Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz

[Kai K. (klaas)]

>Es sind noch Funktionsmängel vorhanden, so dass ich mit den Meßreihen
>immer noch nicht beginnen kann.

Hallo Ralf,

was für Funktionsmängel?

[teccoralf (Gast)]

Hallo,
ja die Auswertung über den MINI-DSO läuft nicht. Die Ansteuerung (um auf 
den Pegel von 1mV pro SkT) geht über einen Verstärker mit 2 x 1028, aber 
mit einer Betriebsspannung (also nicht positiv und negativ versorgt).
Da habe ich irgendeine Sauerei drin, die einen hohen Störpegel aufweist. 
Es ist kein Schwingen sondern ein begrenzen oder sonstiges verformen des 
Signals. Im Ruhezustand, mit kurzgeschlossenem Eingang mit 10 Ohm ist 
alles okay. Ab 0,1 mV geht das Theater los, das Nutzsignal ist nicht 
mehr zu selektieren. Ich habe eine zweite identische Stufe noch da, die 
will ich dann austauschen und sehen, woran das Ganze liegt oder ob der 
Fehler in der Verkabelung liegt. Die Stromversorgung ist auch mit 
abgeschirmten Kabeln verdrahtet und an den Platinen abgeblockt. Da alles 
dann sehr gedrängt ist, wenn die Abschirmung drüber steckt kann hier 
schon ein nicht gewollter Effekt entstehen. Die DUTs auf der rechten 
Seite sind noch nicht angeschlossen, d.h. sind montiert, aber können 
einzeln über die Schalter mit der Spannung versorgt werden. Die Signale 
(Eingang und Ausgang) werden über die BNC - Buchsen zugeführt bzw. dann 
zum DSO geführt. Die Messseite ist eben bis auf den Verstärker okay. Der 
USB- Anschluß ist noch nicht repariert, das hebe ich mir noch auf.
LG Ralf

[Ralf H. (teccoralf)]

Hallo Forum, Hallo @Kai,
der Fehler ist gefunden, aber nun ist guter Rat teuer, bzw. mit 
mechanischem Aufwand verbunden.
Auf Grund der gedrängten Anordnung des Vorverstärkers in der Nähe des 
MINI-DSO ist die Abschirmung des DSO nicht gut genug, d.h. reicht nicht 
aus. Wenn ich mit dem Vorverstärker 3 cm weit weg gehe, ist alles i.O. 
Nun ja, ich probiere nochmal eine zusätzliche MU-Metall Kappe über beide 
(DSO + VV) überzuziehen, damit sich beide nicht "sehen", vielleicht ist 
das ausreichend.
Ich hätte schon beim Artikel von @branadic stutzig werden sollen, er hat 
zwar eine STM32F10 verwendet, aber bei ihm reichte schon das Display aus 
um Ärger zu bereiten.
Ich habe bei der mechanischen Konzeption schon erst thermisch mit 
Pappkappe, darüber dann ALU, dann Stahlblech verwendet und im Prinzip 
nach HF- Gesichtspunkten, also "wasserdicht" gebaut. Auch Masse und 
Abschirmung getrennt. Auf dem Tisch ging auch alles prima, es sind 
insgesamt zwei Geräte aufgebaut, - und nun doppelter Mist. Also 
nachdenken und probieren, mit messen bin ich nicht weiter gekommen.
LG Ralf

[Kai K. (klaas)]

>Ich habe bei der mechanischen Konzeption schon erst thermisch mit
>Pappkappe, darüber dann ALU, dann Stahlblech verwendet und im Prinzip
>nach HF- Gesichtspunkten, also "wasserdicht" gebaut. Auch Masse und
>Abschirmung getrennt.

Hallo Ralf,

ohne deine Schaltung jetzt im Einzelnen zu kennen, vermute ich, daß 
deine konsequent sternförmige Masseführung der analogen Schaltung mit 
den Störungen der digitalen Schaltung nicht klar kommt.

Versuche mal die digitale Schaltung zusätzlich in ein Weißblechgehäuse 
einzbubauen, welches die digitale Schaltung möglichst vollständig 
umhüllt. Die beiden Gehäusehälften solltest du an möglichst vielen 
Stellen mit der Massefläche der digitalen Schaltung verbinden, so, wie 
man das in guten Radio- oder Fernsehtunern macht. Dort, wo das Display 
der digitalen Schaltung dem Hauptgehäuse nahe kommt, solltest du das 
Hauptgehäuse in diesen Faradayischen Käfig miteinbeziehen und es 
möglichst an mehreren Stellen mit 10n Caps mit dem Weißblechgehäuse 
verbinden. Damit erreichst du, daß vagabundierende HF, die sich von der 
digitalen Schaltung zum Hauptgehäuse ablöst, auf kürzestem Wege, nämlich 
über die Caps zur digitalen Schaltung zurückfließen können. Machst du 
das nicht, sucht sich die HF einen anderen Weg, beispielsweise über 
Teile deiner Analogschaltung.

Auch die analoge Schaltung solltest du mit einem solchen Faradayischen 
Käfig umhüllen, der bis zur Frontplatte des Hauptgehäuses vorgezogen 
wird.

[Ralf H. (teccoralf)]

Hallo Kai,
habe ich soweit gemacht, - bis auf: ich habe die Masse nicht mit C´s an 
die Abschirmung gelegt, das ist ein guter Hinweis. Ansonsten wie in HF- 
Kreisen üblich eben "wasserdicht" in Weißblech ist alles realisiert. Ich 
sehe das Problem auch in diesen vagabundierenden Spikes. Digitaltechnik 
bringt nicht nur Vorteile sondern auch Probleme, wenn man analoge damit 
zusammen bringt.
Ich hatte mich ja auch damit schwer getan alles in das Gehäuse und 
trotzdem signalmäßig zu trennen. So wie auf der Frontplatte in "Themen" 
geordnet zu sehen ist es drinnen auch, - aber eben der eine analgoge 
Verstärker sitzt zu dicht am DSO,-
danke für den Ratschlag!
LG Ralf

[Arno H. (arno_h)]

Hier wird ein ähnliches Problem behandelt, vielleicht findest du dort 
ein paar Anregungen: Beitrag "EMV-Störung beim Display"

Arno

[Ralf H. (teccoralf)]

Hallo, Jäger des Rauschens,
seit dem letzten Eintrag ist geraume Zeit vergangen, in der weitere 
Arbeiten an den rauscharmen Verstärkern fortgeführt wurden. Über diese 
Schritte möchte ich hier berichten.
Insgesamt wurden mehrere Verstärker mit den unterschiedlichsten 
Varianten bezüglich Stromlaufplan, Bestückung, Leiterplattenlayout, 
Stromversorgung usw. aufgebaut.
Dies ist im wesentlichen die Kernschaltung LT 1028 nach AN83 in der 
Leiterplattenversion nach @branadic. Diese wurde dreimal aufgebaut, 
zweimal komplett mit Filterstufe und eine ohne Filterstufe,- uns fehlte 
der LTC1562. Diese wurden jeweils parallel aufgebaut und in die 
Meßschaltung eingesetzt. D.h. erst ein Pappgehäuse, dann ein 
Weißblechmantel und dann in die „Meßkammern“ (siehe dazu weiter vorne 
der mechanische Aufbau mit Stromversorgung).
Weiter wurden die besprochenen Versionen mit SSM 2220 und AD797 
aufgebaut. Alle diese Schaltungen wurden in mindestens 2-facher 
Ausfertigung aufgebaut um Toleranzen auszuschließen bzw. auch 
nachzuweisen, dass diese Parameterschwankungen die Folge von 
Bauelemente- Toleranzen sind.
Hier wurde dann auch noch der Vergleich der AN83 in bedrahteter 
Ausführung, SMD- Schatung,  wie auch symetrische gegenüber 
unsymmetrischer Betriebsspannung aufgebaut. Ebenso die unterschiedliche 
Bestückung statt LT 1028 mit LT 1037.
Die einzelnen Meßergebnisse werde ich hier im MC_Net nach dem August 
Symposium veröffentlichen, um nicht in die Falle der 
Urheberrechtsverletzung zu kommen, da diese Ergebnisse in verschiedene 
abschließende Arbeiten auch einfließen.
Das ganze wurde in zwei unterschiedliche Meßreihen aufgeteilt, einmal 
der Frequenzbereich 0,1 Hz bis 100Hz und einmal 10Hz bis 100 kHz.
Der niedrigste Frequenzbereich weißt erwartungsgemäß die größten 
Abweichungen auf, da unter 10 Hz die meisten Bauelementeschwankungen 
vorhanden sind.
Diese Meßreihen wurden mit drei verschiedenen Apparaturen aufgenommen. 
R&S-Serie 2500, RIGOL DSO und der „Spielzeug DSO 062“. Erstaunt waren 
wir um die Gleichheit der Ergebnisse, die Erwartungsgemäß in der 
Auflösung sich unterschieden aber alle drei eine gute Reproduzierbarkeit 
hinterließen. Der angesprochene Meßplatz mit dem STM32 haben wir nicht 
zeitig genug fertig bekommen, so daß diese Ergebnisse eventuell 
nachgeliefert werden.
Dieser Beitrag hier soll als „Lebenszeichen“ gelten, aber bitte nicht 
allzu große Erwartungen hervorrufen, da die gefundenen Meßwerte alle im 
gleichen Bereich liegen, zwar mit Schwankungen um die 30%, aber die 
Werte von @branadic, aus den obigen Beiträgen können gesichert erreicht 
werden, bzw. sind erreicht worden.

Mit besten Grüßen
teccoralf

[Andrew T. (marsufant)]

Karl Tecco schrieb:
> Hallo,
> den HUNTRON Tracker kannte ich bis zu Deinem Artikel nicht. Die gibt es
> wohl nur für 80Hz?!


Nein, die waren umschaltbar 80/400/2000Hz.
Eben aus dem gleichen Grund aus dem Du Deine Laborgeräte aus einem 
Tongenrator betrieben hast.

Der Plan ist auf der Huntron-Forumsseite (google nutzen!) im Netz 
zugänglich, kann man mit etwas Geduld nachbauen.
Ich habe als Sichtgerät ein einfaches tektronix NF Scope benutzt, so das 
man das ganze in einem Gehäuse hat.

Stimme dir aber zu, wenn man das Gerät einmal verstanden hat ist es bei 
der Fehlersuche SEHR nützlich. Haben andere wohl auch erkannt:
Erklärt vermutlich, warum auch ein Oldie wie der H1000 im ebay noch 
gebraucht Preise um 800 Euro erzielt.

[Karl T. (trekkerfahrer)]

Hallo Andrew,
danke für die Info. Der Plan ist auch gut, werde mal über eine ähnliche 
Realisierung nachdenken.
Beste Grüße Karl

[Walter (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe mit freude die Beiträge gelesen und hoffe, das meine 
Anmerkungen nicht zu spät sind. Ich Arbeite gerade an einem DA-Wandler 
und da kommt es auf eine saubere Referenzspannung an. Als ich nun meine 
Messgrenze von 200µV erreicht habe, kam ich auf die Idee mir einen 
Differenztastkopf zu machen und so entdeckte ich diesen Beitrag.

Meine Überlegung:
Ich habe vor kurzem für eine Anwendung einen EKG Verstärker gebaut und 
war überrascht, wie einfach das heutzutage geht – schon auf dem 
Steckbrett und nur mit dem AD620 konnte ich mit wenig Störungen eine 
recht saubere Kurve auf dem Oszilloskop darstellen (1 mV= 10div).

Für meine Messungen ist es wichtig genaue Messpunkte anzusteuern, so ist 
die Differenzgeschichte von Vorteil.

Ich will hier nicht zu ausführlich werden aber sicher sind dies ein paar 
gute Tipps:

Eines der Besten OP Bücher (Kapietel 3 Referenzspannungsquelle 1,5 
nV/Wu_Hz)

http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html


Auf jeden Fall der AD620

http://www.analog.com/en/specialty-amplifiers/instrumentation-amplifiers/ad620/products/product.html


Und wirklich sehr gut:
EMV Störungssicherer Aufbau ISBN 978-3-8348-1781-5

Dies sind wirklich sehr gute Anregungen – in Kombination mit dem hier 
vorgestellten Wissen eine gefährliche Waffe gegen das Rauschen ;-)

Ach ja und so banal das klingt: Nicht vergessen den Prüfling später auch 
in einer Keksdose verschwinden zu lassen – sonst gilt der alte Spruch … 
„wer misst mist…“

L.G.
Walter

[Karl T. (trekkerfahrer)]

Hallo Walter,
zeichne doch bitte mal Deine realisierte Schaltung aus dem o.g. Beitrag 
hier auf.
Das interessiert uns doch, da die erzielten Werte doch ganz ansprechend 
sind.
Beste Grüße Karl

[Teo (Gast)]

Was haltet Ihr davon:

http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

[ArnoR (Gast)]

> Was haltet Ihr davon:
> http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Nichts.

Die gefaltete Kaskode (T4) braucht die Stromquelle T3 nicht. Die 
Funktion der unbezeichneten Z-Diode ist unklar, die Spannung an dem 
Punkt ist durch D1-D3 und T4 bereits vollständig bestimmt. Die 
Betriebsspannung ist mit +-18 sehr hoch und kaum akkutauglich. Das 
gleiche Ergebnis (Verstärkung/Rauschen) geht auch mit einem einfachen 
9V-Block.

Die untere Grenzfrequenz ist nur 160Hz. Der Eingangsstrom ist sehr groß 
(ein BF459 hat bei Ic=4mA nur eine Stromverstärkung von etwa 60, der 
MJE13007 nichtmal 20-fach), entsprechend groß ist auch der 
Eingangsrauschstrom. Die Schaltung ist nur für sehr niedrige 
Quellwiderstände geeignet. Der Bauelementeaufwand ist sehr groß.

[Abdul K. (ehydra)]

Hm, ideale Rauschanpassung bei 300 Ohm. Wäre für z.B. für einen 
Lautsprecher als Mikrofon benutzt, brauchbar. Oder auch einen großen 
Piezo mit ESR in diesem Bereich.

[ArnoR (Gast)]

> ideale Rauschanpassung bei 300 Ohm

Der optimale Quellwiderstand ist u.a. von der Stromverstärkung und vom 
Basisbahnwiderstand abhängig. Da die in diesem Fall sehr niedrig sind 
(MJE13007), ist auch der optimale Quellwiderstand sehr niedrig. Mit der 
Gleichung im Bild bekomme ich wesentlich kleinere Werte als 300R (etwa 
30R).

Quelle: Tietze/Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, 11.Auflage

[Abdul K. (ehydra)]

Ich habe einfach seine angegebenen Werte benutzt:
r(opt)=e(n)/i(n)

[ArnoR (Gast)]

>> Was haltet Ihr davon:
>> http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Neben dem oben gesagten ist mir nach genauerem Hinsehen noch 
aufgefallen, dass die Schaltung noch ein großes Problem hat. Durch die 
Stromquellen T5->T3->T6 ist die Schaltung überbestimmt, d.h. die Ströme 
sollen auf Werte gezwungen werden, die sich nicht einstellen können. Ich 
wäre nicht erstaunt, wenn die erwähnten Relaxationsschwingungen dadurch 
verursacht werden.

Außerdem widerspricht es total der Erfahrung, dass ein BC549C 10-mal so 
viel rauscht wie ein BF459.

[Jörn DK7JB (Gast)]

Messverstärker von branadic zu verkaufen:  (wie in diesem Thread 
diskutiert)

Vor einiger Zeit hat branadic seinen Messerstärker hier in diesen 
Beiträgen ausführlich diskutiert. Von ihm habe ich einen fertigen Aufbau 
erworben. Mir fehlt aber die Zeit (es gibt immer zu viele Projekte ;-)). 
Solltet ihr Interesse haben schreibt mir doch bitte eineEmail, damit wir 
uns vielleicht einigen können. Ich möchte der Verstärker gerne abgeben.

Ich kann mit vorstellen dass es auch andere interssiert wie stark ihre 
Spannungsregler rauschen. Der Aufbau beruht auf der AN83 --> 
www.linear.com/docs/4172

Ich hoffe es ist verzeihlich, hier einen solchen Hinweis zu schrieben. 
Der Verstärker zum Vermessen von Spannungsregler-Rauschen ist aber zu 
speziell um nur im Kaufen/Verkaufen zu landen.

Hier ein Link zum Aufbau von branadic: 
Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz"

Ins Unterforum "Kaufen/verkaufen" setze ich auch noch einen Beitrag.

Bei Interesse bitte per Email melden.

Jörn

[branadic (Gast)]

Für alle die den Messverstärker nach AN83 nachbauen:

Anja hat mich nach einer Messung der Übertragungsfunktion des 
Verstärkers auf das Peaking aufmerksam gemacht, das man auch bei J.W.'s 
Aufbau sieht. Dem bin ich heute mal simulatorisch nachgegangen, weil der 
Frequenzgang der Simulation "beängstigend" gut, wie Anja es formuliert 
hat, übereinstimmt.

Demnach kann man die Übertragungsfunktion entscheidend verbessern, wenn 
man den 5,62k-Widerstand am LTC1562 auf 4,99k oder 5k reduziert. In der 
Simulation funktioniert das ausgezeichnet, fehlt nur noch der reale 
Nachweis.

M.E. gehört hier auch das Datenblatt zum LTC1562 korrigiert, da sind 
5,421k angegeben.

-branadic-

[branadic (Gast)]

Nachtrag: der optimale Wert liegt bei 5.2k, also eine Parallelschaltung 
aus 5.6k und 39k.

[Anja (Gast)]

Hallo,

anbei die Messung des Frequenzgangs.
Bei 1Vss an 1100:1 Spannungsteiler am Eingang.
Die Verstärkung habe ich noch nicht abgeglichen.

Gruß Anja

[branadic (Gast)]

branadic schrieb:
> Nachtrag: der optimale Wert liegt bei 5.2k, also eine Parallelschaltung
> aus 5.6k und 39k.

Es muss natürlich 5.6k || 68 oder 70k heißen.

[Anja (Gast)]

Hallo Branadic,

danke für den Hinweis.
Anbei ein Plot nach Einbau 68K || R9 = 5K62.
-> die 0.5dB Überhöhung sind komplett weg.
Im Bereich 40Hz - 65kHz sind es weniger als 0.1dB gemessene 
Verstärkungsänderung.

Gruß Anja

[branadic (Gast)]

Hallo Anja,

das sieht wirklich wesentlich besser aus. Demnach hast du jetzt etwa 
5.191k drin. Wundert mich, dass J.W. das nicht nach seinen Messungen 
bereits aufgefallen war und er etwas dagegen unternommen hat.
Aber du hast recht, wirklich beängstigend, wie gut das mit der 
Simulation passt. Jetzt noch die Verstärkung mit dem Poti anpassen und 
dann viel Spaß mit der Messverstärker nach AN83.

-branadic-

[Anja (Gast)]

Hallo Branadic,

anbei zum Vergleich die Simulation mit Deinem Modell.
(Danke auch dafür).
Dort ist R9 aus dem Layout = R12 im Modell.

R9 = 5K62 mit 0.5 dB peak
R9 = 5K19 entsprechend modifiziertem Aufbau.

Gruß Anja

[branadic (Gast)]

Hallo Anja,

noch etwas bessere Resultate solltest du mit 5.62K || 130k || 160k 
erzielen. Ich habe bei mir 0603 bestückt, die passen wunderbar on top 
auf die MMU 102 drauf.

-branadic-

[branadic (Gast)]

Hallo Anja,

ich habe die Modifikation (5.62k || 130k || 160k) heute auch bei mir 
messen können und die Verstärkung angepasst, Messung anbei.

-branadic-

[Dieter Claus (Gast)]

Anja schrieb:
> anbei die Messung des Frequenzgangs.

Google hat mich zu diesem Thread geführt.
Echt krass wie klasse das in dem Video funktioniert!

Youtube-Video "Bode Plot Diagramm u. Filter Messungen  einfach erklärt | Tutorial | Frequency Response Analysis FRA"

Ich will meine Filter auch so durchmessen, das wäre mir die Anschaffung 
eines PicoScopes wert. Anja, du bist der Pico Profi im Forum, kannst Du 
mir ein Modell empfehlen?

[Anja (Gast)]

Hallo Dieter,

wenn Du viele Bode-Diagramme erstellen willst ist ein Spektrum-Analyser 
mit Tracking-Generator oder ein VNA sicher die bessere Lösung 
(Live-Darstellung z.B. wenn Du einen Schwingkreis abgleichen willst). 
Ein Oszi für ein Bode-Diagramm ist immer eine Notlösung (Darstellung 
dauert etwas und ist nicht "live").

Ich selbst habe ein PicoScope 5444A. Hauptsächlich wegen der bis zu 16 
Bit Hardwareauflösung der Messung (8 * 14 Bit ADC-Wandler parallel = 
15.5 Bit + Oversampling 0.5 Bit) und dadurch bedingtem niedrigen 
Quantisierungsrauschen.
Das 5444A ist in der Zwischenzeit durch das PicoScope 5444D abgelöst 
worden.

Nicht jedes PicoScope hat einen eingebauten Funktionsgenerator (auch 
wenn das AFUG behauptet). Und manche Modelle haben nur einen 2 MHz 
Funktionsgenerator.

Das Tool von Aaron Hexamer funktioniert auf jeden Fall mit der aktuellen 
5000er Serie der PicoScopes. Ein PS 4824 habe ich auch bereits mit 
Erfolg getestet. Mit einigen (älteren) Modellen der 2000er Serie 
(A-Modelle) scheint es anfänglich nicht funktioniert zu haben.
Im Zweifelsfall hier nachfragen:
https://www.picotech.com/support/topic14311.html

Infos:
https://www.picotech.com/library/picoapp/frequency-response-analyzer-with-bode-plots
https://bitbucket.org/hexamer/fra4picoscope/wiki/Home

Das SDK habe ich auf den meisten Rechnern nicht installiert. Das Tool 
fra4picoscope läuft bei mir auch ohne SDK.

Gruß Anja