šum nábojového zesilovače s bootstrap vazbou

Zpráva

#46 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 05:34

- jo to už je trošku lepší, já potřebuju co nejmenší zesílení šumu
tzn co nejmenší G = 1+Cinput/Cfeedback (proto chci v bootstrapu nízkou kapacitu a ne 2SK170 a nemůžu použít dekompenzovaný OZ jako je ta OPA637)
- zároveň obě kapacity mají navíc vliv na rychlost

- bootstrap dávám kvůli kapacitě - OZ nevidí kapacitu diody, ale vidí kapacitu Cgs toho bootstrapového tranzistoru, tím se obvod i zrychlí (je to tedy vhodné jen u velkoplošných diod s velkou kapacitou - třeba u té SiC diody to bude ke škodě - kapacitu neznám)

celkový šum to eleminuje nádherně

danhard · #47 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 08:36

Na gate zesilovač vidí kapacitu Cg = Cgd + (1 - Au)*(Cgs + Cdet)

Co se týče oscilací, tak ten bootstrap je emitorový sledovač, který je citlivý na jalovinu zátěž, tak na vstupu.
A taky dost vadí montážní kapacity, musí to být součástí detektoru.

Zrovnatak transimpedanční zesilovač je citlivý, jakou impedanci připojím na vstup.

2SK170 a OPA637 je tam jako demonstrace, protože nic vhodnějšího v simulátoru nemám, PSpace 9.2 je 25 let starý.

Taky 50pF PIN diody odpovídá té nejobyčejněší BPW34.

Všechno jde, když se chce

červená - výstup se zesílenými kvanty
zelená - výstup s prostou integrací, vf šum zesilovače potlačen

#48 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 09:05

Klasické velkoplošné PIN diody co používám (tloušťka 0.3 mm) mají zhruba těch 50 pF (při vysokém předpětí), takže to je OK. Dioda, když používám bootstrap je na tišťáku, takže taky OK. Když jedu přes kabel, tak mám diody na zemi a bootstrap tam tak jako tak nejde. Tam mám JFET diskrétní vstup a za ním nízkošumový rychlý bipolární OZ, tam se asi taky shodneme.

Tak jen ta SK170 se mi právě nelíbí kvůli té vyšší kapacitě. Raději tu 2SK2394 (šumově jsou na tom skoro stejně, SK170 má trošku výš 1/f šum (cca 80 Hz vs 20 Hz), ale to mě v této aplikaci netrápí), ale na simulace to je OK, výsledek s druhým tranzistorem se dá odhadnout. Simulace jsem si nedělal, jelikož mi to běhá v reálu - jde mi jen o optimalizaci šumu pro danou aplikaci. Já se teď těším na testy s tím předřazeným BJT se společnou bází - jak popisoval Ivan. Jsem zvědav, jak se to v reálu projeví... Najdu něco s nízkým šumem a nízkou "feedback" kapacitou a vysokou rychlostí...

danhard · #49 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 10:11

Hlavně potřebuješ takovej, co má dobrou betu a strmost při malém proudu a tam se modelům moc věřit nedá.
Pro přenosy jsem BFR92 používal při 1mA proudu, tam problém nebyl.

#50 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 11:04

jojo
A co bys řekl tomu, kdyby se navázal přes kondíky, a 1-2 mA DC by se přes něj prohnalo?

danhard · #51 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 11:47

Zatížit detektor střídavou cestou ?
To je na mě moc složitý a generuje to šum, závislej na pracovním proudu toho tranzistoru.

Je to duchařina, chce to zkoušet, jak v simulaci, tak v reálu.

Ten odběr za bootstrapem umožňuje použít zesilovač s proudovým šumem, který je buzený ze zdroje s nízkou impedancí, rychlej bipolár.
Offset se řeší kompenzačním napětím.

#52 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 12:22

Ale kompenzační napětí bohužel nebude bez šumu... nevím nevím jak z toho vybruslit bez ztráty kytičky - asi doufat, že ten BJT bez proudu to ustojí. Aspoň v první iteraci.

danhard · #53 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 13:16

Tak je to dc, to snad bez šumu umíš

I kdyby tam bylo dc servo, tak to bude mimo rozsah působnosti.
Mě tam víc při 100 Mohmech dc kecá vstupní proud 2SK170, v simulaci 300pA.
Kvůli svodům jsme používali OPA627 v TO99 pouzdře.
Bylo to lepší než smd plastový, ale pak se ukázalo, že hlavní problém bylo mytí po letování vlnou a jetá mycí lázeň.

#54 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 14:08

he, DC je na úpravu jednodušší, přiznávám

do simulace JFETu bych asi použil spíš 3 pA

A ty svody, o tom musím popřemýšlet, standardně používám rozlitou měd, ale jestli bych radějí okolo mínus vstupu OZ neměl dát jen o kroužek?

danhard · #55 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 14:37

300pA mi ukazuje ten model 2SK170.
U OPA627 můžeš počítat 5pA, PN4117 jako dioda taky do 5pA.
Pokud potřebuješ dobrou izolaci na pouzdře, tak používám dvojité operáky a na citlivý neinvertující vstup vývod 5, pokud se jde do invertujícího, tak je to jedno. (svod mezi - napájením 4 a vstupem 3).
Takové OPA878, nebo OPA2878 jsou docela dobré

2SK2394 Gate Cutoff Current max. -1nA
Do 33pF a 100Mohm to samo naintegruje 20 milionů elektronů, nebude Ti to přebejvat ?

#56 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 15:01

V SO8 je to jedno jestli je jednoduchý nebo dvojitý (teda pokud pin 1 je NC). Já jsem povětšinou používal 5ti pinový SOT-23 a tam se dá s výhodou použít pin 4, má kolem sebe místa jako na koňské louce...

EDIT: elektrony nebudou přebývat, těch není nikdy dost

(je to DC, ne?)

danhard · #57 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 15:18

Je to dc proud na vstupu integrátoru, ten ale potřebuješ mazat, pokud integruješ jen na jednu stranu.
Mažeš ho na nějaké počáteční podmínky a dc proud na vstupu potom dělá chybu integrace.
1pA 6 elektronů každou mikrosekundu.

#58 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 15:22

To bude asi OK. Odpor ve zpětné vazbě nebude větší než desíky MΩ. Potřebuju integrátor za pár desítek, max stovek, µs vybít. Náběžná hrana bude kolem 1 µs, pokud teda použiju malý zpětnovazební kondík (kolem těch 2-5 pF). Zajímá mě jen ta výška pulzu.

danhard · #59 Příspěvek od **danhard** » 22 kvě 2023, 16:06

A ty potřebuješ naintegrovat jen jeden pulz ?
Já myslel že Ti tam prší nějaký záření v krátkějch kvantech a že potřebuješ jak zvýraznit ta kvanta, tak určit tok za nějakou dobu.

Na tom obrázku výše to byly 16ns pulzy 1nA (náboj asi 100 elektronů) s opakováním 2MHz a to tam vidím 20uV pulzy a 0,5uV kroky integrace, tam bych ale ty kvanta neviděl, jelikož by kroky byly pod šumem.
Je to tak schválně nadvakrát, protože si tak v integraci asi o 40dB odfiltruju vf šum zesilovače, integrátoru na konci pásma.

#60 Příspěvek od **Cust** » 22 kvě 2023, 16:14

jo, potřebuju měřit jedno kvantum
stavím kvantový detektor

Ta rychlost je tam proto, že máš ve zpětné vazbě 33 pF kondík a rychlý OZ. Zde už by mohlo být vidět, kdy putujou elektrony a kdy díry.
Já tam budu mít nejspíš jen 3.3 pF a pomalejší OZ. To mimo jiné znamená, že budu mít i 10x větší zisk. To ještě ale budu optimalizovat.

Za tím to ještě zesiluju už v plné šířce pásma, tak abych při zvolené energii detekované částice měl na výstupu puls o výšce 2 V.

Potřebuju mít šum co nejníž, abych viděl co nejníž...