Vill detektera en strömpuls (0.5 uA under c:a. 1 uS), utsignalen från "detektorn" ska kunna läsas av en mikrokontroller med en klockfrekvens på maximalt 1 MHz.
Har testat gjort följande:
Testpulsen enligt ovan genereras med hjälp av en pulsgenerator varsutgång kopplas i serie med en stor resistor. Signalen går därefter in till den enklaste typen av ström-spännings-omvandlare byggt med opförstärkare, denna förstärker även spänningen med en faktor 100 000. Därefter går signalen vidare till en förstärkare som förstärker signalen ytterligare en faktor 10. I sista steget skickas signalen in i en komparator som jämför spänningen mot 0.5 v. De OP-förstärkare som används är TL082.
Ett av problemen är att kretsen är extremt känslig - tar man in någon komponent så ger den utslag direkt. Ett annat problem är att den inte detekterar så korta pulser som jag är ute efter. Kretsen är nu byggd på ett kopplingsdäck vilket medför en del extra kapacitanser - men att bygga det på kretskort är nog inte hela lösningen på problemet. Tror ni att det är möjligt att använda den här tre-stegs uppställningen (spänning-till-ström, förstärkare, komparator) eller har ni något förslag på annan metod? Kan det vara bättre att i första steget förstärka strömmen?
Detektera strömpuls
Du går fel håll.
Tänk på att op-amp har konstant gain-bandwidth, alltså förstärker första op-amp ENBART störningar med 100000x. Detta betyder att du antingen ska skaffa en mycket snabb op-amp för att förstärka pulsen eller lösa det på annat sätt.
Du skriver att strömpulsen är på 0,5µA men är det från 0µA eller?
Vilket spänningssväng kan ske?
Tänk på att op-amp har konstant gain-bandwidth, alltså förstärker första op-amp ENBART störningar med 100000x. Detta betyder att du antingen ska skaffa en mycket snabb op-amp för att förstärka pulsen eller lösa det på annat sätt.
Du skriver att strömpulsen är på 0,5µA men är det från 0µA eller?
Vilket spänningssväng kan ske?
Tack för att du tog dig tid att svara, lägger till mer detaljerad information.
Den strömpuls som ska detekteras kommer från att en kondensator laddas upp. I verkligheten utgörs kondensatorn av två stycken kopparplattor, Spänningsskällan som används vid uppladdningen av kondensatorn är en typ av remsa som fungerar som ett vanligt batteri på 1 volt då det tillförs vätska. Kortslutningsströmmen för batteriet är minst 50 uA. Den inre resistansen ska enligt uppgift (ej verifierat) vara 10 k ohm.
Strömmen bör därför följa kondensatorekvationen nedan:
i(t)=e^(-t/RC)/R
Alltså innan batteriet är aktiverat ska spänningen vara noll och därmed är strömmen också noll.
Varför är det enbart störningarna som förstärks? Är med på att det är 100 000 ggr förstärkning vid likspänning, men hur blir det i detta fall. I detta fall är det ju op-förstärkaren som tar in signalen kopplad som en ström till spänning omvandlare.
Den strömpuls som ska detekteras kommer från att en kondensator laddas upp. I verkligheten utgörs kondensatorn av två stycken kopparplattor, Spänningsskällan som används vid uppladdningen av kondensatorn är en typ av remsa som fungerar som ett vanligt batteri på 1 volt då det tillförs vätska. Kortslutningsströmmen för batteriet är minst 50 uA. Den inre resistansen ska enligt uppgift (ej verifierat) vara 10 k ohm.
Strömmen bör därför följa kondensatorekvationen nedan:
i(t)=e^(-t/RC)/R
Alltså innan batteriet är aktiverat ska spänningen vara noll och därmed är strömmen också noll.
Varför är det enbart störningarna som förstärks? Är med på att det är 100 000 ggr förstärkning vid likspänning, men hur blir det i detta fall. I detta fall är det ju op-förstärkaren som tar in signalen kopplad som en ström till spänning omvandlare.
Pulser på 1µs motsvarar 500kHz och med en op-amp med Gbw på kanske 10^6 kan du alltså få 4x spänningsförstärkning med den. Att sedan sätta den att förstärka hur mycket som helst betyder att bara otrevligheter förstärks mycket, den önskade puls förstärks 4x hur som helst.
Alltså kan du ha en bra o snabb op-amp och få den att förstärka lite, det ger en liten puls med kraftigt sänkt impedans vilket är mycket användbart.
Använder du t.ex. en 741 har den (enl. mitt minne) en Gbw på runt 100k, alltså kan du bara få en DÄMPNING med en sådan.
Sedan ska man räkna på slew-rate också men det är när det blir aktuellt med en exakt specifikation av vilken op-amp du tänker använda.
Alltså kan du ha en bra o snabb op-amp och få den att förstärka lite, det ger en liten puls med kraftigt sänkt impedans vilket är mycket användbart.
Använder du t.ex. en 741 har den (enl. mitt minne) en Gbw på runt 100k, alltså kan du bara få en DÄMPNING med en sådan.
Sedan ska man räkna på slew-rate också men det är när det blir aktuellt med en exakt specifikation av vilken op-amp du tänker använda.
Okej, har tittat lite i databladet och där står det att Gain Bandwidth är 3 MHz. Slewrate 13 V/us.
Är inte riktigt med på hur det blev 4x, men om vi antar att frekvensen är 500 kHz (i verkligheten är det ju inget periodiskt förlopp - efter att pulsen har passerat upprepas inte förloppet).
Vi säger att den maximala förstärkningen blir GBW/500 kHz = 6x, då borde samma resonemang fungera på nästkommande förstärkarsteg - d.v.s. jag kan använda ytterligare ett steg med 6 x förstärkning och således ha en total förstärkning på 36x. Stämmer detta? tyvärr blir det i detta fall för många förstärkarsteg (8st).
Angående slewrate så har jag för mig att det bara är att derivera uttrycket jag skrev tidigare och se till att op-förstärkaren har en Slewrate som är större än det största värdet som derivatan kan anta.
Är inte riktigt med på hur det blev 4x, men om vi antar att frekvensen är 500 kHz (i verkligheten är det ju inget periodiskt förlopp - efter att pulsen har passerat upprepas inte förloppet).
Vi säger att den maximala förstärkningen blir GBW/500 kHz = 6x, då borde samma resonemang fungera på nästkommande förstärkarsteg - d.v.s. jag kan använda ytterligare ett steg med 6 x förstärkning och således ha en total förstärkning på 36x. Stämmer detta? tyvärr blir det i detta fall för många förstärkarsteg (8st).
Angående slewrate så har jag för mig att det bara är att derivera uttrycket jag skrev tidigare och se till att op-förstärkaren har en Slewrate som är större än det största värdet som derivatan kan anta.
Uträkningen är korrekt, sedan kommer slew-rate in också.
Om det är ett periodisk förlopp eller inte har inget med saken att göra, en puls på 1µs motsvarar en halvvåg på 500kHz, därav talet.
Mitt tal var ett exempel baserat på gissning och ska ses som exempel.
Detta betyder att om din op-amp förstärker mer än 6x kommer det önskade signal att förstärkas 6x medan störningar förstärks mer, detta är inte önskvärd varför kopplingen ska ställas till att förstärka max. 6x.
Men det är frågan för OM du behöver detta.
Om du bara ska ha en digitalisering av den svaga pulsen kan det lösas på en del sätt, exakt vilket beror på vilka arbetsspänningar som finns tillgängeliga.
Om signalen t.ex. går in på gaten av en MOSFET med "Logic Level"-gate behövs det ca, 2,5V för att den ska gå på, väljer man en "klen" är gatekapaciteten liten och det kan räcka med ett motstånd mellan gate och source på 5MΩ. På det vis går MOSFET'en ON när pulsen kommer och vill man förlänga pulsen kan man sätta en timer efter.
Om det är ett periodisk förlopp eller inte har inget med saken att göra, en puls på 1µs motsvarar en halvvåg på 500kHz, därav talet.
Mitt tal var ett exempel baserat på gissning och ska ses som exempel.
Detta betyder att om din op-amp förstärker mer än 6x kommer det önskade signal att förstärkas 6x medan störningar förstärks mer, detta är inte önskvärd varför kopplingen ska ställas till att förstärka max. 6x.
Men det är frågan för OM du behöver detta.
Om du bara ska ha en digitalisering av den svaga pulsen kan det lösas på en del sätt, exakt vilket beror på vilka arbetsspänningar som finns tillgängeliga.
Om signalen t.ex. går in på gaten av en MOSFET med "Logic Level"-gate behövs det ca, 2,5V för att den ska gå på, väljer man en "klen" är gatekapaciteten liten och det kan räcka med ett motstånd mellan gate och source på 5MΩ. På det vis går MOSFET'en ON när pulsen kommer och vill man förlänga pulsen kan man sätta en timer efter.
Det går bra att använda en JFET op (TL082) som enligt första inlägget. Man skall bara veta att utsignalen inte blir proportionell mot spänningen utan mot spänningen gånger tiden. (Eller integralen U dt). Det är inte konstigt att detektorn då blir känslig mot störning inom lägre frekvensområden. Man kan komplettera med lämpliga filter. En diskret transistor, MOSFET eller JFET, går också bra. Fast numera är kanske integrerade OP-förstärkare billigare än diskreta transistorer.
Icecap: Det där låter ju riktigt bra =). Det är riktigt, jag är endast ute efter en digitalisering av pulsen. Är inte så påläst på MOS-FET men jag antar att den ingående strömpulsen ger ett spänningsfall över 5M resistorn och när spänningsfallet uppnår 2.5 volt så öppnas transistorn. Kan jag då tillämpa ohms-lag direkt för att bestämma resistorns värde t.ex.: R=2.5/0.5e-6 d.v.s. 5 M. Har du något tips på en lämplig transistor? om jag letar i datablad efter en MOS-FET till denna tillämpning vilka parametrar är de viktigaste?
SvenW: Varför blir utsignalen proportionell mot integralen U dt? I en ström till spänningsomvandlare bör väl utsignalen vara proportionell mot strömmen.
edit: Rättelse 2.7 v till 2.5 v
SvenW: Varför blir utsignalen proportionell mot integralen U dt? I en ström till spänningsomvandlare bör väl utsignalen vara proportionell mot strömmen.
edit: Rättelse 2.7 v till 2.5 v
crize:
Vad det gäller OPn enbart, så är det så att utsignalen är proportionell mot integralen U dt vid höga frekvenser. Sedan beror det på yttre komponenter hur inströmmen omvandlas till spänning. Jag antog att återkopplingmotståndet var stort eftersom det är 100 000 gångers spänningsförstärkning vid låg frekvens.
Vad det gäller OPn enbart, så är det så att utsignalen är proportionell mot integralen U dt vid höga frekvenser. Sedan beror det på yttre komponenter hur inströmmen omvandlas till spänning. Jag antog att återkopplingmotståndet var stort eftersom det är 100 000 gångers spänningsförstärkning vid låg frekvens.
Hmm... det är något som inte stämmer, en amperemeter ska ju ha en låg resistans mellan mätproberna, i detta fall kommer ju 5 M resistorn att ligga i serie med den krets jag ska mäta på - vilket medför ett felaktigt mätresultat. Det batteri som ska ladda kondensatorn är på 1 V vilket medför att spänningen aldrig kan bli 2.5 v och MOSFET:en kommer därmed inte att öppnas.
I bilden nedan visas detektorn tillsammans med mätobjektet. Kopparplattorna är separerade med ett kort avstånd och kommer att fungera som två stycken seriekopplade kondensatorer. Dessa kommer att laddas upp med hjälp av batteriet.
I bilden nedan visas den tänkta strömpulsen
Har jag misstolkat detta d.v.s. att 5M motståndet inte hamnar i serie med mätobjektet? Om det skulle hjälpa så finns det inget direkt hinder att seriekoppla flera av dessa batterier och därmed uppnå en högre spänning.
Det skulle vara bättre att kunna lösa problemet med hjälp av MOS-FET transistorer istället för operationsförstärkare om man klarar sig med en enkel matningsspänning.
grym: Jag misstänker att högpass filtret kommer att ge liknande problem som beskrevs ovan eller tänker jag fel?
I bilden nedan visas detektorn tillsammans med mätobjektet. Kopparplattorna är separerade med ett kort avstånd och kommer att fungera som två stycken seriekopplade kondensatorer. Dessa kommer att laddas upp med hjälp av batteriet.
I bilden nedan visas den tänkta strömpulsen
Har jag misstolkat detta d.v.s. att 5M motståndet inte hamnar i serie med mätobjektet? Om det skulle hjälpa så finns det inget direkt hinder att seriekoppla flera av dessa batterier och därmed uppnå en högre spänning.
Det skulle vara bättre att kunna lösa problemet med hjälp av MOS-FET transistorer istället för operationsförstärkare om man klarar sig med en enkel matningsspänning.
grym: Jag misstänker att högpass filtret kommer att ge liknande problem som beskrevs ovan eller tänker jag fel?
Ja, med ett 1V batteri måste man nog ta till lite andra tag.
Man kan lägga en bias på gaten via 5M motståndet och ha en konding på ingången med en pull-down på batterisidan, det skulle ge en puls.
.... hmmmm... vänta nu lite.... batteriet kan GE 500nA och har en inre resistans på 10k... men vad händer om man MATAR IN en mycket svag ström, säg 5V 100nA, då borde man få ett spänningsdyk när batteriet "tar emot" laddningen.
Jag förstår att batteriet rörs fysisk förbi mätpunkterna ganska snabbt eller hur?
Det känns som att du inte vill förklara helheten och jag känner att det är ett problem, det finns inget sätt att hitta rät mätmetod.
Man kan lägga en bias på gaten via 5M motståndet och ha en konding på ingången med en pull-down på batterisidan, det skulle ge en puls.
.... hmmmm... vänta nu lite.... batteriet kan GE 500nA och har en inre resistans på 10k... men vad händer om man MATAR IN en mycket svag ström, säg 5V 100nA, då borde man få ett spänningsdyk när batteriet "tar emot" laddningen.
Jag förstår att batteriet rörs fysisk förbi mätpunkterna ganska snabbt eller hur?
Det känns som att du inte vill förklara helheten och jag känner att det är ett problem, det finns inget sätt att hitta rät mätmetod.
