mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Rauschamplitude messen - NanoVNA


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
ich möchte gerne wissen, ob die Amplitude von meinem selbstgebauten 
Rauschgenerator im Bereich von 1MHz bis 50MHz ungefähr gleich bleibt.
Die Rauschquelle ist eine ZPD6,8 mit einem dreistufigen 
Transistorverstärker und dann kommt noch ein Emitterfolger, der das 
Signal auf 50 Ohm bringt.
Kann man das mit einem vorgeschalteten Dämpfungsglied und einem NanoVNA 
messen (den könnte ich mir leihen - einen echten SA habe ich leider 
nicht zur Verfügung)?

von ArnoR (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Die Rauschquelle ist eine ZPD6,8

Kennst du das Rauschen (Frequenzgang) der Z-Diode allein?

> mit einem dreistufigen Transistorverstärker

Was macht der mit dem Rauschen der Z-Diode? Wie ist sein Frequenzgang?

> und dann kommt noch ein Emitterfolger, der das Signal auf 50 Ohm bringt.

Ein Emitterfolger mit 50Ohm-Ausgangswiderstand bei 50MHz? Das wäre z.B. 
ein Transistor mit Stromverstärkung 100 und 5k Quellwiderstand. Bei 
50MHz?

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Um diese Funktion zu testen, habe ich meinen Rauschgenerator an den 
NanoVNA angeschlossen (an CH1) und das Programm NanoVNA-Saver verwendet.
Es funktioniert, siehe Bild.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Kann man das mit einem vorgeschalteten Dämpfungsglied und einem NanoVNA
> messen (den könnte ich mir leihen - einen echten SA habe ich leider
> nicht zur Verfügung)?

Man kann einen VNA schon als Poor Man's Spectrum Analyzer missbrauchen. 
Wie schon gezeigt wurde schließt man dazu das zu analysierende Signal an 
Port 2 an und misst S_21, wobei der Port 1 offen bleibt. Allerdings ist 
ein VNA dafür ausgelegt, Amplituden- und Phasenverhältnisse zu messen; 
bei S_21 insbesondere das Verhältnis von transmittierter zu einfallender 
Amplitude. Darauf beziehen sich auch die für VNA üblichen 
Fehlerkorrekturverfahren.

Die Genauigkeit einer solchen Spektrum-Messung hängt daher insbesondere 
von der Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 ab. Wenn diese einen 
Frequenzgang aufweist, schlägt sich dieser in einem so gemessenen 
Spektrum unmittelbar nieder. Zum Beispiel: Ist der nominelle Pegel der 
Quelle an Port 1 z.B. 0 dBm, so wird ein an Port 2 anliegendes Signal 
von 0 dBm auch nach Kalibrierung mit 0 dB angezeigt. Fällt der Pegel 
aber bei einer anderen Frequenz z.B. auf -6 dBm ab, so spielt das zwar 
für VNA-Messungen nach Kalibrierung keine Rolle, aber bei dieser 
Frequenz wird ein an Port 2 extern zugeführtes Signal mit einem Pegel 
von -6 dBm ebenfalls mit 0 dB angezeigt.

Wie gut der NanoVNA in dieser Hinsicht ist, kann ich nicht beurteilen, 
ich würde da aber keine Wunder erwarten und die Messung eher als 
Schätzung betrachten. Die großen Profi-Geräte sind im Hinblick auf 
Pegelkonstanz und Einstellbarkeit aber ziemlich gut. Ich habe den VNA 
auch schon öfter für solche Zwecke missbraucht, weil es gerade praktisch 
war. Das geht sogar ohne Kalibrierung, der ist schon von Haus aus genau 
genug. Moderne professionelle VNA erlauben außerdem eine 
Pegel-Kalibrierung mit einem externen Leistungsmesskopf, so dass an Port 
1 immer ein bekannter und kalibrierter Pegel liegt. Das ergibt dann 
schon einen ganz ordentlichen Spektrumanalysator.

Aufpassen sollte man auch mit der Ablaufzeit. Nicht zu schnell 
einstellen, damit das ZF-Filter einschwingen kann (wie beim SA auch), 
und sich vor allem bei einer Spektrum-Messung nicht auf die Automatik 
des VNA verlassen.

von Hp M. (nachtmix)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
DH1AKF W. schrieb:
> Um diese Funktion zu testen, habe ich meinen Rauschgenerator an den
> NanoVNA angeschlossen (an CH1) und das Programm NanoVNA-Saver verwendet.
> Es funktioniert, siehe Bild.

..und wie sieht das ohne den Rauschgenerator aus, oder wenn er 
abgeschaltet ist?

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe die Messung für den Bereich 50 kHz .. 50 MHz wiederholt.

Links: Rauschgenerator abgeschaltet. Rechts: eingeschaltet

Der Rauschgenerator wird mit 470 Hz getastet, (damit man im Empfänger 
einen Ton hört.)
Siehe auch:
https://www.qrpforum.de/forum/index.php?thread/6558-modulierte-rauschquelle-frage-an-die-experten/&postID=50502&highlight=Rauschgenerator#post50502

: Bearbeitet durch User
von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ArnoR schrieb:
> Kennst du das Rauschen (Frequenzgang) der Z-Diode allein?

Leider nein.

ArnoR schrieb:
> Ein Emitterfolger mit 50Ohm-Ausgangswiderstand bei 50MHz? Das wäre z.B.
> ein Transistor mit Stromverstärkung 100 und 5k Quellwiderstand. Bei
> 50MHz?

Als prinzipiell ist es die Schaltung hier, aber 100nF-Koppel-Cs und 
nicht 10nF:
https://www.qsl.net/dk3wi/HF_Noise_Generator.html

Dann statt des Potis den Emitterfolger der Miniwhip nachgeschaltet:
http://radioaficion.com/cms/wp-content/uploads/2013/10/pa0rdt-Mini-Whip-1.jpg
T ist wieder 2N2222, den 2N5109 hatte ich nicht. Emmitterwiderstand ist 
220R.
R von 12V nach Basis ist 5k3 und der R von Basis nach GND ist 6k8. Der C 
zum auskoppeln hat 4,7uF und 100nF parallel. Kein 
47-Ohm-Basis-Widerstand. Beim Messen sind immer 50-Ohm-Dämpfungsglieder 
nachgeschaltet.
Sind die 50 Ohm bei 50MHz damit unrealistisch?

Vielen Dank Mario für die ausführlichen Erklärungen!
Mario H. schrieb:
> Man kann einen VNA schon als Poor Man's Spectrum Analyzer missbrauchen.

Wegen der niedrigen Mischfrequenz empfängt man immer beide Seitenbänder, 
habe ich irgendwo gelesen. Zum Ausmessen des Rauschens spielt es 
vermutlich keine große Rolle.

> Die Genauigkeit einer solchen Spektrum-Messung hängt daher insbesondere
> von der Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 ab.

Das ist ein wichtiger Punkt! Im Grunde führt es zu einem 
Henne-Ei-Problem... wäre es vielleicht besser, vor der Messung die 
Kalibrierung zu entfernen?
Oder den Amplitudenverlauf an Port1 mit einem passiven HF-Tastkopf 
(Diodengleichrichter) zu überprüfen (wobei der Tastkopf bis 50MHz 
wahrscheinlich auch nicht linear ist, also wieder Henne-Ei-Problem)?

> Wie gut der NanoVNA in dieser Hinsicht ist, kann ich nicht beurteilen,
> ich würde da aber keine Wunder erwarten und die Messung eher als
> Schätzung betrachten.

Das sowieso!


Danke Wolfgang für das Ausprobieren und die Fotos! :-)

von Elektrolurch (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Sind die 50 Ohm bei 50MHz damit unrealistisch?

nein gar nicht. Als Emitterfolger arbeitet ein 2N2222 locker bis über 
200MHz. Einziger Nachteil gegenber einem deidizierten HF-Transistor wie 
eine 2N5109 ist seine verhältnismäßig hohe Eingangskapazität. Das 
erfordert eine niederohmige Ansteuerung, um auch bei hohen Frequenzen 
diese Eingangskapazität umzuladen.

von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
>> Die Genauigkeit einer solchen Spektrum-Messung hängt daher insbesondere
>> von der Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 ab.
>
> Das ist ein wichtiger Punkt! Im Grunde führt es zu einem
> Henne-Ei-Problem... wäre es vielleicht besser, vor der Messung die
> Kalibrierung zu entfernen?
> Oder den Amplitudenverlauf an Port1 mit einem passiven HF-Tastkopf
> (Diodengleichrichter) zu überprüfen (wobei der Tastkopf bis 50MHz
> wahrscheinlich auch nicht linear ist, also wieder Henne-Ei-Problem)?

Was mir grade noch einfällt, vielleicht wäre ein AD8307 geeigneter als 
ein Diodentastkopf, um die Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 zu 
überprüfen?!

von Marco (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Elektrolurch schrieb:
> Als Emitterfolger arbeitet ein 2N2222 locker bis über
> 200MHz. Einziger Nachteil gegenber einem deidizierten HF-Transistor wie
> eine 2N5109 ist seine verhältnismäßig hohe Eingangskapazität. Das
> erfordert eine niederohmige Ansteuerung, um auch bei hohen Frequenzen
> diese Eingangskapazität umzuladen.

Ich habe den Schaltplan "zusammengeklickt" und in den Anhang gepackt, 
hoffentlich kann man den Aufbau einigermaßen erkennen.

Wird der Emitterfolger niederohmig genug angesteuert?

von Elektrolurch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Wird der Emitterfolger niederohmig genug angesteuert?

Aber ja, er hängt ja am Kollektor des dritten Verstärkertransistors. Die 
Kollektor-Lastimpedanz des dritten Verstärkertransistors setzt sich 
zusammen aus dem 820 Ohm Widerstand und parallel dazu der 
Eingangsimpedanz des 2N2222 Emitterfolgers. Die wird hauptsächlich durch 
dessen Eingangkapazität bestimmt.

von Elektrolurch (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine Rauschquelle muss angepasst sein und einen definierten 
Quellwiderstand aufweisen.

Es fehlt in deiner Schaltung also ein 47 Ohm Widerstand in Serie Ausgang 
des 2N2222 Emitterfolgers. Dessen Ausgansimpedanz ist sehr niederohmig, 
nur etwas 2..4 Ohm. Damit der Rauschgenerator als 50 Ohm Rauschquelle 
angepasst ist, benötigt man diese Zwangsanpassung. Es gehen daran zwar 
6dB Rauschspannung verloren, aber ohne definierten Quellwiderstand ist 
eine Rauschquelle nicht viel wert.

von ArnoR (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Ich habe den Schaltplan "zusammengeklickt" und in den Anhang gepackt

Eine Messung kannst du dir bei der Schaltung sparen, die Schaltung ist 
vollkommen ungeeignet. Deren Frequenzgang fällt zwischen 1MHz und 50MHz 
um etwa 60dB (Faktor 1000) ab. Du brauchst eine Schaltung, die linearen 
Frequenzgang hat, oder sogar etwas ansteigenden, je nach dem 
Rauschfrequenzgang der Z-Diode.

Der Emitterfolger liefert viel weniger als 50R Ausgangswiderstand. 
Normalerweise müsste man einen Widerstand in Reihe zum Ausgang schalten, 
um auf 50R zu kommen. Man kann aber auch der Verstärker so 
dimensionieren, dass sein Ausgangswiderstand 50R ist, und so den 
Emitterfolger einsparen.

von ArnoR (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Marco

Im Anhang mal ein Vorschlag für einen breitbandigen Verstärker mit 
Vu=60db und einer -3dB-Bandbreite von ~60MHz (oben, grüne Kurve) im 
Vergleich zu deiner Schaltung. Die 10R-Quellwiderstand sollen den 
differentiellen Widerstand der Z-Diode nachbilden. Der 
Ausgangswiderstand ist 50R, die Schaltung kann man auch für 
5V-Versorgung auslegen.

von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lieber Arno, vielen Dank für den virtuellen Aufbau und den Vergleich mit 
der anderen Schaltung!
Wie bist du auf die Idee mit den drei direkt gekoppelten Transistoren 
gekommen (wobei der dritte T aus zwei Ts besteht)?

Woran liegt es, dass die Schaltung mit den vier 2N2222 so ungeeignet 
ist, warum ist das Übertragungsverhalten zu höheren Frequenzen hin so 
schlecht? An der Größe der Koppelkondensatoren kann es ja nicht liegen.

von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Verstehe, die limitierenden Faktoren sind tatsächlich nur die 
BE-Kapazitäten...

von Marc Oni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Woran liegt es, dass die Schaltung mit den vier 2N2222 so ungeeignet
> ist, warum ist das Übertragungsverhalten zu höheren Frequenzen hin so
> schlecht?

Das liegt zum einen daran, dass sie viel zu viel Verstärkung macht, 
nämlich irrsinnige 120 dB. Da die Transitfrequenz eines Transistors 
respektive das Verstärkungs-Bandbreite Produkt konstant ist, hat eine 
Transistorstufe mit hoher Verstärkung eine geringere Bandbreite.

Ein weiterer Aspekt ist die Miller-Kapazität. Bei einem 
Transistorverstärker in Emitterschaltung erscheint die Kollektor-Basis 
Kapazität um den Betrag der Verstärkung multipliziert am Eingang.

Die beiden oben simulierten Schaltungen in der Simulation verhalten sich 
in ihrer Bandbreite hauptsächlich aus zwei Gründen unterschiedlich:

- Die viel zu hohe Verstärkung der Schaltung mit den 2N2222A reduziert 
bei bekanntlich konstanter ft die Bandbreite und die Miller Kapazität 
gibt ihr den Rest. Im praktischen Aufbau würden die Stufen mit ihrer 
hohen Gesamtverstärkung auch leicht in Selbsterregung schwingen.

- In der Schaltung mit den BFT92 werden durch die Verwendung von sehr 
schnellen HF-Transistoren, die auf kleine Kapazitäten und hohe ft 
gezüchtet sind, die oben genannten einschränkenden Effekte reduziert.

Man kann dennoch die Schaltung mit den BFT92 keinem Anfänger empfehlen. 
Die Gigahertz Transisoren neigen bei dieser hohen Gesamtverstärkung zum 
parasitären Schwingen. Bei der Schaltung mit 2N2222 ließe sich bei 
vernünftiger Dimensionierung und reduzierter Stufenverstärkung auch ein 
flacher Freqeuenzgang  bis 100 MHz bekommen.

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ergänzung:

Mein Rauschgenerator benutzt die B/E- Diode eines BFR92A, ohne 
Nachverstärkung, siehe auch

Beitrag "Re: Rauschgenerator bis 900 MHz"

Das Rauschsignal wird allerdings "zerhackt", von einem NE555 mit 470Hz 
und das nochmals mit 1 Hz oder 4 Hz getastet. Dadurch sind Signale noch 
bei 1,3 GHz in AM/WFM/NFM/SSB nachweisbar.
Zum Abgleich empfindlicher Antennenverstärker ist das Signal ausreichend 
stark.

von Marc Oni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
DH1AKF W. schrieb:
> Mein Rauschgenerator benutzt die B/E- Diode eines BFR92A, ohne
> Nachverstärkung, siehe auch
>
> Beitrag "Re: Rauschgenerator bis 900 MHz"

Mit einer ENR von 34dB vielleicht etwas wenig, für den unempfindlichen 
NanoVNA

Und für ernsthafte Rauschmessungen fehlt der Schaltung ein 20dB 
Dämpfungsglied am Ausgang, um die abgegebene Rauschleistung einigermaßen 
unabhängig von der Last zu machen. Das würde die ENR zusätzlich auf 14 
dB reduzieren. Dann kann man mit dieser Schaltung  auch 
Rauschfaktormessungen nach der Y-Methode machen. Ohne Dämpfungsglied 
(=Zwangsanpassung) ist es nur ein nettes Spielzeug.

von ArnoR (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Wie bist du auf die Idee mit den drei direkt gekoppelten Transistoren
> gekommen (wobei der dritte T aus zwei Ts besteht)?

Wie kommst du auf die Idee, 4 Transistoren jeweils mit eigener 
AP-Einstellung, C-Kopplung und so einer Dimensionierung zu verwenden?
Die direkte Kopplung braucht weniger Bauteile und die wechselnde 
Verwendung von npn und pnp vermeidet das Problem mit der Versorgung im 
Signal infolge der falschen Signalabnahme in den einzelnen Stufen deiner 
Schaltung.

Marc Oni schrieb:
> Bei der Schaltung mit 2N2222 ließe sich bei
> vernünftiger Dimensionierung und reduzierter Stufenverstärkung auch ein
> flacher Freqeuenzgang  bis 100 MHz bekommen.

Naja, an wie viele Stufen hast du dabei gedacht? Der 2N2222 hat zu große 
Kapazitäten und zu kleine ft. Man schafft bei 10R Quellwiderstand nur 
etwa 6dB Verstärkung bei niedrigen Frequenzen, wenn man bei 100MHz -3dB 
Abfall (also dort 3dB Verstärkung) zulässt. Nachfolgende Stufen sehen 
einen größeren Quellwiderstand und sind entsprechend langsamer.

Marc Oni schrieb:
> Man kann dennoch die Schaltung mit den BFT92 keinem Anfänger empfehlen.

Das ist wohl wahr. Im Anhang eine entschärfte Version mit gutmütigen 
Transistoren, nur noch 40dB Verstärkung, 100MHz Bandbreite und 50R 
Ausgangswiderstand.

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Oni schrieb:
> Ohne Dämpfungsglied
> (=Zwangsanpassung) ist es nur ein nettes Spielzeug.

Du hast Recht, hier würde ich als Ergänzung einen MMIC (z.B. ERA2) und 
ein Dämpfungsglied nachschalten.

von Marc Oni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
DH1AKF W. schrieb:
> Du hast Recht, hier würde ich als Ergänzung einen MMIC (z.B. ERA2) und
> ein Dämpfungsglied nachschalten.

Es kommt darauf an, was man mit der Rauschquelle machen will. Messen 
oder als Ersatz eines Tracking Generators damit Filter abgleichen bzw. 
als Breitband Speisung für eine Antennen-Rauschbrücke.

Wichtig bei Rauschfaktor Messungen ist ein Dämpfungsglied von mindestens 
20dB direkt am Ausgang.  Für Rauschfaktormessungen geht die 
Reflexionsdämpfung am Ausgang der Rauschquelle in die Genauigkeit der 
Messung ein.

Aber auch wenn man Filter mit einem Rauschgenerator abgleicht, sollte 
der Ausgang der Rauschquelle möglichst konstant 50 Ohm betragen, auch 
wenn die Last sich ändert, was ja bei einem Filter beim Übergang vom 
Sperrbereich in den Durchlassbereich der Fall ist..

Lesenswert:
http://www.df9ic.de/doc/2011/dorsten_2011/dorsten11_rauschquellen.pdf


Es lohnt sich nicht wirklich, einen einfachen Rauschgenerator mit hoher 
Rauschleistung für Abgleichzwecke selber zu bauen. Den gibt es aus China 
für kleines Geld schon im Gehäuse.

https://ebay.us/OtsN79

von Marc Oni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
DH1AKF W. schrieb:

> hier würde ich als Ergänzung einen MMIC (z.B. ERA2) und
> ein Dämpfungsglied nachschalten.

Ein ERA2 MMIC halte ich für den Zweck etwas schwächlich und es hat eine 
zu hohe Bandbreite. Dadurch wird die summierte Rauschleistung so hoch, 
dass ein MMIC leicht überlastet wird.

Man darf beim Verstärken von weißem Rauschen nicht vergessen, Rauschen 
ist ein stochastisches Signal. Alle Frequenzen mit allen Amplituden sind 
statistisch jederzeit vorhanden. Die Rauschleistung steigt linear mit 
der Bandbreite der Verstärkers. Da kommen schnell hohe Leistungen 
zustande, mit denen ein MMIC fertig werden muss. Es rät sich, die 
Bandbreite auf das Notwendige einzuschränken und die stärksten MMIC zu 
nehmen.

von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe mittlerweile diese Schaltung hier mit Ltspice für drei 
verschiedene Transistor-Typen simuliert.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/435441/einfacher_rauschgenerator.png

2N2222: Wenn man die Verstärkung sehr moderat hält, kann man den Abfall 
zu 100MHz hin auf -10dB begrenzen.

BF199: Auch mit diesem Transistor gibt es bei der Schaltung einen 
deutlichen Abfall zur 100MHz-Marke hin (wahrscheinlich landet man bei 
einer guten Optimierung bei -6dB, dieser Wert ist geschätzt).

BFP196: hier kommt man zur 100MHz-Marke hin mit unter 0,2dB weg. Also 
theoretisch sehr gut, in der Praxis könnte das ganze stark schwingen, 
wenn man keine Maßnahmen dagegen trifft.


@ArnoR:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/435535/MarcoRausch2.png
Prima Schaltung! Ich habe leider keine PNP-HF-Transistoren vorrätig, 
sonst hätte ich es einfach mal aufgebaut. Bei der nächsten 
Elektronik-Bestellung werden die Ts mitgeordert.


@DH1AKF:
Beitrag "Re: Rauschgenerator bis 900 MHz"
Interessantes Projekt!


Wenn ein Emitterfolger ca. 4 Ohm Impedanz besitzt, könnte man doch auch 
auf ungefähr 50 Ohm hochtransformieren?!
Dann könnte man direkt hinter die Z-Diode einen Emitterfolger schalten 
zur Stromverstärkung und dann einen 1:3-Übertrager dahinter.
Allerdings frage ich mich, wie man den ÜT anschließt. Wenn man ihn als 
"Emitterwiderstand" einschaltet, wird er durch den Gleichstrom ja 
vormagnetisiert. Also wohl am besten hinter dem Auskoppel-C 
anschließen...

von Marco (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marc Oni schrieb:
> Es kommt darauf an, was man mit der Rauschquelle machen will.

Erst mal zum Experimentieren. Z.B. die Empfindlichkeit von Empfängern 
testen. Filterkurven im SDR anschauen. Oszillatoramplituden abgleichen.


Marc Oni schrieb:
> Lesenswert:
> http://www.df9ic.de/doc/2011/dorsten_2011/dorsten11_rauschquellen.pdf

Interessant!


Marc Oni schrieb:
> Es lohnt sich nicht wirklich, einen einfachen Rauschgenerator mit hoher
> Rauschleistung für Abgleichzwecke selber zu bauen. Den gibt es aus China
> für kleines Geld schon im Gehäuse.
>
> https://ebay.us/OtsN79

Danke für den Hinweis! Im Moment überwiegt (noch) die Bastellaune.



Kann man das Rauschen auch mit einem HF-Operationsverstärker (z.B. 
Video-OP) verstärken?

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
>> Die Genauigkeit einer solchen Spektrum-Messung hängt daher insbesondere
>> von der Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 ab.
>
> Das ist ein wichtiger Punkt! Im Grunde führt es zu einem
> Henne-Ei-Problem... wäre es vielleicht besser, vor der Messung die
> Kalibrierung zu entfernen?

Dann hat man allerdings den Frequenzgang des VNA-Empfängers dem Spektrum 
überlagert. Ob der glatter ist als der der Quelle, hängt vom VNA ab. Da 
ich leider keinen NanoVNA habe, kann ich nicht sagen, was besser ist.

> Oder den Amplitudenverlauf an Port1 mit einem passiven HF-Tastkopf
> (Diodengleichrichter) zu überprüfen (wobei der Tastkopf bis 50MHz
> wahrscheinlich auch nicht linear ist, also wieder Henne-Ei-Problem)?

Wenn ein Signalgenerator mit bekanntem Ausgangspegel vorhanden ist, 
könnte man auch den zum Testen nehmen.

> Was mir grade noch einfällt, vielleicht wäre ein AD8307 geeigneter als
> ein Diodentastkopf, um die Pegelkonstanz der Quelle an Port 1 zu
> überprüfen?!

Das wäre eine Möglichkeit.

Marc Oni schrieb:
> Da die Transitfrequenz eines Transistors
> respektive das Verstärkungs-Bandbreite Produkt konstant ist, hat eine
> Transistorstufe mit hoher Verstärkung eine geringere Bandbreite.

Auf die Gefahr, dass das an dieser Stelle Erbsenzählerei ist: Die 
Verhältnisse einer Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung sind 
etwas komplizierter. Aus dem linearisierten Gummel-Poon-Modell bekommt 
man (mit den üblichen Näherungen: nur eine Kollektorkapazität, 
Vernachlässigung des Basis-Bahnwiderstandes, etc.), dass der 
Frequenzgang einer solchen Stufe zwei Pole hat, also kein konstantes 
Verstärkungs-Bandbreiteprodukt. Dennoch stimmt natürlich, dass mit 
zunehmender Verstärkung die Bandbreite sinkt. Auch findet man in der 
zugehörigen -3dB-Frequenz der entsprechenden Übertragungsfunktion den 
Miller-Effekt (ein Term mit dem Produkt aus Kollektorkapazität und 
Leerlaufverstärkung im Nenner).

Marco schrieb:
> Kann man das Rauschen auch mit einem HF-Operationsverstärker (z.B.
> Video-OP) verstärken?

Sicherlich. Bei der Auslegung das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt des 
Operationsverstärkers beachten.

> Wenn ein Emitterfolger ca. 4 Ohm Impedanz besitzt, könnte man doch auch
> auf ungefähr 50 Ohm hochtransformieren?!

Die Ausgangsimpedanz hängt aber schon im statischen Fall u.a. von der 
Quellimpedanz und dem beta des Transistors ab. Sie ist also nicht gut 
definiert und allen möglichen Streuungen und Abhängigkeiten unterworfen. 
Davon würde ich Abstand nehmen und lieber 3dB an einem 50Ω-Widerstand 
opfern.

von Marc Oni (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Kann man das Rauschen auch mit einem HF-Operationsverstärker (z.B.
> Video-OP) verstärken?

Im Grunde ja. In der Praxis jedoch bringt die hohen Leistung, die ein 
Rauschsignal darstellt, einen Operationsverstärker schnell in die 
Bredouille. Rauschen zu verstärken ist nicht trivial. Es handelt sich ja 
nicht um diskrete Signale, sondern um eine gleichmäßig über alle 
Frequenzen gleich verteilte Energie. Die per Definition auf ein Hz 
Bandbreite bezogene Rauschleistung der Rauschquelle multipliziert sich 
mit der Bandbreite des Verstärkers und dem Verstärkungsfaktor. Dabei 
kommen beträchtliche Leistungen zusammen.

Theoretisch kann man mit dem thermischen Rauschen eines Widerstandes bei 
unendlicher Bandbreite die Energieprobleme der Menschheit lösen.


Marco schrieb:
> Prima Schaltung! Ich habe leider keine PNP-HF-Transistoren vorrätig,
> sonst hätte ich es einfach mal aufgebaut. Bei der nächsten
> Elektronik-Bestellung werden die Ts mitgeordert.

Viel Glück dabei. PNP-HF Transistoren sind eine aussterbende Spezies.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Henning hat 2011 auf der Dorstener Tagung einen Vortrag gehalten:
http://www.df9ic.de/doc/2011/dorsten_2011/dorsten11_rauschquellen.pdf
Messungen u.a. an Selbstbaurauschdioden mit Zenerdiode und 
UHF-Transistor

ich sehe grade, das wurde schon genannt
Beitrag "Rauschquelle mit Z-Diode, ENR"
da gab es das Thema schonmal

: Bearbeitet durch User
von Heiner (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Christoph db1uq K. schrieb:
> Henning hat 2011 auf der Dorstener Tagung einen Vortrag gehalten:
> http://www.df9ic.de/doc/2011/dorsten_2011/dorsten11_rauschquellen.pdf
> Messungen u.a. an Selbstbaurauschdioden mit Zenerdiode und
> UHF-Transistor

Der Vortrag vermittelt gut die Grundlagen, allerdings geht es um 
Rauschquellen zur Rauschzahlmessung. Die haben nur eine ENR von 15dB, 
was für die Messung von VHF/UHF/SHF Empfangsequipment passt.

Wenn ich den TO richtig interpretiere, möchte er einen 
"Leistungsrauschgenerator", der soviel Saft abgibt, dass auch auf dem 
NanoVNA noch eine vernünftige Anzeige sichtbar ist. Also ENR >60dB.

von Heiner (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Diese chinesischen Rauschgeneratoren, wie sie in ebay und ali angeboten 
entsprechen weitgehend dem Urtyp von BG7TBL. Im Laufe der Zeit 
abgewandelt und etwas verbessert ist der Aufbau gleich: Eine Zenerdiode 
als Rauschquelle und drei MMIC als Nachbrenner. In meiner Version, die 
ich für 9 Euro erstanden habe sind es SBB5089:
https://www.qorvo.com/products/d/da001309

Das Teil zieht richtig Strom und wird sehr heiß. Die MMIC sind am Limit. 
Aber es gibt eine Menge Rauschleistung ab. Zur Speisung einer 
Rauschbrücke oder um mal eine Filterkurve anzuzeigen dicke genug.

Hier gibts ne Beschreibung:
http://www.epanorama.net/newepa/2017/08/29/bg7tbl-rf-noise-source/

Skizze der Schaltung

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Auch eine Breitbandrauschquelle mit drei MMIC-Nachverstärkern hat 
Henning in Dorsten schon 1991 vorgestellt:
http://www.df9ic.de/doc/1990/dorsten_1990/dorsten_1990_91.pdf
ab PDF-Seite 46. "ENR 84 dB bis 1,5 GHz"

von Marco (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Heiner schrieb:
> Das Teil zieht richtig Strom und wird sehr heiß. Die MMIC sind am Limit.

Heiner, Danke für den Beitrag, sehr aufschlussreich!

An der abgegebenen Hitze und der damit verbundenen hohen Stromaufnahme 
sieht man viellecht schon, was da breitbandig geleistet werden muss.


Die Schaltung im Anhang bringt mit 2N2222 einen Abfall von immerhin nur 
knapp -6dB zu 100MHz hin. Wenn man noch niederohmiger arbeitet, kann man 
(zumindest mein persönlicher Sumulationsrekord) das ganz auf nur -2,5 
bis -3dB optimieren.

Ich habe aber keine Ahnung, ob das in der Realität so funktionieren 
würde.

Das im Diagramm gezeigte Signal ist über R12 abgenommen, der die 
50-Ohm-Last simulieren soll.

Das "Ursignal" des Generators V1 hat über R5 gemessen einen Pegel von 
-120dB.
Also scheint das Signal von der Schaltung um 70dB angehoben zu werden.

Der Gegenkopplungszweig über R6 könnte das Ganze auch prima zum 
Schwingen bringen. In der Praxis müsste man wahrscheinlich niederohmige 
UKW-Widerstände vor die Basen einlöten oder Ferritperlen über die 
Basisanschlüsse ziehen.

von Heiner (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Der Gegenkopplungszweig über R6 könnte das Ganze auch prima zum
> Schwingen bringen. In der Praxis müsste man wahrscheinlich niederohmige
> UKW-Widerstände vor die Basen einlöten oder Ferritperlen über die
> Basisanschlüsse ziehen.

Ferritperlen oder ein Widerstand vor der Basis hilft nur gegen das 
hochfrequente Schwingen einer einzelnen Transistor--Stufe. Das Problem 
dieser Schaltung ist die hohe Gesamtverstärkung von 70dB. Eine 
parasitäre Schwingung entsteht also nicht im einzelnen Transistor, 
sondern über eine mögliche Mitkopplung zwischen Ausgang und Eingang. 
Z.B. über eine ungünstige Masseführung oder sonstige unerwünschte Wege 
vom Ausgang zum Eingang. Dagen helfen keine Ferritperlen, da hilft nur 
ein HF-gerechter Aufbau.

von Heiner (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ich verstehe auch nicht ganz die Einstellung der DC-Arbeitspunkte und 
Ruheströme dieser ominösen Schaltung. Du solltest mal mit LT-Spice eine 
Transienten Simulation machen und vorne einen Sinus von 10uV einspeisen 
und schauen, ob diese Schaltungsdimensionierung überhaupt linear 
verstärkt und nicht klippt. In der AC-Simulation sieht man das nicht.

Weitere Inkonsistenzen sind die Emitterwiderstände. Warum hat die 
Endstufen, die die größte Leistung treiben muss den kleinsten 
Emitterwiderstand? Wie hoch ist ihr Ruhestrom?

Koppelkondensatoren von 4,7µF mögen für NF tauglich sein, aber dann 
bitte keinen Elko. Für HF muss mindestens dann mindestens noch ein 100nF 
Keramik Kondensator parallel geschaltet sein.

von ArnoR (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Die Schaltung im Anhang bringt mit 2N2222 einen Abfall von immerhin nur
> knapp -6dB zu 100MHz hin. Wenn man noch niederohmiger arbeitet, kann man
> (zumindest mein persönlicher Sumulationsrekord) das ganz auf nur -2,5
> bis -3dB optimieren.

Witzbold. Wegen Re=Rc hat keine der Stufen in deiner Schaltung eine 
Spannungsverstärkung größer 1, die Gesamtschaltung demnach auch nicht. 
Von der Arbeitspunkteinstellung lohnt es gar nicht zu reden.

Du solltest dir mal die Skale am linken Rand des Diagramms genauer 
ansehen, insbesondere möchte ich deine Aufmerksamkeit auf die 
Minuszeichen vor den Zahlen lenken.

von Heiner (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Ich habe aber keine Ahnung, ob das in der Realität so funktionieren
> würde.


Wenn du einen Rauschgenerator nicht bei ebay fertig kaufen willst und so 
ehrgeizig bist, selber bauen zu wollen, dann rate ich ganz von vorne 
hier zu beginnen:

https://elektroniktutor.de/verst1.html

von Marco (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die Antworten!

ArnoR schrieb:
> Wegen Re=Rc hat keine der Stufen in deiner Schaltung eine
> Spannungsverstärkung größer 1, die Gesamtschaltung demnach auch nicht.

Ja, das war mir auch aufgefallen. Deshalb habe ich auf einen realen 
Aufbau auch verzichtet.


Hier ist eine Simu von Arnos Schaltungsvorschlag im Anhang.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/435535/MarcoRausch2.png

Ich war nicht ganz sicher, ob der Kollektorwiderstand von Q3 schon den 
50-Ohm-Abschlusswiderstand darstellen soll. Deshalb habe ich in der Simu 
noch 50 Ohm angeklemmt (R9).
Wenn man R8 auf 0,22 Ohm verkleinert, verschwindet der kleine Höcker bei 
60MHz und es wird schnurgrade, bis es abfällt.


Für den BF324 gab es kein fertiges Modell, deshalb wurde das hier von 
Philips in die Standard.bjt eingebunden:
.MODEL BF324 PNP(IS=3.686E-16 NF=0.9966 ISE=2.604E-16 NE=1.263 BF=48.63 IKF=0.081 VAF=69 NR=1.01 ISC=9.693E-13 NC=1.56 BR=1.682 IKR=0.1 VAR=23 RB=18 IRB=3E-06 RBM=2 RE=0.4232 RC=1.5 XTB=0 EG=1.11 XTI=3 CJE=1.99E-12 VJE=0.7036 MJE=0.2976 TF=2.559E-10 XTF=4.5 VTF=6 ITF=0.1 PTF=0 CJC=3.103E-12 VJC=0.4209 MJC=0.3358 XCJC=0.0464 TR=3E-08 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.333 FC=0.9506)

von Marco (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mist, habe die alte Version ohne Koppel-C gepostet.
Hier die aktuelle Version mit Koppel-C vor R9.

Marco schrieb:
> Wenn man R8 auf 0,22 Ohm verkleinert, verschwindet der kleine Höcker bei
> 60MHz und es wird schnurgrade, bis es abfällt.

Habe hier R8 auf 0,22 Ohm verkleinert, der kleine Höcker ist dann weg.

von ArnoR (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Marco schrieb:
> Hier ist eine Simu von Arnos Schaltungsvorschlag im Anhang.
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/435535/MarcoRausch2.png

Das ist nicht meine Schaltung, sondern meine von dir verpfuschte. Der 
Kollektorwiderstand von Q3 macht schon die 50R Ausgangswiderstand (hast 
du denn gar keine Ahnung wie eine Emitterschaltung funktioniert?), der 
R9 halbiert den und die Verstärkung nochmal und verschiebt den 
Arbeitspunkt, weil der direkt am Ausgang hängt. Die Stromaufnahme der 
Schaltung steigt damit auch deftig an. R7 hat bei mir 120k, bei dir nur 
120Ohm. Da stimmt dann wohl kein einziger Arbeitspunkt mehr.

Und was soll eigentlich der Unsinn, als Ausgangssignal den Strom durch 
R9 anzugeben? Du hast eine Eingangsspannungsquelle V1, also gib auch das 
Ausgangssignal als Spannung (am Kollektor Q3) an. Die 
Spannungsverstärkung der Schaltung zeigt LTSpice dann direkt an der 
Achse an.

von Heiner (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es ist zwar schön, wenn man ein Transistormodell in die Lib von LT-spice 
einbinden kann. Das nutzt aber wenig, wenn man sich nicht vorher die 
Basics einer Transistor Verstärker Stufe zu Gemüte geführt hat.

LT-spice simuliert keine Grundlagenkenntnisse.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.