Форум РадиоКот

Задался целью усилить сигнал с обычного пъезоэлемента, использовал пъезоэлемент в качестве микрофона. Но как оказалось предел усиления это 500 – 600 раз, дальше теряется весь смысл усиления сигнала. Становятся слышны тепловые шумы транзисторов, они заглушают полезный
сигнал. А мне нужно больше усиления. В течении года я так и не смог решить эту проблему. Просто катастрофа

Сегодня наткнулся на статью про операционные усилители, где пишется о усилении сигнала в 50 000 …… 100 000 раз.

Может я чего то не понимаю, как такое возможно ? Неужели подключив пьезо "микрофон" к операционному усилителю можно реально усилить сигнал хотя бы в 2000 раз ? Имею в виду, что, подключив наушники к выходу операционного усилителя, я услышу усиленный сигнал без посторонних электронных шумов заглушающих всё и вся. ???

Пьезоэлемент - очень высокоомный источник сигнала, соответственно, чтобы шумов было поменьше, усиливать сигнал с него нужно полевым малошумящим транзистором (или ОУ с полевиками на входе...). Можно попробовать приспособить "готовое решение" - усилитель из электретного микрофона...

Михаил_ писал(а):Становятся слышны тепловые шумы транзисторов, они заглушают полезный сигнал.

У транзисторов есть параметр "Коэффициент шума"
Есть специальный класс малошумящих транзисторов. Такие транзисторы ставят в первом каскаде усилителя.
Так же есть схемные решения уменьшения шума. Например в первом каскаде ставить несколько транзисторов в параллель.
В Вашем случае лучше полевые.

Lazy, Вы не совсем правы... Как уже отметил, источник сигнала - высокоомный! Это значит, что уровень шума будет, в основном, определяться шумовым током транзистора. Биполярные по этому параметру очень сильно уступят полевикам, с p-n переходом... Полевые транзисторы, конечно, тоже можно параллелить, для снижения уровня шума - но сильно возрастёт входная ёмкость, это может быть критично (про диапазон усиливаемых частот автор темы предусмотрительно умолчал! ).

As писал(а):Пьезоэлемент - очень высокоомный источник сигнала, соответственно, чтобы шумов было поменьше, усиливать сигнал с него нужно полевым малошумящим транзистором (или ОУ с полевиками на входе...). Можно попробовать приспособить "готовое решение" - усилитель из электретного микрофона...

Пробовал и полевой транзистор из электретного микрофона, так те шумят вообще жуть как. Стоит лишь усилить сигнал с выхода электретного микрофона раз в 200 - 300 и усиленные шумы полевого транзистора тут как тут, они полностью заглушают полезный сигнал. Раньше даже и в мыслях не было, что существует подобный предел усиления. Конечно, эти шумы еле слышны, если электретный микрофон использовать для обычных условий его использования (улавливания звуков человеческой речи на небольшом расстоянии от микрофона).

Транзистор КТ 3102ЕМ в отношении шумов и коэффициента усиления идеален, что-то лучшее я не нашёл. Получается однокаскадный усилитель с приличным усилением и минимальным уровнем шумов. Второй каскад усиление лепить не имеет смысла, так как усиливаются шумы первого транзистора. Прибегал к разным ухищрениям, но результат один и тот же. Усилительный элемент (транзистор) шумит, при небольших коэффициентах усиления эти шумы незначительны. Но дело в том, что мне нужно больше усиления. А увеличению усиления мешают шумы. Шумит не пъезоэлемент, а именно транзисторы. Пробовал усилитель на так называемой малошумящей микросхеме к548УН1А . Разочаровался полностью, микросхема шумит сама по себе даже в отсутствии внешнего сигнала (предварительных каскадов усиления).

Как решить проблему ?

Почему говорят, что операционные усилители имеют коэффициент усиления в 100 000 раз и более. Как в этом случае обстоят дела с внутренними шумами ? Неужели тепловых шумов нет ? В операционных усилителях размещена криогенная установка, понижающая температуру микросхемы до абсолютного нуля ?

В конце концов, как-то же усиливают биопотенциалы мозга и в 100 000раз и 200 000раз.
Имеет ли кто опыт в этих вопросах ? Я совершенно запутался в этом деле.

Если усилитель "из микрофона" стал шуметь - возможно, его просто пробило статикой при монтаже, сам по себе он шумит очень мало, много меньше, чем "обычный" ОУ. Можно попробовать малошумящую сборку на полевых транзисторах, типа КПС104 или аналогичную, уровень шума её транзисторов очень мал... Транзисторы сборки лучше включать с нулевым смещением на затворе - в таком режиме шум минимален, для полевика при снижении тока стока шум будет больше!

Lazy писал(а):

Михаил_ писал(а):Становятся слышны тепловые шумы транзисторов, они заглушают полезный сигнал.

У транзисторов есть параметр "Коэффициент шума"
Есть специальный класс малошумящих транзисторов. Такие транзисторы ставят в первом каскаде усилителя.
Так же есть схемные решения уменьшения шума. Например в первом каскаде ставить несколько транзисторов в параллель.

Пробовал всё это, не даёт заметных результатов. Куда уж может быть меньше коэффициент шума чем у КТ3102ЕМ ? А главное при большом коэффициенте усиления. Даже если и найти транзистор с меньшим коэффициентом шума, то, как правило его коэффициент усиления значительно меньше чем у КТ3102ЕМ. Шумит меньше но придётся значительно больше усилить сигнал а с ним во столько же раз и усилится шум. В итоге усилитель на более малошумящий транзисторах окажется намного более шумящим.


Параметры КТ3102ЕМ
Коэффициент усиления от 400 .... до 1000.
Коэффициент шума на f=1кГц при Uкэ = 5В, Iк = 0,2мА, R=2кОм, не более 4дб, типовое значение 2.5дб.

As писал(а):Lazy, Вы не совсем правы... Как уже отметил, источник сигнала - высокоомный! Это значит, что уровень шума будет, в основном, определяться шумовым током транзистора. ).

Мой усилитель на КТ3102ЕМ охвачен ООС что увеличивает входное сопротивление. Использовать полевые транзисторы имеет ли смысл если их коэффициент усиления не идёт ни в какое сравнение с КТ3102 ? Будет ли выигрыш от идеального согласования пьезоэлемента с усилителем, даст ли это преимущество в усилении сигнала без шумов ?

А что, Вы хотите всё усиление получить от одного каскада?!?
Если первый каскад усилит сигнал в 10 раз - влияние второго каскада на соотношение сигнал/шум станет тоже в 10 раз меньше! Т.е., требования по шумам ко второму и последующим каскадам будут вполне скромные. Ну, и ещё раз - скорее всего, в Вашем случае, шум входного каскада определяется шумовым током базы транзистора, у полевого транзистора тока в цепи затвора практически нет - нет и шума! На КПС104 я лично делал УВ для катушечного магнитофона с ферритовой головкой - отношение сигнал/шум получилось заметно лучше, чем на использовавшихся в исходной схеме КТ3102Е...

As писал(а):Если усилитель "из микрофона" стал шуметь - возможно, его просто пробило статикой при монтаже, сам по себе он шумит очень мало, много меньше, чем "обычный" ОУ. Можно попробовать малошумящую сборку на полевых транзисторах, типа КПС104 или аналогичную, уровень шума её транзисторов очень мал... Транзисторы сборки лучше включать с нулевым смещением на затворе - в таком режиме шум минимален, для полевика при снижении тока стока шум будет больше!

Возможно вы не так меня поняли. Усилитель из микрофона не стал шуметь, шум появляется, если производить дальнейшее усиление и не малое. Усиление до такой степени, что дыхание человека в комнате, находящегося от электретного микрофона в нескольких метрах , слышно в наушника, подключённых к усилителю, в виде "громыхания".

По поводу КПС104 надо попробовать, хотя гложат сомнения, последующее значительное усиление сигнала наверно опять привидёт к увеличению шумов.

Михаил_ писал(а):Мой усилитель на КТ3102ЕМ охвачен ООС что увеличивает входное сопротивление. Использовать полевые транзисторы имеет ли смысл если их коэффициент усиления не идёт ни в какое сравнение с КТ3102 ? Будет ли выигрыш от идеального согласования пьезоэлемента с усилителем, даст ли это преимущество в усилении сигнала без шумов ?

Возьмите "Искусство схемотехники" Хоровица и Хилла, там есть целая глава, посвященная шумам. Если осилите, все станет понятно.

As писал(а):А что, Вы хотите всё усиление получить от одного каскада?!?

Нет … нет Я хочу получить от усилителя максимально возможное усиление при отсутствии шумов. Возможно, у меня недостаточно знаний в этом вопросе. Но исходя из моих экспериментов, у меня получилось добиться максимального усиления при минимальных шумах лишь со схемой усилителя на одном транзисторе КТ3102.

As писал(а):Если первый каскад усилит сигнал в 10 раз - влияние второго каскада на соотношение сигнал/шум станет тоже в 10 раз меньше! Т.е., требования по шумам ко второму и последующим каскадам будут вполне скромные.

Вы хотите сказать что если применить многокаскадную схему, где каждый каскад усиливает сигнал по чуть чуть, то можно добиться значительного усиления при минимальных шумах нежели если сразу добиваться от каждого транзистора максимального усиления сигнала ?

El-Eng писал(а):Возьмите "Искусство схемотехники" Хоровица и Хилла, там есть целая глава, посвященная шумам. Если осилите, все станет понятно.

Спасибо, почитаю

Существуют же, и существовали, схемы усилителей воспроизведения магнитофонов, микрофонов с чувствительностью от нескольких десятков...до сотни мкВ. Ну, и регистраторы физиологических процессов - тоже существуют. Входные сопротивления могут отличаться у этих устройств. Но, реализуемо же и не на одном каскаде, да.

nikola1971 писал(а):Существуют же, и существовали, схемы усилителей воспроизведения магнитофонов, микрофонов с чувствительностью от нескольких десятков...до сотни мкВ. Ну, и регистраторы физиологических процессов - тоже существуют. Входные сопротивления могут отличаться у этих устройств. Но, реализуемо же и не на одном каскаде, да.

Вот это меня и удивляет. Регистраторы биологических процессов. Как удаётся усилить сигнал в сотни тысяч раз и при этом нет шумов ???

Вот как реализовать на практике такое усиление. С чего начать ? В чём секрет ? Почему отдельные транзисторы шумят, а вот… некие чудо устройства состоящие из тех же транзисторов выдают поистине фантастические результаты.

Не надо забывать про правильное разведение печатных плат, стабильность источника питания и многих других факторов, иначе получится как в иномарке на европейских и наших дорогах: машина одна, но в первом случае она едет ровно, а во втором случае она трясется и днищем "асфальт" царапает.

Вот как реализовать на практике такое усиление. С чего начать ? В чём секрет ? Почему отдельные транзисторы шумят, а вот… некие чудо устройства состоящие из тех же транзисторов выдают поистине фантастические результаты.[/quote]
На одном входном транзисторе транзисторе, трудно получить малый коэффициент шума.
Мне кажется, нужно использовать сложные схемы включения входного усилительного каскада.
Например "каскодная схема с использованием в качестве первого транзистора полевого. (Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств)".
Схема включения транзистора первого каскада, на вашем устройстве, желательно обозначить, (ОБ, ОЭ, ОК).
Шумят не только транзисторы, пассивные элементы- (резисторы, конденсаторы, соединительные провода) на таком усилении добавят температурный шум, (проектирование малошумящих СВЧ приемников).

Еще шуметь может наводка от сети (в моем усилителе с Кус=25 при поднесении штекера на 10-15 см к проводам 220В или сети абонентских громкоговорителей прекрасно можно прослушивать то, что там передают), а что и с какого расстояния можно слушать при Кус=600? Отсюда вывод: корпус прибора и источник сигнала должны быть экранированы и при этом очень качественно.

Вроде есть готовые модули, они устраивают по усилению ?

Михаил_ писал(а):

nikola1971 писал(а):Существуют же, и существовали, схемы усилителей воспроизведения магнитофонов, микрофонов с чувствительностью от нескольких десятков...до сотни мкВ. Ну, и регистраторы физиологических процессов - тоже существуют. Входные сопротивления могут отличаться у этих устройств. Но, реализуемо же и не на одном каскаде, да.

Вот это меня и удивляет. Регистраторы биологических процессов. Как удаётся усилить сигнал в сотни тысяч раз и при этом нет шумов ???

Вот как реализовать на практике такое усиление. С чего начать ? В чём секрет ? Почему отдельные транзисторы шумят, а вот… некие чудо устройства состоящие из тех же транзисторов выдают поистине фантастические результаты.

У этих устройств есть ещё один параметр, "полоса частот"... Так вот, используя фильтр с узкой полосой пропускания, можно отсечь внеполосные шумы... Особенно высокие результаты можно получить, используя цифровую фильтрацию. Радиолюбительские программы для радиоприёма, например, позволяют принимать сигнал, во много раз меньшего уровня, чем уровень шума! Что касается человеческой речи - даже простейший шумоподавитель в звуковом редакторе пакета "Неро" способен ослабить шумы в сотни раз! Я однажды, с помощю именно этой программы, восстановил магнитную запись полувековой давности, там голос было не разобрать среди шипа и шума, а после обработки шум стал почти не слышен, а записанное интервью -вполне разборчивым (хотя, искажения звука всё же остались... ).