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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik rauscharmer Vorverstärker: ist die LTSPICE Sim. brauchbar ?


Autor: Elektrouwe (Gast)
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hallo LTSPICE Simulanten,
habe einen Vorverstärker für einen magn. Saitentonabnehmer mit einem 
NE5532 gebaut. Das Teil rauscht mir zu stark, deshalb wollte ich
einen (oder mehrere parallele) NPN als Eingangsstufe davorsetzen.
Zunächst habe ich den NE5532 mit gain 40dB simuliert. Die Rauschdichte 
der Ausg.spg. war 650 nV/sqrtHz, was dem Datenblatt entspricht. Dann 2 
dieser amps parallel geschaltet, was 460 nV/sqrtHz ergab - also der 
Theorie folgt.
Ziel war aber < 100nV/sqrt, weshalb ich mir die angehängte Schaltung mit 
folgenden Vorgaben ausgedacht habe:
als Eingangsstufe einen NPN aus der Schublade (BC3xx, BD1xx, oder was 
modernes (SMD) BC8xx). Der NE5532 soll ebenfalls bleiben. Der Betrieb 
soll mit 2 LI-Akkus 3,7V erfolgen (damit die Stromversorgung nicht schon 
zum Rauschproblem wird). Möglichst keine Kondensatoren im Signalpfad.
Letzteres habe ich nicht geschafft, aber es ist nur 1 Elko nach Masse 
geblieben, der aber nur ca. 0,6V DC abkriegt und fast keine Wechselspg. 
und nur ein paar mA Wechselstrom. Deshalb akzeptiere ich das mal trotz 
Lebensdauer- und Klanggründen :-)
Die Simulation lieferte nach längerem rumprobieren mit der Topologie & 
Dimensionierung schon gute Werte mit einem BC337-40. Auch konnte ich 
durch Parallelschalten mehrerer BC337 das Rauschen erwartungsgemäß 
reduzieren.
Dann habe ich weitere Trans. simuliert, von denen ich annahm, dass sie 
wegen geringem Bulkwiderstand wenig rauschen und bin mit dem BC817 
fündig geworden:
Schon mit 1 BC817 zeigt die Simulation 40nV/sqrtHz, also 0,4nV/sqrtHz 
bezogen auf den Eingang !
Jetzt endlich zur Frage: ist das realistisch ?
Parallelschalten weiterer BC817 brachte KEINE Verbesserung, dh. andere 
Komponenten (Widerstände?) dominieren jetzt anscheinend ???
Die Transienten- und AC-analyse zeigen beide sinnvolle Resultate,
so dass ich mir ziemlich sicher bin, keinen totalen Mist zu simulieren.
Was meint ihr ? Hab mal die LTSPICE dateien zum spielen mit angehängt

Autor: Mark Space (voltwide)
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Falls Du auf einen typ hochohmigen Gitarrentonabnehmer abzielst, bist 
auf dem völlig falschen Dampfer.
Die Absenkung der Rauschspannung bringt nur Verbesserung bei 
niederohmigen Quellen. Da hierbei immer auch der Rauschstrom zunimmt, 
erzeugt dieser am hochohmigen Quellwiderstand eine weitaus höhere 
Rauschspannung als das was Du anhand von en ausrechnest.
Von daher ist der NE5534 in diesem Umfeld suboptimal.
Nimm nen TL072, dann bist Du bereits nahe an der Machbarkeitsgrenze.

: Bearbeitet durch User
Autor: Old Papa (old-papa)
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Keine Ahnung was die Simulation macht, ich mach sowas life mit den Ohren 
(oder auch Oszi)
In allen meinen Mischpultschaltungen werden im empfindlichsten Eingang 
PNP-Transistoren verwendet, weil diese wohl weniger rauschen. Aber auch 
verwendete Widerstände und Kondensatoren können (mitunter stark) 
rauschen.
Bau das möglichst niederohmig auf.
Irgendwelche Transistoren "aus der Kiste" sind bei einem solchen 
Vorhaben höchst abenteuerlich ;-)

Old-Papa

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Mark S. schrieb:
> Falls Du auf einen typ hochohmigen Gitarrentonabnehmer abzielst
nein, Ri <100R, L<100mH

Autor: voltwide (Gast)
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Was ist das für ein seltsamer PU? Da würden mich mal die Einzelheiten 
interessieren. 100mH würde ich mal als "mittelohmig" einstufen mit 60 
0Ohm Impedanz bei 1kHz.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo,
rauscharme Transistoren sind BC549/BC550.
http://www.farnell.com/datasheets/727135.pdf

Generell würde ich sagen das LTspice das Rauschen richtig berechnet. 
wenn das Modell es hergibt. Das absolute Rauschen hängt ja auch von der 
Bandbreite ab. Gerade bei einem Saitentonabnehmer kann man doch 
entsprechende Bandpässe einrichten.

mfg Klaus

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo,
ich habe noch Probleme zum Verständnis der Schaltung. Soweit ich das 
verstehe ist U2 als Servo tätig und sorgt für ein Vout ohne 
Gleichanteil. Wie kommt es dann zur Aussage "for lower Gain R9 must be 
reduced = more low freq noise"?
Ferner, auf C4 kannst Du bei einem Servo verzichten. R1 direkt auf GND 
legen, R9 am Emitter von Q1 einspeisen.

Hier mein Servo.
Beitrag "Re: SNR mit Hobbyausstattung messen"

Und hier das Original mit Elko (auf Seite 1).
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/lt1115fa.pdf

mfg klaus

Autor: Joachim (Gast)
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Elektrouwe schrieb:

> Schon mit 1 BC817 zeigt die Simulation 40nV/sqrtHz, also 0,4nV/sqrtHz
> bezogen auf den Eingang !
> Jetzt endlich zur Frage: ist das realistisch ?

Wenn der Eingangswiderstand in der Simulation bei 100 mOhm, in der 
Praxis aber eher bei 100 Ohm liegt, dann natürlich nicht.

100 Ohm rauschen schon mit 1,2 nV/sqrtHz.

> Parallelschalten weiterer BC817 brachte KEINE Verbesserung,

Das Parallelschalten hat fast einzig den Zweck die Basisbahnwiderstände 
paralell zu schalten. Wenn der Widerstand Deiner Quelle deutlich drüber 
liegt, oder andere Komponenten einen großen Anteil haben, bringt 
Parallelschalten nichts mehr.

Der Ruhestrom des Eingangstransistors sollte auf den Widerstand der 
Quelle abgestimmt sein. Formel I_C= ( 25mV/R_ein ) * Wurzel(Beta).

Gruß

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Joachim schrieb:
> Der Ruhestrom des Eingangstransistors sollte auf den Widerstand der
> Quelle abgestimmt sein. Formel I_C= ( 25mV/R_ein ) * Wurzel(Beta)
vielen Dank für die Formel, hatte I_C in der Simu "empirisch optimiert"
Ist das Leistungsanpassung ? hättest du mir einen link dazu ?
Gruß u~

Autor: Joachim (Gast)
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Elektrouwe schrieb:

> Ist das Leistungsanpassung ? hättest du mir einen link dazu ?


Es geht darum Strom- und Spannungsrauschen zu optimieren.

Z. B.:
http://users.ece.gatech.edu/~lanterma/sdiy/datashe...

http://www.janascard.cz/PDF/Design%20of%20ultra%20...

Gruß

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> ich habe noch Probleme zum Verständnis der Schaltung.
hallo Klaus,
das mit R9 ist so gemeint: wenn ich weniger gain will muss ich R2 
verkleinern. R9 wirf vom Servo-OPAs heruntergezogen um die -0.6V für den 
Emitter zu erzeugen. Da der Servo wegen der geringen Betr.spg. von 
+-3,7V nicht beliebig nach - ziehen kann, muss also R9 verkleinert 
werden. Die Rauschspannung des Servo wird durch den Spannungsteiler 
R9/ESR_C4 heruntergeteilt und in den 4.7R Emitterwid. eingekoppelt. 
Deshalb steigt das Rauschen an, wenn man R9 verkleinert.
Das ist auch der Grund, warum ich den Elko nicht los werde:
Der ESR liegt im zig_mOhm Bereich. Wenn ich den direkt durch R1 ersetze, 
wie du es vorgeschlagen hast, wird das Gesamtrauschen dramatisch hörer. 
Davon abgesehen kann der Servo den riesigen Strom um an 4.7R die 
benötigten -0.6V
zu generieren, nicht liefern. Wenn ich R1 vergrößere, so wie in deinem 
Schaltplan, mach ich das Rauschen auch größer.
Knackpunkt ist halt, dass man an Basis und Emitter sehr niederohmig sein 
muss um rauscharm zu sein, was nach einer niederohmigen UND rauscharmen 
Quelle verlangt. Das krieg ich momentan leider nur mit dem fetten Elko 
hin.
Versuche aber, mit einem 2. BC818 einen C-multiplier mit kleinem C zu 
machen,
der vom Servo angesteuert wird. Melde mich am WE mit Resultaten.
Wenn das nicht klappt, fliegt der Sero wieder raus und ich kopple NACH 
der Verstärkung das Signal über einen hochohmigeren RC-Hochpass aus, 
weil das R-Rauschen dann vernachlässigbar ist - eben die Standardlösung.
Gruß u~

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Joachim schrieb:

> http://www.janascard.cz/PDF/Design%20of%20ultra%20...

Danke für die links !
@Klaus.Ra und Old Papa : im obigen link wird erklärt, warum niederohmige
NPNs für niederohmige Quellen besser sein können als "rauscharme" 
Transis.
und hochohmigere PNPs.
Das deckt sich ja auch mit meinen Simulationen.
Meine Frage, ob die 0,4nV/sqrtHz für das BC817/818 model realistisch 
sind, hat aber immer noch niemand kommentiert. Das BC337-40 model 
rauscht jedenfalls deutlich mehr. Werde wohl um Aufbauen & Messen nicht 
rumkommen.
Gruß, u~

Autor: Anja (Gast)
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Elektrouwe schrieb:
> Meine Frage, ob die 0,4nV/sqrtHz für das BC817/818 model realistisch
> sind, hat aber immer noch niemand kommentiert.

Joachim schrieb:
> Wenn der Eingangswiderstand in der Simulation bei 100 mOhm, in der
> Praxis aber eher bei 100 Ohm liegt, dann natürlich nicht.
>
> 100 Ohm rauschen schon mit 1,2 nV/sqrtHz.

Sehe ich anders
0.4nV/sqrtHz wären unter 10 Ohm.
Da kann irgendwas nicht stimmen.

Gruß Anja

Autor: Joachim (Gast)
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Elektrouwe schrieb:

> Meine Frage, ob die 0,4nV/sqrtHz für das BC817/818 model realistisch
> sind, hat aber immer noch niemand kommentiert. Das BC337-40 model
> rauscht jedenfalls deutlich mehr.

Zumindest hier http://ltwiki.org/index.php5?title=Standard.bjt ist für 
den BC818-16 kein RB eingetragen, also 0. Diese Werte scheinen mir 
sowieso die fragwürdigsten in den Modellen zu sein, wie auch im 2. Link 
angemerkt.

> Werde wohl um Aufbauen & Messen nicht rumkommen.

Sehe auch mal den BD139 mit vor.

Gruß

Autor: Elektrouwe (Gast)
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Joachim schrieb:
> Zumindest hier http://ltwiki.org/index.php5?title=Standard.bjt ist für
> den BC818-16 kein RB eingetragen, also 0.
Mist, das erklärt alles, zB auch die wirkungslose Parallelschaltung :-)
...peinlich, dass ich das übersehen habe...

also doch das BC337-40 model. Jetzt kann ich auch ungestraft den 
Spannungsteiler hochohmiger machen, da der Rbb wieder dominiert ( von 
meiner realen Quelle ganz zu schweigen) und lande dann wieder bei einer 
Standardschaltung. Viel simuliert, nix passiert...

Danke Joachim für den aufklärenden Abschluss !

> Sehe auch mal den BD139 mit vor.
ja, BD1xx hatte ich ja eingangs schon geschrieben.

Autor: michael_ (Gast)
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Elektrouwe schrieb:
> Dann habe ich weitere Trans. simuliert, von denen ich annahm, dass sie
> wegen geringem Bulkwiderstand wenig rauschen und bin mit dem BC817
> fündig geworden:

Was redest du da für einen Mist?
Seit wann gibt es bei NPN einen Bulkwiderstand?
Welcher Zusammenhang?

Klaus R. schrieb:
> Hallo,
> rauscharme Transistoren sind BC549/BC550.
> http://www.farnell.com/datasheets/727135.pdf

Gut zu wissen, dass es noch Leute gibt, die rauscharme Transis kennen.
Da kann man mit 0,8A Transis simulieren, wie man will, die rauschen 
immer entsetzlich.

Autor: Arc Net (arc)
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Die Eingangs-/Ausgangsspannungen passen beim NE5532 noch? Der ist 
eigentlich nicht für solch niedrige Versorgungsspannungen gedacht und 
schafft bei +-15V bei der CMIVR +-12V bis +-13V, ebenso viel am Ausgang. 
Bei den im schlimmsten Fall <= +-3V der Akkus bleibt da nicht viel...

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