Ik heb de afgelopen maanden nog eens na lopen denken over de ladingsversterker die ik toegepast heb in mijn nog steeds lopende (eigenlijk kruipende) project 'Drieweg met inverted woofers'. Daarbij heb ik vooral gekeken naar het verschil tussen het in serie of parallel schakelen van meerdere Murata sensors met betrekking tot ruis, het toepassen van bootstrapping, het gebruik van low-leakage diodes in plaats van hoogohmige weerstanden, en circuit variaties die aangesloten kunnen worden met vier draden, drie draden of twee draden.
Omdat ik mijn aantekeningen in het Engels uitgewerkt heb en niet zoveel zin heb om het geheel weer in het Nederlands op te schrijven en in stukjes te knippen om hier op de site te zetten, zet ik hier een pdf neer (copyright ligt bij mij, dus niet herplaatsen op andere sites) waarin dit alles bij elkaar staat. Dat leest waarschijnlijk een stuk makkelijker. Ik heb het idee dat ik de differentiële ladingsversterker nog best wat heb kunnen verbeteren, maar ik zeg er meteen bij dat ik de schakelingen niet heb gebouwd, alleen gesimuleerd. Omdat ik weet dat ik de komende maanden nog niet toekom aan het opbouwen, leek het me leuk om de resultaten hier neer te zetten. Wellicht dat iemand van jullie een versie wil proberen en eventueel met resultaten en/of variaties op de proppen wil komen.
Steven
De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973
-
Hans
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 1575
- Lid geworden op: do 19 jun, 2014 14:25 pm
- Locatie: Ach(t)
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Interessant!
Heb je er aan gedacht om ook simulaties te doen voor hogere temparaturen, b.v. 45 en/of 60 graden? In tegenstelling tot een microfoon zit de sensor op een plek die behoorlijk opgewarmd kan worden tijdens gebruik.
Heb je er aan gedacht om ook simulaties te doen voor hogere temparaturen, b.v. 45 en/of 60 graden? In tegenstelling tot een microfoon zit de sensor op een plek die behoorlijk opgewarmd kan worden tijdens gebruik.
Groeten,
Hans
Hans
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Dat heb ik al een keer gesimuleerd en tot een graad of 70 gaat het goed. En dat is met de leakage current van het BAS116 model. Ik heb het model nu even niet bij de hand, maar volgens mij is die meer gebaseerd op de worst case leakage dan op de praktische waarde die de meeste samples zullen hebben. Daar zit een behoorlijke marge tussen.
In microfoons wordt dit biasing principe ook gebruikt, ook bij de grote merken, en een microfoon kan ook best warm worden onder de spotlights en in de hand.
Bij het zoeken naar een voorbeeld kwam ik dit document tegen over een medische high impedance amplifier: https://core.ac.uk/download/pdf/41339551.pdf. Op het eerste gezicht staan hier veel meer interessante dingen in, maar kijk met name even naar hoofdstuk 6.4. Hier wordt ook gebruik gemaakt van anti-parallel diode biasing met bootstrapping.
Steven
In microfoons wordt dit biasing principe ook gebruikt, ook bij de grote merken, en een microfoon kan ook best warm worden onder de spotlights en in de hand.
Bij het zoeken naar een voorbeeld kwam ik dit document tegen over een medische high impedance amplifier: https://core.ac.uk/download/pdf/41339551.pdf. Op het eerste gezicht staan hier veel meer interessante dingen in, maar kijk met name even naar hoofdstuk 6.4. Hier wordt ook gebruik gemaakt van anti-parallel diode biasing met bootstrapping.
Steven
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973
-
Kruger_BG
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 19
- Lid geworden op: zo 04 mar, 2018 10:42 am
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Hi Steven, Thank you for the interesting paper.
I tried the two schematics below and they work. They are two wire as in your schematic on page 8. Sorry for writing in English. Tell me in case it is not desirable.
I tried the two schematics below and they work. They are two wire as in your schematic on page 8. Sorry for writing in English. Tell me in case it is not desirable.
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
-
motoindo
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 972
- Lid geworden op: zo 27 sep, 2015 11:21 am
- Contacteer:
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Mooi werk
handig dat de Gohm weerstandjes vervangen zijn door dioden, beter verkrijgbaar & goedkoper ook 
Dus bij toepassing in een oer mfb moet D458 naar een BZX58550-C9V1X correct ?The DC output voltage is fixed by the 1.2 V
reference, which is also present on the junction of R25 and R26. So, the DC output voltage becomes
1.2 V x (R25 + R26)/R26 + 5.6 V = 8 V
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Hoi Chris,
Waar ik het had over de BZX58550 serie, in mijn 2-draads ladingsversterker om het DC niveau aan de uitgang in te stellen, loopt er door D13 slechts 0.25mA. De BZX79 serie is gespecificeerd vanaf 1mA, maar de BZX58550 serie al vanaf 50uA. Vandaar.
Wacht, ik geloof dat ik nu snap wat je bedoelt. Niet dat D458 uit een andere serie moet komen, maar dat deze 9V1 moet worden om tenminste 8V ruimte te geven op de ingang voor de 2-draads ladingsversterker. Dat is niet juist. In die oer-MFB is TS433 een cascode met een lage ingangsimpedantie op zijn emitter, wat dan de versterkeringang is, bedoeld voor een sensor met een stroomuitgang. Maar mijn 2-draads ladingsversterker heeft geen stroomuitgang, maar gewoon een spanningsuitgang. Immers de tegenkoppelcondensator C21 converteert de uitgangsspanning van het circuit terug naar een ingangsstroom voor de inverterende ingang van de opamp, waar die wegvalt tegen de stroom van de piezo sensor (de werkelijke ingangsstroom van de opamp is nagenoeg nul). Dus door de verhouding van C21 en C23 tot C20 (de sensor) wordt de spanningsversterking bepaald. Omdat de ladingsversterker een uitgangsspanning levert, moet de ingangstrap van de versterker een voedingsstroom leveren via een relatief hoge weerstand. Dat is de 2 mA stroombron in het schema, I1. Hij staat er wat ongelukkig misschien, zo tussen versterkeruitgang en ground, maar dat kan in een simulator. In de praktijk is dat een stroombron vanaf een positieve voedingsspanning, met een compliance van meer dan 8V, anders gaat de stroombron in verzadiging.
Steven
Ik zou niet weten waarom. Ik ken die oer-MFB niet zo, maar het lijkt erop dat +7 een spanningsbron voorstelt van ongeveer 24V. In dat geval zou door D457 en D458 ruim 1mA gaan. Dat is voor een BZX79 zener een prima stroom, lijkt me.Dus bij toepassing in een oer mfb moet D458 naar een BZX58550-C9V1X correct ?
Waar ik het had over de BZX58550 serie, in mijn 2-draads ladingsversterker om het DC niveau aan de uitgang in te stellen, loopt er door D13 slechts 0.25mA. De BZX79 serie is gespecificeerd vanaf 1mA, maar de BZX58550 serie al vanaf 50uA. Vandaar.
Wacht, ik geloof dat ik nu snap wat je bedoelt. Niet dat D458 uit een andere serie moet komen, maar dat deze 9V1 moet worden om tenminste 8V ruimte te geven op de ingang voor de 2-draads ladingsversterker. Dat is niet juist. In die oer-MFB is TS433 een cascode met een lage ingangsimpedantie op zijn emitter, wat dan de versterkeringang is, bedoeld voor een sensor met een stroomuitgang. Maar mijn 2-draads ladingsversterker heeft geen stroomuitgang, maar gewoon een spanningsuitgang. Immers de tegenkoppelcondensator C21 converteert de uitgangsspanning van het circuit terug naar een ingangsstroom voor de inverterende ingang van de opamp, waar die wegvalt tegen de stroom van de piezo sensor (de werkelijke ingangsstroom van de opamp is nagenoeg nul). Dus door de verhouding van C21 en C23 tot C20 (de sensor) wordt de spanningsversterking bepaald. Omdat de ladingsversterker een uitgangsspanning levert, moet de ingangstrap van de versterker een voedingsstroom leveren via een relatief hoge weerstand. Dat is de 2 mA stroombron in het schema, I1. Hij staat er wat ongelukkig misschien, zo tussen versterkeruitgang en ground, maar dat kan in een simulator. In de praktijk is dat een stroombron vanaf een positieve voedingsspanning, met een compliance van meer dan 8V, anders gaat de stroombron in verzadiging.
Steven
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Hi Kruger,
I hope that other members accept that I answer you in English; I assume you're not Dutch.
Thank you for sharing your designs. I'm happy to learn that they work for you; I was a bit worried about the opamp stability without power supply decoupling. This decoupling across the opamp supply connections is not possible because it would cause slew rate issues in the cascode stage. Probably the output impedance of the emitter follower (from the point of view of creating a supply voltage) is low enough.
Of course, your designs are different than mine, as there are so many ways to skin a cat.
I see that your first design is a transconductance amplifier, that converts the voltage of the 2x2 piezo sensors into an output current. This design could actually be used with an old Philips MFB loudspeaker. The opamp is forced into class A operation by R4 to the -2.5V rail (taking AGnd as 0V), so the positive supply connection of the opamp is sinking a DC current plus the output AC signal current through cascode transistor T1 to the output. T2 is a floating current source for the two 2.5V shunt regulators, so the opamp is powered from approximately 4.3V. With respect to AGnd = 0V, the opamp is powered from +1.8V and -2.5V.
I think your ADA4622 is a bit overkill here, because it can run from +/-15V. Some 5V opamps (like the MCP6286) have better noise performance at a much lower cost. I think the trick to use bootstrapped diodes to increase the input impedance of the amplifier could also work here. Then two sensors in series would already be sufficient, saving two piezo sensors. Replacing the ADA4622 with an MCP6286 would allow you to save on another sensor and just use one. Of course, you need a bootstrap node with the same voltage as the input but with a much lower impedance. That node could be the connection between R2 and R3. I modified your circuit to add a few components. In the first circuit R1 connects the bias diodes to ground, and a capacitor is added to put the same voltage on the other side of the diodes as the sensor voltage. Maybe it can be even simpler by connecting the bias diodes directly to the bootstrap node, but that may cause very low frequency peaking because of positive feedback. Capacitive bootstrapping allows to tune that.
Your second circuit is a charge amplifier with current output. Maybe for another time to discuss.
Steven
I hope that other members accept that I answer you in English; I assume you're not Dutch.
Thank you for sharing your designs. I'm happy to learn that they work for you; I was a bit worried about the opamp stability without power supply decoupling. This decoupling across the opamp supply connections is not possible because it would cause slew rate issues in the cascode stage. Probably the output impedance of the emitter follower (from the point of view of creating a supply voltage) is low enough.
Of course, your designs are different than mine, as there are so many ways to skin a cat.
I see that your first design is a transconductance amplifier, that converts the voltage of the 2x2 piezo sensors into an output current. This design could actually be used with an old Philips MFB loudspeaker. The opamp is forced into class A operation by R4 to the -2.5V rail (taking AGnd as 0V), so the positive supply connection of the opamp is sinking a DC current plus the output AC signal current through cascode transistor T1 to the output. T2 is a floating current source for the two 2.5V shunt regulators, so the opamp is powered from approximately 4.3V. With respect to AGnd = 0V, the opamp is powered from +1.8V and -2.5V.
I think your ADA4622 is a bit overkill here, because it can run from +/-15V. Some 5V opamps (like the MCP6286) have better noise performance at a much lower cost. I think the trick to use bootstrapped diodes to increase the input impedance of the amplifier could also work here. Then two sensors in series would already be sufficient, saving two piezo sensors. Replacing the ADA4622 with an MCP6286 would allow you to save on another sensor and just use one. Of course, you need a bootstrap node with the same voltage as the input but with a much lower impedance. That node could be the connection between R2 and R3. I modified your circuit to add a few components. In the first circuit R1 connects the bias diodes to ground, and a capacitor is added to put the same voltage on the other side of the diodes as the sensor voltage. Maybe it can be even simpler by connecting the bias diodes directly to the bootstrap node, but that may cause very low frequency peaking because of positive feedback. Capacitive bootstrapping allows to tune that.
Your second circuit is a charge amplifier with current output. Maybe for another time to discuss.
Steven
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973
-
motoindo
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 972
- Lid geworden op: zo 27 sep, 2015 11:21 am
- Contacteer:
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Heb een eerste opzetje gemaakt van een pcb wat past in mijn starbass 54 als vervanging van de standaard jFet follower:
Top layer:
bottom layer, de guard ring heb ik aan massa (pxe-) gehangen.
en schema:
Top layer:
bottom layer, de guard ring heb ik aan massa (pxe-) gehangen.
en schema:
- Dubbelzijdige print 18 x 12 mm
- Alle R en C's in 0603.
- Alle C's zijn NP0
- Om een en ander passend te krijgen heb ik gezocht naar een dubbele diode in SOT23 en vond deze https://eu.mouser.com/datasheet/2/916/B ... 580602.pdf
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Hi Chris,
Jij bent snel! Ik was vanavond bij een vriend aan het klussen en zie net je PCB ontwerp. Heel compact. Ik zal er morgen uitgebreider naar kijken, maar al vast één opmerking: de guard ring moet niet aan PXE-, maar aan de bovenkant van C22. De guard ring mag nog net om de diodes heen en gaat door de condensatoren C21 en C23, dwz een pad binnen en een pad buiten de ring. De ingangen van de opamp zitten binnen de ring, maar alle andere pinnen erbuiten. Er gaat dus een heel dun spoortje tussen Vss en Vin+ door.
Steven
Jij bent snel! Ik was vanavond bij een vriend aan het klussen en zie net je PCB ontwerp. Heel compact. Ik zal er morgen uitgebreider naar kijken, maar al vast één opmerking: de guard ring moet niet aan PXE-, maar aan de bovenkant van C22. De guard ring mag nog net om de diodes heen en gaat door de condensatoren C21 en C23, dwz een pad binnen en een pad buiten de ring. De ingangen van de opamp zitten binnen de ring, maar alle andere pinnen erbuiten. Er gaat dus een heel dun spoortje tussen Vss en Vin+ door.
Steven
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973
-
Steven
- MfbLabs Gebruiker
- Berichten: 95
- Lid geworden op: zo 24 mei, 2020 09:43 am
- Locatie: Nuenen
Re: De differentiële ladingsversterker opnieuw bekeken
Als je nog compacter wilt bouwen, kun je ook de BAV199S-QZ nemen, van Nexperia. Dan heb je alle vier de diodes in één compacte behuizing.
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Nex ... 9tmw%3D%3D
Steven
https://eu.mouser.com/ProductDetail/Nex ... 9tmw%3D%3D
Steven
The analog art shows no sign of yielding to the dodo's fate. Whereas digital precision is forever bounded by bits, there is no limit excepting universal hiss to the ultimate accuracy and functional variety of simple analog circuits. Barry Gilbert, 1973