2 OpAmps parallel, Rauschminderung

Es ist die Mathematik.
Das Rauschsignal beider Teile ist zufällig und unkorreliert während das 
Nutzsignal das selbe ist.
Addiert man das parallel verstärkte Signal, so ist das für das 
Nutzsignal eine lineare Addition, es ergibt sich also 2*u_Nutz.
Das unkorrelierte Rauschsignal addiert sich geometrisch, es ergibt dann 
sqrt(u_R+u_R) = u_R*sqrt(2).

Eher einzelne, identische Transistor (eintakt-)verstärkerstufen, um 
Querströme von OP-Ausgang zu OP-Ausgang zu vermeiden (DC-Offset, 
Ausgänge können "sink" und "source").

Aber stimmt schon. Die Überlegung dahinter: Der einzelne Transistor 
rauscht als aktives Bauteil am meisten, dieses Rauschen erzeugt er 
selbst und es ist ein rein statistisches Signal.
Der zweite, dritte, vierte parallel arbeitende erzeugt jeweils wieder 
seinen jeweils ureigensten, also unterschiedlichen Rauschbeitrag.
Alle gemeinsam werden aber vom gleichen Eingangssignal=Nutzsignal 
angesteuert, verstärken dieses gemeinsam, gleichphasig, gleichviel und 
liefern dadurch (entkoppelt durch Widerstände) auch einen jeweils in 
jedem Augenblick gleichphasigen, gleichhohen Anteil an Ausgangsleistung. 
In Phase.
Die völlig statistischen, zufällig auch gegenphasig auftretenden 
Rauschanteile summieren sich manchmal, manchmal löschen sie sich aber 
auch gegenseitig aus.
Die Nutzsignale addieren sich also immer "maximal" am Sammelausgang, die 
stets unterschiedlichen Rauschsignale nicht "maximal".

Bezogen auf 2 Einzelverstärker dürfte es so sein, dass sich die beiden 
Nutzsignalleistungen am Ausgang direkt addieren, oder arithmetisch, die 
(verschiedenen Amplituden der zwei Rauschsignale jedoch geometrisch), da 
aber Vorsicht, wissen tu ichs nicht (mehr)

Rauscharme Verstärkung mit parallelen  aktiven Elementen, so in etwa 
würde ich mal anfangen zu suchen, wie das Prinzip heisst.

Zu lange "rhabarber, rhabarber) ;-)

HildeK war exakt 3 Minuten schneller fertig :-)))

Historisch, erinnerlich:

Zeitschrift Elektor, 1978, Bauanleitung für einen Moving-Coil Preamp 
nach diesem Prinzip mit ungefähr acht parallelen, diskret aufgebauten 
Verstärkerstufen.
Wie immer mit kleinen Fehlern, die erst in späteren Heften korrigiert 
werden, Rubrik "Nachlese"

und noch irgendwie:

reducing noise figure by paralleling single stage amps

Das Prinzip wird nur bei Eingangsstufen verwendet, also bei MovingCoil 
Verstärkern.
Magnetische Abtastsysteme von Plattenspielern liefern für

- MM-Systeme nominal 2,5 mV
- MC-Systeme nominal 0,1mV 100 Mikrovolt !

Bei letzteren wird das Prinzip angewendet.

Mit "Leistung verbraten", "Wärme" und würgen hat das nichts zu tun.

Das Frontend, der allererste Verstärkertransistor, da werden identische 
Stufen parallelgeschalten, nur da.

Die Verstärkerstufen werden auch nicht "hart" parallelgeschaltet, 
sondern über gleich grosse Widerstände.
Erst dadurch können sich an der Last die identischen, verstärkten 
Nutzsignale
"nützlich" aufaddieren, während sich die differenten Rauschanteile über 
die Entkoppelwiderstände teilweise aufheben/auslöschen können.

> mit ungefähr acht parallelen

Ich kann mich eher an sechzehn erinnern. Aber kann sein,
dass ich das nicht in der Elektor gesehen habe.

Praktisch koennte es aber sein, dass es besser ist, aus
diesen sechzehn den rauschaermsten herauszumessen und
nur diesen zu verwenden.

Nichtverzweifelter schrieb:
> Zu lange "rhabarber, rhabarber) ;-)

Dafür habe ich einen Fehler drin 🙄.

HildeK schrieb:
> es ergibt dann sqrt(u_R+u_R) = u_R*sqrt(2).

Muss heißen: sqrt(u_R²+u_R²) = u_R*sqrt(2)

Jan_T schrieb:
> wenn ich richtig informiert bin, verringert man das Rauschen eines
> Verstärkers, wenn man zwei Verstärkereinheiten (z.B. OpAmps) parallel
> schaltet. Und zwar um den Faktor Wurzel2.

Pah, nur 2 OPV parallel, lächerlich. Früher hat man das gleich richtig 
gemacht (32 Stück):

Beitrag "Re: Elektor Vorschau 15 W verstärker nur aus OPV´s"

Gruss und moin

Bz. Elektor Erwähnung.
In der Elektor lief das unter
dem Begriff Supra.
Erst mit (2 mal) 8 Transistoren, wohl später mit OPAmps.
Ein Gyrator war da auch noch angedacht.
Die konventionelle Version aus Japan, zeitgemäßer weise, war recht 
teuer.

Wünsche einen schönen Sonntag.
Dirk St

Mit der Parallelschaltung verringert sich allerdings nur das 
Spannungsrauschen. Das Stromrauschen vergrößert sich entsprechend weil 
sich die Ströme am Eingang addieren. Das trifft vor allem für BJT 
basierte OPs zu, wo dass Stromrauschen ggf. schon wichtig ist. Bei FET 
basieren Verstärkern lohnt es ggf. noch etwas eher.

Die parallele Schaltung ist entsprechend vor allem etwas für sehr 
niederohmige Quellen, wo man keinen passenden Verstärker findet der das 
alleine kann. Die Rauscharmen OPs wie LT1028, AD797 und ähnliche sind 
bereits passend für etwa 100-1000 Ohm bei höheren Frequenzen und 30-300 
Ohm bei 10 Hz.

Die frage ist nur ob heute ein moderner rauscharme OP nicht besser ist 
wie das ganze Gebastel von vor 20 Jahren....

Olaf

Peter B. schrieb:
> Es ergab sich eine recht deutlich hörbare Rauschverminderung gegenüber
> einem Einzel-OpAmp.

'Deutlich' wundert mich. Theoretisch ergibt sich ein um 3dB besserer 
Rauschabstand. Das ist in etwa die Wahrnehmungsgrenze.
Ich denke, mit einem auf sehr niedriges Rauschen optimierten OPA kann 
man mehr erreichen ...

Lurchi schrieb:
> Mit der Parallelschaltung verringert sich allerdings nur das
> Spannungsrauschen. Das Stromrauschen vergrößert sich entsprechend weil
> sich die Ströme am Eingang addieren.
Nein, die Ströme verursachen an der Quelle je eine Spannung, und diese 
Spannungen addieren sich genau so unkorrelliert, wie die des 
Spannungsrauschens des OPVs.

Lurchi schrieb:
> Die parallele Schaltung ist entsprechend vor allem etwas für sehr
> niederohmige Quellen, wo man keinen passenden Verstärker findet der das
> alleine kann.
Auch dem widerspreche ich. Auch hochohmige Eingänge können ggf. ein 
geringes Eingangsrauschen erfordern, z. B. bei Geräten, die an 
verschieden Quellen betrieben werden sollen.

Aufgemerkt: Direktes Parallelschalten von Transistoren bringt nichts 
(letzter, süffisant gemeinter Beitrag)

Richtig: Bei niederohmigen Quellen wirds interessant. Mc-Systeme haben 
wenige Ohm (Nennwert ca.10) und werden mit etwa 100 Ohm reell 
abgeschlossen.
Dynamische Mikrofone Z=200 Ohm, Drahtwiderstand geringer.

Gerade hier zeigt sich unangenehm der oft extreme Anstieg des 
OP-Rauschens am unteren Ende des Audiofrequenzbereichs.

Der Elektor Preamp von 1978 hiess eher MC-MM-Preamp, denn er sorgte nur 
für die rauscharme Anhebung von MC-Pegel auf MM-Pegel, musste also einem 
MM-RIAA Entzerrer vorangeschalten werden. Letzterer sorgte dann erst für 
die RIAA-Frequenzgangentzerrung.

Ihr habt anscheinend nur white Noise im Focus. Es gibt aber auch das 
1/f-Rauschen. Und bei FETs ist die Eckfrequenz 1/f-white aber oft 
erstaunlich hoch. Manche sogar deutlich über 1kHz. Die haben dann unter 
50Hz merkliches
Tiefton-Rumpeln.
Für die Praxis würde ich auch sagen, dass der ganze Zirkus mit parallel 
schalten sich heute überhaupt nicht mehr lohnt. Wie vorgeschlagen, 
LT1028 verwenden und gut ist. Ein einziger Widerstand von nur 1KOhm hat 
schon 4nV/rt-Hz! Bedenke das mal für deine Sonstwie-Schaltung.

Es stimmt schon, dass sich in den letzten Jahrzehnten viel getan hat, 
aber, der Einwand möge von Olaf "gestattet" werden, es ist ja nicht 20 
Jahre her, sondern man schrieb 1978.

Da gab es noch keinen LT10..

In den 90ern gabs dann die SSM2016 oder 2216 so den Dreh herum, Fertig 
ICs für kleine Eingangsspannungen und sehr rauscharm, ideal für dyn. 
Mikrofone.
Die SSM Baureihe erregte Aufsehen, verschwand leider wieder vom Markt.

Das 1/f Rauschen der älteren OPs gerade am unteren Ende des 
Übertragungsbereichs war seeehr unangenehm, weil es im "Subsonic" = 
Infraschallbereich = "Rumpeln"(Plattenspieler) noch unerwünschter ist.
Da baut man extra grosse Boxen und die wummern da so vor sich hin?!?

HildeK schrieb:
> Peter B. schrieb:
>> Es ergab sich eine recht deutlich hörbare Rauschverminderung gegenüber
>> einem Einzel-OpAmp.
>
> 'Deutlich' wundert mich. Theoretisch ergibt sich ein um 3dB besserer
> Rauschabstand. Das ist in etwa die Wahrnehmungsgrenze.
> Ich denke, mit einem auf sehr niedriges Rauschen optimierten OPA kann
> man mehr erreichen ...

Richtig, es sind 3dB. Genau deswegen sollte die größte Verstärkung 
haupsächlich in der ersten Stufe der Verstärkerkette erfolgen. Und zwar 
so groß wie möglich bzw. wie es die Bandbreite eben zulässt.
Bei der Parallelschaltung hat man ein anderes Problem. Die beiden 
Schaltungsteile "exakt" hinzukriegen. Bauteilestreuung, 
Leiterplattenlayout usw. Zeigt sich dann in erhöhten Oberwellenanteilen 
(THD bzw. Klirrfaktor).

Thomas B. schrieb:
> Oder gibt es eine Alternative?

Klar: AD797

Gruß Anja

Es gibt mittlerweile einige OPs mit rauschen im Bereich um 1 
nV/sqrt(Hz). Der LT1028 und AD797 sind da nicht mehr alleine. Die 
Datenblattwerte für das Stromrauschen beim LT1028 sind verdächtig 
optimistisch im Vergleich zum Bias.
Das Stromrauschen hat korrelierte und nicht korrelierte Anteile, ist mit 
einer Zahl also gar nicht vollständig beschrieben ,da fehlt ggf. ein 
Teil.

Das Stromrauschen  von 2 OPs parallel addiert sich unkorreliert, d.h. es 
wird um den Faktor 1.4 höher, aber es wird höher.
Auch bei höherohmigen quellen kann die Parallel-schaltung lohnen, dann 
aber vor allem mit FET input OPs kaum mit BJT basierten typen.
Bei mehr als etwa 1 K Quellimpedanz dürften 2 x LT1028 parallel mehr 
Rauschen als einer alleine.

Andy D. schrieb:
> Wenn das so wirksam wäre, warum baut dann kein Hersteller tausend
> Opamps
> parallel auf einen Die und verkauft das ganze? :)

Viele der Präzisions OPs haben bereits am Eingang mehr Transistoren 
parallel. Das ist zwar hauptsächlich wegen der Temperaturgradienten, 
hilft aber auch beim Spannungsrauschen.

Man braucht eine Balance zwischen dem Spannungsrauschen und 
Stromrauschen. Mehr Transistoren parallel oder auch einfach ein größerer 
Transistor mit mehr Strom gibt weniger Spannungsrauschen, aber auch mehr 
Stromrauschen. Für weniger Spannungsrauschen reicht es wenn die 
Eingangstufe entsprechend angepaßt ist. Ganze OP parallel macht man nur 
gelegentlich weil man die Eingangstufen nicht getrennt ändern kann. Es 
ist ggf. einfacher als Diskrete aufgebaut mit gepaarten Transistoren für 
geringe Drift.

Je nach Quellimpedanz passt ein anderer Verstärker. Verstärker mit 
kleinem Stromrauschen aber dafür höheren Spannungsrauschen für hohe 
Impedanzen und Verstärker mit hohem Stromrauschen und kleinem 
Stromrauschen für kleine Impedanzen. Zum Ende mit den kleine Impedanzen 
kann man ggf. Parallelschalten, etwa weil es da keine passenden mehr 
gibt.

Es macht einen gewissen Sinn das der alte LT1028 ggf. immer noch die 1. 
Wahl für niedrige Frequenzen ist, denn der Weg zu wenig 1/f rauschen 
führt oft über größere Transistoren und damit einen größeren Die. Neue 
OPs vermeiden zusätzliche Fläche aus Kostengründen. Der Bereich ist halt 
auch ein Randbereich mit eher kleinen Stückzahlen. Für den DC Teil gibt 
es dann Chopperstabilisierte Verstärker wie ADA4523.