Ich würde gerne verstehen, wie es sich mit der Rauschleistung an einem Verstärker verhält. Im Datenblatt ist ja meist eine Zahl in nV/sqrt(Hz) angegeben. Dabei stellt sich mir schon die erste Frage: Was nutzt mir diese Zahl, wenn ich nicht weiß, wie diese sich über die Frequenz verhält? Eigentlich genau nichts, richtig? Außerdem frage ich mich, wie man bei einem Verstärker eine Bandbegrenzung erreicht? Spontan würde ich sagen, dass eine Kapazität in der Rückkopplung zwar quasi eine Bandbegrenzung am Eingang des OPs bewirkt, aber nicht am Ausgang. Denn das Rauschen im OP entsteht ja auch unabhängig vom Eingang. Wenn ich jetzt also einen High Speed OP mit 1GHz Bandbreite und weißen 1nV/sqrt(Hz) gibt das ja 31.6µV Rauschspannung. Ich brauche eigentlich aber nur zB 10MHz Bandbreite und schalte deswegen eine Kapazität mit in die Rückkopplung, wird sich doch daran nichts ändern, oder doch? Klar, ich habe am Eingang weniger Rauschleistung (V_n,in) und damit muss weniger zu der bereits berechneten Rauschspannung zuaddiert werden. Ich stelle mir das so vor: V_n,out = 31.6µV + Gain * V_n,in Kann man sich das so vorstellen? Wäre es dann aber nicht viel besser, wenn man gleich einen 10MHz OP nimmt, obwohl der mit zB (angenommen weißen) 4nV/sqrt(Hz) angegeben ist? Dann kommt man doch auf V_n,out = 12.6µV + Gain * V_n,in
Die Rauschspannung ist bezogen auf den Eingang. Wenn Du durch ein entsprechendes Gegenkopplungsnetzwerk die Bandbreite auf 10MHz begrenzt, wird auch nur in diesem Fenster die Eingangsrauschspannung verstärkt. In Deinem Beispiel also 1nV*Wurzel(10M) = 3uVrms. Wohlgemerkt, das ist bis dahin eingangsbezogen. Hat der Verstärker 10-fache Verstärkung im 10MHz-Band, erscheinen am Ausgang 30uVrms.
Die Frage nach der spektralen Leistungsdichte hast du dir mit weißem Rauschen ja selbst beantwortet. Ich gehe davon aus, dass du einen Kondensator wie üblich parallel zu deinem Widerstand in der Rückkopplung (invertierender Verstärker) hast. Jetzt kannst du dir überlegen, wie der Amplitudengang des Verstärkers aussieht. Bei 0Hz also DC hast du entsprechend deine Verstärkung. Da der Kondensator wie eine offene Klemme wirkt, bleiben nur die Widerstände. Gehst du mit der Frequenz hoch, sinkt der Rückkopplungswiderstand, da dieser eine Impedanz aus der Parallelschaltung von R und C ergibt. Sprich mit steigender Frequenz geht immer mehr Signal um den Widerstand herum und wird immer weniger verstärkt. Bei unendlich hoher Frequenz hast du dann einen Kurzschluss in der Rückkopplung, da alles über den Kondensator fließt. Also einen Spannungsfolger mit Verstärkung von 1. Damit kann prinzipiell das Rauschen nur 1:1 vom Eingang zum Ausgang gelangen, wäre da nicht das Tiefpassverhalten des Verstärkers selbst. Dieser kann, bei einer bestimmten Verstärkung nur in einem Frequenzbereich arbeiten (GBP - Gain Bandwide Product). Deshalb dämpft dieser das Asugangssignal entsprechend weiter und somit auch das Rauschen. Fazit: Denke in drei Bereichen. 1.Gleichspannung 2. Durchlassbereich f<fg 3. sperrbereich f>fg
Ahnungsloser schrieb: > Außerdem frage ich mich, wie man bei einem Verstärker eine > Bandbegrenzung erreicht? Spontan würde ich sagen, dass eine Kapazität in > der Rückkopplung zwar quasi eine Bandbegrenzung am Eingang des OPs > bewirkt, aber nicht am Ausgang. Denn das Rauschen im OP entsteht ja auch > unabhängig vom Eingang. Ahnungsloser schrieb: > Ich brauche eigentlich > aber nur zB 10MHz Bandbreite und schalte deswegen eine Kapazität mit in > die Rückkopplung, wird sich doch daran nichts ändern, oder doch? Zumindest weisst Du ja welche Bandbreite Du benötigst. Was willst Du denn wirklich bauen? mfg klaus
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Im nächsten Schritt gilt es noch das Rauschen der externen Bauelemente zu beachten. Zunächst dominant: https://de.wikipedia.org/wiki/Rauschspannung Bei Zimmertemperatur und 10MHz Bandbreite sind das 130µV an einem 100k Widerstand. Ein üblicher Ansatz wäre es, die Schaltung aufzumalen und für jedes Bauteil die entsprechende Störspannungsquelle einzuzeichnen.
Marcus H. schrieb: > Ein üblicher Ansatz wäre es, die Schaltung aufzumalen und für jedes > Bauteil die entsprechende Störspannungsquelle einzuzeichnen. Oder man nimmt gleich LTspice.
Nun ja, mit einem sauber parametrierten LTspice-Modell kann man dann die Rechenergebnisse kontrollieren. Aber wie soll man das Modell überprüfen, wenn die theoretischen Grundlagen fehlen? Ein Reiseführer aus dem Tal der Ahnungslosen wäre z.B. der Tietze Schenk. Und danach die einschlägigen Appnotes von ADI etc. Zum Aufwärmen vielleicht dieses Papier: http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/43-09/linear_circuit_design_handbook.html Start in 1.49 p54 / fig. 1.49 - und von dort aus, nach Bedarf, rückwärts und dann wieder vorwärts lesen.
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