Ruido/oscilaciones no deseadas en la salida del amplificador óptico

Question

Estoy trabajando en un circuito amplificador de tensión de vibración piezoeléctrica. El esquema de trabajo se adjunta a continuación. Desde una batería de 9V estoy usando un 7805 para proporcionar 5V tanto a mi amplificador óptico de suministro único como a la conexión de alimentación de 5V en mi piezo de estilo micrófono de contacto.

He probado este circuito con varios op amps JFET de alta impedancia diferentes. La configuración actual en cuestión utiliza un LMC660CN. Se puede utilizar desde una sola fuente de alimentación, el swing de carril a carril, tiene 126 dB de ganancia (creo que esto es mucho más de 100.000 V / V de ganancia), 6mV de tensión de offset de entrada, y la corriente de polarización de entrada 2pA.

Cuando enciendo el circuito, Vout inicialmente se pone bajo. Cuando subo el pote de Rf a unos 100k, y la ganancia es de unos 1000, el circuito es bastante sensible, y responde como se espera a las vibraciones que hago en mi mesa. Necesito una ganancia alta para captar algunas vibraciones muy, muy pequeñas.

Si dejo reposar el circuito durante unos 30 segundos, empiezan a producirse oscilaciones en la salida, entre unos 0 y 800mV, y a veces aparece un sesgo de DC, y oscila en este rango unos ~400mV.

He leído mucho sobre los op amps oscilantes, y he consultado la hoja de datos de este chip que propone añadir un cap de 10 pF y R de 100 ohmios en serie en paralelo con Rf. En la práctica, he encontrado una configuración ligeramente diferente para trabajar mejor, como se muestra en mi esquema. Encontré que la colocación de una tapa de cerámica de 0,01uF en paralelo redujo el ruido en la salida de manera significativa.

En un experimento, he encontrado:

Ganancia: 1000 (Rf = 100000, R1 = 100)
Sin intentar hacer vibraciones, el nodo de señal U3 Piezo tiene ruido en él, con un pico de unos +/-16mV
Las entradas v+ y v- del amplificador operacional tienen unos +/-32mV
El nodo +5V es un 5V muy estable, pero la tierra tiene un ruido de +/- 38mV; sus picos de ruido parecen ser aleatorios, por lo que puedo decir en mi osciloscopio
Si pongo a tierra la entrada v+, la salida del amplificador óptico es de 1,32V, y cambia con los ajustes de Rf

Dos preguntas:

1. ¿Cómo puedo reducir aún más las oscilaciones o el ruido en la salida del amplificador operacional?
2. ¿cómo puedo evitar que Rf añada un sesgo de CC a la salida?

Tal vez el problema a la pregunta #1 es simplemente el voltaje de offset de entrada -- la hoja de datos dice que el voltaje de offset de entrada es de 6mV. Si siempre tengo un mínimo de 6mV en la entrada v+, una ganancia de 1000 dará 6V. Pero entonces, ¿cómo podría este amplificador óptico ser utilizable a altas ganancias? (O cualquier op amp para el caso, ya que parece que 6mV es un valor bajo para el voltaje de offset de entrada).

Gracias por sus opiniones.

También he leído este foro, y encontré útil la discusión sobre las fuentes de alimentación que crean oscilaciones en la salida del amplificador operacional. Voy a seguir pensando en algunos de los El amplificador óptico capta las oscilaciones del carril de potencia del convector boost

Answer 1

Como ya se ha mencionado, algo de bias en la entrada sería una idea si sólo estás usando una única alimentación - la mitad de la tensión de alimentación suministrada a través de resistencias con un valor paralelo de > 10x la impedancia del piezo. También necesitas la tensión de polarización en la base de las resistencias Rf/Rg entonces. Debido a las altas impedancias involucradas, tendrás que tener cuidado con el diseño, la longitud de los cables, etc.

En cuanto al offset, puedes configurar un potenciómetro de ajuste que inyecte algo de corriente en la entrada negativa para contrarrestarlo (y/o conseguir un amplificador óptico con un offset realmente bajo - puedes conseguir amplificadores ópticos recortados por FET con un offset tan bajo como 100uV)

Algo como esto (algunas partes omitidas, como los tapones, etc.) He configurado el opamp con 6mV de offset, puedes ver la diferencia en la simulación:

Sim sin ajuste:

Sim con ajuste:

Answer 2

Para empezar, yo intentaría subir la corriente mínima del regulador a 5ma o así, bajando el valor de RShunt bastante grande. Usted está dibujando la mitad de un microamp, y una versión de la hoja de datos que sacó las especificaciones del valor de regulación para los valores sobre 5ma.

¿Necesita alguna polarización en el elemento piezoeléctrico para mantener la entrada del amplificador óptico en el rango de tensión correcto? El rango de entrada de modo común para esa parte incluye el riel negativo, pero se va por debajo de eso.