šum nábojového zesilovače s bootstrap vazbou

Zpráva

#121 Příspěvek od **Cust** » 18 srp 2023, 11:20

Tak chyba u mne, už jede čust i danhard bootstrap - snad to zvládnu v příštím týdnu dát do vakua na plutonium, tam se bude dát definovaně změřit odstup signál šum u obou současně - zatím jsem každý zkoušel v jiné konfiguraci.

danhard · #122 Příspěvek od **danhard** » 19 srp 2023, 00:55

Už jsem se lekl, že jsem něco zvoral

#123 Příspěvek od **Cust** » 19 srp 2023, 10:39

Nene, na OZ, který dává šťávu do koaxu byl pin neg Disable, já původně počítal s OZ, který měl pin neg Enable. No a vůbec mě to nenapadlo, jelikož i při vypnutém švábu to vidělo světlo - jen signál byl o pár dB potlačen. Holt jsem na to svítil přes škvíru a neměl jsem kontrolu, kolik světla tam pouštím...
Každopádně můžu říct, že danhard bootstrap měl jiný "tvar" šumu (může souviset i s jinou zpětnou vazbou, kterou jsem osadil) a chvilku mu trvalo (po zapnutí) než najel s výstupním napětí na "nulu". V úterý se snad dostanu k preciznějšímu měření a k čust bootstrapu přidám ještě ten BJT se společnou bází, jak navrhoval Ivan Ryger. Tak budou tři kusy ke srovnání.

danhard · #124 Příspěvek od **danhard** » 19 srp 2023, 11:57

To bylo světlo Boží

Dá se na tom pracovat, co se týče šumu, tak ta poslední varianta se singl napájením byla nejjednošušší a se šumem by na tom měla být nejlíp (odpor šumí míň, než zdroj proudu s odporem v source).

Dá se udělat stupňovitá ZV, takže pro malé signály to pracuje jako nábojový zesilovač a pro větší napětí na výstupu to přejde do lineární zv.
Líp se to pak také dostává ze zahlcení.

#125 Příspěvek od **Cust** » 19 srp 2023, 21:35

Danharde, s tím šumem odporu v source vs. proudový zdroj si nejsem zcela jistý. Když dám do tranzistoru řekněme 1,5 mA, tak při 5 V musím dát do source odpor 3k3. Jeho tepelný šum by měl být 7,37 nV/√Hz. Když tam dám jfet zdroj proudu, tak použiju mezi gate a source odpor 330 Ω. Ten generuje šum okolo 2,33 nV/√Hz. Šum tranzistoru při takto nízkém odporu bude značný, ale jen pro nízké frekvence. Pro vysoké frekvence (v této konkrétní aplikaci předpokládám zhruba 7 kHz - 200 kHz) je to ale lepší a určitě se šum nezvýší více než dvakrát oproti katalogové hodnotě, počítejme 2 nV/√Hz. Celkem na vstupu proudového zdroje bude šum 4,33 nV/√Hz (spíše méně než 4 nV/√Hz). Když budu předpokládat, že virtuální odpor nad drain (Id = 1.5 mA, Udd = 5 V) bude 3k3, tak zesílení při gm = 13 mS bude 43x, tedy šum se zvýší na honotu 172 nV/√Hz.
Pokud počítám správně, tak jfet proudový zdroj tam nemá co dělat nebo použít něco s malou strmostí (menší než 1 mS).
Je to tak správně nebo uvažuju špatně?

danhard · #126 Příspěvek od **danhard** » 19 srp 2023, 22:08

Jenže Tebe u odporu nezajímá napěťový šum, ale proudový

A u JFETu, jak Ti to převede napěťová šum z odporu na výstupní proud.
Jak myslíš, že jsem to dělal ?
Dal jsem si do serie s tím odporem odpovídající zdroj šumového napětí a změřil přenos na výstup.
Šum tranzistoru se přičte výkonově.

#127 Příspěvek od **Cust** » 20 srp 2023, 10:47

danhard píše:A u JFETu, jak Ti to převede napěťová šum z odporu na výstupní proud.
Jak myslíš, že jsem to dělal ?
Dal jsem si do serie s tím odporem odpovídající zdroj šumového napětí a změřil přenos na výstup.

Ano, předpokládám, že je to napěťový šum/virtuální odpor, tedy Inoise = Unoise/3300. Tedy proudový šum by byl v tomto konkrétním případě 52 pA/√Hz u JFETu a u odporu jen 2.2 pA/√Hz. Jo, hodím si to do simulace.

#128 Příspěvek od **Cust** » 20 srp 2023, 17:35

Tak simulace proudového šumu se sin "šumem" na vstupu JFET úměrný 2.38 nV/√Hz (345 Ω) a rezistor 3k3 se sinovým šumem úměrný 7.43 nV/√Hz vychází skoro 5x líp pro rezistor. Když ještě započtu šum vlastního tranzistoru, tak pro rezistor to bude tak 7x až 10x lepší. Pro nízké frekvence <50 Hz to bude možná i 15x lepší.
Tedy ano, proudový JFET zdroj do low noise aplikaci nepatří (pokud tedy nevede na diferenciální zapojení).
Danhard bootstrap mám zapojen s JFET zdrojem (cust bootstrap ne) - před testem to odpojím...

danhard · #129 Příspěvek od **danhard** » 21 srp 2023, 08:29

On tam byl ten proudovej zdroj kvůli PSR od - napájení.
Když jsem to udělal singl napájený, tak je to zem a s odporem je to nejlepší

Proto je taky filtr v drine.

#130 Příspěvek od **Cust** » 21 srp 2023, 11:33

PSR jsem pochopil (snad to supluje kvalitní stabilizace + nízký šum zdroje), ale ten šum JFET proudového zdroje mě osobně nemile překvapil.

#131 Příspěvek od **Cust** » 29 srp 2023, 10:24

Danharde, tak ten tvůj bootstrap nemám úplně ve stejných podmínkách srovnaný s tím mým (základním zapojením), ale posílám fotku zachyceného jednoho gama kvanta ze smolince. Velkoplošná tenká PIN dioda. Musím říct, že jsem tak málo zašuměný signál na nízkoenergetických fotonech ještě neviděl. Holt možnost připojit bipolární OZ a bootstrap s vlastním zesílením dělají dle očekávání divy. A přitom taková blbost. :-)

Jdu to hodit na alfy z plutonia - budu to chytat přes scintilátor a budu to moci srovnat s výrobcem preampů, který se tváří jako největší bombarďák. Tak doufám, že to bude minimálně srovnatelné.
PS: Jelikož to mám v polních podmínkách, tak mám pocit, že tam ještě hodně šumí bias voltage, který jde z výkonového spínaného zdroje...

#132 Příspěvek od **Cust** » 29 srp 2023, 13:08

Tak porovnáno se světovou špičkou (zalité tišťáky s asi nepouzdřenými tranzistory - diskrétní zesilovač) a jsem na tom obdobně. Při porovnání jsem měl 1.4x vyší zisk a šum opticky vypadal taky o chloupek vyšší, ale to už jsem byl na hranici možností osciloskopu. Přesnější porovnání bude přes digitizer a spektrometr, ale to už nebude na mě. Výhoda u mě je ta, že jsem měl na jednom tišťáku 2 zesilovací stupně, takže z detektoru už to nemusí jít přes zesilovač, ale rovnou na 50 Ohm vstup digitizeru.
Jsem spokojený - může to fungovat jako prodejní artikl - když to protlačím do světa, z Danharda bude boháč... :lol:

danhard · #133 Příspěvek od **danhard** » 29 srp 2023, 19:06

Taky budeš zalejvat

Měl jsem ještě jeden nápad, když je to tak jednoduchý.
S obyčejnou BPW34 udělat zesilovač na úzkou destičku a pak těch čidel udělat třeba 50 do plochy filmovýho políčka.
A máš čidlo, kde můžeš vyhodnotit homogenitu toho záření.

Dobrý je to, protože líp to nejde.
Počítám že je to asi 10x lepší než podle aplikací s transimedančním zesilovačem, jelikož tam nejvíc šumí ten odpor ve zpětné vazbě.

Kolik za celé čidlo chtějí Ti nejlepší ? 1k€ ?

#134 Příspěvek od **Cust** » 29 srp 2023, 20:58

No, ono je to ještě vtipnější - musíš dát ten zpětnovazební odpor co největší, aby to nešumělo. Ten test měl ve zpětné vazbě 1.2 pF a 200 MΩ. Vtip je v tom, že to má přenos jen do cca 700 Hz Vyšší šumy se nezesilují (jen se musí ohlídat, aby to neposlal dark current do saturace). V dalším stupni puls zesiluju až od cca 3 kHz do cca 1 MHz, abych přenesl tu strmou náběžnou hranu. Tím se potlačí šum vstupní části k nesmyslu.

Cena, myslím, že to bylo levnější cca 800 €. Včetně PINdiody od Hamamatsu (podobnou jsem v kusovce kupoval za 150 €) a scintilátoru (válec fí cca 3cm, výška cca 3 cm).

S těmi políčkami... Myslíš to takhle? https://cz.mouser.com/ProductDetail/ons ... 9yUw%3D%3D
S tímto polem lavinových diod to funguje opět dobře s bootstrapem, jelikož snížiš virtuálně kapacitu toho pole a tím zmenšíš šumové zesílení. Snížení vstupní kapacity taky bestiálně zvýší šířku přenášeného pásma , takže můžeš jít na rychlé náběžné hrany.

#135 Příspěvek od **Cust** » 29 srp 2023, 21:05

danhard píše:S obyčejnou BPW34 udělat zesilovač na úzkou destičku a pak těch čidel udělat třeba 50 do plochy filmovýho políčka.

Jo, jasně BPW34 je nejlevnější použitelná dioda. Kdysi jsem to zkoušel na tišťáku několik těch BPW34, tuším jsem měl pole 3x5 diod, ale už při 9 diodách paralelně byl šum daleko větší než přes Hamamatsu S2744-09. Měřeno v zapojení s klasickým bootstrap, tak jsem zůstal při té 2 cm² diody, byť drahé.