šum nábojového zesilovače s bootstrap vazbou

[Cust]

No vidíš, asi by to mělo být 200×1.602e-19 C. Řekl bych...
Co se týče rychlosti, tak je to dost specifické. Každá částice interaguje jinak a taky záleží na její energii.
Třeba gama bude interagovat na tenké diodě jen přes Comptona (předá jen část své energie). U hodně měkkého rentgenu už dochází k totální absorbci. Navíc svou energii předávají tak nějak náhodně v daném objemu.
Elektrony/muony fungujou podobně. Pokud mají malou kinetickou energii, můžou se zabrzdit přičemž část své energii vyzáří ve fotonech. Ty můžou uniknout nebo znovu interagovat. Nebo prolítnou skrz a předají ionizací jen část svojí energie. Energii předávají stylem že se stoupající hloubkou průniku se zvyšuje (spíše lehce) předaná energie, pak předávaná energie začne klesat až k nule (v bodě max. doletu v daném materiálu při dané energii).
Neutrony, bych raději nepopisoval, to je trošku divočina...
Protony a těžší ionty interagují tak, že předávají průběžně malou část své energie a postupně se brzdí, až se hodně zpomalí, tak zbytek své energie předají v jednom místě. Vzdálenost toho místa od povrchu je závislá na kinetické energii a materiálu.

V detektoru tedy interakcí vznikají páry elektron-díra, u fotonů spíše v náhodném místě, u elektronů průběžně po křivce letu, u protonů/alf převážně v jednom bodě o předem dané hloubce. Vygenerované elektrony putují rychle k elektrodě, díry pomaleji. Na tvaru pulsu pak záleží na tloušťce diody, a dané částici a její energii. A taky ze které strany je dioda ozařována. Jedna elektroda vychází vždy tlustší než ta druhá - to jsou hluchá místa.
Když jsem testoval rychlý preamp (nevycházel mi moc dobře šumově - teď už to bude snad lepší, byl asi o 20 % horší než firma, která to cpe fyzikům z celého světa), tak se to testovalo tak, že se to dioda osvítila alfa částicemi, nevím z hlavy teď přesně dolety a ani vlastně nevím jaký zdroj alf byl použit, ale běžné alfy z radioizotopů mají energie okolo 4 či 5 MeV. Dioda tenkrát byla relativně tlustá, tuším okolo 300 µm. Alfy se v diodě zastavili a předali celou svoji energii. A tam ty rychlosti byly přibližně okolo 15 ns od elektronů (s dírami společně), pak se náběžná hrana zlomila a dobíhala ještě cca 7 možná 10 ns s menší strmostí. To už bylo od těch děr, které mají horší pohyblivost. S tím, že předpětí na diodě bylo cca 180 V. Tak rychlý preamp nikdy nepůjde udělat suprově nízkošumový. U těch měkkých rentgenů budu muset jít do časů s náběžnou hranou okolo 1 µs (možná více) a uvidím prostě hrb. Integrace bude trvat daleko déle než mrskání elektronů v detektoru. Všechno se bude ladit za pochodu, uvidím jak to dopadne a co dokážu naměřit...

[Cust]

No vidíš, asi by to mělo být 200×1.602e-19 C. Řekl bych...
Co se týče rychlosti, tak je to dost specifické. Každá částice interaguje jinak a taky záleží na její energii.
Třeba gama bude interagovat na tenké diodě jen přes Comptona (předá jen část své energie). U hodně měkkého rentgenu už dochází k totální absorbci. Navíc svou energii předávají tak nějak náhodně v daném objemu.
Elektrony/muony fungujou podobně. Pokud mají malou kinetickou energii, můžou se zabrzdit přičemž část své energii vyzáří ve fotonech. Ty můžou uniknout nebo znovu interagovat. Nebo prolítnou skrz a předají ionizací jen část svojí energie. Energii předávají stylem že se stoupající hloubkou průniku se zvyšuje (spíše lehce) předaná energie, pak předávaná energie začne klesat až k nule (v bodě max. doletu v daném materiálu při dané energii).
Neutrony, bych raději nepopisoval, to je trošku divočina...
Protony a těžší ionty interagují tak, že předávají průběžně malou část své energie a postupně se brzdí, až se hodně zpomalí, tak zbytek své energie předají v jednom místě. Vzdálenost toho místa od povrchu je závislá na kinetické energii a materiálu.

V detektoru tedy interakcí vznikají páry elektron-díra, u fotonů spíše v náhodném místě, u elektronů průběžně po křivce letu, u protonů/alf převážně v jednom bodě o předem dané hloubce. Vygenerované elektrony putují rychle k elektrodě, díry pomaleji. Na tvaru pulsu pak záleží na tloušťce diody, a dané částici a její energii. A taky ze které strany je dioda ozařována. Jedna elektroda vychází vždy tlustší než ta druhá - to jsou hluchá místa.
Když jsem testoval rychlý preamp (nevycházel mi moc dobře šumově - teď už to bude snad lepší, byl asi o 20 % horší než firma, která to cpe fyzikům z celého světa), tak se to testovalo tak, že se to dioda osvítila alfa částicemi, nevím z hlavy teď přesně dolety a ani vlastně nevím jaký zdroj alf byl použit, ale běžné alfy z radioizotopů mají energie okolo 4 či 5 MeV. Dioda tenkrát byla relativně tlustá, tuším okolo 300 µm. Alfy se v diodě zastavili a předali celou svoji energii. A tam ty rychlosti byly přibližně okolo 15 ns od elektronů (s dírami společně), pak se náběžná hrana zlomila a dobíhala ještě cca 7 možná 10 ns s menší strmostí. To už bylo od těch děr, které mají horší pohyblivost. S tím, že předpětí na diodě bylo cca 180 V. Tak rychlý preamp nikdy nepůjde udělat suprově nízkošumový. U těch měkkých rentgenů budu muset jít do časů s náběžnou hranou okolo 1 µs (možná více) a uvidím prostě hrb. Integrace bude trvat daleko déle než mrskání elektronů v detektoru. Všechno se bude ladit za pochodu, uvidím jak to dopadne a co dokážu naměřit...

[Cust]

@danharde, asi máš zkušennosti... Mám to teď přepočtené, abych potlačil lépe proudový šum OZ a aby byla trošku lepší fázová bezpečnost na OZ. Paralelní odpor na -vstupu, kterým teče šumový proud, se tváří jako že je tam necelých 60 Ω. Zisk napěťový na OZ bude asi x6 (to už by skoro ustál i ten dekompenzovaný operák). Ale tranzistorovou kaskádu mám zatíženou jen 600 Ω. Ustojí ta kaskáda takový zatěžovací odpor? Jestli tomu dobře rozumím, vnitřní odpor kaskády by mohl být do 40 Ω, to by asi mohlo fungovat (oba tranzistory v kaskádě 2SK2394), ne? Jo, a na kaskádě mám jen 2.5 V.

[Cust]

@danharde, asi máš zkušennosti... Mám to teď přepočtené, abych potlačil lépe proudový šum OZ a aby byla trošku lepší fázová bezpečnost na OZ. Paralelní odpor na -vstupu, kterým teče šumový proud, se tváří jako že je tam necelých 60 Ω. Zisk napěťový na OZ bude asi x6 (to už by skoro ustál i ten dekompenzovaný operák). Ale tranzistorovou kaskádu mám zatíženou jen 600 Ω. Ustojí ta kaskáda takový zatěžovací odpor? Jestli tomu dobře rozumím, vnitřní odpor kaskády by mohl být do 40 Ω, to by asi mohlo fungovat (oba tranzistory v kaskádě 2SK2394), ne? Jo, a na kaskádě mám jen 2.5 V.

[Cust]

Tak finálka, bootstrap se osadí podle potřeby...

[Cust]

Tak finálka, bootstrap se osadí podle potřeby...

[danhard]

Výstupní odpor kaskódy je její zátěž a ty si tam ještě likviduješ zesílení tím děličem pro minus vstup.
Jinak tady je šum nepodstatný, je to vnitřní záležitost zesilovače, důležité jsou šumy do vstupu a tam vede zpětnovazební odpor.
Co se týče vstupního odporu kskódy, tak ten je 1/Strmost, takže když jsou ty tranzistory stejné, tak se to chová v podstě stejně jako ten bootstrap.
Na to aby jsi tam viděl viděl míň, tak jsem nabízel tu kaskódu s bipolárem, můj vynález
Ale všechno je to o tom, odkud kam Tě to zajímá.
Pokud tam příjde ojedinělý impuls a víš kdy, tak je jednoduché před měřením vynulovat, nechat to chvíli ustálit (to celé, aby jsi zlikvidoval minulé měření, ovzorkovat výstup, prásknout tam ten proudový pulz a za dobu, kdy se stačí naintegrovat impulz ovzorkovat znovu výstup.

Takže to řešení, které jsem tu nabízel umí naintegrovat 10ns pulz (to už dělá kapacita diody a vstupu), za cca 300ns to přeleje do integrujícího transimedančního zesilovače a za 10us to přesně dointegruje na integrační výstup.

Když se to použije na nějaký zářič, tak tam nemůžeš generování pulzu ovlivnit, ale na výstupu vidíš pulz nad šumem, to jde na komparátor a ten po 10us ovzorkuje integrační výstup.
Tady je důležité, aby byla transimedanční složka rychlá, aby jsi byl schopen rozlišit, kolik tam bylo kvant, četnost pod 300ns se slije do 1 pulzu, ale pod 10us víš kolik tam bylo pulzů a poslední hodnota je jejich součet.

[danhard]

Co přináší člen R20/C37 ?
2SK2394 má při 3mA asi 20mA/V
Na co je tam v drain ta dělicí šigrošáda, která z toho dělá napěťové zesílení asi 2x a odpor zdroje 150R ?

Když tam máš boostrap, tak už to tam jednou nízkoimpedančně zesílený je, se stejným offsetem, na výstupu toho bootstrapu

Ten bootstrap má na G výstupní kapacitu asi 6pF (3pF Cgd + (50pF Cd + 10pF Cgs)/cca 20) a ty to zatížíš ještě 13pF (10pF Cgs + 3pF Cgd).

[Cust]

[Cust]

[Cust]

Takto?
Jo, a ty brikule mezi Q2 a operákem jsou tam kvůli stabilitě, když to dám natvrdo, bude problém s tím, že to začne být trošku nestabilní a na náběžné hraně to udělá výrazný překmit - takto jsem schopen to udělat mravně. Na vysokých frekvencích to nebude zlobit...

[Cust]

Takto?
Jo, a ty brikule mezi Q2 a operákem jsou tam kvůli stabilitě, když to dám natvrdo, bude problém s tím, že to začne být trošku nestabilní a na náběžné hraně to udělá výrazný překmit - takto jsem schopen to udělat mravně. Na vysokých frekvencích to nebude zlobit...

[Cust]

[Cust]

[danhard]

Jestli by místo R20/C37 neposloužil prostý drát

Strmost jsem uváděl kvůli kaskódě, když jsou ty tranzistory stejné, tak zátěž kaskódy je 1/S a nap. zesílení je také 1/S, tedy jedna.
Gate Milleruje 1x Cgd.

Ta šigrošáda před operákem by tam nemusela být, kdyby jsi měl R2 a R5 přemostěné 0.1u, tady by to smysl mělo.

Jak zesiluje napětí na PIN diodě bootstrap jsem dával kousek výše, na výstupu Gate, ale i na nízkoimpedančním Source je cca 10x více a výstupní kapacita je 10x menší
(při přenosu sledovače 0,95), do toho kecá nejen zdroj proudu, ale také odpor R21 na Bias, který je paraleleně ke zdroji proudu.
Ale něco tam nech, ono zvyšovat to víc nemá smysl.
http://www.ebastlirna.cz/modules/Forums/files/pinamp__diode_994.png
Když to vytáhneš do zesilovače ze Source, tak nebudeš Gate zatěžovat a ta kaskóda je tam zbytečná a stačí bipolár s proudovým šumem, zkoušel jsem to i s prouovým LT1227, ale stějně to bylo s OPA637 lepší, a rychlejší v simulaci nemám.
Stejně nejvíc šumí ten zpětnovazební transimpedanční odpor

[Cust]

Drát je asi ok, ale já mám velké zásoby součástek a nevím co s tím...
U toho bias napětí to ještě filtruju, takže pro DC tam vychází odpor v desítkách kΩ. Ten R21 je tam bouchnut od pasu, ať se mi bootstrapování neuzavírá přes Ubias filtry.
Transimpedanční odpor šumí naštěstí jen na nízkých frekvencích.
OPA637 ještě zvážím, ale myslím, že v šupleti mám něco dekompenzovaného co jede v GHz (LMH6 něco snad...).
Ještě jednou díky!

[Cust]

Drát je asi ok, ale já mám velké zásoby součástek a nevím co s tím...
U toho bias napětí to ještě filtruju, takže pro DC tam vychází odpor v desítkách kΩ. Ten R21 je tam bouchnut od pasu, ať se mi bootstrapování neuzavírá přes Ubias filtry.
Transimpedanční odpor šumí naštěstí jen na nízkých frekvencích.
OPA637 ještě zvážím, ale myslím, že v šupleti mám něco dekompenzovaného co jede v GHz (LMH6 něco snad...).
Ještě jednou díky!

[Cust]

Danharde, ten OPA637 se prodává za litr!!!

Každopádně slušný výkon, bootstrapovaná kaskodovaná koskoda. To jsem ještě neviděl.

[Cust]

Danharde, ten OPA637 se prodává za litr!!!

Každopádně slušný výkon, bootstrapovaná kaskodovaná koskoda. To jsem ještě neviděl.

[danhard]

Nic lepšího fetovýho v simulátoru nemám, s OPA627 to bylo pomalejší a stojí taky litr (ve zlaceném TO99), ještě mám dvě v šuplíku
Je to vytloukání klínu klínem, dělená integrace tam byla, protože to jinak kmitalo, integrátor s OPA637 jaksi nelze.
Takže jsem to udělal ještě s VFB LT1363 a CFB LT1227 a učesal na stejný zesílení (integrační kapacitu).
S LT šel udělat integrátor napřímo.
A tady jsou odezvy na pulzy 100 elektronů - 5uV na výstupu a primitivní šumová analýza vstupu, 1nV v gate jfetu.
zelená OPA637
červená LT1227
modrá LT1363
Jinej šum neřeším, požadavky na operáky se řeší postupně, vkládáním šumových napětí a proudů.

[Cust]

aha, já to nepochopil - už jasné, dík za obrázky

[Cust]

aha, já to nepochopil - už jasné, dík za obrázky

[danhard]

Dám sem ještě schemata, ale je to vytloukání klínu klínem
Ten 100k odpor mi to kazí, ten tam šumí nejvíc.
Jak jsem pochopil, tak Ti vlastně nejde o rychlost na osciloskopu, ale aby se to dobře naintegrovalo a na to poslouží i línej krám.
Rychle se to naintegruje na té diodě (10ns) rychle to přenese i ten bootstrap (dalších 10ns) a pak to přenese - smaže ten integrátor a tam už to tak rychlé být nemusí, klidně 1us.
Změřit to musíš brzy, jelikož s tím driftují šumy 10us.
A tohle celé optimalizovat na nejmeší "šum" chybu výsledku.
Neočekávej od toho více, než 10dB zlepšení, kdybys to udělal podle oplikace v datasheetu operáků, zázraky se nedějí

[Cust]

Jo, je to tak, ale mám více aplikací. Na urychlovači (převážně protony/gama) to chtějí použít na měření, ale i jako trigger, a tam by ta náběžná hrana cca 20 ns měla být zachována s úrovní napětí okolo 0.5 V na koaxu 50 Ω (rozsah do 2 V, tedy do 4 V na výstupu operáku). Tam to holt musím následně zesilovat a zesilovače budou šumět i na těch desítkách MHz. To sice mám už dávno vyřešené, ale nepoužil jsem kaskodu na vstupním diskrétním JFET a BJT se společnou bází, kdybych se dostal se šumem o 6-10 dB níž, tak jsem spokojen a jsem lepší než firmy, které to prodávají do CERNu apod. V této aplikaci to jde na digitizéry s obrovskou vzorkovací rychlostí a měří se energetické spektrum.
V aplikaci s tou stovkou elektornů, to vůbec nevím co od toho mám čekat.

A jedna věc na kterou výrobci prdí - kvalitní zdroj napětí - v laborce stačí srajda, ale když to dáš k urychlovači, kde máš za zadkem obdélníkem modulovaný 80 MHz generátor na 100 kW, tak máš "bordel" všude. To pomalu vidíš i na lampičce.

[Cust]

Jo, je to tak, ale mám více aplikací. Na urychlovači (převážně protony/gama) to chtějí použít na měření, ale i jako trigger, a tam by ta náběžná hrana cca 20 ns měla být zachována s úrovní napětí okolo 0.5 V na koaxu 50 Ω (rozsah do 2 V, tedy do 4 V na výstupu operáku). Tam to holt musím následně zesilovat a zesilovače budou šumět i na těch desítkách MHz. To sice mám už dávno vyřešené, ale nepoužil jsem kaskodu na vstupním diskrétním JFET a BJT se společnou bází, kdybych se dostal se šumem o 6-10 dB níž, tak jsem spokojen a jsem lepší než firmy, které to prodávají do CERNu apod. V této aplikaci to jde na digitizéry s obrovskou vzorkovací rychlostí a měří se energetické spektrum.
V aplikaci s tou stovkou elektornů, to vůbec nevím co od toho mám čekat.

A jedna věc na kterou výrobci prdí - kvalitní zdroj napětí - v laborce stačí srajda, ale když to dáš k urychlovači, kde máš za zadkem obdélníkem modulovaný 80 MHz generátor na 100 kW, tak máš "bordel" všude. To pomalu vidíš i na lampičce.