольт. Хорошо, пусть там от десятых мВ до десятых вольта. Ну и далее к АЦП тянем единицы вольт, положительные или отрицательные.... А питание всех ОУ лучше делать одинаковым из соображений простоты.
Я не очень понимаю смысл в ассиметричном питании ОУ...

[Solaris86]

Dmitriy40 в сообщении #1521192 писал(а):

Цепь снова стала замкнутой и в ней потёк ток. Какой?

0,9999999 мкА

Dmitriy40 в сообщении #1521192 писал(а):

Какое напряжение на резисторе 1Ом?

0,9999999 мкВ

Dmitriy40 в сообщении #1521192 писал(а):

До какого?

29,99997 мА

Dmitriy40 в сообщении #1521192 писал(а):

И какое теперь напряжение на резисторе 1Ом?

29,99997 мВ

Dmitriy40 в сообщении #1521192 писал(а):

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).

Не, не уловил. Ладно, видно, пока рано с моим уровнем это понимать.

-- 04.06.2021, 18:47 --

В общем, всем спасибо за помощь! Вы старались, я тоже, но пока что мой уровень - это функциональная схема.

[EUgeneUS]

Solaris86 в сообщении #1521198 писал(а):

Ладно, видно, пока рано с моим уровнем это понимать.

Странно...
Это уровень школьной программы.
Через какой-то провод течет ток $I$. У вас есть только вольтметр. Как измерить этот ток?
Ответ: в разрыв провода включить сопротивление $R$, которое несильно повлияет на измеряемый ток, и измерять напряжение на этом сопротивлении. Закон Ома: $I = U/R$.
Вот это сопротивление можно назвать "шунтом" (хотя и не очень корректно).
Для задачи измерения тока через измерительный конденсатор для фиксации аэроионов, это сопротивление можно и нужно брать многие гигаомы (десять, и может быть больше). Так как источник сигнала
а) слаботочный
б) имеет огромное выходное сопротивление (является почти идеальным источником тока)
в) а "перевести" нужно малый ток в заметное напряжение, выше уровня шума.

(более корректно, что такое шунт)

Вообще-то, "шунт" - это некий обходной путь с малым сопротивлением. (Аортокоронарное шунтирование знаете, как врач?)
В классике решается такая задача: у нас есть некий микроамперметр с известным сопротивлением, нужно измерить ток в несколько ампер.
Просто включить микроампертмер в разрыв провода нельзя - он сгорит.
Поэтому в разрыв включается некое малое сопротивление - шунт, а микроампертметр включается параллельно шунту. Пересчет показаний микроамперметра в измеренный ток происходит через известные сопротивления шунта и микроамперметра.
Но это так, для информации и расширения кругозора.

-- 04.06.2021, 19:05 --

Solaris86 в сообщении #1521198 писал(а):

В общем, всем спасибо за помощь! Вы старались, я тоже, но пока что мой уровень - это функциональная схема.

Н-да. Печально.
Когда подошли к этапу "(почти) со всем разобрались, нужно копать брать и рисовать схему", всё опустилось....

[realeugene]

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.

Да, вы не понимаете, что когда две физические величины связаны уравнением, обычно нельзя говорить про "причину" и "следствие". Они, просто, связаны.

[Solaris86]

EUgeneUS в сообщении #1521200 писал(а):

Странно...
Это уровень школьной программы.

Если речь про то, что токи до добавления сопротивления 1 Oм и после добавления сопротивления почти не изменились (1 мкА и 0.9999999 мкА, 30 мА и 29,99997 мкА), то это я вижу, а вот как это связано с получением напряжения из тока, я всё равно не понимаю.

EUgeneUS в сообщении #1521200 писал(а):

Вообще-то, "шунт" - это некий обходной путь с малым сопротивлением. (Аортокоронарное шунтирование знаете, как врач?)

Это я в курсе.

EUgeneUS в сообщении #1521200 писал(а):

Для задачи измерения тока через измерительный конденсатор для фиксации аэроионов, это сопротивление можно и нужно брать многие гигаомы (десять, и может быть больше). Так как источник сигнала
а) слаботочный
б) имеет огромное выходное сопротивление (является почти идеальным источником тока)
в) а "перевести" нужно малый ток в заметное напряжение, выше уровня шума.

Так вот в такой формулировке мне легче воспринять, чем просто рекомендации подключить что-то туда-то и туда-то, не понимая что и зачем.
Я помню из ТОЭ, что идеальный источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление и бесконечную ЭДС, поэтому ток в источнике тока не зависит от подключаемой нагрузке и всегда постоянен. У нас же ток всё время меняется, поэтому при чём тут источник тока мне не понятно.
Тут же всплыла очередная проблемная тема: я так и не смог разобраться, что такое выходное сопротивление.

-- 04.06.2021, 19:31 --

EUgeneUS в сообщении #1521200 писал(а):

Н-да. Печально.
Когда подошли к этапу "(почти) со всем разобрались, нужно копать брать и рисовать схему", всё опустилось....

Боюсь, что я пока ни с чем не разобрался, если бы я разобрался, я бы рисовал схему без ошибок. А так ошибка на ошибке, и на всё это уходят часы...

-- 04.06.2021, 19:36 --

realeugene в сообщении #1521202 писал(а):

Да, вы не понимаете, что когда две физические величины связаны уравнением, обычно нельзя говорить про "причину" и "следствие". Они, просто, связаны.

Да, сам удивляюсь, как я вообще смог школу окончить... Видимо, случайно.

[realeugene]

Solaris86 в сообщении #1521203 писал(а):

нас же ток всё время меняется, поэтому при чём тут источник тока мне не понятно.

Про управляемый источник тока вам не рассказывали?

[Emergency]

Solaris86 в сообщении #1521186 писал(а):

Видимо, тут Вы имеете в виду уже какие-то схемотехнические жаргонизмы, в противном случае я вообще ничего не понимаю.

В самом примитивном (понятном) виде преобразователь тока в напряжение выглядит так:

Если вы имеете хотя бы поверхностное представление о принципах работы операционного усилителя, то легко посчитаете коэффициент преобразования тока в напряжение в зависимости от сопротивления в обратной связи.

[EUgeneUS]

Solaris86 в сообщении #1521203 писал(а):

Я помню из ТОЭ, что идеальный источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление и бесконечную ЭДС, поэтому ток в источнике тока не зависит от подключаемой нагрузке и всегда постоянен. У нас же ток всё время меняется, поэтому при чём тут источник тока мне не понятно.

Вот же. Что-то помните же, и даже очень точно воспроизводите.
Вот у нас есть идеальный источник тока. Чем он характеризуется? ЭДС бесконечно, внутреннее сопротивление тоже - это определение источника тока. А характеристики у него какие? Что один источник тока отличает от другого? Только одно - величина тока.
Наш измерительный конденсатор, когда на него подали высокое напряжение и начали дуть через него воздух, стал вот таким источником тока, только очень маленького. А его характеристика - величина тока, зависит от концентрации аэроионов определенного знака.

Solaris86 в сообщении #1521203 писал(а):

Тут же всплыла очередная проблемная тема: я так и не смог разобраться, что такое выходное сопротивление.

Если говорить про двухполюсники, это можно понять на примере неидеального источника напряжения, например, батарейки и лампы накаливания.
Меня гложут смутные сомнения, что Вас на фоне паники бросает из крайности в крайность. То Вы ставите себе неподъемную задачу (нарисовать схему не из отдельных стандартных блоков, а добавляя по одному элементу), то считаете, что вообще ничего не понимаете. Что-то понимаете. Это Вы продемонстрировали. Но знания прямо скажем не велики, и не уложились в какую-то общую картину, пусть и с пробелами. Но это не повод для паники.

-- 04.06.2021, 20:25 --

Emergency в сообщении #1521208 писал(а):

В самом примитивном (понятном) виде преобразователь тока в напряжение выглядит так:

Это, кстати, одна из типовых схем включения, называется Transimpedance amplifier, TIA.
Выше ТС предлагалось включать несколько по-иному, но можно и так.

[Solaris86]

realeugene в сообщении #1521207 писал(а):

Про управляемый источник тока вам не рассказывали?

Нет.

Emergency в сообщении #1521208 писал(а):

Если вы имеете хотя бы поверхностное представление о принципах работы операционного усилителя, то легко посчитаете коэффициент преобразования тока в напряжение в зависимости от сопротивления в обратной связи.

А чему равно входное напряжение в этой схеме?

-- 04.06.2021, 20:37 --

EUgeneUS в сообщении #1521209 писал(а):

Если говорить про двухполюсники, это можно понять на примере неидеального источника напряжения, например, батарейки и лампы накаливания.

Мои предложения про входное и выходное сопротивления верны?

[Emergency]

Solaris86 в сообщении #1521211 писал(а):

А чему равно входное напряжение в этой схеме?

Из законов идеального операционного усилителя, входное сопротивление равно нулю. В смысле напряжение на входе ОУ равно нулю.

[EUgeneUS]

Solaris86 в сообщении #1521211 писал(а):

Мои предложения про входное и выходное сопротивления верны?

У Вас не двухполюсник, а четырехполюсник.
В целом Ваши представления близки к истине, но нужно понимать, что в случае четырехполюсника, нагрузка на выходе (правых контактах) может повлиять на входное сопротивление.
Представьте, что справа подключена нагрузка нулевого сопротивления. Какое будет входное в этом случае?

И наоборот, подключение ко входу источника с малым внутренним сопротивлением, будет влиять на выходное сопротивление.