Problema compensare atenuator

[nimeni_altci]

Salut,

 

Am si eu o problema care ma chinuie de ceva vreme, si dupa multe ore de lucru in laborator am zis sa postez aici. Vreau sa fac un circuit care sa imi amplifice(daca e prea mic) sau sa imi atenueze un semnal(daca e prea mare). Amplificarea/atenuarea o modific folosind multiplexoare analogice, combinate cu OA si divizoare. Problema apare atunci cand incerc sa atenuez un semnal, pentru ca nu stiu din ce cauza am offset la iesire din orice attenuator. Pur si simplu semnalul e simetric fata de 0 la intrare, iar cand iese din attenuator, are offset. Mentionez ca atenuatoarele sunt compensate corespunzator, si intru cu semnal prin BNC si sonda osciloscop 1x. Prima oara am banuit ca ar fi impedanta osciloscopului de vina, care imi strica semnalul(capacitatea), asa ca am masurat si la iesire din operationale, si e la fel, cu offset. Care credeti ca ar putea fi motivul pentru care are offset? Mentionez ca am realizat cablajul pe doua straturi, iar daca e nevoie de PCB il pot posta aici.

 

Am atasat si schema mai jos. Multumesc.

[UDAR]

Cât de mare e offset-ul ? Cât sunt rezistențele ? Pun aceste întrebării în ideea că vinovatul ar putea fi curentul de pierderi ( leakage ) al MUX-ului . Deși nu prea ar trebui , la sute de kΩ ar trebui să fie sub mV.

[nimeni_altci]

Este destul de mare si e proportional cu tensiunea de intrare. La 1V, offsetul era de vreo 600mV. Rezistentele sunt de 500k-500k , 900k-100k, 900k-200k.

Muxum e e calitate. E fabricat de MAXIM. Are leakage current de nA.

Editat Aprilie 22, 2015 de nimeni_altci

[UDAR]

Da , e clar că nu e de la leakage . Cum alimentezi MUX-ul, cu +/- 5V ? 

[nimeni_altci]

Da. Si operationalele la fel.Nu e de la alimentare. Am incercat si cu 7805/ 7905 si cu sursa de laborator.

[ratza]

Apare tensiune pe pinii de la MUX dacă intrarea e în scurtcircuit?

[Vizitator]

Este destul de mare si e proportional cu tensiunea de intrare. La 1V, offsetul era de vreo 600mV. Rezistentele sunt de 500k-500k , 900k-100k, 900k-200k.

Daca "offsetul" are valori asa de mari si este si proportional cu semnalul de la intrare, atunci sunt mari sanse sa se manifeste un efect de redresare a semnalului sau o puternica distorsionare asimetrica a sa intr-un etaj. Daca fenomenul se intampla in MUX-uri, de obicei este asociat deschiderii diodelor de protectie sau a diodelor parazite MOS, ori s-ar putea datora unei componente activa defecta (incluzand AO). Ai verificat semnalul la intrarile si iesirile fiecarui etaj in parte (iesirea fiecaruia deconectata), inclusiv forma sa, cu osciloscopul (cuplat AC si DC)?

 

O observatie; pentru ce gama a semnalelor de intrare va fi utilizat acest circuit ? Atunci cand este selectat un atenuator cu factor mare de atenuare corespunzator situatiei in care gama tensiunilor la intrare este mare, semnalul de intrare (eventual de valoare mare) ramane aplicat in continuare (eventual prin rezistentele din atenuatoare) la toate celelalte intrari ale MUX-ului IC1. De exemplu (si cel mai evident), semnalul aplicat la intrare este aplicat intrarii X3 IC1 pin 11 indiferent ce atenuare este comutata in circuit, deci indiferent ce nivel de semnal este aplicat la intrarea X2 a aparatului acesta apare direct la intrarile MUX-ului, si in consecinta semnalul aplicat la intrarea X2 a aparatului nu ar trebui sa depaseasca nivelul maxim admis dictat de alimentarile MUX-ului 4052.

Un alt aspect conex acestei situatii este acela ca aplicarea accidentala a unei tensiuni mari poate conduce la defectarea  IC1 la pin 11, neexistand vreun element de protectie acolo pentru pin11 IC3.

Iar in final: in cazul selectarii intrarii X3 a lui IC1 (intrarea cuplata direct), se pare ca intrarea neinversoare pin 3 a AO IC3 ramane deconectata de la GND, ramane "in aer"?! 

[nimeni_altci]

Buna seara si multumesc pentru raspunsuri. Imi cer scuze ca nu am mai raspuns, dar am fost plecat din localitate si nu am avut placa la mine pentru masuratori. Ulterior, am fost ajutat de un membru al acestui forum si am gasit problema cu offsetul. Intrarea primului operational lua prea mult curent(0.7uA), si astfel divizorul rezistiv era "incarcat". Adica nu mai era un divizor rezistiv. Voi remedia problema prin insertia unui buffer cu intrare MOS. inainte de AO.

 

@Traian B, cu ocazia postului tau am mai identificat o problema, poate mai mare. Adevarat, daca as veni cu 50V pe intrare, chiar daca sunt conectat pe divizorul 1:10, tensiunea ar ajunge si pe pin direct. Oare e vreo solutie de a remedia problema asta? Am vrut neaparat sa reglez treptele de atenuare digital, nu din sonda. Va rog, daca aveti vreo sugestie ar fi binevenita.

Multumesc!

[Vizitator]

Felicitari ca ai rezolvat.

Inteleg ca problema o constituia curentul de intrare (polarizare) sau curentul de offset in sine al AO, de 0,7 uA ? Este un pic ciudat, in primul rand pentru ca chiar si pentru un  uA741 de productie moderna valoarea respectiva ar fi prea mare (ST il specifica la <100nA), si in al doilea rand (si mai ales) pentru ca efectul acestui curent nu ar fi trebuit sa fie proportional cu valoarea semnalului aplicat la intrare. Mai degraba sa fi fost vorba despre un defect al AO.

Nu ar trebui sa fie nevoie neaparat sa adaugi un buffer cu MOS la intrare acestui AO (desi dpdv al curentului de intrare MOS este cel mai avantajos): un AO cu J-FET ar trebui sa fie suficient in aceasta privinta.

In ceea ce priveste intrebarea de mai sus, o posibilitate ar fi aceea sa nu selectezi atenuatoare individuale separate pentru fiecare gama in parte ci sa comuti intr-un atenuator numai rezistenta din atenuator care este conectata la masa, comutand valoarea ei se poate obtine atenuarea dorita; are dezavantajul ca impedanta de intrare la borna aparatului nu poate fi constanta (insa la un atenuator decadic variatia de la o gama la alta ar fi totusi sub 10% , iar avand astfel permanent o rezistenta de valoare mare in serie cu intrarea in mod implicit aceasta asigura si o limitare a curentului de intrare in caz de supratensiune la intrare).

In orice caz, indiferent de abordare, dupa atenuator este bine sa se includa o protectie dedicata la supratensiune a intrarilor in AO sau in eventualul MUX, chiar daca este limitata mult valoarea curentului de intrare, uneori efectele unei supratensiuni accidentale la intrarea unui AO (inclusiv electricitatea statica aplicata accidental la intrare) pot fi nu neaparat total distructive cat calitative (incluzand cresterea Ios si Vos).

Nu stiu ce performante doresti sa obtii acolo, dar in cazul in care capacitatea echivalenta la intrare trebuie redusa, ori daca precizia atenuarii trebuie foarte buna, ia atunci in considerare si posibilitatea de a utiliza pentru comutare relee miniatura.

 

Toate cele bune, si succes!

[Mikrosha]

741 are 100nA pentru că are f*bw 1MHz sau pe-acolo, pe cînd AD8031 are 300MHz. La bipolare e ca la triode, vrei frecvenţă mai mare, creşti curentul, ca să se poată lupta mai bine cu capacităţile de ieşire şi Miller. De-asta AD8031 are curent de bias considerabil mai mare. Da, aparent tot cu un comutator mecanic ar fi cel mai simplu. Chiar şi Tektronixurile de zeci de mii de euro tot păstrează un releu pe atenuatorul calibrat.

[Vizitator]

Ai perfecta dreptate, Mikrosha, nu observasem tipul exact de AO, insa ceea nu mi se pare ok nu este vreo problema legata de vreun parametru DC a intrarii AO (indiferent de tipul sau efectul sau) ci este  fenomenul de proportionalitate intre amplitudinea semnalului aplicat la intrare si tensiunea continua de la iesire, si care nu poate fi cauzat numai de curentul de polarizare in sine. Un curent de polarizare, chiar si de valoare ridicata, chiar eventual asociat cu efectele offsetului de tensiune si de curenti la intrari, conduce inevitabil la prezenta unei tensiuni continue semnificativa la iesirea AO, insa curentul de polarizare al AO in sine nu explica (sau nu justifica) proportionalitatea acesteia cu amplitudinea semnalului aplicat la intrare, respectiv nu concorda cu cresterea tensiunii DC la iesire odata cu cresterea amplitudinii semnalului AC aplicat, ajungand la acel 600 mV DC din 1V AC care ca efect aproape ca este echivalent unui redresor cu dioda. O necunoscuta este insa aceea daca nu cumva masuratoarea s-a facut pentru cazul atenuarii neintrodusa in circuit (X3 din MUX selectata), caz in care -cel putin dupa cate imi dau seama din schema- intrarea AO pare a fi nepolarizata in DC. Pana la urma, nefiind ceva complicat, problema initiala poate fi rezolvata si cred ca se va rezolva, indiferent daca -asa cum se mai intampla- cel putin eu nu sunt (inca) 100% lamurit.

[ratza]

curentul de polarizare al AO in sine nu explica (sau nu justifica) proportionalitatea acesteia cu amplitudinea semnalului aplicat la intrare, respectiv nu concorda cu cresterea tensiunii DC la iesire odata cu cresterea amplitudinii semnalului AC aplicat, ajungand la acel 600 mV DC din 1V AC care ca efect aproape ca este echivalent unui redresor cu dioda.

Chiar este redresor cu diodă. În datasheet la AD8031 se poate observa că etajul de intrare e realizat cu bipolari (pagina 13 de aici: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8031_8032.pdf). Aceştia sînt aproape întotdeauna protejaţi intern cu diode antiparalel, deci probabil că asta e cauza.

[Mikrosha]

Amplitudinea DC a offsetului nu este proporţională cu tensiunea de intrare ci cu gama de intrare, măsurarea făcîndu-se cu intrarea în scurt circuit. Pe gama cea mai de jos, rezistenţa de intrare echivalentă e undeva sub 100k. Pe gama de 500K cu 500K spre exemplu, rezistenţa echivalentă este de 250K. E firesc ca offsetul să fie mai mare pe rezistenţă de intrare mai mare. Mystery solved.

[Vizitator]

Mikrosha, afirmatia nu era aceea ca tensiunea are alta valoare (fixa) pentru fiecare atenuator sau gama selectata in parte asa cum este cea cauzata de curentul de polarizare, ci este alta:

Este destul de mare si e proportional cu tensiunea de intrare. La 1V, offsetul era de vreo 600mV.

Cel putin pentru mine expresia subliniata a semnificat altceva, si conform acesteia am gandit (am avut de-a face cu o situatie in care se manifesta -si era utilizat in circuit- exact fenomenul subliniat, fiind cauzat de deschiderea protectiei la intrarea unui circuit CMOS din seria 4000B). insa nu este exclus ca situatia sa fie cea specificata de tine, caz in care discutia este bineinteles incheiata, si astfel ar fi putut fi incheiata de la inceput.

Ar putea fi vorba aici de o situatie care, asa cum am mai subliniat prin zona, demonstreaza ca vocabularul utilizat de catre fiecare electronist este cu muuuult mai important decat pare majoritatii forumistilor.

.