请教运放电路对振动敏感的原因

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:21:33

是用于射线传感器放大的电路。传感器是高内阻的，所以前级用的是电荷灵敏放大器，后面三级总增益约为20000倍（86dB）。整个电路放在金属杆里面，金属杆作为屏蔽罩。
遇到的问题：轻敲击金属杆会有信号输出，对振动敏感。

电路图，电路原理很简单，实际的增益和原理图不一样，使用的运放是一样的。所有的耦合电容都使用NP0电容，避免电容的压电效应对放大电路造成干扰。这里最不稳定的就是电荷放大电路，非常大的反馈电阻导致反向输入端只需要一个很小的电容就容易自激，实验过接10pF电容可以输出稳定的震荡信号，即使接的是1N4148（本来是想作为保护使用的）也会出现几秒一个脉冲输出。电荷放大器的0.5pF积分电容如果换成10pF是可以解决振动问题的，但是用10pF的没法放大传感器输出的电荷。

板的效果图，尺寸很小，只有8mm*45mm

顶层布局布线

底层布局布线

连接线用铝箔包裹，铝箔里面有绕铜线，铜线接地

已做过的实验：
1、把电荷放大器反向输入端接VCC或GND可以解决振动干扰问题。
2、屏蔽罩换成空间大些的金属壳（口香糖铁盒）没有效果
3、用中性水笔轻轻划过屏蔽金属杆，有时会使电路自激振荡。

猜想：
由于输入端为高阻抗，与金属屏蔽杆构成了一个电容，它们之间的组合就像是构成了电容驻极麦克风，所以对振动会非常敏感。但是按理来说这个等效电容应该非常小，小到可以忽略。

蜘蛛侠 · 发表于 2018-4-26 21:27:47

会不会有零件对振动有响应？类似于压电效应。输入端的C7、C10换成其它电容试试。
无意中出来个话筒电路，接上耳机听听，音质怎么样？

蜘蛛侠 · 发表于 2018-4-26 21:28:20

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:28:43

蜘蛛侠发表于 2018-4-26 21:27
会不会有零件对振动有响应？类似于压电效应。输入端的C7、C10换成其它电容试试。
无意中出来个话筒电路， ...

电路中的耦合电容是用NP0电容，也换成薄膜电容试过，都没有效果

oxpdpgujsc · 发表于 2018-4-26 21:29:16

金属管里面有高压不处理好很容易放电

年易白 · 发表于 2018-4-26 21:29:24

把c7 c10 czt1去掉，l1 l2短路。c=-u/q

年易白 · 发表于 2018-4-26 21:29:53

结构问题也大。

弓榕 · 发表于 2018-4-26 21:30:17

还有个因素，pcb板如果相对于金属管震动，分布电容也会变变化。

年易白 · 发表于 2018-4-26 21:30:29

电路设计有问题。特别是第一级。

百家1681 · 发表于 2018-4-26 21:30:41

这种情况我遇到过。
这么高的增益，又有高压，对声音敏感、自激都很正常。

C7以前单独屏蔽，U18以前再加一层屏蔽，屏蔽层间加隔音棉，
屏蔽层一定要坚固，这样同时对电场和震动双重屏蔽。
更多操作

百家1681 · 发表于 2018-4-26 21:30:51

另外屏蔽层内的导线一定要固定。

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:32:04

蜘蛛侠发表于 2018-4-26 21:28

今天下午已经验证，基本可以确定是与屏蔽外壳构成的等效电容随振动而变化造成的。
更多操作

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:32:29

年易白发表于 2018-4-26 21:29
把c7 c10 czt1去掉，l1 l2短路。c=-u/q

实际焊接L1和L2是用0欧电阻

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:32:41

oxpdpgujsc 发表于 2018-4-26 21:29
金属管里面有高压不处理好很容易放电

高压是在一定程度上有影响。但测试振动影响时没有接高压。

17011862546 · 发表于 2018-4-26 21:32:54

某些瓷片电容的压电效应其实很显著，这个应该就是瓷片叠层电容压电效应导致的。

蜘蛛侠 · 发表于 2018-4-26 21:33:33

伟哥发表于 2018-4-26 21:32
今天下午已经验证，基本可以确定是与屏蔽外壳构成的等效电容随振动而变化造成的。
更多操作 ...

那就像驻极体话筒，有个高压的缘故，把相关部分专门做个屏蔽，再不行加个缓冲。应该把前面电压极低部分屏蔽就可以了。

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:33:49

17011862546 发表于 2018-4-26 21:32
某些瓷片电容的压电效应其实很显著，这个应该就是瓷片叠层电容压电效应导致的。 ...

全部用NP0电容，而且也用薄膜电容试过，另外从输入端短接GND或VCC不会对振动敏感等等都说明我这个电路的问题跟电容的压电效应没有什么关系。

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:34:03

蜘蛛侠发表于 2018-4-26 21:33
那就像驻极体话筒，有个高压的缘故，把相关部分专门做个屏蔽，再不行加个缓冲。应该把前面电压极低部分屏 ...

加缓冲这个电路还是电荷放大器吗？能对电荷放大吗？

西双版纳 · 发表于 2018-4-26 21:34:16

本人曾经利索地解决过类似问题，这得益于本人自幼看书的知识积累，为了表达对知识的尊重，楼主先把钱拍下再来套词！各位也不用作贱自己穷支招

百家1681 · 发表于 2018-4-26 21:35:18

没人支招，包括楼主在内，都是离书本或别人不能超过5mm的人。支什么招？

蜘蛛侠 · 发表于 2018-4-26 21:36:01

伟哥发表于 2018-4-26 21:34
加缓冲这个电路还是电荷放大器吗？能对电荷放大吗？

没说明白，大圈部分做屏蔽。不过按你说（现在才看见）“但测试振动影响时没有接高压”那就不是驻极体话筒那种原理，估计不行。缓冲是U1B 6脚接个缓冲器，输出端接到屏蔽罩上，屏蔽罩电压跟随输入变化。可以减小电容感应影响，具体效果只能试试看。

伟哥 · 发表于 2018-4-26 21:36:15

蜘蛛侠发表于 2018-4-26 21:36
没说明白，大圈部分做屏蔽。不过按你说（现在才看见）“但测试振动影响时没有接高压”那就不是驻极体话筒 ...

非常感谢。今天找资料有看到你这种做法，屏蔽加一个和输入端相等的电位。缓冲的运放需要输入偏置电流和输出失调电压要非常小，明天想办法试下有没有效果。另外我的其他同事也已经有了新方案。

ww1 · 发表于 2018-4-26 21:36:46

这个有意思，没想到模拟电路也是这么难。

内涵哥 · 发表于 2018-4-26 21:36:59

这个问题，在半导体的射线探测器里，很多。
你需要先分析是探测器还是前放电路震动造成的。
1，单独对前放电路输入测试信号，敲击探头外壳，验证是否有干扰。（如此大增益的敏荷放大器，很容易被震动影响）
2，在第一步的基础上，焊接探测器，再验证一遍。
我也遇见过这个问题，看苦于探测器信号太小，只能采用敏荷放大器。所以只能从结构安装予以缓解该问题。