Frage zur Messung von sehr kleinen Spannungen

[erexx (Gast)]

Hallo,

durcheine Studienarbeit bin ich auf das Problem der Verstärkung von 
"sehr kleinen Spannungen" gestoßen. Dabei geht es mir weniger um die 
praktische Ausführung sondern um theoretische Ansätze der Machbarkeit.
Die Eingangsspannung beträgt circa 1nV, welche optimalerweise auf 100pV 
aufgelöst werden sollte. Rauschen der Eingangsspannung usw. soll hier 
nicht näher betrachtet werden. Ein Verstärkungsfaktor von 120db wäre 
wünschenswert, jedoch stellt ohnehin nur die erste unmittelbare 
Verstärkerstufe ein Problem dar.
Versuche mit fertigen Instrumentenverstärkern haben leider nichts 
gebracht, da die Offsets von ihnen zu hoch und vor allem zu unstetig 
waren.
Ein Hinweis hat mich auf die Application not AN124-775 von Linear 
Technologie gestoßen. In dieser geht es zwar um die AC-Verstärkung von 
überlagertem Rauschen, dennoch halte ich die Schaltung für sehr 
interessant.

http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an124f.pdf

Leider verstehe ich den oberen Teil, innerhalb der shielde box noch 
nicht vollständig. Kann mir jemand einige Denkanstöße dazu geben, bzw. 
gibt es diese Schaltungsvariante vielleicht schon unter einer bestimmten 
Bezeichnung, die ich jedoch nicht kenne?

Grüße,
erexx

[Andrew T. (marsufant)]

>
> Leider verstehe ich den oberen Teil, innerhalb der shielde box noch
> nicht vollständig. Kann mir jemand einige Denkanstöße dazu geben, bzw.
> gibt es diese Schaltungsvariante vielleicht schon unter einer bestimmten
> Bezeichnung, die ich jedoch nicht kenne?
>


FETs Q1 und Q2 bilden einen Differenzverstärker,

dessen Eingangsignal geht an Verstärker  A2,

Das stellt schlicht einen ultrarauscharmen Verstärker dar (einen OPV mit 
low noise Eigenschaft und hoher Eingangsimpedanz)

Rückkoplungsnetzwerk ist das Widerstandspaar 100k - 10Ω , das Verhältnis 
setzt die Verstärkung also auf 10exp4

Du hast damit einen sehr rauscharmen Verstärker, der jedoch driftet und 
Offset Spannungswerte hat, die man so nicht möchte. Daher wird A1 
eingebaut, dieser kontrolliert den Strom durch  Q1 (indem Q3 angesteuert 
wird) . Das minimiert die Abweichung im Differenzverstärker Q1/Q2.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ohne Lock-in geht da nichts. Gurgel nach "Lock-in".
Dabei muss man das System kontrollieren koennen, dh modulieren.

Man moduliert, verstaerkt den AC, und demoduliert.

[Echo (Gast)]

Reden wir hier von DC oder AC-Messungen? Bei deinen Anforderungen bleibt 
faktisch nurnoch der Kauf eines nV-Verstärkers z.B. EM A10 oder der 
obsolete Keithley 1801, es sei denn du schraubst deine Anforderungen 
runter.
Dann wird die ganze Sache machbar mittels Chopper-Verstärker wie in der 
AN93 von Jim Williams Seite 9 oder per Parallelschaltung mehrerer 
Bipolarer gematchter Transistoren wie z.B. THAT300/MAT-13/SSM2220.

Siehe auch:

http://www.janascard.cz/PDF/Design%20of%20ultra%20low%20noise%20amplifiers.pdf

[Dieter W. (dds5)]

Wobei die Verstärkung nur ein Teil des Problems ist.

Mindestens genau so wichtig ist die thermospannungsarme Kopplung von 
Quelle und Verstärker.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Naja, bei sub-Nanovolt muss man sich keine Sorgen zu Thermospannungen 
machen - die ueberdecken alles ! Denn normale Thermospannungen liegen 
bei uV/K, bedeutet wir kriegen die nV schon mit mK.

Die Thermospannungen kriegt man mit einem Lock-in aber weg.