Amplificador multietapa de bajo ruido

Estoy tratando de construir un receptor de campo eléctrico para detectar ondas VLF para que mi ancho de banda opere esencialmente dentro del rango de 1 kHz a 100 kHz. Tendré una antena de látigo corta (1-2 m de largo) como mi antena y estoy tratando de averiguar el diseño del preamplificador.

Soy un principiante en esto, así que puedo estar enfocándolo mal y quería recibir algunos comentarios sobre mi diseño. Todavía no tengo un diagrama de circuito detallado, pero como concepto aproximado, estoy pensando en usar un drenaje común JFET diferencial (seguidor de fuente) como etapa de entrada (que tendrá una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida). Esta etapa tendrá un ruido realmente bajo y una ganancia baja ya que esta etapa afecta más la figura de ruido de todo el amplificador.

Luego, para la etapa de ganancia, estoy pensando en usar un par de base común BJT diferencial que estará acoplado a CC. Esta etapa traerá la mayor ganancia y también debe ser de bajo ruido.

Para la etapa de salida, estoy pensando en usar un amplificador operacional seguidor de voltaje con un transformador reductor. (No estoy seguro de esta etapa. ¿Tal vez usar un seguidor de emisor es una mejor idea?)

Si puedo optimizar este diseño, ¿funcionaría bastante bien para mi caso en términos de ganancia, ruido y ancho de banda? Además, ¿sería este un mejor diseño que un amplificador de instrumentación/amplificador operacional de entrada JFET convencional?

vlf.it/cr/ differential_ant.htm describe un preamplificador diferencial con antena dipolo. También he visto un solo preamplificador de drenaje común JFET. Vivimos en un entorno 1/f donde las fuentes de ruido en estas bajas frecuencias son dominantes.
¿Qué impedancia de entrada esperas? Comentarios sobre su diseño: intente agregar un esquema, no palabras.

Respuestas (2)

El diseño de bajo ruido comienza con la evaluación del nivel de impedancia requerido. El mejor amplificador para una impedancia de fuente de 1k (OPA211, 1,1 nV) no funcionará bien con una impedancia más alta (antena de látigo de 2 m hasta 100 kHz) debido a su gran corriente de ruido. Para su aplicación necesita un amplificador de entrada FET como front-end.

Debería comenzar a experimentar con algo tan simple como TL071, que aunque el ruido es de 18 nV, esencialmente no tiene ruido de corriente, por lo que se adapta bien a su fuente. Echando un vistazo un poco a su alrededor obtendrá amplificadores de entrada FET con un voltaje de ruido más bajo, pero si quiere lo mejor, debe crear el suyo propio con FET discretos, siguiendo las ideas generales de Bob Pease en este artículo, usando FET en lugar de bipolares en el frente

Por otra parte, una vez que haya consultado el espectro de ruido de fondo atmosférico en la publicación de Kevin, ¿necesita algo mejor que 18 nV de todos modos?

Una vez que su primera etapa tiene suficiente ganancia, la contribución de ruido de las etapas posteriores se vuelve irrelevante. Si su primera etapa tiene nuevamente más de 3, y la primera y la segunda etapa tienen el mismo ruido, el ruido de la primera etapa dominará totalmente la segunda etapa.

Solo un pensamiento. A 100 kHz, la longitud de onda es km, por lo que un número de antenas no es una matriz en fase, es solo un grupo de antenas, para cualquier tamaño práctico. Use 4 antenas, en un amplificador cuádruple y agregue las salidas. El ruido ambiental estará correlacionado, por lo que se agregará como voltaje, el ruido del amplificador no está correlacionado, por lo que se agregará como potencia. Cada vez que duplica el número de receptores, mejora la relación señal/ruido (SNR) en 3dB.

Su mayor fuente de ruido a bajas frecuencias probablemente será atmosférica y artificial en lugar de un circuito generado. Sin embargo, su diseño básico suena razonable

Ruido atmosférico (Wikipedia)

Básicamente estoy tratando de detectar ese ruido atmosférico, pero sí, el ruido hecho por el hombre probablemente sea mi problema. Sin embargo, todavía quiero que el amplificador sea lo más silencioso posible. ¿Crees que este diseño funcionaría mejor que un amplificador de instrumentación de entrada JFET convencional o debo quedarme con eso? Y si no, ¿crees que para la etapa de salida debería usar un seguidor de emisor en lugar de un seguidor de voltaje + transformador? Gracias.
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