Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauschen eines Vorverstärkers bestimmen


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von uli (Gast)


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Hallo,

kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem Oszilloskop 
bestimmen?

In welcher Einheit wird es für Vergleiche bei NF-Verstärkern 
üblicherweise angegeben?

von THOR (Gast)


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uli schrieb:
> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem Oszilloskop
> bestimmen?

Gar nicht, worauf soll das Ding triggern.

uli schrieb:
> In welcher Einheit wird es für Vergleiche bei NF-Verstärkern
> üblicherweise angegeben?

nV/sqrt(Hz)

von Peter R. (Gast)


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Einfachste Messung: mit schaltbarem Teiler aus einer bekannten 
NF-Spannung (z.B. 1kHz 100mV) eine Spannung in mV oder µV herstellen.

Die Spannung dann so einstellen, dass sie gleich groß ist wie die 
Rauschspannung. Das kann man anhand der Ausgangsspannung des Verstärkers 
beobachten. Es gibt dann schon mal einen Eindruck von der Größe der 
Rauschspannung und reicht für vergleichende Messungen.

Bei genaueren Messungen muss man Bandbreite, Quellwiderstand, 
Lastwiderstand und vieles mehr beachten. Dann ist es eine Wissenschaft 
für sich.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Den Verstaerker mit seinen Designwiderstand am Eingang betreiben. Dieser 
Widerstand hat eine Rauschleistung von 4kTBR und eine Rauschspannung von 
Sqrt(4kTBR). Das waeren dann etwas in der Richtung von 0.5nV/rtHz bei 50 
Ohm und Raumtemperatur. Dieses Rauschen wird dann um die Verstaerkung 
des Verstaerkers verstaerkt, plus das Rauschen des Verstaerkers 
quadratisch addiert. Also
Rauschen nach Verstaerker =
    Sqrt( Sqr(Eingangsrauschen) + Sqr(Verstaerkerrauschen) )

Falls man das Rauschen nach dem Verstaerker noch nicht sieht, muss man 
eben mit einem bekannten Verstaerker nachverstaerken.

Die effektive Messung macht man mit einem Lock-in

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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THOR schrieb:
> Gar nicht, worauf soll das Ding triggern.

Warum muss für die Rauschmessung getriggert werden? Natürlich kann man 
das Rauschen mit einem Oszilloskop messen. Allerdings ginge es mit einem 
Spektrum- resp. Signalanalysator um Längen besser. Manche (Digital-) 
Oszilloskope haben Messautomatiken, darunter könnte auch eine Signal- 
resp. Spektrumanalyse samt Rauschmessung sein. Der Unterschied zur 
regulären Spannungsmessung: Rauschen wird eher als Energie, denn als 
Spannung gemessen.

von uli (Gast)


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Hallo,

Danke für die vielen schnellen und guten Antworten! Vielleicht wäre es 
dann besser, das Rauschen mit der Soundkarte eines PCs zu messen (z.B. 
mit Spectran?!)?

Die Soundkarte ist ja für den NF-Bereich sowieso schon optimiert und die 
Messung kann zur Not eine Abweichung von bis zu 10% haben.

von Elektrofan (Gast)


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Manchmal findet man als Angabe den:

Rauschabstand = Verhältnis Rauschspannung/Nutzsignalspannung

Wird dann meist logarithmisch ausgedrückt, in Dezibel (dB).

Beispiel:
60 dB bedeutet, dass die Rauschspannung 1/1000 so gross ist, wie das 
Nutzsignal, bei Vollaussteuerung, jeweils effektive Spannungen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Bel_(Einheit)

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Vorverstärker kann vieles heissen, ich nehme an, für Niederfrequenz ist 
gemeint. Da verläuft das Rauschen noch nicht "weiß", sondern zu 
niedrigen Frequenzen ansteigend.

http://www.dg4rbf.de/pnts.htm
da gibt es eine Beschreibung, wie man Phasenrauschmessungen macht, die 
Artikelserie in den UKW-Berichten habe ich gelesen.
Hier wird ein Hochfrequenzsignal auf NF heruntergemischt und die 
eigentliche Auswertung erfolgt dort, der NF-Teil wäre auch für 
NF-Messungen interessant.

von voltwide (Gast)


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uli schrieb:
> Hallo,
>
>
> Die Soundkarte ist ja für den NF-Bereich sowieso schon optimiert und die
> Messung kann zur Not eine Abweichung von bis zu 10% haben.

Damit bekommst Du für wenig Geld eine sehr hohe Auflösung im 
Audiobereich und z.B. mit ARTA kannst Du neben vielem Anderen auch 
Rauschpegel und -Spektrum messen.

von allu (Gast)


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uli schrieb:
> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem Oszilloskop
> bestimmen?

Nein ...

von voltwide (Gast)


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allu schrieb:
> uli schrieb:
>> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem Oszilloskop
>> bestimmen?
>
> Nein ...

So ist es. Ein Scope ist dafür denkbar ungeeignet:
-zu wenig Empfindlichkeit
-viel zu hohe Bandbreite
-> hoher Rauschteppich, der alles überdeckt.

von Andreas B. (stromteam)


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Eingang kurzschließen und mit einem DVM messen was am Ausgang rauskommt.

von Possetitjel (Gast)


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uli schrieb:

> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem
> Oszilloskop bestimmen?

Im Prinzip ja.

Zuverlaessige Rauschmessungen sind generell nicht
trivial; es gibt also einiges zu beachten. Mit einem
geeigneten DSO ist es aber machbar.

von Andreas W. (andy_w)


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Hallo,
bei Audioschaltungen ist das extrem schwierig, mit einem Oszilloskop 
geht es jedenfalls nicht. Ich habe mir extra ein spezielles 
Rauschmeßgerät gebaut:

Batteriebetrieben, Eingangsverstärker mit OPA1612 (extrem rauscharmer 
Audio-OPAMP), Tiefpaß 20kHz, True-RMS COnverter nach DC, 
Drehspulmeßwerk. Empfindlichkeit des hochohmigen Eingangs (100kOhm) 1mV 
mit umschaltbaren Eingangsteiler wie bei Oszilloskopen, so hat man 1mV, 
2mV, 5mV,... 5V für Vollausschlag. Dann gibt es noch einen zuschaltbaren 
Vorverstärker mit Faktor 1000, der hat aber einen Eingangswiderstand von 
ca. 3kOhm, so kann man herunter bis 1µV Meßbereich kommen (bei erheblich 
kleinerer Quellimpedanz). Unter 5µV wird die Anzeige ungenau, da das 
Eigenrauschen der Eingangsstufe dann schon eine Rolle spielt. Bei 
Kurzschluß am Eingang werden knapp 1µV gemessen.

Wichtig ist der Batteriebetrieb (in meinem Fall ein Akku), damit keine 
Masseschleifen entstehen, sonst mißt man nur die Störungen der 
Masseschleife. Damit konnte ich dann das Rauschen meiner 
Verstärkerstufen messen, z.B. ca. 2µV einer XLR Differenzeingangsstufe 
(-126dB bei 4V Vollaussteuerung, ca. 125µV bei 
Gleichtaktünterdrückungsmessung = -90dB, ist ebenfalls mit OPA1612 
gebaut) oder ca. 11µV am Ausgang der Kopfhörerendstufe (-112dB bzgl. 
100mW an 200 Ohm). Zuerst hatte ich noch zuviel gemessen, da zwischen 
Stromversorgung des Meßobjektes und Skop eine Masseschleife war und auf 
der 2cm Leiterbahn zwischen Ausgang und der Masse meines 
Rauschmeßgerätes schon zuviel Störspannung abfiel. Skop abgeklemmt und 
die Anzeige ging dann gewaltig runter.

Früher (Ende 1980er Jahre) wurde in der Firma ein ähnliches 
Rauschmeßgerät von Rhode&Schwarz benutzt, ebenfalls batteriebetrieben. 
Auf Ebay hatte ich es schließlich auch gesehen, leider sehr hoher 
Sammlerpreis und empfindlichster Meßbereich 100µV, damit könnte ich das 
Rauschen meiner Schaltungen gar nicht messen...

Übrigens: ein 3k-Widerstand lose auf dem Tisch liegend rauscht bei 
Audiobandbreite von 20kHz und Zimmertemperatur mit ca. 1µV.

von Klaus R. (klara)


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uli schrieb:
> In welcher Einheit wird es für Vergleiche bei NF-Verstärkern
> üblicherweise angegeben?

Hallo Uli,
das dürfte Dich interessieren.

Rauschermittlung mit LTspice.
Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"

Messen mit Messverstärker.
Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"

mfg klaus

von Possetitjel (Gast)


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Andreas W. schrieb:

> mit einem Oszilloskop geht es jedenfalls nicht.

Auch vielfache Wiederholung macht die Aussage nicht
wahrer.

Moderne Digitale Speicheroszilloskope - und wir stimmen
doch darin ueberein, dass das OSZILLOSKOPE sind? - koennen
den Effektivwert der angelegten Spannung anzeigen. Das ist
fuer Rauschmessungen schonmal nuetzlich.

Es wurde zutreffend angemerkt, dass ein normaler Oszi
zu unempfindlich ist; dem muss man mit einem externen
Vorverstaerker abhelfen. Aus der Friis-Formel folgt,
dass das Rauschen dieses Zusatzverstaerkers kaum in die
Messung eingeht; das ist also nicht uebermaeszig kritisch.

Messung mit einem vernuenftigen DSO hat noch den Vorteil,
dass man sich das Spektrum anzeigen lassen und so beurteilen
kann, ob man wirklich Rauschen oder auch andere Stoerungen
misst.

von Manfred (Gast)


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uli schrieb:
> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem Oszilloskop
> bestimmen?
Nein.

> In welcher Einheit wird es für Vergleiche bei NF-Verstärkern
> üblicherweise angegeben?
in dB. Man gibt es als absoluten Wert an, der Verstärker rauscht bei 
abgeschlossenem Eingang mit -80dBm.

Besser liest sich Rauschabstand, also relativ zum maximalen 
Ausgangspegel. Wenn der Leitungsverstärker +22dBm Pegel kann, wären das 
also 102dB Rauschabstand.

Gemessen wird gemäß spezifiziertem Frequenzgang, wobei auch ein 
Spitzenwertspeicher ins Spiel kommen kann.

Im Bereich Tonstudio reden wir über Pegel deutlich unter 100µV, das gibt 
kein Heimwerkermeßgerät oder Scope her.

Gemessen haben wir z.B. mit dem R&S UPGR 
http://www.rainer-foertig.de/grafiken/RS%20UPGR%20big.jpg, was nicht 
ohne Grund einen Meßbereich bis -110dBm / 2,5µV hat:
http://www.helmut-singer.de/pdf/rsupgr.pdf

von Possetitjel (Gast)


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Manfred schrieb:

> uli schrieb:
>> kann man das Rauschen eines Vorverstärkers mit dem
>> Oszilloskop bestimmen?
> Nein.

Sehr merkwuerdig. Wieso hat das dann bei mir funktioniert?

> Im Bereich Tonstudio reden wir über Pegel deutlich unter
> 100µV, das gibt kein Heimwerkermeßgerät oder Scope her.

Ich habe im Ursprungsbeitrag nirgendwo lesen koennen,
dass es verboten waere, einen weiteren Vorverstaerker
zum Messen zu verwenden.

von voltwide (Gast)


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Manfred schrieb:
> Gemessen haben wir z.B. mit dem R&S UPGR
> http://www.rainer-foertig.de/grafiken/RS%20UPGR%20big.jpg, was nicht
> ohne Grund einen Meßbereich bis -110dBm / 2,5µV hat:
> http://www.helmut-singer.de/pdf/rsupgr.pdf

Mit meiner 24bit-USB-Soundkarte komme ich auf einen Rauschpegel von 
-115dBV, gemessen mit A-Bewertungsfilter. C- und Z- Bewertung sind 
natürlich auch möglich. Außerdem Klirrfaktormessungen (Eigenklirr im 
Loopback ist 0,00027%), FFT-Messungen im Audioband usw usf. Alles was 
man dazu noch braucht ist ein PC/Laptop und eine gescheite Software, 
z.B. ARTA.

von uli (Gast)


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voltwide schrieb:
> Alles was
> man dazu noch braucht ist ein PC/Laptop und eine gescheite Software,
> z.B. ARTA.

Habe mittlerweile ARTA 1.9.1 installiert.

In der Hilfsdatei finde ich allerdings kein Kapitel über Rausch-Messung.

von voltwide (Gast)


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Mag sein dass das nicht explizit erwähnt wird.
Du kannst den Rauschteppich z.B. Messen mit der Spektralanalyse.
Die Rauschspannung kannst Du als gemittelten Spannungswert messen mit 
der Pegelmessung, diese versteckt sich unter den Optionen.

von voltwide (Gast)


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Bei diesen Audiomessungen hat man jede Menge Möglichkeiten Fehler zu 
machen.
Es bedarf also einer gewissen Lernkurve - dies ist aber nicht unbedingt 
ARTA anzulasten.

Schau Dir genau die Audio Device Settings, aber auch die Measurement 
settings an. Kalibriere das Ganze in einer Loopback-Konfiguration 
(LineOut treibt Messsignal in LinIn).

Und, ganz wichtig: Prüfe Deine Ergebnisse ständig auf Plausibilität

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