Uso de OpAmps para amplificar una señal de CC de bajo voltaje / alto ruido

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Estoy recibiendo una señal de CC a través de un dispositivo llamado copa Faraday. Es efectivamente una pieza conductora de cobre y cuando un gas se ioniza cerca y los iones chocan con la copa, se acepta como corriente.

Quiero hacer lo siguiente:

  1. Convierta esta corriente en voltaje, la corriente es baja, por lo que la resistencia de la copa en sí no es suficiente para convertirla en voltaje, por lo que he incluido una resistencia en el circuito como se muestra en la figura . El otro extremo de la copa está atado al suelo a través de una pequeña resistencia de purga, como se muestra.

  2. Toma esta entrada de bajo voltaje y amplíala, preferiblemente 100 veces.

  3. Minimice los problemas de ruido e impedancia siempre que sea posible.

A este fin, estaba pensando en el siguiente circuito.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Tendré un filtro de paso bajo configurado como la entrada al primer opamp, el búfer, así que puedo permitir las entradas de corriente más baja (DC) en el amplificador operacional ya que eso es lo que deseo. Quiero que la resistencia sea lo suficientemente alta como para convertir la corriente a voltaje como lo mencioné anteriormente, pero se puede cambiar la capacitancia para hacer que la frecuencia de corte sea decentemente baja (para que pueda acercarme lo más posible a CC).

Por otro lado, tendré un filtro de paso alto que va a tierra porque quiero que todo ese ruido de alta frecuencia y otras cosas se eliminen de mi circuito.

Luego, la salida del búfer se alimenta a un amplificador no inversor con una ganancia de 10, y luego otra con una ganancia de 10. La razón de esto es debido a las limitaciones de ancho de banda en el LM358. Entonces, cuando todo esté dicho y hecho, quiero tener un voltaje de salida decentemente alto en el rango de 1-3 V con el mínimo ruido posible.

¿Esto parece una configuración decente o hay maneras para mejorarlo? Había considerado usar un amplificador de instrumentación pero actualmente no lo soy porque:

  1. No he podido lograr que la ganancia funcione, es decir, simularía una ganancia de 100, pero al conectar eso solo obtendría 20-40.

  2. El InstrAmp de un solo chip es un poco caro

  3. Solo necesito comparar Faraday con tierra para que las dos entradas con búfer no me beneficien, ya que solo necesito conectar a tierra la entrada de inversión.

pregunta FrankerZ

1 respuesta

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La técnica preferida para medir la corriente de un haz de iones es usar una configuración de amplificador de transimpedancia (TIA). Pienso aquí en los espectrómetros de masa de gas, pero en general es una buena idea porque mantiene el potencial objetivo a cerca de cero voltios. Imagine lo que le sucede a su haz de iones cuando la "copa" comienza a cargarse: ¿desviará el haz y cometerá errores de medición? Posiblemente así. De todos modos, este es el tipo de circuito que creo que tiene más sentido: -

El voltaje de salida es la corriente de entrada de R x y es posible que R tenga que estar en el orden de giga ohmios. También hay amplificadores operacionales especializados que se adaptan a esta aplicación porque las corrientes de fuga de las entradas del amplificador operacional pueden producir un error significativo dado el tamaño que R debe tener. Consulte las carteras de amplificadores operacionales especializados de TI y ADI para ver qué hay disponible que tenga corrientes de bajo sesgo.

La impedancia de entrada vista por el haz de iones es nominalmente cero y el amplificador operacional logra que, con retroalimentación negativa, mantenga la entrada inversora al mismo potencial que la entrada no inversora, es decir, 0V.

    
respondido por el Andy aka

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