Hallo,
ich benötige für eine single supply Operationsverstärkerschaltung
(MikrophonVorverstärker) eine virtuelle Masse um die das Ausgangssignal
des Sensors schwingen kann. Ich möchte dazu eine Spannungsreferenz
verwenden [
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADR440_441_443_444_445.pdf
] und frage mich wie groß das Rauschen sein wird bzw wie es sich
auswirkt.
Wenn ich an den Ausgang der Referenzspannungsquelle (die ja einen sehr
niedrigen Ri hat) nur einen üblichen 100nF Kondensator gegen Ground
lege, dann müsste sich doch ein Tiefpass 1/(2PI*R*C) bilden, der wegen
des kleinen R eine sehr hohe Grenzfrequenz hat. Im Datenblatt der
Referenzspannungsquelle finde ich nun auf S.13 ein Breitbandrauschen von
49uV.
Der der Sensor/Mikrophon selbst nur eine Ausgangsspannung (RMS) von
wenigen uV (10-50uV) hat habe ich nun Angst, dass ich mir durch die
Referenzspannungsquelle den Signal-Rausch-Abstand gehörig verhagel.
Ist ggf. noch ein Tiefpassfilter am Ausgang der Referenzspannungsquelle
nötig?
Oder bin ich total auf dem Holzweg mit der Referenzspannungsquelle und
man "macht" das anders?
Danke!
Wenn man keinen groben Fehler drin hat, ist das Rauschen oder brummen
der Virtuellen Masse unwesentlich. Rauschen der virtuellen Masse wird
nicht mit verstärkt, sondern tritt ggf. höchstens noch additiv am
Ausgang auf, aber auch das lässt sich meist vermeiden. Man darf also das
Rauschen der virtuellen Masse nicht im Vergleich zum Eingang sehen,
sondern höchstens zum Ausgang.
Entsprechend reicht für die virtuelle Masse oft auch ein
Spannungsteiler, ggf. mit einem Impedanzwandler dahinter, wenn etwas
größere Ströme fließen.
Eine Bipolare Spannungsversorgung kann die Schaltung vereinfachen - ob
sich der Aufwand lohnt, hängt von den Umständen ab. Mit einer
virtuellen Masse ist man schon fast gezwungen die Signalmasse von
Stromversorgung zu trennen und hat so weniger leicht eine versehentliche
Masseschleife.
Danke für deine Antwort,
verstehe leider nicht wieso wird Rauschen der Referenzquelle nicht
mitverstärkt wird? Die gedachte Wechselquelle des Rauschens liegt doch
in Reihe zur Wechselquelle des Sensors und nach dem Überlagerungssatz
müsste sie also doch genauso wie die Sensorquelle verstärkt werden
(obere Skizze im Bild).
Für die Spannung von der Referenz hat der Verstärker nur eine
Verstärkung von 1, sofern der Verstärker nicht von selbst oszilliert.
Diesen Beitrag kann man auch noch vermeiden, wenn man den Ausgang auch
noch nur als Differenz zur virtuellen Masse sieht.
>Ist ggf. noch ein Tiefpassfilter am Ausgang der Referenzspannungsquelle>nötig?
Auf jeden Fall!
>Oder ist es sinnvoller dem OP eine dual-Supply (+ und -) zu spendieren>und den Sensor direkt auf der SystemMasse?
Muß nicht sein.
>Rauschen der virtuellen Masse wird nicht mit verstärkt, sondern tritt >ggf.
höchstens noch additiv am Ausgang auf, aber auch das lässt sich >meist vermeiden.
Doch, das Rauschen wird mit der Noise Gain verstärkt!
Aber, Atom, dein Schaltplan ist irgendwie falsch, weil zwischen Sensor
und "-" Eingang des OPamp ein Widerstand fehlt.
Außerdem werden Mikrofonsignale gewöhnlich nicht "invertierend" sondern
"nicht invertierend" verstärkt, weil dann die Gegenkopplung
niederohmiger, also rauschärmer ausfallen kann, ohne die Quelle dabei zu
belasten.
>Für die Spannung von der Referenz hat der Verstärker nur eine>Verstärkung von 1, sofern der Verstärker nicht von selbst oszilliert.
Nein, das stimmt nicht! Wenn der Verstärker eine Verstärkung von 100 für
die Mikrofonsignale hat, dann wird das Rauschen der
Referenzspannungsquelle mit dem Faktor 101 mitverstärkt!!
@Mikri
Ich möchte aber einen Ladungsverstärker nach
http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker aufbauen. Der
zeichnet sich durch die kapazitive Rückkopplung und Unabhängigkeit von
parasitären Eingangskapazitäten aus.
Wer mich jetzt nochmal mit dem Noise Gain beschäftigen...
>Ich möchte aber einen Ladungsverstärker nach>http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverst%C3%A4rker aufbauen.
Aha, du hast ihn aber nicht so gezeichnet wie im Link. Außerdem
funktioniert das nur mit Stromquellen, es heißt ja Ladungsverstärker.
Dein Mikrofon ist aber höchstwahrscheinlich eine Spannungsquelle und die
wird anders verstärkt.
Der Sensor ist eine kapazitiv hochohmige Spannungsquelle.
Er erzeugt eine Spannung/Ladung ~ Schalldruck und der Zusammenhang
dieser Größen wird über die Sensorkapazität C in Q=C*U beschrieben. Die
erzeugte Spannung/Ladung ist in über weite Frequenzbereiche konstant.
Aus I_out = jwC*V_sensor sieht man, dass dies nicht für den Strom gilt.
Deshalb ist für diese Art von Sensoren ein Strom->Spannungswandler
(Transimpedanzwandler) nicht sinnvoll. Man verstärkt stattdessen über
einen sehr hohen Eingangswiderstand die Sensorspannung oder "sammelt"
die Ladungen...
Deswegen denke ich das ein Ladungsverstärker für meinen Sensor (es
handelt sich um genauer zu sein nicht um ein Mikrophon sondern um ein
Hydrophone auf Piezobasis)das richtige ist.
Ich wollte wissen, ob das Rauschen der Referenzspannungsquelle in der 1.
Skizze einen offensichtlichen (für den analog Experten) Einfluss hat
bevor ich mir das mit einer genauen Rechnung veranschauliche.
Aber Danke für Deine/Eure Tipps :)
Grüße
>(es handelt sich um genauer zu sein nicht um ein Mikrophon sondern um ein>Hydrophone auf Piezobasis)
Warum sagst du das nicht gleich??
Nichtsdestotrotz hast du das Teil falsch gezeichnet. Das Signal ist eine
Stromquelle und der kapazitive Innenwiderstand liegt parallel über den
Anschlüssen und nicht in Serie.
>Ich wollte wissen, ob das Rauschen der Referenzspannungsquelle in der 1.>Skizze einen offensichtlichen (für den analog Experten) Einfluss hat...
Ja, das tut es. Wie sehr, hängt von der Noise Gain der Schaltung ab.
In der Skizze hat das Rauschen der Ref. Spannungsquelle noch keinen
Wiklichen Einfluss, weil das die Verstärkung für das Signal aus der
virtuellen Masse wirklich 1 ist. Die Spannung wirkt auf den + Eingang
und den - Eingang des OPs. Den Sensor muss man dabei nur mit seiner
Impedanz betrachten, aber halt nicht als offen ! Sofern der Verstärker
stabil ist, kommt da dann für den Idealen OP genau 1 heraus.
Man ist frei wo man sich die 0 hinlegt. Wenn man sich die bei der
virtuellen Masse annimmt, wird das offensichtlich. Dann rauscht halt die
"Masse".
In der Realen Anwendung hat man allerdings noch parasitäre Kapazitäten
am Sensor bzw. Kabel. Wenn da dann auch Kapazitäten nach GND und nicht
zur Virtuellen Massen reinkommen, stört das Rauschen der Virtuellen
Masse, oder wenn man es anders herum sehen will das Rauschen der Masse
relativ zur Virtuellen Masse.
"Das Signal ist eine
Stromquelle und der kapazitive Innenwiderstand liegt parallel über den
Anschlüssen und nicht in Serie."
Stimmt, aber man kann jede Stromquelle mit parallem Ri auch in eine
Spannungsquelle mit Ri in Serie wandeln...
Grüße :)
>Stimmt, aber man kann jede Stromquelle mit parallem Ri auch in eine>Spannungsquelle mit Ri in Serie wandeln...
Ja, mach das so, nenn das Ding noch Mikrofon und dann weiß kein Mensch,
was du meinst. Du mußt auch ein wenig an die anderen denken und
Konventionen einhalten.
>In der Skizze hat das Rauschen der Ref. Spannungsquelle noch keinen>Wiklichen Einfluss, weil das die Verstärkung für das Signal aus der>virtuellen Masse wirklich 1 ist.
Ja, du hast Recht. Ich habe mich von der Skizze verwirren lassen. Ich
dachte, der untere Anschluß der Signalquelle liegt auch auf Masse. Wenn
er natürlich auf der Referenzspannung liegt, sieht die Geschichte anders
aus. Dann spielen Streukapazitäten vom "-" Eingang nach Masse eine Rolle
und die endlich Gleichtaktunterdrückung des OPamp.
