¿Cómo amplificar una señal de baja amplitud y alta frecuencia del transductor ultrasónico?

Estoy trabajando con unos transductores ultrasónicos, el receptor recibe una señal de alrededor de 10 mVp-p a 125 kHz y para su propósito necesita una ganancia de alrededor de 10.

Hasta ahora, tiene una configuración OP-Amp de inversión simple, sin embargo, no puede obtener ninguna ganancia (las ganancias se logran utilizando una configuración de generador de señal, con el mismo circuito, en lugar de un transductor real como entrada). Por lo tanto, me llevan a creer que tiene algo que ver con la impedancia de entrada, es decir, la del propio transductor.

¿Éxito moderado usando primero un búfer de ganancia unitaria, que luego podría amplificarse? Como la impedancia de entrada al segundo amplificador operacional sería más fácil de manejar.

Me pregunto qué tipo de configuración se requiere para esta aplicación. He visto algunas publicaciones sobre el uso de múltiples amplificadores operacionales, pero para esta aplicación, quiero mantener el consumo de energía lo más bajo posible. Alimentado con 3 pilas doble A, con un modo de funcionamiento normal inferior a 30 uA. Para modo de prueba hasta alrededor de 600 uA.

Gracias por leer.

¿Qué impedancia comienza a afectar significativamente el nivel de salida del transductor? "Quiero mantener el consumo de energía lo más bajo posible" - ¿1 vatio? 1 milivatio? 1 microvatio?
Se alimentará con 3 baterías doble A, con un modo de funcionamiento normal de menos de 30 microamperios. Para modo de prueba hasta alrededor de 600 microamperios. La impedancia del propio transductor en estado estacionario es de alrededor de 2 megas (puede depender más). Para la impedancia de la resistencia, todavía no estoy muy seguro.
Como encontró, agregue un búfer de entrada de voltaje. Pero primero, coloque el inductor variable correcto a través de su transductor, ajustado para un pico de resonancia RLC (capacitancia del transductor en paralelo con el inductor agregado, típicamente un rango de cien nH). Esto puede aumentar el voltaje en 10X o más. El beneficio adicional es que bloquea el ruido que no es de 125 KHz.

Respuestas (2)

Necesita un amplificador que tenga un producto de ancho de banda de ganancia lo suficientemente alto, definitivamente por encima de unos pocos MHz, preferiblemente 10-20 MHz para una ganancia razonablemente estable, suponiendo una onda sinusoidal a 125 kHz. Si su señal tiene muchos armónicos más altos, entonces más alto. El uso de un amplificador de rendimiento demasiado alto incurrirá en una penalización de potencia sin brindarle muchos beneficios.

La velocidad de respuesta no es demasiado importante, dada su baja salida de 100 mV, pero en cualquier caso debe ser superior a 2 π F V así que alrededor de 0.1V/ m segundo.

A menudo se utilizan varios amplificadores para obtener una ganancia alta en un ancho de banda amplio, ya que puede obtener una ganancia de 1000 con dos o tres amplificadores de ganancia 31,6 o 10 en lugar de tratar de encontrar un amplificador con un producto de ancho de banda de ganancia en el rango de GHz, que seguramente se calentará bastante y probablemente estará irritable y oscilará si lo mira de lado a lado.

Si realmente está buscando micropotencia, puede hacerlo mejor con un diseño de transistor discreto que con un amplificador operacional de uso general.

No es exactamente micropotencia, el diseño utilizará algunas baterías doble A, con un enfoque en la vida útil prolongada. Tengo un par de amplificadores operacionales disponibles que tienen un gran ancho de banda de ganancia en ese rango, la mayoría tiene una velocidad de respuesta excesivamente alta. Por ejemplo, OPA350 y LT1360.
OPA350 se ve bastante bien, funcionará hasta <3V.

Considera esto

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Puede reemplazar el primer transistor con un NJFET. El circuito puede, con su polarización automática, tolerar esa sustitución importante.

Posible error de ganancia: la ganancia será Rcollector / (Remisor + 1/gm de Q2) A 1mA Ic (o Ie) de Q2, la gm (transconductancia) es 1/26 ohmios. A 50uA IC, el gm es 1/(50 * 26) = 1/1300 ohmios, que es un GRAN error de ganancia. Reduzca el Re de 5,1 Kohm a 3,9 (o 3,8) Kohms.

Observe el uso de Q3 como dispositivo Cascode, para minimizar el efecto Cmiller. El Cob, o C_collector_base, es un parásito derrochador que consume la energía de la señal de entrada.

Aquí hay otra topología, con bucle de retroalimentación para una ganancia precisa

esquemático

simular este circuito

Para baja potencia, aumente las resistencias en 1000X. Habrá una gran capacitancia de entrada Cmiller. Esto proporciona una ganancia Av = 11 (no 10).

Con la falta de polarización adaptativa, este circuito es exigente con el voltaje de entrada/base. He usado transistores superBeta para implementar DC Zin alto.

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