Hallo Kollegen, ich möchte Rauschen im Bereich 1Hz..1MHz messen. Dazu wird natürlich ein rauscharmer Verstärker benötigt. Ich gedenke, diesen mit zwei Stufen eines AD797 zu realisieren, wobei jede Stufe eine Verstärkung von 30dB haben soll. Durch kleine Reedkontakte oder dergleichen könnte die Verstärkung sogar zwischen 0/30/60dB umgeschaltet werden. Schaltung als nichtinvertierender Verstärker. Soweit so gut - der AD797 sollte vermutlich meinen Anforderungen genügen. Der schönste Verstärker nützt allerdings nichts, ohne eine passende Spannungsversorgung. Ich werde vermutlich meinen AD797 mit +/-5V speisen. (Unipolar würde mir besser gefallen, aber ich habe den Eindruck, dass dies schwierig werden wird aufgrund der niedrigen unteren Grenzfrequenz.) 1. Gibts allenfalls noch etwas besseres als den AD797? oder sollte man diesen vielleicht mit einer externen Vorstufe betreiben, z.B. mit einem Differenzverstärker wie hier? https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/tips-on-making-fetching-discrete-amplifier.html 2. ich werde einen DC/DC Wandler einsetzen müssen, um die +/-5V zu erzeugen. Und dann, wie kann man das Rauschen auf der Versorgung am effizientesten unterdrücken? Ich würde einen Traco TES1-0521 benutzen. Danach LC-Filter? reicht das? oder braucht man da einen "capacitance multiplier"? oder den "Super Regulator" von Walt Jung? 3. Ich würde die Elektronik in einem aus dem Vollen gefrästen Alugehäuse einbauen, um gute Schirmwirkung zu erhalten. Mumetall ist keine Option. Stahl wäre allenfalls noch denkbar, aber ich bin nicht sicher ob das nötig ist. Aber genau deshalb, weil das in ein Gehäuse soll, und später irgendwo eingebaut wird, ist eine Versorgung mit Batterien keine Option. Den DCDC Wandler werde ich ausserhalb des Gehäuses unterbringen, um die Sauereien möglichst aus dem Innern des Gehäuses fern zu halten. Kann man da noch was verbessern?
Tobias P. schrieb: > Hallo Kollegen, > ich möchte Rauschen im Bereich 1Hz..1MHz messen. Dazu wird natürlich ein > rauscharmer Verstärker benötigt. Ich gedenke, diesen mit zwei Stufen > eines AD797 zu realisieren, wobei jede Stufe eine Verstärkung von 30dB 30 dB bei 1 MHz ist ziemlich viel.. der AD797 hat gerade mal 40 dB open loop gain bei 1 MHz. Wenn es nicht super genau sein muss, wird das aber passen. > haben soll. Durch kleine Reedkontakte oder dergleichen könnte die > Verstärkung sogar zwischen 0/30/60dB umgeschaltet werden. Schaltung als > nichtinvertierender Verstärker. Warum keine CMOS Schalter? > Soweit so gut - der AD797 sollte vermutlich meinen Anforderungen > genügen. Vermutlich... keiner hier kennt deine Anforderungen. Reichen 0.9nV/sqrt(Hz)? Wie schaut es mit der Quellimpedanz aus, ist die niederohmig genug? > Der schönste Verstärker nützt allerdings nichts, ohne eine passende > Spannungsversorgung. > Ich werde vermutlich meinen AD797 mit +/-5V speisen. (Unipolar würde mir > besser gefallen, aber ich habe den Eindruck, dass dies schwierig werden > wird aufgrund der niedrigen unteren Grenzfrequenz.) > > 1. Gibts allenfalls noch etwas besseres als den AD797? oder sollte man > diesen vielleicht mit einer externen Vorstufe betreiben, z.B. mit einem > Differenzverstärker wie hier? > > https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/tips-on-making-fetching-discrete-amplifier.html Wenn du eine hohe Quellimpedanz hast, bringt das was. > > 2. ich werde einen DC/DC Wandler einsetzen müssen, um die +/-5V zu > erzeugen. Und dann, wie kann man das Rauschen auf der Versorgung am > effizientesten unterdrücken? Ich würde einen Traco TES1-0521 benutzen. > Danach LC-Filter? reicht das? oder braucht man da einen "capacitance > multiplier"? oder den "Super Regulator" von Walt Jung? Nimm einen DC/DC Wandler, der bei >1MHz arbeitet, dann kannst du den ganzen Müll mit einem Tiefpass bei 1 MHz rausfiltern. der AD797 hat übrigens eine ziemlich gute PSRR. > 3. Ich würde die Elektronik in einem aus dem Vollen gefrästen Alugehäuse > einbauen, um gute Schirmwirkung zu erhalten. Mumetall ist keine Option. > Stahl wäre allenfalls noch denkbar, aber ich bin nicht sicher ob das > nötig ist. Aber genau deshalb, weil das in ein Gehäuse soll, und später > irgendwo eingebaut wird, ist eine Versorgung mit Batterien keine Option. > Den DCDC Wandler werde ich ausserhalb des Gehäuses unterbringen, um die > Sauereien möglichst aus dem Innern des Gehäuses fern zu halten. Kann man > da noch was verbessern? Sicher, verbessern kann man immer noch etwas. Aber ob es notwendig ist? Probiere es einfach aus, und berichte uns dann vom Ergebnis.
Hallo Tobias Eine wirklich gute rauschfreie Speisung ist mit Akkubetrieb machbar. Anderes geht auch, aber mit viel Aufwand/Arbeit. Und einfacher rauschfreier Verstärker als Ideenlieferand siehst du hier: http://opengeiger.de/ Das "Stuttgarter Geigerle". Hochfrequenzabschirmung nicht vergessen. Gruss Frido
Eine super rauscharme Spannungsversorgung braucht man für die OPs nicht. Allerdings produzieren die DCDC-Wandler teils schon recht kräftige Störungen. D.h. wenn man so einen Wandler nutzen will sollte man LC Filter einplanen, ein extra linarer Regler dahinter muss nicht unbedingt. Der AD797 hat ein sehr kleine Spannungsrauschen, aber auch ein sehr hohes Stromrauschen. D.h. es hängt von der Signalquelle ab, ob er eine gute Wahl ist. Der AD797 und ähnliche passen für Quellen bis etwa 200 Ohm Impedanz. Für hochohmigere Quellen sind andere OPs besser - im 100 kOhm Bereich sogar ein LM358. Für die 2. Stufe ist das Rauschen des OPs nicht mehr so wichtig. Da tut es auch ein weniger extremer OP wie OP27.
1. Vorstufen machen ggf. Ärger bzgl. Drift. Würde ich nicht machen, wenn es nicht unbedingt sein muss 2. Mit einem DCDC wird das schwierig. Nimm Batterien. 3. Das Gehäuse ist das kleinste Problem, mach das ganz zum Schluss. Das muss erstmal so auf dem Tisch funktionieren. Literatur: Motchenbacher & Fitchen: Low Noise Electronic Design
Udo K. schrieb: > 30 dB bei 1 MHz ist ziemlich viel.. der AD797 hat gerade mal 40 dB > open loop gain bei 1 MHz. Wenn es nicht super genau sein muss, > wird das aber passen. ja, den Gain werde ich mit einem Netzwerkanalyzer genau ausmessen. 1 MHz ist absolute Obergrenze und "nice to have". Wird wohl genau genug sein ;-) Udo K. schrieb: > Vermutlich... keiner hier kennt deine Anforderungen. > Reichen 0.9nV/sqrt(Hz)? Wie schaut es mit der Quellimpedanz aus, > ist die niederohmig genug? Meine Quellenimpedanz beträgt einige 10 Ohm. Udo K. schrieb: > Wenn du eine hohe Quellimpedanz hast, bringt das was. Hmm ich befürchte, dass ich damit im Zweifelsfall mein Rauschen eher verschlechtere. Es müssen ja sehr genau gematchte FETs sein. Mir fehlt da die Erfahrung, was man mit diesen zwei extra FETs noch raus holen kann. Udo K. schrieb: > Nimm einen DC/DC Wandler, der bei >1MHz arbeitet, dann kannst du > den ganzen Müll mit einem Tiefpass bei 1 MHz rausfiltern. Mist, der von mir vorgesehene DCDC-Wandler hat natürlich 100 kHz :-( Eigentlich wollte ich gern einen fertigen Wandler einbauen, sowas von Traco oder so - den Wandler auch noch zu bauen, dieses Fass wollte ich eigentlich nicht auch noch öffnen. Ich möchte halt den Verstärker so bauen, dass ich möglichst nah an die 0.9nV/sqrtHz vom AD797 heran komme und da nicht unnötig was verschenke.
Udo K. schrieb: > Warum keine CMOS Schalter? was hätten die für einen Vorteil? kann man natürlich machen. Habe ich noch nicht so überlegt. Die Reedkontakte hätte ich schon da ;-)
Bei einigen 10 Ohm Quellimpedanz kann man sogar 2 oder 3 der rauscharmen OPs parallel schalten für noch weniger Rauschen. Ein FET Eingangsstufe passt da nicht - die haben in aller Regel (außer sehr große oder viele parallel) mehr Rauschen, vor allem bei niedrigen Frequenzen.
Tobias P. schrieb: > Udo K. schrieb: >> Warum keine CMOS Schalter? > > was hätten die für einen Vorteil? kann man natürlich machen. Habe ich > noch nicht so überlegt. Die Reedkontakte hätte ich schon da ;-) Dann nimm halt die Reed Kontakte. Die Cmos Schalter sind halt kleiner, und günstiger, und lassen sich einfach ansteuern. Kaputt werden die auch nicht.
Tobias P. schrieb: > Udo K. schrieb: >> Wenn du eine hohe Quellimpedanz hast, bringt das was. > > Hmm ich befürchte, dass ich damit im Zweifelsfall mein Rauschen eher > verschlechtere. Es müssen ja sehr genau gematchte FETs sein. Mir fehlt > da die Erfahrung, was man mit diesen zwei extra FETs noch raus holen > kann. So ist es. Für deine niedrige Quellimpedanz ist bipolar das richtige.
Tobias P. schrieb: > Udo K. schrieb: >> Nimm einen DC/DC Wandler, der bei >1MHz arbeitet, dann kannst du >> den ganzen Müll mit einem Tiefpass bei 1 MHz rausfiltern. > > Mist, der von mir vorgesehene DCDC-Wandler hat natürlich 100 kHz :-( > Eigentlich wollte ich gern einen fertigen Wandler einbauen, sowas von > Traco oder so - den Wandler auch noch zu bauen, dieses Fass wollte ich > eigentlich nicht auch noch öffnen. Dann musst du halt damit leben. Wahrscheinlich stört das im Bereich bis 1 MHz nicht alzu viel... Eventuell kannst du ja neben einem Filter einen LDO mit guter PSRR dazwischenschalten. Aber auch der AD797 hat schon 60 dB PSRR bei 100 kHz.
Udo K. schrieb: > So ist es. Für deine niedrige Quellimpedanz ist bipolar das richtige. dann würdest du also doch eine Vorstufe noch dazu bauen, aber mit Bipolartransistoren? Also doch so wie hier https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/tips-on-making-fetching-discrete-amplifier.html aber halt eben die JFET durch bipolare ersetzen. Ich denke, ein Vorteil könnte sein, dass dadurch die Bandbreite etwas verbessert werden könnte, da der AD797 nicht mehr so viel verstärken muss, wenn man eine Eingangsstufe hat, die schon ein bisschen vorverstärkt? Anscheinend wird das mit der rauscharmen Spannungsversorgung ja überbewertet - ich werde einfach ein LC filter mit ordentlichen Elkos rein bauen, und dann sollte das ja anscheinend gut sein. Mir stellt sich noch die Frage, wie ich dann am besten das Rauschen der Versorgungsspannung messe - irgendwie muss ich ja herausfinden können, ob meine Massnahmen (Filter, ...) etwas gebracht haben. Dazu brauche ich den Messverstärker, und für den brauche ich die rauscharme Versorgung, ... mein einziger Speki, der Frequenzmässig tief genug herunter kommt, ist ein HP4195A (bis 0.1Hz). Der Sweep wird damit wohl stunden dauern.
Tobias P. schrieb: > dann würdest du also doch eine Vorstufe noch dazu bauen, aber mit > Bipolartransistoren? Also doch so wie hier > > https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/tips-on-making-fetching-discrete-amplifier.html > > aber halt eben die JFET durch bipolare ersetzen. Ich denke, ein Vorteil > könnte sein, dass dadurch die Bandbreite etwas verbessert werden könnte, > da der AD797 nicht mehr so viel verstärken muss, wenn man eine > Eingangsstufe hat, die schon ein bisschen vorverstärkt? Nein. Die Eingangstufe des AD797 ist ja bipolar. Wenn du die toppen möchtest, dann musst du relativ grosse (Leistungs)transistoren verwenden (viel Fläche), und die sind langsam. Der AD797 verwendet einen 6 GHz Prozess für die Transistoren (glaube ich)... Das bringt bei deinem Wissensstand nichts, weil du erst mal einen Aufbau brauchst, der die 0.9nV vom AD797 erreicht... das ist ca. das Rauschen eines 50 Ohm Widerstandes... Was soll das ganze denn werden, wenn es fertig ist? > > Anscheinend wird das mit der rauscharmen Spannungsversorgung ja > überbewertet - ich werde einfach ein LC filter mit ordentlichen Elkos > rein bauen, und dann sollte das ja anscheinend gut sein. Keine Ahnung... Denn niederfrequenten Anteil schafft ein guter LDO, den hochfrequenten Anteil ein LC Filter mit Kerkos und eher niedrigen Induktivitäten, ca 1uH. Elkos sind da fehl am Platze. > Mir stellt sich noch die Frage, wie ich dann am besten das Rauschen der > Versorgungsspannung messe - irgendwie muss ich ja herausfinden können, > ob meine Massnahmen (Filter, ...) etwas gebracht haben. Dazu brauche ich > den Messverstärker, und für den brauche ich die rauscharme Versorgung, Gar nicht. Du misst den Ausgang deines Verstärkers, und wenn der Spikes bei Vielfachen von 100kHz im Spektrum hast, dann weisst du ja was los ist. > ... > mein einziger Speki, der Frequenzmässig tief genug herunter kommt, ist > ein HP4195A (bis 0.1Hz). Der Sweep wird damit wohl stunden dauern. Und was soll das bringen?
Bis man sich den Thread reingezogen hat, hat man den Verstärker auf Breadboard auch schon aufgebaut...
Fridolin H. (hebu) schrieb: >Eine wirklich gute rauschfreie Speisung ist mit Akkubetrieb machbar. >Anderes geht auch, aber mit viel Aufwand/Arbeit. >Und einfacher rauschfreier Verstärker als Ideenlieferand siehst du hier: >http://opengeiger.de/ Das "Stuttgarter Geigerle". >Hochfrequenzabschirmung nicht vergessen. Vollkommen ungeeigent - auch als Ideenlieferant. Der dort benutzt AD8666 rauscht 10x so stark wie der vom TO genutzte AD797, und 4MHz GBW reicht wohl für 30dB@1MHz offensichtlich auch nicht. Auserdem will der TO wohl keinen TIA bauen, und daß es neuerdings rauschfreie Verstärker gibt, ist mir auch noch recht neu.
:
Bearbeitet durch User
Udo K. schrieb: > Bis man sich den Thread reingezogen hat, hat man den > Verstärker auf Breadboard auch schon aufgebaut... naja, das hatte ich nicht vor - grade auf dem Breadbord wirds ja auch sauereien geben. Ich halte es für unvermeidbar, direkt eine kleine Leiterplatte zu machen.
Es sind doch alle Bauteile in durchkontaktiert erhältlich, oder? Was für Probleme erwartest du dir bei einen Lochrasteraufbau, die ein Profiprint nicht hat?
Udo K. schrieb: > Es sind doch alle Bauteile in durchkontaktiert erhältlich, oder? > > Was für Probleme erwartest du dir bei einen Lochrasteraufbau, > die ein Profiprint nicht hat? weiss ich gar nicht. Da ich schlussendlich sowieso eine richtige Leiterplatte mit SMD bauen will, ist das sekundär. Einem Aufbau auf Lochraster traue ich halt nicht dieselbe Rauscharmut zu, einfach weil der Aufbau gar nie so gut sein kann, wie mit einer echten Leiterplatte.
Tobias P. schrieb: > Ich würde einen Traco TES1-0521 benutzen. Von Traco gibt es einige recht neue Typen in sog. "ultra low ripple and noise"-Ausführung, die für exakt solche Anwendungsfälle wie Deiner ausgelegt sind. Ich hatte mich wegen solch einer Aufgabenstellung auf der Embedded World mit zwei Traco-Mitarbeitern ausführlich unterhalten. Die derzeit verfügbaren Serien heißen TYL und TVN 3. Leider kann man bei Traco auf der Webseite die Suchergebnisse nicht auf solche "ultra low ripple and noise"-Typen einschränken. Die Wandler beider Serien befinden sich in metallgekapselten Gehäusen, wobei es keine Einschränkungen gibt, auf welches Potential man dieses Gehäuse legt.
Tobias P. schrieb: > weiss ich gar nicht. Da ich schlussendlich sowieso eine richtige > Leiterplatte mit SMD bauen will, ist das sekundär. Einem Aufbau auf > Lochraster traue ich halt nicht dieselbe Rauscharmut zu, einfach weil > der Aufbau gar nie so gut sein kann, wie mit einer echten Leiterplatte. Wenn Du in Deiner Leiterplatte auch solche Dinge wie Guardring einbaust und auch sonstige Designregeln beachtest, mag das schon stimmen. Ansonsten ist ein guter Lochrasteraufbau besser als eine schlechte Platine.
Tobias P. schrieb: > Gibts allenfalls noch etwas besseres als den AD797? Der LT1115 spielt ebenfalls in dieser Liga. Man ist mit diesen OPV schon nahe am thermischen Widerstandsrauschen. Im Datenblatt des LT1115 wird noch einiges zum Strom- und Spannungsrauschen erläutert. Ebenso wird etwas zum Einsatz bei verschiedenen Quellimpedanzen aufgezeigt. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf Noch ein wenig Marerial zum Thema. Beitrag "Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen" Beitrag "SNR mit Hobbyausstattung messen" mfg klaus
https://dg4rbf.lima-city.de/Ultra%20Low%20Noise%20AMP%20V1.7f%20_WebSeite.pdf http://www.dg4rbf.de/pnts.htm Die Überlegungen von Bernd Kaa zu seinem Phasenrauschmessgerät drehen sich um NF-Verstärker und Stromversorgung. Er hat schließlich den guten alten LM723 wiederentdeckt. Und nach drei parallelen FET sitzt ein AD797.
:
Bearbeitet durch User
Christoph db1uq K. schrieb: > Er hat schließlich den guten > alten LM723 wiederentdeckt. Danke, den PNTS kenne ich natürlich, ist in den UKW-Berichten beschrieben ;-) aber genau den LM723 wollte ich nicht benutzen. Christoph db1uq K. schrieb: > Und nach drei parallelen FET sitzt ein > AD797. Hmm, wo sieht man das? in der Version, die noch in den UKW-Berichten abgedruckt war, ist der LM833 verwendet - im Wesentlichen ist es ein Wenzel-Verstärker.
Bei den sehr niedrigen Frequenzen ist das PSRR des Verstärkers (insbesondere OPs) in der Regel gut genug, so dass man sich da keine großen Gedanken machen muss. Die Versorgung wäre eher kritisch, wenn noch Teste von DCDC wandler im 100 kHz Bereich durchkommen, weil da das PSRR oft nicht mehr so gut ist. Da ist dann die Messung einfacher / schneller. Kritischer wird die Versorgung ggf. wenn man doch eine diskrete Eingangsstufe haben will, um doch besser als 1 nV/Sqrt(Hz) zu werden. Im Prinzip kann bei einer 10 Ohm Quelle der diskrete Teil auch BJTs nutzen. Mit viel Aufwand geht dass, ist dann aber nicht mehr so einfach wie ein AD797 oder auch 2 parallel. Es gibt ein paar ähnliche OPs, etwa LT1028, LT1115, OPA211 und ein paar mehr.
Tobias P. schrieb: > Udo K. schrieb: >> Es sind doch alle Bauteile in durchkontaktiert erhältlich, oder? >> >> Was für Probleme erwartest du dir bei einen Lochrasteraufbau, >> die ein Profiprint nicht hat? > > weiss ich gar nicht. Da ich schlussendlich sowieso eine richtige > Leiterplatte mit SMD bauen will, ist das sekundär. Einem Aufbau auf > Lochraster traue ich halt nicht dieselbe Rauscharmut zu, einfach weil > der Aufbau gar nie so gut sein kann, wie mit einer echten Leiterplatte. Da braucht man wenig Befürchtungen zu haben: < https://get.google.com/albumarchive/103357048842463945642/album/AF1QipP-XB-RhpB7jBFO2E3CPWdmoqs8VhJGXd9_apt6/AF1QipN_R5pGsowekccgRcMBwcrsFUecDkEkChEqmgPi > Und die Schaltung aus Horowitz/Hill: Art of Electronics III funktioniert auch und bringt ihre versprochenen 70pV/rt Hz. Da wird der Rauschstrom halt tatsächlich langsam lästig: < https://www.flickr.com/photos/137684711@N07/44311358915/in/album-72157662535945536/lightbox/ > Von dem 20xAD4898-Verstärker, den wir schon mal in einem anderen thread hier hatten, gibt es auch ein Update. Jetzt mit wet slug Tantal im Eingang, Analogschaltern zum Umschalten von Verstärkung und Eckfrequenzen, 2.er Eingang mit FET-OpAmp (rauscht, ist aber hochohmig) und ein opto-entkoppelter SPI-Receiver in einem Xilinx Coolrunner zum Einstellen. < https://www.flickr.com/photos/137684711@N07/46175592942/in/album-72157662535945536/lightbox/ > Die Analogschalter sind nicht so harmlos wie es zunächst aussieht. Es bleibt eine Menge Übersprechen etc. Da muss ich nochmal ran. 90 dB gain sind nicht ganz ohne. Ich würde dringend zu Li- oder NiMH-Batterien raten. Es geht da weniger um die Sauberkeit der Spannung als um Masseverkopplungen mit allem möglichen auf dem Tisch. Mit LT3042 & Freunden hat man eine endgültige Lösung für Dreck & Rauschen auf der Versorgung. Gruß, Gerhard
Angehängte Dateien:
-
Auswahl_004.png
190 KB
Tut das Not mit der schnellen Antwort? Jetzt kann ich's nicht mehr ändern. :-) Es sind 10 * ADA 4898-2. Das Doppelpack ist preisgünstiger als einzelne AD797. Und ich habe eine Hassliebe zu den FET-Verstärkern mit dem Strickmuster "viele parallele Fets, optionale Cascode, OpAmps, Rückkopplung in die Sourcen". Die haben alle eine Schwingneigung weil sie einen negativen Eingangswiderstand entwickeln. Nicht nur meine, auch die von anderen Leuten, die seit Jahren unauffällig im Netz stehen. In dem Ding hier kann man unschwer den HPS 5.1 erkennen:
Jetzt habe mir mit der Antwort extra Zeit gelassen :-) Das Problem mit der Schwingneigung hatte auch Tektronix bei den Verstärkern für Oszis. Im wesentlichen wird ein C am Source zu einem negativen Widerstand am Gate. Die haben ein R-C zwischen Gate und GND gehängt. Das lässt sich exakt so berechnen, dass der negative Widerstand verschwindet, wobei keine Bandbreite verloren geht. Da gibt es von Dennis Feucht eine Abhandlungen dazu. Die Kaskode macht das ganze noch schlimmer, weil sie ja am Emitter wie eine Induktivität wirkt Das kann man natürlich auch ausnützen, um die Bandbreite noch weiter zu erhöhen (Inductive Peaking). Wenn es dich interessiert, kann ich die Seiten raussuchen.
Ja, gerne, würde mich interessieren. In meinem Fall, mit 4 * IF3601 war schon die Cascode alleine instabil. Ja, der Mechanismus ist wie bei den üblichen neg. impedance Oszillatoren, wie man sie typ. in UHF-VCOs sieht. Das Problem ist, dass alle üblichen Abhilfe-Maßnahmen unerwünschte Nebenwirkungen haben. Ein Wirkwiderstand in der Gateleitung scheidet ganz aus. Dann braucht man den rauscharmen Verstärker gar nicht erst bauen. Die Transistoren haben ein paar 100 pF Kapazität, schon fast nF. Da ist das RC-Glied am Eingang noch zusätzlich natürlich höchst unwillkommen. Die Rückkopplung in die Source macht die GS-Kapazität weitgehend weg. Leider kommt die Rückkopplung etwas spät durch die Schleife, weshalb sich der FET wie ein kap. belasteter Sourcefolger fühlt. Der Drain sieht in den niederohmigen Emitter der Cascode, das macht das Sourcefolger-Bild komplett. Wenn man die Gegenkopplungsschleife mit einer VCVS baut, sieht das schon viel besser aus. Gibt's aber nicht zu kaufen. Wenn man zwischen Drain und Emitter der Cascode einen Trenn- widerstand macht, schlägt der Miller-Effekt wieder zu. Wenn der R so groß ist, dass er wirkt, dann kann man sich die Cascode gleich schenken und ihn zum Arbeitswiderstand erklären. Ein Transimpedanzverstärker statt der Cascode bräuchte 10 GHz open loop gain damit man das ḱompensiert bekommt. Die Cascode selbst habe ich durch Bootstrappen still bekommen. Bootstrappen von der source + Zener zur Cascodenbasis ist nett, aber die Sourcespannung ist halt zu spät. Besser sieht es mit einem FASTFET-op amp aus, der zusätzlich am Eingang hängt. Gain=1. Sein Ausgang treibt über eine BZX84-c3v9 als Level-Shifter die Basis der Cascode. Das neutralisiert komplett die GD-Kapazität und macht das RC-Glied im TEK-Stil an der Basis viel realisierbarer. Das Rauschen des Opamps schadet nicht weil die Basisspannung einer Cascode in erster Näherung keinen Ausgangsanteil für das Signal liefert. Der Cascodentransistor ist komplett stromgesteuert. Der OpAmp muss wirklich schnell sein. Mit OPA140 braucht man nicht erst anzutreten. Damit ist die Cascode für sich alleine erst mal stabil. Reicht aber nicht, wenn man die Gegenkopplungsschleife zumacht, auch nicht bei 60° Phasenrand. Da sind wohl noch mehr reingeschachtelte Schleifen mit Eigenleben. Seufz, Gerhard
Gerhard H. schrieb: > Ja, gerne, würde mich interessieren. Ich suche es dir raus, komme nur gerade nicht dazu. > Die Rückkopplung in die Source macht die GS-Kapazität weitgehend > weg. Leider kommt die Rückkopplung etwas spät durch die Schleife, > weshalb sich der FET wie ein kap. belasteter Sourcefolger fühlt. > Der Drain sieht in den niederohmigen Emitter der Cascode, das > macht das Sourcefolger-Bild komplett. > Wenn man die Gegenkopplungsschleife mit einer VCVS baut, sieht > das schon viel besser aus. Gibt's aber nicht zu kaufen. Wahrscheinlich geht das einfach nicht gut zusammen: viel G-S Kapazität und Bandbreite. Die Opamps in der Rückkopplung sind ja sauschnell, nur muss die Rückkopplung relativ früh die Phase um 90 Grad drehen, damit die Schleifenverstärkung um 6 dB/Oktave runtergeht. Damit passt dann die Kompensation der G-S Kapazität nicht mehr zu 100%. Eine Lösung wäre eine Zweipolkompensation, die im gewünschten Frequenzbereich 0 dB/Oktave macht, aber danach um 12 dB/Oktave runtergeht, und sich auf 6 dB einpendelt, sodass die Phasenreserve passt. Dann ist das Impulsverhalten aber nicht mehr so schön... Vielleicht braucht man da auch ein anderes Konzept, sowas wie einen Amps für NF und einen für höhere Frequenzen. Der NF Amp steuert dann den HF Amp bis 100kHz, und drüber werkelt der HF Amp alleine. Das hat ja Tek auch irgendwann mal erfunden. > Die Cascode selbst habe ich durch Bootstrappen still bekommen. > Bootstrappen von der source + Zener zur Cascodenbasis ist nett, > aber die Sourcespannung ist halt zu spät. > > Besser sieht es mit einem FASTFET-op amp aus, der zusätzlich > am Eingang hängt. Gain=1. Sein Ausgang treibt über eine BZX84-c3v9 > als Level-Shifter die Basis der Cascode. Das neutralisiert komplett > die GD-Kapazität und macht das RC-Glied im TEK-Stil an der Basis > viel realisierbarer. Das ist eine super Idee! Darauf muss man erst mal kommen. > > Damit ist die Cascode für sich alleine erst mal stabil. Reicht > aber nicht, wenn man die Gegenkopplungsschleife zumacht, auch nicht > bei 60° Phasenrand. Da sind wohl noch mehr reingeschachtelte > Schleifen mit Eigenleben. Eventuell muss man da auch Abstriche vom Perfektionismus machen. Früher hatte man das meist mit einzelnen Stufen gelöst, die ohne Rückkopplung arbeiten. Wenn es wirklich um deutlich < 1nV/sqrt(Hz) geht, ist das vielleicht ein guter Kompromiss? Grüsse, Udo
Angehängte Dateien:
-
2x_ad797_bode.png
48 KB -
2x_ad797-noise.png
49 KB -
bipolar-bode.png
55 KB -
bipolar-noise.png
57 KB
Hallo Kollegen nachdem mir das mit der Spannungsversorgung nun einigermassen klar ist, habe ich etwas mit verschiedenen Arten von Verstärkern in LTSpice experimentiert. Im Anhang mal ein paar meiner Simulationen. Zuerst habe ich zwei gewöhnliche Verstärker mit AD797 kaskadiert. 30dB Gain pro Stufe. Das Bodediagramm zeigt, dass die Verstärkung bis ca. 1MHz brauchbar konstant bleibt. 10MHz werde ich mir wohl abschminken können (OK mit weniger Gain ginge es, aber mit 1MHz Grenzfrequenz kann ich auch noch leben, vermute ich). Die Rauschsimulation zeigt weiterhin, dass bei zwei kaskadierten AD797 mit einer Rauschdichte von ca. 15uV/rtHz zu rechnen ist. Zurückgerechnet auf den Eingang also 15nV/rtHz. Danach habe ich mit gewöhnlichen BC817 Transistoren, die ja ansich nicht für ihre besondere Rauscharmut bekannt sind, eine bipolare Differenzverstärkervorstufe dazu gebaut. Bemerkenswert: die Rauschsimulation behauptet, dass am Ausgang ca. 1uV/rtHz Rauschen anliegt - dementsprechend 1nV/rtHz am Eingang. Das wäre ja ansich sehr gut! Das Bodediagramm zeigt, dass aufgrund der kleinen Überhöhung bei ca. 1MHz die Bandbreite noch etwas grösser wird. Ansich sieht das meiner Meinung nach ganz brauchbar aus, aber ich kann es kaum glauben, dass der AD797 mit diesem simplen "Trick" noch verbessert werden können soll. a) ist meine Simulation plausibel? ich glaube nicht. 1nV/rtHz mit einem selbergebastelten, derart einfachen Verstärker glaube ich nicht. b) da die Simulation vermutlich zu optimistisch ist - wo liegt der Denkfehler? ich werde dann, sobald die bestellten AD797 da sind, doch noch einen Versuchsaufbau machen. Dann kann man es ja nachmessen, wenngleich ich noch nicht sicher bin, ob dies mit meinem Equipment möglih ist. Evtl. mit der Soundkarte...
Du hast einen Fehler drinnen, die 2 AD797 machen ca. 1nV bezogen auf den Eingang. Die zwei Schaltungen sind also vergleichbar, wenn man bedenkt, dass der Basisbahnwiderstand in den Modellen meist fehlt... Die Werte sind für die diskrete Stufe aber plausibel. Vergiss aber nicht die vielen Kompromisse, die du dir damit einhandelst... (Offset, Basisstrom, schlechte CMRR, schlechte PSRR, Transistor matching, HF Instabilitäten, Stromverbrauch) Das zahlt sich nicht wirklich aus. Es gibt nur eine Handvoll von Anwendung, die die 1nV / sqrt(Hz) wirklich braucht... Und von deinem Wissenstand ausgehend schätze ich mal, dass du nicht zu dieser Gruppe gehörst :-) Und in der Praxis hast du mit deinem Schaltnetzteil ganz andere Probleme, wie das die HF eventuell über den Eingang einkoppelt, u nd dann sind die 1nV eh wunschdenken.
Udo K. schrieb: > Du hast einen Fehler drinnen, die 2 AD797 machen ca. 1nV bezogen auf den > Eingang. wie das? LTSpice sagt doch 14uV, bei einem Gain von 1000 sind das 14nV am Eingang? Udo K. schrieb: > Basisbahnwiderstand in den Modellen meist > fehlt werd ich heute Abend gleich nachschauen. Udo K. schrieb: > Die Werte sind für die diskrete Stufe aber plausibel. > Vergiss aber nicht die vielen Kompromisse, die du dir damit > einhandelst... (Offset, Basisstrom, schlechte CMRR, schlechte PSRR, > Transistor matching, HF Instabilitäten, Stromverbrauch) Der Offset stört mich nicht so sehr. Da ich eigentlich sowieso nur am AC-Anteil interessiert bin, kann ich am Ausgang des Verstärkers mit einem grossen Kondensator auskoppeln und einen Impedanzwandler nachschalten. (Am Eingang könnte ich das nicht - da ich eine einigermassen niederohmige Quelle habe, müsste der Koppelkondensator riesig sein.) Auch der Stromverbrauch ist sekundär, da ich Batteriebetrieb sowieso ausschliesse. Udo K. schrieb: > Und von deinem Wissenstand ausgehend schätze ich mal, > dass du nicht zu dieser Gruppe gehörst :-) Danke ;-) genau diesen Wissensstand gedenke ich noch zu verbessern :-) Ich denke, wenn ich dann mal eine Leiterplatte entwerfe, werde ich als Bestückungsmöglichkeit beide Varianten vorsehen. So kann man beides testen und vergleichen.
Tobias P. schrieb: > Der Offset stört mich nicht so sehr. Da ich eigentlich sowieso nur am > AC-Anteil interessiert bin, kann ich am Ausgang des Verstärkers mit > einem grossen Kondensator auskoppeln und einen Impedanzwandler > nachschalten. (Am Eingang könnte ich das nicht - da ich eine > einigermassen niederohmige Quelle habe, müsste der Koppelkondensator > riesig sein.) Wenn du einen hochohmigen Eingang hast (und den hast du ja), dann ist die Quellimpedanz egal, da reichen 1.6uF bei 100k Eingangsimpedanz für 1Hz Grenzfreqenz. AC Kopplung macht aber das Rauschen bei niedrigen Frequenzen etwas schlechter, weil dann das Stromrauschen eine Rolle spielt. Andererseits hast du damit eine gewisse Schutzfunktion vor allem mögliche Blödsinn, denn deine Kunden anstellen. > > Ich denke, wenn ich dann mal eine Leiterplatte entwerfe, werde ich als > Bestückungsmöglichkeit beide Varianten vorsehen. So kann man beides > testen und vergleichen. Die diskete Schaltung macht keinen Sinn, weil sie praktisch genau so gut ist wie der Opamp alleine, aber etliche Nachteile hat. Wenn dich der Ehrgeiz packt, dann musst du das richtig angehen. Gerhard hat da sicher mehr dazu zu sagen, aber es fängt schon damit an, dass der Diffamp ein um 3dB höheres Rauschen hat, als eine einzelne Stufe... Und deine 10R machen schon 0.4 nV... da musst du deutlich runter wenn du unter 1nV kommen möchtest...
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.