Jung/Wurcer pojačavač izobličenja

[Dragan100]

Simulacija u PSpice for TI (OPA1611 + OPA827 kao servo) daje prag šuma na izlazu od 12nV/rtHz - uporedite to sa INA849   (prilog 2)
Wurcer je tada napisao da je šema došla iz odbačenog projekta za novi FET opamp kod ADI. Razlog da se ta ideja ne realizuje je bio relativno mali CMRR i nemogućnost da se dobije jedinično pojačanje (sklop ima min. pojačanje od 6dB).
Međutim, meni za projekat separatora izobličenja upravo treba ulazno diferencijalno kolo sa pojačanjem od 6dB koje automatski kompenzira minimalno slabljenje ulaznog atenuatora od 6dB. CMRR takođe nije problem jer će se iu budućem instrumentu spred ulaza nalaziti još jedan atenuator.

Prototip na perforiranoj pločici (v. prilog 3) ima izlazni offset od 3mV (svi kritični otpornici su 0,1%) koji se još može utrimovati (FET u servo kolu je 2SK117).

Analiza merenja šuma pomoću Cosmos ADC.-a potvrđuje rezultat simulacije.

JFE2140 u differ.ulaznom paru imaju skupa oko 2nV/sqrt(Hz) ulaznog naponskog šuma.
Rg nije upotrebljen (inače ide izmedju Source-a oba JFETa),  pojačanje je tako min 2V/V,
a 1K//1K na oba Source-a daju dodatnih cca 1K+ term.šuma, što je nešto više od 4nV/sqrt(Hz) na sobnoj temp.

tako da je tih 12nV/sqrt(Hz) na izlazu sasvim za očekivati.
:-)

Spektrogram šuma (v. prilog 4) pokazuje razliku od oko 1dB između sopstvenog šuma ADC-a (crvena linija) i šuma sa inampom na njegovom ulazu (zelena linija). Za crvenu liniju REW računa integralni šum od 3,952uVrms (22 - 22k UNW), a rezultat simulacije u istom BW je 1,8uVrms (šum inampa je po naponu dvostruko niži od šuma ADC-a ). Zbir ta dva šuma daje 4,33uVrms i računsku razliku između crvene i zelene spektralne linije od 0,8dB, što se poklapa sa onim što vidimo na slici.

Na žalost, sada dolazi ono Njegoševo o čaši žuči i čaši meda .
Moj prototip ne postiže THD koji je @PMA izmerio i to ne za malo, već za celih 50dB (drugi harmonik na -84dBc, v. prilog 5).
Očekivao sam da prototip na perforinaoj pločici neće imati isti THD kao uradak na propisno urađenoj pločici sa obostranim GP, ali je razlika baš drastična.
Kontrolisao sam sve veze nekoliko puta, ali ne nalazim nikakvu grešku, a rezultat vrlo malo zavisi od toga koji opamp imam iza FET ulaza (isprobano sa OPA827 i 627).
Servo opamp ima neki uticaj na THD, napr. LT1007 pogoršava THD za nekoliko dB u odnosu na OPA134, što je u odnosu na iznos razlike u THD zanemarljivo.
Isprobao sam i verziju sa dva neuparena 2SK170 ali se rezultat nije promenio (offset na izlazu je bio skoro 0,5V, ali to nije od značaja za THD).
Ako ne nađem grešku na prototipu, moraću da idem na rešenje sa PCB, Khadgar2007 se već ponudio da je nacrta .

Servo opamp treba da bude iz familije CMOS ili FET ulaz, jer nam zatreba tu ulazni strujni šum minimalan.
Tako da taj dodatni šum utiče na THD+N
C3 donekle dodatno filtrira CCS, ali daje i duži StartUP do smirenja.
Za to vreme smirenja na ulazima servoa, može na izlazu serva biti i -RAIL, što daje oko 20mA I_LTPja.
To možemo limitirati uguranom diodicom od GND prema izlazu servoa 
i dodatnim cca 330R otpornikom na izlazu servoa, da limitiramo max struju servoa (da neide u protekciju/limitaciju).
Tako smo tu limitirani do max -650mV i strujom I_LTP do nekih 6mA_max za vreme StartUPa.

125R kao strujni shunt do +Vcc daje sa 4mA tek 500mV pada napona, pa treba servo opamp odabrati i da su mu ulazi Rail-to-Rail.
Slobodno se postavi tu 250R ili viši, dobijemo pad napona ranga 1V+, pa je lakše pronači poslije odgovarajuči opamp.

Ulazi opampa na drainovima ulaznih JFETa takodjer bivaju sada na nekom naponu skoro do Raila POS
4mA*125R + 2mA*1K = 500mV+2V =>>ulazi su tada biasirani na RAIL-2,5V, 
gdje imamo sa pojačanjem 2V/V i AC signal 1/§ ulazne amplitude (§ = gain FET ulaznog LTPja),
pa možemo brzo iz bezbednog rajona CommonMode Voltage input Range, koji zna biti i par V ispod RAILova!!!
Ovo dodatno korigira i servo-opamp, sve u svojim mogučnostima brzine SR i BW,
jer radi u CurrentFeedback-u sa Rshunt!

Te otpore komotno staviti 2K2...3K3 što tačnije vrednosti medjusobno, 
pošto direktno učestvuju u bildovanju izlaznog DC offseta 
i/ili predvidjeti tu još dodatan trimmpot izmedju ulaza opampa+otpornik od trimmpota do +VCC 
za fino podešavanje izlaznog offseta.



Za loš THD (daleko od očekivanog vrlo malog) sumljam baš u taj CommonMode Voltage input Range opampa iza FET ulaza!
Current mirror kasnije, umesto samo ta dva otpornika u drain-ovima, takodjer bi nešto dodatno poboljšao situaciju THDja.