Hallo! Ich habe schön öfters gelesen, dass Leute für hohe Verstärkungen (>1000) lieber zwei OpAmps in Reihe schalten, also einen einzelnen OpAmp mit entsprechendem Feedback zu nehmen. Was ist der Grund?
Wegen dem Bandbreiteprodukt würde ich jetzt mal vermuten. Verstärkung um 1000 ist aber auch schon ne seltene Sache. Von 1V auf 1000V ist jetzt eher unwahrscheinlich, 1mV auf 1V wäre möglich. Da hat man dann noch das zusätzliche Problem, dass man da Rauschen mit drin hat und mit dem Verstärker am besten so wenig Rauschen wie möglich hinzufügen will. Daher 2 Verstärker in Reihe: Der erste mit wenig Verstärkung aber rauscharm, der zweite mit hoher Verstärkung. Nach der Kettenregel ist das Rauschen vom zweiten Verstärker fast egal.
Timmy schrieb: > habe schön öfters gelesen, dass Leute für hohe Verstärkungen (>1000) > lieber zwei OpAmps in Reihe schalten, Da mußt du die Leute fragen, die das so machen...
Es kommt zu regelrecht unanständigen Widerstandsverhältnissen. Das Rauschen im Walde empfinden viele als angenehm, das im Signalverlauf nur wenige. Bei relativ hoher Verstärkung werden die Dinger langsam (Grenzfrequenz) und die Phase büxt leicht aus. u.v.a.
Googeln mit " high gain low power operational amplifier design and compensation technique " zeigt Infos zu den Grundproblemen und der möglichen Lösung ..... :-)
Ist A die Verstärkung und fg1 die Grenzfrequenz bei der Verwendung von nur einem Opamp, ist mit zwei Opamps und bei gleicher Aufteilung der Verstärkung auf beide die Grenzfrequenz
Für A=1000 steigt damit die Grenzfrequenz auf mehr als das 20-Fache.
Der Eingangs-Offset eines OP-Amps kann bei hoher Verstärkung auch Probleme bereiten. Wenn dein OP-Amp z.B. 10mV Offset hat und 1000x verstärkt, dann weicht die Ausgangsspannung (ohne Kompensation) schon um 12V vom Idealwert ab. Das wiederum setzt eine noch höhere Versorgungsspannung voraus.
Ich hab auch schon Applikations Integrierte Lock-ins gebaut. Die AC-Verstaerkung war zwischen 15'000 und 40'000. Dann kam der Gleichrichter und das Nutzsignal war bei wenigen mV. Die Modulationsfrequenz war bei 70kHz. Die Kette bestand aus einem Verstaerker mit g=40, einem aktiven Filter mit f=70kHz, BW=3kHz, g=20, sowie einem Verstaerker mit g=40. Die 3 OpAmps waren vom Typ LT1028 mit 50MHz GBW.
THOR schrieb: > Daher 2 Verstärker in Reihe: Der erste mit wenig Verstärkung aber > rauscharm, der zweite mit hoher Verstärkung. > Nach der Kettenregel ist das Rauschen vom zweiten Verstärker fast egal. Eher genau andersrum. Normalerweise versucht man in der ersten Stufe so viel wie möglich zu verstärken, weil die zweite Stufe nicht nur das Rauschen des Eingangs, sondern auch noch das Rauschen der ersten Stufe mit verstärkt.
THOR schrieb: > Philipp C. schrieb: >> > > Beleg? Was soll ich belegen? Das die zweite Stufe das Rauschen der ersten verstärkt? Ausgang = (Eingang * V1) * V2 So klar?
THOR schrieb: > Philipp C. schrieb: >> > > Beleg? Er hat recht .... :-) Suchen mal nach "Kapitel 5 Verstärker" zhaw.ch ASV viel Spaß :-)
Generell: 1000 = 31,6 * 31,6. Alles klar? Warum 1: GBW wurde schon genannt, ist ein großes Problem. Nehmen wir an, du willst 100kHz Bandbreite : Mit einem Verstärker brauchst du einen OPV mit 100MHz GBW. Das ist ein Biest. Mit zwei in Reihe nur solche mit 3,2MHz, was Standardware ist. Das ist ERHEBLICH billiger, und weil die Auswahl da obendrein viel größer ist, kann man auch Sachen wie Rauschen und andere EIgenschaften gezielter auswählen. Warum 2: Weil es einen Offset gibt. Den verstärkt man mit. Hat der OPV 10mV Offset, kommen hinten 10V Offset heraus, das wird nix. Bei zwei in Reihe kann man den Offset dazwischen auskoppel,, z.B. mit einem Kondensator, wenn man Wechselspannung hat. Warum 3: Schwingen durch Rückkopplung. Das ist bei Verstärkung 32 auch besser in den Griff zu bekommen. Leg doch mal einen aus, dann mekst du schon warum :-)
Philipp C. schrieb: > Normalerweise versucht man in der ersten Stufe so viel wie > möglich zu verstärken, weil die zweite Stufe nicht nur das > Rauschen des Eingangs, sondern auch noch das Rauschen der > ersten Stufe mit verstärkt. Umschulung zum Politiker oder Verkaeufer? Deine Aussage (zweite Stufe verstaerkt Rauschen der ersten mit) ist sachlich richtig, aber irrelevant. Auch die erste Stufe verstaerkt das Rauschen der ersten Stufe mit (ja, das stimmt so, das ist KEIN Schreibfehler). Und alle Stufen verstaerken das Rauschen des Quellwiderstandes. Fazit: Richtige Aussage, selektive Wahrnehmung, falsche Schlussfolgerung.
Philipp C. schrieb: > Eher genau andersrum. Normalerweise versucht man in der ersten Stufe so > viel wie möglich zu verstärken, weil die zweite Stufe nicht nur das > Rauschen des Eingangs, sondern auch noch das Rauschen der ersten Stufe > mit verstärkt. Irgendwann sollte für das Gesamtrauschen nur noch vom Rauschen der Quelle und dem Eingangsrauschen des ersten Verstärkers dominiert sein. Solange man diese Konstellation noch nicht erreicht hat (und das Rauschen des zweiten Verstärkers noch signifikant zum Gesamtrauschen beiträgt), sollte man besser die Verstärkung des ersten erhöhen. Wenn man diese Konstellation erreicht hat, darf man gerne die weitere Verstärkung dem zweiten OPV überlassen. Ein Punkt für die Aufteilung wurde glaube ich bisher noch nicht genannt (oder ich hab es überlesen): mit zunehmender Signalverstärkung des ersten Verstärkers sinkt gleichermaßen dessen Schleifenverstärkung. Wenn man wirklich das GBW des OPV ausnutzen wollte um die obere Grenzfrequenz festzulegen, kann man bei dieser Frequenz die Schleifenverstärkung vergessen. Eine hohe Schleifenverstärkung ist aber wichtig für die Genauigkeit der Schaltung (um z.B. Verzerrungen bei dynamischen Signalen klein zu halten).
Possetitjel schrieb: > Philipp C. schrieb: > >> Normalerweise versucht man in der ersten Stufe so viel wie >> möglich zu verstärken, weil die zweite Stufe nicht nur das >> Rauschen des Eingangs, sondern auch noch das Rauschen der >> ersten Stufe mit verstärkt. > > Umschulung zum Politiker oder Verkaeufer? > > Deine Aussage (zweite Stufe verstaerkt Rauschen der ersten > mit) ist sachlich richtig, aber irrelevant. Auch die erste > Stufe verstaerkt das Rauschen der ersten Stufe mit (ja, das > stimmt so, das ist KEIN Schreibfehler). > > Und alle Stufen verstaerken das Rauschen des Quellwiderstandes. > > Fazit: Richtige Aussage, selektive Wahrnehmung, falsche > Schlussfolgerung. Ich weiß, dass diese Umgangsformen mit zu diesem Forum gehören, aber wir können ggf. ja trotzdem mal versuchen sachlich zu bleiben. Mir ging es um die Gegendarstellung von sehr wenig Verstärkung vorne und dann möglichst alles in die zweite Stufe. Der Rest ist mir schon klar. Und in den meisten Fällen wird man ohnehin nicht zwei separate Stufen aneinander hängen, sondern möglichst eine Schaltung daraus machen. Und dann ist man aus Stabilitätsgründen schon dazu gezwungen (bei zwei gleichen OPs) die Verstärkung der hinteren Stufe kleiner zu wählen und die ersten ggf. sogar offen laufen zu lassen. Das beseitigt dann auch die DC Probleme.
Philipp C. schrieb: > Ich weiß, dass diese Umgangsformen mit zu diesem Forum gehören, > aber wir können ggf. ja trotzdem mal versuchen sachlich zu > bleiben. Ich bin sachlich. Allerdings bin ich auch veraergert. Deine Gegenfrage "Was soll ich belegen?" kam schon arrogant rueber. Mit einer grob unvollstaendigen, trivialen Formel die Teilnehmer als bloed hinstellen ist nicht die feine englische Art. Aber gut, lassen wir das. > Mir ging es um die Gegendarstellung von sehr wenig Verstärkung > vorne und dann möglichst alles in die zweite Stufe. Das hat Thor aber nicht geschrieben. Er schrieb: "Der erste mit wenig Verstaerkung aber rauscharm, der zweite mit hoher Verstaerkung." Das ist zwar vielleicht nicht optimal formuliert, aber sachlich richtig. Das Entscheidende ist die Rauscharmut der ersten Stufe; die Verstaerkung ist, sofern sie einen gewissen Mindestwert ueberschreitet, fast egal. > Der Rest ist mir schon klar. Dann hast Du Dich ungluecklich ausgedrueckt. Bei der ersten Stufe ist "moeglichst hohe Verstaerkung" genauso unsinnig wie "moeglichst geringe Verstaerkung". Korrekt ist: Moeglichst geringes Rauschen UND Verstaerkung gerade so hoch, dass das Rauschen der Folgestufe ueberwunden wird. Das ist genau die Aussage der Friis-Formel. > Und in den meisten Fällen wird man ohnehin nicht zwei separate > Stufen aneinander hängen, sondern möglichst eine Schaltung > daraus machen. Kommt immer auf die konkrete Anwendung an. Bei richtiger HF hat man's nicht so mit ueber-alles-Gegenkopplung.
THOR schrieb: > Daher 2 Verstärker in Reihe: Der erste mit wenig Verstärkung aber > rauscharm, der zweite mit hoher Verstärkung. Nach meinen theoretischen Kenntnissen sollte es gerade umgekehrt sein: also den ersten möglichst rauscharmen Verstärker mit hoher Verstärkung wählen. Grund: der Rauschbeitrag des zweiten Verstärkers am Ausgangssignal wird um den Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers verringert. Der Rauschbeitrag des ersten Verstärkers wird am Ausgang immer mit der Gesamtverstärkung da sein, egal wie groß seine Teilverstärkung gewählt wurde.
Achim S. schrieb: > Irgendwann sollte für das Gesamtrauschen nur noch vom > Rauschen der Quelle und dem Eingangsrauschen des ersten > Verstärkers dominiert sein. Ja. > Solange man diese Konstellation noch nicht erreicht hat > (und das Rauschen des zweiten Verstärkers noch signifikant > zum Gesamtrauschen beiträgt), sollte man besser die > Verstärkung des ersten erhöhen. Kommt darauf an. Man kann auch darueber nachdenken, den zweiten Verstaerker rauschaermer zu machen. Das ist keineswegs ein dummer Spruch. Ein sehr hoch verstaerkender Vorverstaerker engt den nutzbaren Dynamikbereich ein. Man hat normalerweise nicht beliebig viel Betriebsspannung und nicht beliebig viel Aussteuerbereich; gerade bei HF ist mehr Spannung auch immer mit mehr Leistung verbunden (wegen des Wellenwiderstandes und der Anpassung).
Possetitjel schrieb: > Kommt darauf an. Kein Einwände meinerseits :-) Wenn es ums Detail geht, dann sind "allgemeingültige Daumenregeln" halt irgendwann am Ende. Für den schmalbandigen Lockin-Vorverstärker von Nebeltroll wird man zu anderen Schlüssen kommen als wenn man DC koppeln muss. Für einen HF-Verstärker zu anderen als wenn man eine DMS-Brücke auswerten will....
In der bisherigen Diskussion vermisse ich insbesondere noch die Slew Rate. Mit steigendendem Pegel erhöht sich auch die notwendige Anstiegsgeschwindigkeit im Ausgangssignal der jeweiligen Verstärkerstufe. Die Slew Rate ist auch noch von der Lage des Ausgangssignals innerhalb der Versorgungsspannung abhängig. Die Endstufen werden in der Nähe der Power Rails üblicherweise langsamer. Die Entscheidung wieviele Stufen mit welcher Beschaltung notwendig und sinnvoll sind, ergibt sich also u.a. aus: - Noise - GBWP / Phase - Slew Rate @TO: Einstiegsliteratur zu dem Thema gibt es wie Sand am Meer. Falls Du keinen Tietze/Schenk zur Hand hast, könntest Du bei frei verfügbaren Texten von TI/ADI/LT schauen. Schöne Beispiele sind "Op Amps For Everyone" (TI) oder "OP Amp Applications" (ADI).
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HildeK schrieb: > Nach meinen theoretischen Kenntnissen sollte es gerade umgekehrt sein: > also den ersten möglichst rauscharmen Verstärker mit hoher Verstärkung > wählen. > Grund: der Rauschbeitrag des zweiten Verstärkers am Ausgangssignal wird > um den Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers verringert. > > Der Rauschbeitrag des ersten Verstärkers wird am Ausgang immer mit der > Gesamtverstärkung da sein, egal wie groß seine Teilverstärkung gewählt > wurde. Ich sehe das genauso. Possetitjel schrieb: > Das ist keineswegs ein dummer Spruch. Ein sehr hoch verstaerkender > Vorverstaerker engt den nutzbaren Dynamikbereich ein. Auch das ist richtig. Deswegen sollten Vorverstärker nur soviel Verstärken, das der nachfolgende Verstärker mit seinen Eigenrauschen nur noch gering zum gesamten Rauschen beiträgt. Aber egal wie man das aufteilt. Man verliert immer an Dynamik. Ralph Berres
HildeK schrieb: > THOR schrieb: >> Daher 2 Verstärker in Reihe: Der erste mit wenig Verstärkung >> aber rauscharm, der zweite mit hoher Verstärkung. > > Nach meinen theoretischen Kenntnissen sollte es gerade umgekehrt > sein: also den ersten möglichst rauscharmen Verstärker mit hoher > Verstärkung wählen. Genau das hat Philipp auch behauptet. Das ist in dieser absoluten Form aber nur theoretisch richtig und praktisch unsinnig. > Grund: der Rauschbeitrag des zweiten Verstärkers am Ausgangssignal > wird um den Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers verringert. Ja, das ist korrekt. Aber hier liegt der Hase im Pfeffer. Es verringert sich naemlich keineswegs das GESAMTRAUSCHEN um diesen Faktor, sondern nur der BEITRAG DER ZWEITEN STUFE. Wenn der ohnehin schon klein ist, was bei einem guten Verstaerker der Fall sein wird, dann bringt eine Verringerung nur sehr wenig. > Der Rauschbeitrag des ersten Verstärkers wird am Ausgang immer > mit der Gesamtverstärkung da sein, egal wie groß seine > Teilverstärkung gewählt wurde. Ja, auch korrekt. Am Ausgang (der zweiten Stufe) addieren sich also drei Rauschanteile: Das Rauschen des Quellwiderstandes, das mit der Gesamtverstaerkung verstaerkt wird; das Rauschen der ersten Stufe, das mit der Gesamt- verstaerkung verstaerkt wird; das Rauschen der zweiten Stufe, das nur um die Teilverstaerkung der zweiten Stufe verstaerkt wird. Wenn Du jetzt die Verstaerkung der ersten Stufe verdoppelst, dann halbierst Du den BEITRAG, den die zweite Stufe zum Gesamtrauschen leistet. Wenn dieser Beitrag aber sowieso nur 10% betrug, dann sind es jetzt 5% -- das Gesamtrauschen ist also von urspruenglich 100% auf 95% abgesunken. Der DYNAMIKBEREICH ist aber durch die doppelt so hohe Vorverstaerkung halbiert worden! Ob das akzeptabel ist, haengt immer von der konkreten Anwendung ab. Normalerweise ist es besser, auch fuer eine rauscharme zweite Stufe zu sorgen, statt die Vorverstaerkung in unsinnige Hoehen zu treiben.
https://de.wikipedia.org/wiki/Friis-Formel Um mal von der Prosa wegzukommen. Formel lesen, nochmal lesen, ggf. verstehen. Es hilft natürlich, die mal hergeleitet zu haben.
THOR schrieb: > https://de.wikipedia.org/wiki/Friis-Formel > > Um mal von der Prosa wegzukommen. Formel lesen, nochmal > lesen, ggf. verstehen. Es hilft natürlich, die mal > hergeleitet zu haben. Nee, leider genuegt das nicht. Die Friis-Formel gibt naemlich scheinbar denen Recht, die behaupten: Moeglichst viel Verstaerkung in der ersten Stufe! Das liegt ganz einfach daran, dass die Formel NUR das Rauschen betrachtet - in der Praxis ist aber auch der Dynamikbereich wichtig. Man kann schnell die Konstellation haben, dass man fuer 0.01dB Verbesserung in der Rauschzahl 6dB Dynamik verliert. Ich bin in dem Punkt etwas empfindlich, weil ich genau diese Diskussion mit meinem Chef hatte. Es war schwer, ihm zu vermitteln, dass 60dB Vorverstaerkung bei einem Messgeraet, fuer das der Dynamikbereich wichtig ist, eine schlechte Idee ist.
Possetitjel schrieb: > THOR schrieb: > >> https://de.wikipedia.org/wiki/Friis-Formel >> >> Um mal von der Prosa wegzukommen. Formel lesen, nochmal >> lesen, ggf. verstehen. Es hilft natürlich, die mal >> hergeleitet zu haben. > > Nee, leider genuegt das nicht. > > Die Friis-Formel gibt naemlich scheinbar denen Recht, die > behaupten: Moeglichst viel Verstaerkung in der ersten Stufe! Scheinbar reicht mir völlig.
Possetitjel schrieb: > Wenn Du jetzt die Verstaerkung der ersten Stufe verdoppelst, dann > halbierst Du den BEITRAG, den die zweite Stufe zum Gesamtrauschen > leistet. Wenn dieser Beitrag aber sowieso nur 10% betrug, dann sind > es jetzt 5% -- das Gesamtrauschen ist also von urspruenglich 100% > auf 95% abgesunken. Schon richtig. Wenn aber die erste Stufe nur wenig Verstärkung macht, und der Teilverstärker sehr rauscharm ist, dann sind sind es nicht nur 10%. Auch ist der rauscharme Verstärker üblicherweise etwas teurer als der 'Standard'-Verstärker. > > Der DYNAMIKBEREICH ist aber durch die doppelt so hohe Vorverstaerkung > halbiert worden! Das verstehe ich nicht. Vielleicht kannst du mir da auf die Sprünge helfen. Die untere Grenze ist das Rauschen (wie behandelt, da sind wir uns einig), die obere Grenze der Anschlag auf Grund der Versorgungsspannung. Ich will 1000fache Verstärkung der Black-Box und die Begrenzung nach oben wird der zweite Verstärker liefern. Ich bin jetzt schon davon ausgegangen, dass zwei Stufen hintereinander liegen, an der selben Versorgung. Man könnte auch noch argumentieren mit der Slew-Rate, das ist problematischer beim zweiten Verstärker, weil der höhere Signalamplituden behandeln muss. Und, man könnte aus gleichem Grund noch mit den Verzerrungen argumentieren, eine höhere Verstärkung muss durch weniger Gegenkopplung erreicht werden. Das ist unproblematischer bei kleinen Signalen und das sind sie wohl, wenn ich um Faktor 1000 verstärken muss.
HildeK schrieb: > Die untere Grenze ist das Rauschen (wie behandelt, da sind wir uns > einig), die obere Grenze der Anschlag auf Grund der Versorgungsspannung. > Ich will 1000fache Verstärkung der Black-Box und die Begrenzung nach > oben wird der zweite Verstärker liefern. > Ich bin jetzt schon davon ausgegangen, dass zwei Stufen hintereinander > liegen, an der selben Versorgung. Possetittel meint sicherlich ein anderes Problem. Wenn man einen Verstärker Empfänger was auch immer hat, welches z.B. bei einen Eingangsrauschen von z.B. 6db einen intermodulationsfreien Dynamikbereich von 100db Hat ( guter KW-Empfänger ) so wird bei dem Vorschalten eines Vorverstärkers der intermodulationsfreie Dynamikbereich um den Betrag Vorverstärkung minus Gewinn durch Rauschverminderung vermindert. Man gewinnt dann zwar vielleicht eine Verminderung des Rauschens auf vielleicht 2db aber durch die hohe Verstärkung der ersten Stufe von z.B. 20db verringert sich effektiv der Nutzbare Dynamikbereich um 20-4db also 16db. Man hätte dann nur noch ein intermodulationsfreier Dynamikbereich von 84db. Deswegen sollte man die gesamte Verstärkung nur so hoch wie unbedingt notwendig machen. Nebenbei bemerkt sind Rauschzahlen von1db und geringer nur im UHF oder SHF Bereich sinnvoll. z.B. Satellitenempfang . Auf Kurzwelle ist das atmosphärische Rauschen um ein vielfaches höher. Insbesonders wenn man im Industriegebiet wohnt. Ralph Berres
Ralph B. schrieb: > Possetittel meint sicherlich ein anderes Problem. Danke für die Erklärung. Das ist natürlich richtig. In dem Bereich bin ich eher nicht unterwegs, sondern war z.B. bei OPAs im Audiobereich -> Mikrofonsignale, MM- oder MC-Verstärker etc.
HildeK schrieb: > Ralph B. schrieb: > >> Possetittel meint sicherlich ein anderes Problem. > > Danke für die Erklärung. Das ist natürlich richtig. > In dem Bereich bin ich eher nicht unterwegs, sondern war z.B. bei OPAs > im Audiobereich -> Mikrofonsignale, MM- oder MC-Verstärker etc. Da bin ich auch oft unterwegs. Allerdings kann ich mich den Meinungen diverser Hifi-Foren oft nicht anschließen. Ralph Berres
Wenn ich hier so mitlese, merke ich gerade, dass ich wieder einen klassischen Forumsfehler gemacht habe: Ich habe versäumt zu überprüfen, in welcher Anwendung der TO seinen Verstärker betreiben will. Ich vermutete einen präzisen industriellen Verstärker für, z.B. für Sensoren. Die letzten paar Beiträge drehen sich anscheinend um schnelle Empfangsverstärker. Und für jede Anwendung liegen Designschwerpunkte anders.
HildeK schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Wenn Du jetzt die Verstaerkung der ersten Stufe verdoppelst, >> dann halbierst Du den BEITRAG, den die zweite Stufe zum >> Gesamtrauschen leistet. Wenn dieser Beitrag aber sowieso >> nur 10% betrug, dann sind es jetzt 5% -- das Gesamtrauschen >> ist also von urspruenglich 100% auf 95% abgesunken. > > Schon richtig. Wenn aber die erste Stufe nur wenig Verstärkung > macht, und der Teilverstärker sehr rauscharm ist, dann sind > sind es nicht nur 10%. Ja, kann passieren. Es kann dann besser sein, auch die zweite Stufe rauschaermer auszulegen, statt einfach die Verstaerkung der ersten Stufe hochzudrehen. Kommt aber auf den Anwendungsfall an. > Auch ist der rauscharme Verstärker üblicherweise etwas teurer > als der 'Standard'-Verstärker. Durchaus richtig. >> Der DYNAMIKBEREICH ist aber durch die doppelt so hohe >> Vorverstaerkung halbiert worden! > > Das verstehe ich nicht. Vielleicht kannst du mir da auf > die Sprünge helfen. > Die untere Grenze ist das Rauschen (wie behandelt, da sind > wir uns einig), die obere Grenze der Anschlag auf Grund der > Versorgungsspannung. Ich will 1000fache Verstärkung der > Black-Box und die Begrenzung nach oben wird der zweite > Verstärker liefern. Nee... wir reden von unterschiedlichen Dingen. Wenn die 1000fache Verstaerkung fest als Zielgroesze gefordert ist, dann brauchen wir nicht mehr ueber Dynamik zu diskutieren. Die ergibt sich dann aus Betriebsspannung und Eigenrauschen. Diese Verhaeltnisse hat man aber eigentlich nur, wenn Sensor- signale in Normsignale verwandelt werden muessen. Bei der Geraeteentwicklung hat man haeufig einen anderen Fall, und um den ging es mir -- wie Ralph schon richtig vermutet hat: Wenn man einen Empfaenger oder ein Messgeraet neu konzipiert, gibt es i.d.R. keine explizite Vorgabe ueber die Verstaerkung, weil die Hoehe der Verstaerkung sowieso nur Mittel zum Zweck ist. Es gibt nach oben nur eine Aussteuergrenze, die vom Schaltungs- konzept oder den verwendeten Bauelementen abhaengt, und nach unten das Eigenrauschen. In diesem Falle fuehrt eine Fixierung auf die Friis-Formel zu einem kranken Systemdesign: Scheinbar kann naemlich der Rest des Systems beliebig stark rauschen -- man muss ja nur die Verstaerkung des rauscharmen Vorverstaerkers hoch genug machen, und das Rauschen der folgenden Komponenten spielt keine Rolle mehr. Rein fuer das RAUSCHEN stimmt das auch - aber wer so plant, verliert den DYNAMIKBEREICH aus dem Blick. Jedes dB, das der Vorverstaerker hoeher verstaerkt, fehlt am Dynamikbereich. Das liegt einfach daran, dass hier nicht die Verstaerkung vorgegeben wird, sondern das maximal verarbeitbare Signal.
Ralph B. schrieb: > Man gewinnt dann zwar vielleicht eine Verminderung des Rauschens > auf vielleicht 2db aber durch die hohe Verstärkung der ersten > Stufe von z.B. 20db verringert sich effektiv der Nutzbare > Dynamikbereich um 20-4db also 16db. Man hätte dann nur noch > ein intermodulationsfreier Dynamikbereich von 84db. Genau. Meine Faustregel: Hoehe der Vorverstaerkung soll UNGEFAEHR der Rauschzahl der Folgeschaltung entsprechen, dann verliert man kaum Dynamik. Kabeldaempfung kommt natuerlich noch obendrauf. > Deswegen sollte man die gesamte Verstärkung nur so hoch wie > unbedingt notwendig machen. Genau. > Nebenbei bemerkt sind Rauschzahlen von 1db und geringer nur > im UHF oder SHF Bereich sinnvoll. Du vergisst Ultraschallanwendungen :) Die Transducer sind kapazitive Sensoren und tragen daher wenig bis nichts zum Rauschen bei; die Empfangssignale koennen ziemlich winzig sein und die Dynamik brutal, das haengt vom Anwendungsfall ab. Frequenzbereich bei uns war 100kHz bis 100MHz.
Man, da ist man mal ein paar Stunden nicht da und es geht rund.. zunächst zu: >Allerdings bin ich auch veraergert. Deine Gegenfrage "Was soll >ich belegen?" kam schon arrogant rueber. Mit einer grob >unvollstaendigen, trivialen Formel die Teilnehmer als bloed >hinstellen ist nicht die feine englische Art." Es tut mir leid, wenn es so rüberkam. Mich störte einfach diese ein Wort Antwort obwohl ich meiner Meinung nach ja den Punkt bereits gemacht hatte. Darum diese extrem Verkürzung. >> Mir ging es um die Gegendarstellung von sehr wenig Verstärkung >> vorne und dann möglichst alles in die zweite Stufe. > >Das hat Thor aber nicht geschrieben. > >Er schrieb: "Der erste mit wenig Verstaerkung aber rauscharm, der >zweite mit hoher Verstaerkung."" Für mich steht da immer noch: erste Stufe wenig Verstärkung und zweite Stufe hohe Verstärkung. Und wie Du ja bereits einige Posts später eingeräumt hast ist das auch nicht die reine Lehre, wenn es nur um das Rauschen geht. Ich habe auch nie behauptet, dass vorne viel Verstärkung und hinten wenig für jede Schaltung und Anwendung das Richtige wäre. In den Fällen, die hier so auftauchen würde ich trotzdem dabei bleiben, dass es oft der Fall ist. Das mag in der HF Technik ja alles anders aussehen, aber wenn man hier kleine Sensorsignale verstärken möchte würde ich so vorgehen, dass mir zum einen meine gewünschte Präzision erhalten bleibt und die gewünschte Bandbreite. Am Ende ist es doch mal wieder einfach ein "kommt drauf an". Hier nun aber Deinen Ansatz als den Allgemeingültigeren darzustellen, da gehe ich nicht mit.
@Possetitjel: Danke für die Erklärung. Wie du richtig sagst: "Kommt aber auf den Anwendungsfall an." Und wir sind hier bei vielen Anwendungsfällen vorbeigekommen ...
HildeK schrieb: > In dem Bereich bin ich eher nicht unterwegs, sondern war > z.B. bei OPAs im Audiobereich -> Mikrofonsignale, MM- oder > MC-Verstärker etc. Es stimmt, dass ich beim Schreiben primaer HF-Vorverstaerker im Sinn hatte. Meine Bemerkungen sind aber nicht auf HF beschraenkt, sondern allgemeingueltig. Deine Beispiele oben sind doch der beste Beleg dafuer: Wenn die These richtig waere, dass die erste, rauscharme Stufe so hoch wie nur irgend moeglich verstaerken soll - warum besteht dann eine typische NF-Signalkette nicht aus einem einzelnen ultrahoch verstaerkenden Vorverstaerker und einem Spannungsfolger fuer die 4-Ohm-Lautsprecher?
Possetitjel schrieb: > warum besteht > dann eine typische NF-Signalkette nicht aus einem einzelnen > ultrahoch verstaerkenden Vorverstaerker und einem Spannungsfolger > fuer die 4-Ohm-Lautsprecher? Naja hat auch ein bisschen mit Standards in der Studiotechnik zu tun. In der Studiotechnik gibt es NF Schnittstellen zwischen den NF Geräten. Dessen Pegel liegt in der Regel bei +6dbm bezogen auf 600 Ohm also 1,55Veff In der Konsumtechnik hat man sich irgendwann mal auf -10dbm geeinigt. Ein Plattenspielervorverstärker wird man so auslegen das sie im etwa als Ausgangsspannung ( bei 8cm/sek Schnelle der Abtastnadel ) eben diesen Pegel bringt. Er muss dabei ja noch Frequenzgang entsprechend der Schneidkennlinie entzerren. Das ist dann der Pegel des Eingangwahlschalters. Es folgen dann Klangsteller und Lautstärkesteller. Erst danach wird dann auf den maximalen Ausgangspegel der Endstufe verstärkt, wobei die eigentliche Endstufe in der Regel reine Impedanzwandler sind. Es macht durchaus Sinn in NF Verstärker eine Schnittstelle festzulegen , welche vom Pegel als auch den Impedanzen zu anderen Geräte wie Tonaufzeichnungsgeräte Empfangsgeräte usw im etwa anzugleichen. Da sind Pegel von 20Veff eher kontraproduktiv. Ralph Berres
Possetitjel schrieb: > warum besteht > dann eine typische NF-Signalkette nicht aus einem einzelnen > ultrahoch verstaerkenden Vorverstaerker und einem Spannungsfolger > fuer die 4-Ohm-Lautsprecher? Von 'ultrahoch' war nicht die Rede. Soviel, das in der weiteren Stufe dessen Rauschen (auch mit billigerem OPA) keine Rolle mehr spielt. Und das heißt nicht automatisch vorne 'ultrahoch' und auch nicht 'wenig Verstärkung'. Außerdem gibt es noch andere Randbedingung, z.B. muss man die Verstärkung auch deshalb aufteilen, weil das GBW sonst zuschlägt. Und OPAs mit 100MHz GBW sind dann wieder nicht rauscharm. Bei den vom TO gewünschten 1000 kommt man mit einem 10MHz-OPA gerade mal noch auf 10kHz. Also, immer schön das Design nach den Gegebenheiten und Randbedingungen abklopfen und danach entscheiden.
Possetitjel schrieb: > Wenn die These richtig waere, dass die erste, rauscharme Stufe > so hoch wie nur irgend moeglich verstaerken soll - warum besteht > dann eine typische NF-Signalkette nicht aus einem einzelnen > ultrahoch verstaerkenden Vorverstaerker und einem Spannungsfolger > fuer die 4-Ohm-Lautsprecher? Langsam wird es echt albern. Soviel auch zur selektiven Wahrnehmung. Was definierst Du denn als so hoch wie irgend möglich? Das kann man ja weit fassen und es läuft dann natürlich immer auf etwas unsinniges hinaus. Noch einmal mein Punkt: "erst wenig, dann viel" wollte ich so nicht stehen lassen und das sehe ich auch noch so. Und ich bleibe auch dabei, dass die erste Stufe so viel verstärken sollte wie sinnvoll ist und nicht weniger. Nicht mehr sinnvoll wird es dann, wenn man durch mehr Verstärkung Nachteile für die Gesamtschaltung erhält.
HildeK schrieb: > Possetitjel schrieb: >> warum besteht >> dann eine typische NF-Signalkette nicht aus einem einzelnen >> ultrahoch verstaerkenden Vorverstaerker und einem Spannungsfolger >> fuer die 4-Ohm-Lautsprecher? > > Von 'ultrahoch' war nicht die Rede. Dann verstehe ich nicht mehr, worueber wir eigentlich streiten. Philipp hat fast woertlich geschrieben: "Normalerweise versucht man in der ersten Stufe so viel wie moeglich zu verstaerken". [Hervorhebung von mir] Exakt DIESER Aussage habe ich wiedersprochen - denn man versucht ja nicht, so hoch WIE MOEGLICH zu verstaerken, sondern nur SO hoch, dass das Rauschen der Folgestufen keine nennenswerte Rolle mehr spielt, das ist ein erheblicher Unterschied. Das war auch die (nicht ganz optimal formulierte) Kernaussage von Thor. > Soviel, das in der weiteren Stufe dessen Rauschen (auch mit > billigerem OPA) keine Rolle mehr spielt. Richtig. Mein Reden seit dem Krieg. > Und das heißt nicht automatisch vorne 'ultrahoch' Ja. > und auch nicht 'wenig Verstärkung'. Stimmt. Thors Formulierung war nicht gut. "Ausreichend hoch" muesste man sagen. Was "ausreichend" ist, haengt vom Rauschen der Folgestufen ab. (Bei guter Auslegung kommt man mit relativ wenig Vorverstaerkung aus; insofern hat Thor nicht ganz unrecht.) > Außerdem gibt es noch andere Randbedingung, z.B. muss man > die Verstärkung auch deshalb aufteilen, weil das GBW sonst > zuschlägt. Ja. Es gibt auch verrueckte Effekte, z.B. thermische Rueckkopplung von der Endstufe des OPV auf die Eingangsstufe.
Possetitjel schrieb: >> Von 'ultrahoch' war nicht die Rede. > > Dann verstehe ich nicht mehr, worueber wir eigentlich streiten. > > Philipp hat fast woertlich geschrieben: "Normalerweise versucht > man in der ersten Stufe so viel wie moeglich zu verstaerken". > [Hervorhebung von mir] Ich verstehe es auch nicht worum wir hier streiten. Denn nach Deiner Interpretation von so viel wie möglich ist es ja immer quatsch. Dem würde ich auch nicht widersprechen. Ich habe lediglich der Aussage widersprochen "erst wenig dann viel", weil ich sage "erst viel dann wenig" und ja das mag nicht immer zutreffen, aber doch in den meisten Fällen. Das dabei so viel wie möglich nicht heißt: Alles was der OP an Verstärkung kann hielt ich für klar.
Vielleicht hilft https://leachlegacy.ece.gatech.edu/papers/MultiStage.pdf etwas bei der Erklärung... "It is shown that it can be a fallacy that the noise figure of a multistage amplifier is primarily determined by the noise figure of the first stage..." wo das etwas hergeleitet wird
Philipp C. schrieb: > Ich verstehe es auch nicht worum wir hier streiten. Denn nach > Deiner Interpretation von so viel wie möglich ist es ja immer > quatsch. Dem würde ich auch nicht widersprechen. Okay... ich habe die Formulierung woertlich genommen; das war vielleicht nicht das, was Du ausdruecken wolltest. Mein Fehler. > Ich habe lediglich der Aussage widersprochen "erst wenig dann > viel", weil ich sage "erst viel dann wenig" und ja das mag > nicht immer zutreffen, aber doch in den meisten Fällen. Hmm. Ich habe mir das jetzt nochmal ruhig ueberlegt und bleibe dennoch bei meiner Meinung, Dir nicht zuzustimmen. Wenn man NUR das Rauschen betrachtet, dann ist Deine Aussage natuerlich richtig. In der Praxis gibt es aber wesentlich mehr Gesichtspunkte als nur das Rauschen. Vieles wurde ja schon genannt: Bandbreite, Slewrate, Offset, Drift, Verzerrungen, Stabilitaet, Verlustleistung, Dynamik. Vieles beeinflusst sich gegenseitig, und welche Konfiguration fuer den Verstaerker optimal ist, haengt stark vom Anwendungsfall ab. Generell finde ich es sinnvoll, mit moeglichst wenig Verstaerkung auszukommen, aber auch diese Faustregel ist mit Verstand anzuwenden. Ich will aber meine Meinung niemandem aufdraengen; wer es anders macht und damit zum Ziel kommt, macht es auch nicht schlechter. > Das dabei so viel wie möglich nicht heißt: Alles was der OP > an Verstärkung kann hielt ich für klar. Ja, ist angekommen; da habe ich Dich missverstanden.
Ich muss leider auch zugeben, dass man es durchaus so interpretieren konnte. Am Ende ist es aber eh wie überall in der Elektronik und man muss es an die jeweilige Aufgabe anpassen. Mein Blick kommt eher von niederfrequenten und sehr kleinen Signalen. Darum ggf. tatsächlich einfach ein eingeschränkter Blick ;)
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