Шапка

Дополнительные упражнения для Части 8

==588

Упражнение 8.10
Докажите, что \(\mathrm{SNR}=10\lg(v_s^2/(4kTR_S ))-\mathrm{NF}( dB\) ) ( для \(R_S\) ) .

Упражнение 8.11
Последовательно с резистором 1 MΩ при комнатной температуре включён источник синусоидального сигнала 10 μVrms@100Hz . Каким будет SNR итогового сигнала
(a) для полосы 10Hz с центром на частоте 100Hz и
(b) в полосе от постоянного тока до 1 MHz ?

Упражнение 8.12
Усилитель на транзисторе 2N5087 с током коллектора 100 μA подключён к источнику сигнала с импедансом 2000Ω .
(a) Найдите коэффициент шума на 100Hz, 1kHz и 10kHz .
(b) Найдите SNR на указанных частотах для входного сигнала 50 nVrms , если полоса усилителя равна 10Hz .

Упражнение 8.13
Для коммерческого усилителя ( \(Z_{in}\)=1 MΩ ) выполняется цикл измерений с целью выяснения эквивалентного уровня шумов \(e_n\) и \(i_n\) на 1kHz . После фильтра с полосой 100Hz и очень крутыми срезами выходной сигнал усилителя составляет 0.1V для 10 μV входного. При этом вклад от шума самого усилителя пренебрежимо мал. С закороченным входом выходной шум усилителя равен 0.4mVrms . С разомкнутым входом уровень шума поднимается до 50 mVrms . Требуется найти:
(a) \(e_n\) и \(i_n\) усилителя на 1kHz ,
(b) коэффициент шума усилителя на 1kHz для источника с сопротивлением 100Ω, 10 kΩ и 100 kΩ .

Упражнение 8.14
С помощью калиброванного источника шума с импедансом 50Ω проводятся измерения усилителя. Чтобы удвоить мощность шума на выходе усилителя, надо поднять сигнал генератора на 2 nV/\(\sqrt{Hz}\) . Каков коэффициент шума усилителя для источника с сопротивлением 50Ω ?

Упражнение 8.15
Лаборатория работает над очень чувствительным датчиком давления диафрагменного типа с тензомостом сопротивлением 350Ω . Полоса измерения интегрирующего АЦП 10Hz . Требуется подобрать усилитель для входного каскада. На начальном этапе рассматривается ОУ с автоподстройкой нуля ( см. §5.11 , табл. 5.6 и рис.5.54 ).
(a) Какой усилитель будет лучше: на биполярных или полевых транзисторах? Подсказка: не стоит забывать об \(i_n\) .
(b) Полная шкала сигнала тензомоста 2 mV/V , а амплитуду возбуждающего напряжения предполагается установить на уровне 2.5V . Какую часть полной шкалы будет занимать уровень собственных шумов схемы?
(c) Следует ли проводить измерения чаще с последующим усреднением результатов?
(d) Знакомый инженер предположил, что кремниевый сенсор будет удобнее, потому что имеет больший коэффициент передачи 2.5 mV/V . Имеются датчики с импедансом \(R_S\) 1.4 и 3kΩ . Подберите ОУ для этого случая и рассчитайте параметры системы.

Упражнение 8.16
Входной каскад цифрового осциллографа ( задача весьма непроста! ). Требуется разработать входной каскад для недорогого «осциллографического прибора», получающего питание +3.3V от литий-ионной батареи. Архитектура устройства требует, чтобы сигнал с щупа был сначала ослаблен до уровня 1 mV/div с помощью переключателя диапазона, после чего усилен и оцифрован, причём уровень шума не должен превышать 5% от цены одного деления. Экран вмещает десять делений по вертикали, прибор должен позволять вертикальное смещение изображения на ±5 делений, плюс должен обеспечиваться запас 40 mV для «программного смещения».
(a) Каков полный диапазон по входу, и какое допускается среднеквадратическое напряжение шума, приведённого ко входу?
(b) Если использовать 14-битный АЦП, то каков будет вес младшего значащего разряда?

Для схемы выбран 14-битный ADS7946. Он потребляет 0.5 mA по +3.3V при скорости преобразования 100ksps и соответствует ценовым требованиям ( $6 в партии 1000шт ).
(c) Какой диапазон входного сигнала следует выбрать в таком случае, и какое усиление для этого понадобится?

==589

АЦП может работать со скоростью 2Msps для полосы 1 MHz , но в будущем планируется использовать что-нибудь более производительное, а значит, полоса должна быть расширена до 10MHz .
(d) За какие параметры спектральной плотности шума надо бороться?

Стандартные осциллографы связаны с источником сигнала по постоянному току, имеют входной импеданс 1 MΩ15 pF и не имеют скачков «луча» при изменении импеданса источника.
(e) Нарисовать схему, отвечающую всем требованиям этого упражнения. Малое потребление очень приветствуется.

Previous part:

Next part: