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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauscht ein Kapazitiver Blindwiderstand?


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von Jan (Gast)


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Hallo,

beim betrachten einer Appnote von THAT kam mir die Frage ob ein 
Kapazitiver Blindwiderstand eigentlich rauscht?

http://www.thatcorp.com/datashts/dn109.pdf

Wenn man sich den Eingang (Symmetrisch) anschaut liegen dort 2x 20uF 
Elkos in Reihe, jeder hat bei 20hz einen Blindwiderstand von ~400 Ohm.
Der Verstärker soll mit 0.94nV/Wurzel_Hz Rauschen, das kommt dann nicht 
hin.
Spice meint, ein Hochpass mit  10uF Kondensator rauscht abhängig vom 
Lastwiderstand.

Ich habe danach gesucht weil ich diese Schaltung nachbauen will und mich 
frage ob es sich lohnt die Bauteile deutlich kleiner zu Wählen, in der 
Spice Simulation rauscht das Teil unrealsistisch stark. Mir sind die 
Zusammenhänge noch nicht ganz klar.

https://sound-au.com/project99.htm

Vielen Dank!

von Udo K. (udok)


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Der Kondensator hat kein Rauschen.  Aber der Eingangswiderstand gegen 
GND
rauscht bei sehr niedrigen Frequenzen, da er ja nicht mehr
vom Quellwiderstand kurzgeschlossen wird.

Bei Gleichstrom kannst du den Koppelelko rausnehmen, und es bleibt
nur mehr der Widerstand gegen GND übrig, mit dem der Verstärker
abgeschlossen ist.

Die Schaltung ist völliger Overkill.  Nimm einen rauscharmen
OPamp, der erledigt das heute viel schmerzfreier.

Und apropos Sallen Key Filter:  Der ist populär, aber in der
Praxis ausser für niedrigfrequente Sachen (ok Audio...) zu
nicht viel zu gebrauchen, da er schon bei mittleren Frequenzen
aufmacht.

von Jan (Gast)


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Danke!

>Der Kondensator hat kein Rauschen.  Aber der Eingangswiderstand gegen
>GND
>rauscht bei sehr niedrigen Frequenzen, da er ja nicht mehr
>vom Quellwiderstand kurzgeschlossen wird.

Ja, das macht absolut Sinn. Dann lohnt es sich die Widerstände zu 
verkleinern weil deren Rauschen unterhalb der Grenzfrequenz vom Filter 
Dominiert.

Ich möchte die Schaltung von THAT nicht nachbauen, es ging hier nur 
darum das die Kondensatoren relativ "klein" Sind und das für mich keinen 
Sinn ergeben hat.

von Udo K. (udok)


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Wenn du niedriges Rauschen willst, dann brauchst du kleine Widerstände,
und dann brauchst du aber grosse Kondensatoren...
da gibt es nichts geschenkt.

fg = 1/(R * C)
=> R = 1/(fg*C)
also für C = 10uF und fg = 20 Hz brauchst du 5 kOhm.

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Ein Kondensator rauscht sehr wohl, wenn man den immer vorhandenen 
parallel liegenden Widerstand berücksichtigt.

Die Ersatz-Rauschspg. wird in Gedanken in Serie zu R geschaltet, das 
ganze parallel zu C. Die Grenzfrequenz entsprechend fc=1/2/pi/R/C, für 
die Betrachtung der Rausch*leistung* aber ist die Bandbreite B=fc*pi/2 = 
1/R/C/4 zu nehmen; das ergibt insgesamt

Vn = sqrt(4*k*T*R*B) = sqrt(4*k*T*R/C/R/4) = sqrt(k*T/C)

So zu finden in der entsprechenden Literatur.

von Anja (Gast)


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Udo K. schrieb:
> Der Kondensator hat kein Rauschen

Aber nur der "ideale"

Der reale hat Leckströme und die rauschen vor allem bei Elkos.

siehe auch AN124
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an124f.pdf

Gruß Anja

von Gerhard H. (ghf)


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Du musst den Verstärker mit kurzgeschlossenem Eingang simulieren,
sonst siehst du hauptsächlich das Rauschen der beiden 1K2-Widerstände
in Serie. Eine Spannungsquelle am Eingang ist OK, die ergibt sich
normalerweise von selbst in der Simulation.

Die Idee ist, dass das Rauschen des Bias-Netzwerks durch die Quelle
kurzgeschlossen wird. Bei 400 Ohm Impedanz funktioniert das sicher
nicht mehr. --> wenn man niedriges Rauschen bei tiefen Frequenzen
haben will, dann werden die Kondensatoren beängstigend groß.

( Wenn man die volle Breitseite des Bias-Netzwerks abbekommen hat
dann wird es nach unten erst mal nicht mehr schlimmer (Plateau),
bis dann irgendwann das 1/f-Rauschen der Transistoren zuschlägt. )

Das hat nichts mehr mit der unteren -3dB-Grenzfrequenz zu tun,
da braucht man zwei Größenordnungen mehr. Bei der Grenzfrequenz
ist R = Xc wobei R die 2*1k2 ist, man braucht aber für den
Kurzschluss Xc << R.

Das Rauschen durch den kleinen Kondensator steigt nach unten mit
20 dB/Dekade, das 1/f-Rauschen steigt nur mit 10 dB/Dekade.

Wenn du 30 dB/Dekade siehst, dann ist das der Leckstrom der Elkos.
Warum das 30 dB sind ist mir nicht bekannt. Das ist schlimmer
als popcorn noise, aber ich habe das wiederholt so gesehen. Die
Simulation zeigt das nicht, aber der FFT-Analyzer.

Organic Polymer-Elkos sind am schlimmsten. Dem Trend nach helfen
hohe zulässige Spannung und hohe zulässige Temperatur.
Nasse Tantals sind am besten, der Vollständigkeit halber, aber
die sind brutal teuer, > 100 €.  Oscon hier nix gut.

Die reine Kondensatorfunktion selbst erzeugt kein störendes Rauschen.

Das ist weit über das Ziel hinaus für einen Mikrofonverstärker.
Rauschen bei 30 Hz ist da sowieso Jacke wie Hose. Was nervt, das
ist ab ein paar 100 Hz nach oben.

Die großen Koppelkondensatoren im Eingang sind eine Gefahr für die
Eingangstransistoren. Wenn man z.B. das Rauschen auf einer großen
Versorgungsspannung messen will, dann kann man die BE-Strecken
der Transistoren beim Anklemmen leicht zenern oder auch in Flussrichtung 
verheizen. (oder bei geladenen Kondensatoren den Eingang kurzschliessen)

Ich tendiere deshalb eher zu JFETs, da reichen 10uF/10Meg. Dort ist
nicht so viel Energie drinnen und der Kondensator kann dann gerne
noch Folie sein, das erspart auch das Getue mit Sperrströmen und
Polarität.  (Die Vorliebe für JFETs ist aber nicht allgemein.)

Gruß, Gerhard

: Bearbeitet durch User
von Christian L. (cyan)


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Vergiss das Stromrauschen bei bipolaren Transistoren nicht. Das niedrige 
Spannungsrauschen erkauft man sich schnell mit einem hohen 
Stromrauschen, welches mit den Widerständen am Eingang wieder zu einem 
Spannungsrauschen wird.
In der Schaltung hast du gleich zwei Transistoren parallel, sodass da 
sicherlich einiges zusammenkommt.

von Jan (Gast)


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>Wenn du niedriges Rauschen willst, dann brauchst du kleine Widerstände,
>und dann brauchst du aber grosse Kondensatoren...
>da gibt es nichts geschenkt.

Ja, das verstehe ich jetzt. Spice meinte bei dem Hochpass (Subsonic 
Filter) aus dem Oberen Link steigt das Rauschen unter der Grenzfrequenz 
sehr stark an, wegen der hochohmigen Widerstände.

>Ein Kondensator rauscht sehr wohl, wenn man den immer vorhandenen
>parallel liegenden Widerstand berücksichtigt.

>Der reale hat Leckströme und die rauschen vor allem bei Elkos.

Wenn man kaum Spannung, ein paar mV, über dem Kondensator abfallen lässt 
fließt doch praktisch kein leckstrom der Rauschen könnte?
In den low Noise Schaltungen sind es eigentlich immer Elkos am Eingang, 
habe ich auch schon bei Plattenspielerverstärkern gesehen. Dort ist aber 
praktisch keine Spannung über dem Kondensator zu messen, der ist nur da 
damit nicht ein paar mV über dem TA anliegen können.

>Wenn du 30 dB/Dekade siehst, dann ist das der Leckstrom der Elkos.
>Warum das 30 dB sind ist mir nicht bekannt. Das ist schlimmer
>als popcorn noise, aber ich habe das wiederholt so gesehen. Die
>Simulation zeigt das nicht, aber der FFT-Analyzer.
>
>Organic Polymer-Elkos sind am schlimmsten. Dem Trend nach helfen
>hohe zulässige Spannung und hohe zulässige Temperatur.
>Nasse Tantals sind am besten, der Vollständigkeit halber, aber
>die sind brutal teuer, > 100 €.  Oscon hier nix gut.

Das Thema finde ich sehr Interessent weil ich mir nicht erklären kann 
wie der Kondensator selber Rauscht. (Außer durch seinen ESR aber das 
sind normalerweise mOhm sowie den Leckstrom der erst Auftritt wenn eine 
größere Spannung am C Abfällt) Hast Du Details was Du gemessen hast?

Normale große Folienkondensatoren (Wima MKS) sollten solche Probleme 
garnicht kennen? Die Sind billiger als Tantal und vertragen sogar 
Verpolung.

von Klaus R. (klara)


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Jan schrieb:
> kam mir die Frage ob ein
> Kapazitiver Blindwiderstand eigentlich rauscht?

Die Frage hatte ich mir auch gestellt.

Beitrag "Rauschen auch Impedanzen?"
mfg Klaus

von Rainer V. (a_zip)


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Hallo, es gibt im Netz seriöse Untersuchungen zum Rauschen diverser 
Bauteile, auch Kondensatoren und Elkos. Natürlich für den Audiobereich. 
Angestossen durch die immer wieder aufflammende Diskussion, ob 
Kondensatoren im Signalpfad "dürfen" oder nicht. Bin gerade zu faul, die 
Links zu suchen...aber mit etwas Geduld spuckt Tante G. da einiges raus!
Gruß Rainer

von Perfeckt (Gast)


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Jedes Bauteil rauscht.  Es sind ja keine idealen Bauteile. Folglich gilt 
das auch für Kondensatoren.

von Gerhard H. (ghf)


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Jan schrieb:

> Das Thema finde ich sehr Interessent weil ich mir nicht erklären kann
> wie der Kondensator selber Rauscht. (Außer durch seinen ESR aber das
> sind normalerweise mOhm sowie den Leckstrom der erst Auftritt wenn eine
> größere Spannung am C Abfällt) Hast Du Details was Du gemessen hast?

Ich hatte einen JFET-Vorverstärker mit wahlweise Interfet IF3601 /
 IF3602 oder 16 * BF862 parallel. Der sollte mindestens 1 MHz
Bandbreite haben und in der Größenordnung 200 pV/rtHz Rauschdichte.
Um's klar zu sagen, die Interfets sind deutlich schlechter als im
Datenblatt, und das tut weh wenn man ein gutes Dutzend bei Mauser
gekauft hat à €60.

Jedenfalls habe ich keinen stabilen Verstärker hinbekommen der nicht
irgendwo einen negativen Realteil der Eingangsimpedanz gehabt hätte
sobald die Gegenkopplung geschlossen wurde. Der Networkanalyzer ist
da unerbittlich. Negativer Realteil == kann schwingen.

Wegen des MHz Bandbreite braucht man ein ungeheuerliches Gain-
Bandbreitenprodukt für's kompensieren, und das loop gain-Konzept
gilt sowieso nur für Kleinsignalverhalten und das ist schon beim
Powerup nicht gegeben. Und es gibt noch lokale Schleifen, z.B.
in der Cascodestufe die man wegen der Millerkapazität haben muss.

Ich hatte die Faxen irgendwann dicke und es musste dann ohne
Rückkopplung gehen. Dann ist natürlich die Verstärkung u.a.
vom Drainstrom abhängig und lt. LTspice verdreifacht sich der
Drainstrom beinahe zwischen 0 und 60°C. Gain geht dann mit der
sqrt(3). Unannehmbar für einen Messverstärker.

Ich habe also den Drainstrom festgenagelt durch Einspeisen eines
Konstantstroms in die Source mittels Stromspiegel.
Die source muss aber AC-mäßig an Masse liegen. 10-15000uF solten
das bewerkstelligen. Hat gut funktioniert, ausser dass unterhalb
von ein paar 100 Hz das Rauschen mit 1/f**3 hochging. Völlig
unbrauchbar. Es hat sich dann rausgestellt, dass die Kondensatoren
schuld waren. Der Leckstrom hatte mit DC nichts zu tun: reine
Impulse. Und es muss wohl wie beim Erdbeben sein: Je länger man
auf den nächsten Impuls warten muss, um so stärker fällt er aus.
Da muss sich über die Zeit anscheinend erst Energie ansammeln.

Wenn da jemand Schrifttum dazu findet: Ich bin ganz Ohr.

Meine Schaltung mit der Konversion der Konstantstromquelle bei DC
zum Kurzschluss bei AC ist da besonders anfällig, weil jeder
Ladungsträger, der sich durch den Kondensator davonmacht im Drain-
strom 1:1 fehlt.

Andere haben aber Probleme in der gleichen Richtung:

Die Schlammschlacht geht los auf Seite 51:
< 
https://www.diyaudio.com/forums/analogue-source/339246-richard-lees-ultra-low-noise-mc-head-amp-51.html 
>

Audio-websites fasse ich eigentlich nur mit spitzen Fingern an, aber
dort gibt es erstaunlicherweise ein paar Spitzenleute wie Scott W.
der bei Analog Devices u.a. den AD797 entworfen hat.


> Normale große Folienkondensatoren (Wima MKS) sollten solche Probleme
> garnicht kennen? Die Sind billiger als Tantal und vertragen sogar
> Verpolung.

Groß ist bei Folienkondensatoren nicht der richtige Ausdruck.
Bei Sachen, die man noch auf eine Platine löten kann, da ist so
bei 10 uF Ende Gelände. Bei 100uF lötet man schon die Platine
an den Kondensator, und man braucht wegen Xc << R bei 20 Hz noch
deutlich mehr als 100u. Und dann liegen die beiden Eingangs-
Kondensatoren für das Signal auch noch in Serie.

Gruß, Gerhard

: Bearbeitet durch User
von GEKU (Gast)


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Bei Elektrolytkondensatoren kann ein Rauschen des Elektolyten auftreten. 
Es ist ein niederfrequentes Rauschen.


https://ips-jaissle.de/elektrochemisches_rauschen.html

von Jan (Gast)


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>Hallo, es gibt im Netz seriöse Untersuchungen zum Rauschen diverser
>Bauteile, auch Kondensatoren und Elkos. Natürlich für den Audiobereich.
>Angestossen durch die immer wieder aufflammende Diskussion, ob
>Kondensatoren im Signalpfad "dürfen" oder nicht. Bin gerade zu faul, die
>Links zu suchen...aber mit etwas Geduld spuckt Tante G. da einiges raus!
>Gruß Rainer

Ich konnte nichts finden, bei den Geräten die ich bisher repariert habe 
scheute man aber nicht vor Elkos im Signalweg. Interessant wirds bei 
super Rauscharmen Schaltungen.

>Jedenfalls habe ich keinen stabilen Verstärker hinbekommen der nicht
>irgendwo einen negativen Realteil der Eingangsimpedanz gehabt hätte
>sobald die Gegenkopplung geschlossen wurde. Der Networkanalyzer ist
>da unerbittlich. Negativer Realteil == kann schwingen.

Ich habe selbst schon Low Noise Schaltungen (OPV) Simuliert mit 
Parallelen Transistoren oder JFETs im Eingang, manche wurden instabil 
sobald der Quellwiderstand zu hoch wurde. Kann mir den Effekt nicht 
erklären, denke aber das hat den gleichen Grund?
Ich habe irgendwo mal gelesen das parallele FETs zum schwingen neigen je 
mehr man verschaltet bei Gegengekoppelten Verstärkern.

Schau dir mal NSVJ2394SA3 an, die sind sozusagen der Nachfolger der 
BF862 und hat eine genauso tiefe 1/f Eckfrequenz. Das tolle ist die 
Eingangskapazität: 10pF.
Ich simuliere gerade diese Schaltung als Phono Vorverstärker mit den 
JFETs: (4 Pro Seite im Differenzverstärker)

http://www.linearsystems.com/lsdata/others/A_Guide_to_Using_FETS_for_Sensor_Applications_White_Paper.pdf

Laut Spice liegt man da bei 620pV/rtHz, Stromrauschen ist kein Thema bei 
den JFETs.

>Groß ist bei Folienkondensatoren nicht der richtige Ausdruck.
>Bei Sachen, die man noch auf eine Platine löten kann, da ist so
>bei 10 uF Ende Gelände. Bei 100uF lötet man schon die Platine
>an den Kondensator, und man braucht wegen Xc << R bei 20 Hz noch
>deutlich mehr als 100u. Und dann liegen die beiden Eingangs-
>Kondensatoren für das Signal auch noch in Serie.


Und da sind wir wieder am Anfang, gerade bei JFETs kann man Den R vom 
Hochpass locker in den megOhm Bereich legen weil ja praktisch kein 
Biasstrom fließt. dann müsste ein 1uF C Ausreichen ohne das es Rauscht, 
oder?

von Jan (Gast)


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Edit: Hab es mit der Oben erwähnten Schaltung in LTSpice ausprobiert, 
1Meg und 1uF führt bei 20Hz zu erhöhtem Rauschen im Vergleich zu keinem 
C. Bei 10uF sieht es aber schon ganz gut aus, man kann ja noch 
hochohmiger machen.
Fals ich die Schaltung so baue kommen da einfach 5x 10uF Folien rein 
dann ist der Einfluss minimal.

>Bei Elektrolytkondensatoren kann ein Rauschen des Elektolyten auftreten.
>Es ist ein niederfrequentes Rauschen.

Ich habe zum Thema Rauschende Elkos ziemlich viel gesucht aber wenig 
gutes gefunden. Will sagen: Danke für den Link!

von Klaus R. (klara)


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Jan schrieb:
> ch simuliere gerade diese Schaltung als Phono Vorverstärker mit den
> JFETs: (4 Pro Seite im Differenzverstärker)

In dieser Liga sollten die Fets dann gut gepaart sein. Die That 
Corporation nutzt in den Differenzstufen sogar Laser - getrimmte 
Dünnschichtwiderstände. Und in einen IC sollte die Paarung schon von 
sich aus gut gegeben sein.

http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1606-1646_Datasheet.pdf

Für einen Phono Vorverstärker sollte ein LT1115 schon genügen.
 https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf

Es gibt da Berichte, die die Grenzen der Wiedergabequalität von 
Schallplatten aufzeigen. Die sind enger als man denkt.

mfg klaus

von Klaus R. (klara)


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Übrigens, die Kondensatoren im Gegenkopplungszweig der im Datenblatt des 
LT1115 gezeigten ersten Schaltung "RIAA Phonograph Preamplifier (40/60db 
Gain)" habe ich weggelassen.

Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"

LT hat dort 2200 µF parallel zu 4,7 µF (Film) vorgesehen. Mein Verdacht 
ging auch in Richtung Noise. Dabei dachte ich weniger an Rauschen an 
sich, sondern an durch Leckströme verursachtes Prasseln. Dies ist aber 
mehr Bauchgefühl als fundiertes Wissen. Generell meide ich Elkos in 
analogen Signalzweigen.

Stattdessen habe ich ersatzweise einen Servo eingesetzt. Der ist 
prinzipiell auf Seite 10 des Datenblattes zu finden. LTspice war hier 
ein unerlässlicher Helfer.
mfg Klaus

von Achim B. (bobdylan)


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Klaus R. schrieb:
> Für einen Phono Vorverstärker sollte ein LT1115 schon genügen.

Kann ich bestätigen. Auch schicke Mic-Vorzerstärker gehen damit prima.

von Gerhard H. (ghf)


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Jan schrieb:

> Ich habe selbst schon Low Noise Schaltungen (OPV) Simuliert mit
> Parallelen Transistoren oder JFETs im Eingang, manche wurden instabil
> sobald der Quellwiderstand zu hoch wurde. Kann mir den Effekt nicht
> erklären, denke aber das hat den gleichen Grund?
> Ich habe irgendwo mal gelesen das parallele FETs zum schwingen neigen je
> mehr man verschaltet bei Gegengekoppelten Verstärkern.
>
> Schau dir mal NSVJ2394SA3 an, die sind sozusagen der Nachfolger der
> BF862 und hat eine genauso tiefe 1/f Eckfrequenz. Das tolle ist die
> Eingangskapazität: 10pF.

Der BF862 hat aber keine wirklich tiefe Eckfrequenz. Ein paar 100 Hz,
und es soll schlimmere geben. Der wirklich einzige, der 30 Hz behauptet
ist S. Groner. Ich glaub's nicht. Einer der wenigen Punkte, wo ich mit
sy08 auf diyaudio einig bin. ;-)  Wenn man irgendeinen Verstärker
in weißem Rauschen ersäuft, dann kann man die 1/f-Ecke beliebig tief
versenken. Das macht ihn aber nicht besser.

Die NSVJ... und auch die anderen von On Semi habe ich auf Lager.
Zum Rumprobieren nehme ich aber lieber die Bf862, davon habe ich
noch > 200, und für Kundendesigns kann ich sie nicht mehr benutzen.


> Ich simuliere gerade diese Schaltung als Phono Vorverstärker mit den
> JFETs: (4 Pro Seite im Differenzverstärker)
>
> 
http://www.linearsystems.com/lsdata/others/A_Guide_to_Using_FETS_for_Sensor_Applications_White_Paper.pdf
>
> Laut Spice liegt man da bei 620pV/rtHz, Stromrauschen ist kein Thema bei
> den JFETs.

> Und da sind wir wieder am Anfang, gerade bei JFETs kann man Den R vom
> Hochpass locker in den megOhm Bereich legen weil ja praktisch kein
> Biasstrom fließt. dann müsste ein 1uF C Ausreichen ohne das es Rauscht,
> oder?

Wie immer: Es kommt darauf an. Bei meinem Spicemodell stört bei
16 parallelen BF862 der Gatestrom schon, da soll bei 10 Meg so viel
DC abfallen, dass es den Bias-Servo stört. In der Praxis
sieht es besser aus, aber ganz wegschieben kann man das Problem nicht.

Bei Drainspannungen >3..5V gibt es im Kanal Stoß/Avalanche-Ionisation
und die Ladungsträger fließen über das Gate ab. Das gibt Gatestrom
und auch extra-Rauschen. Eine bipolare Cascode mit einer BZX84-B3V9
an der Basis verhindert das zuverlässig und wirkt auch noch als
Miller-Killer. -> Cin wird kleiner und man kann noch mehr Transistoren
parallel schalten. :-)

Ich benutze 10Meg bei meinen FET-Verstärkern. Die 100 Meg hab' ich
mir abgeschminkt. Bei 20 uF (bei mir) dauert das gefühlt ewig, bis
am Arbeitswiderstand der Sollwert ansteht. Ich habe einen Fenster-
Komparator vorgesehen, und wenn der Arbeitspunkt nicht stimmt, dann
wird der 10Meg mit 1K kurzgeschlossen um den Verstärker zum Soll-
Arbeitspunkt zu kicken bevor die Akkus leer sind. Wenn man eine
Quelle mit DC-Offset anschliesst, dann geht das Theater ja von
vorne los.

20 parallele Opamps, 10*ADA4898-2, 220 pV/rt Hz, (eigentlich 200)
<   http://www.hoffmann-hochfrequenz.de/downloads/lono.pdf     >

Trotz der 20 Eingänge hat er bei 60 Ohm Quellimpedanz noch
kein Problem mit Rauschstrom. Man kann das 1 nV thermische
Rauschen der 60 Ohm schön sehen und die Amplitude stimmt.
Zu der Zeit des Artikels hatte er noch das Problem mit dem
zu kleinen Eingangskondensator. Scott W. hat's auf den 1. Blick
gesehen. Irgendwo habe ich meine Weisheiten auch zusammen geglaubt.

Die aktuelle Version hat einen wet slug tantal.  AVX.
Vishay kostet nochmal doppelt so viel. Ich mag die op amp-Lösung.
Verhält sich berechenbar, schwingt nicht etc.
Der Rauschstrom stört eben wenn man Kreuzkorrelation macht.
Der Rauschstrom ist dann die Summe der beiden Verstärker und die
Spannung, die er am Quellwiderstand macht, die kommt in beide
Messkanäle und mittelt sich niemals weg.

Gruß, Gerhard

von Rainer V. (a_zip)


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Jan schrieb:
> Ich habe zum Thema Rauschende Elkos ziemlich viel gesucht aber wenig
> gutes gefunden. Will sagen: Danke für den Link!

Warum bedankst du dich für was, was du nicht bekommen hast??? Ich sage 
nochmal, man kann finden!! Aber die ganze Rauschgeschichte ist doch 
jetzt Gaga. Wenn mein Verstärker im Wohnzimmer(schlappe 60W) ohne 
Eingangssignal nix sagt, dann bin ich zufrieden!!!
Will ich da noch was messen, geschweige denn in eine akademische 
Dissertation einsteigen??? Also wirklich...
Rainer

von Jan (Gast)


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Vielleicht der Hintergrund warum mich das interessiert:

Ich möchte einen Phono Vorverstärker ganz ähnlich von diesem Konzept 
bauen:

https://calvins-audio-page.jimdo.com/projekte-projects/phono-vinyl/calvin-platina-rp1-de/

Der Eingang ist symmetrisch aber nicht mit einem integrieten 
Instrumentenverstärker sondern mit 2 der oben erwähnten Schaltungen.
Warum der Aufwand?
Erstens will ich MM Tonabnehmer nicht Kapazitiv sondern durch varieren 
des Lastwiderstands bis 100kohm anpassen. Das geht mit einem INA103 nur 
schwer, die Biasströme sind zu hoch. Außerdem ist bei MM Abnehmern sein 
Stromrauschen nicht super.
Das zweite Thema ist Spannungsrauschen, meine Schaltung schafft 
symmetrisch 840pV/sqrHz bei 20Hz, der INA schafft 2nV/sqrHz. (OK, in der 
Relatität sind die Fets nicht so gut)

Jetzt wird auch klar warum mich die rauschenden Elkos interessieren, die 
Widerstände die am Instrumentenverstärker die Verstärkung bestimmen (bis 
60dB, Elko in Reihe zu Pin 3) müssen mit BP Elkos für DC "entkoppelt" 
sein, sonst ist der Offset am Ausgang extrem. Das machen 4x 4700uF 
Elkos.
Die Verstärkung wird an dem Punkt mit Relais umgeschaltet (30-60dB)
was ohne AC Kopplung jedes mal ein Knallen aus dem Lautsprecher erzeugen 
würde. DC Servos lassen sich in dem Konzept nur schwer nutzen, genau 
wegen dem Knallen beim umschalten der Verstärkung.

>In dieser Liga sollten die Fets dann gut gepaart sein. Die That
>Corporation nutzt in den Differenzstufen sogar Laser - getrimmte
>Dünnschichtwiderstände. Und in einen IC sollte die Paarung schon von
>sich aus gut gegeben sein.

Weil ich die Stufe AC koppeln möchte ist der Offset erstmal nicht 
wichtig, ich habe nicht vor die JFETs zu selektieren. höchstens nach 
Rauschen.

>Für einen Phono Vorverstärker sollte ein LT1115 schon genügen.
>https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data->sheets/lt1115fa.pdf
>
>Es gibt da Berichte, die die Grenzen der Wiedergabequalität von
>Schallplatten aufzeigen. Die sind enger als man denkt.

Ich möchte unter anderem Tonabnehmer mit Ausgangsspannungen von 80-120uV 
verwenden und dabei noch die maximale Dynamik die Direktschnittplatten 
bieten nutzen. (60dB) Es ist einfach eine technische Herausforderung.

>Dabei dachte ich weniger an Rauschen an
>sich, sondern an durch Leckströme verursachtes Prasseln. Dies ist aber
>mehr Bauchgefühl als fundiertes Wissen. Generell meide ich Elkos in
>analogen Signalzweigen.

An dem Elko liegen ein paar mV, der braucht nicht mal Bipolar zu sein. 
Da fließt kein nennenswerter Leckstrom würde ich sagen und damit rauscht 
der nicht im relevanten Bereich. Das ist nur eine Vermutung!
MLCCs sind mitterlweile schön billig geworden, ich frage mich was 
passiert wenn man zu den Elkos einen dazuschaltet. Schließt der das 
Prasseln Kurz?
MLCCs sind mikrofonisch, Elkos nicht. Wenn man auf den MLCC klopft wird 
die entstehende Spannung durch die Elkos kurzgeschlossen. Macht Sinn?

>Der BF862 hat aber keine wirklich tiefe Eckfrequenz. Ein paar 100 Hz,
>und es soll schlimmere geben. Der wirklich einzige, der 30 Hz behauptet
>ist S. Groner. Ich glaub's nicht. Einer der wenigen Punkte, wo ich mit
>sy08 auf diyaudio einig bin. ;-)  Wenn man irgendeinen Verstärker
>in weißem Rauschen ersäuft, dann kann man die 1/f-Ecke beliebig tief
>versenken. Das macht ihn aber nicht besser.

Die sind aber für den NF Bereich schon sehr gut gewesen, besonders wenn 
man bedenkt für was sie gedacht waren:

https://www.electronicdesign.com/sites/electronicdesign.com/files/uploads/2013/04/IFD2542_FO.jpg

Schönes Projekt übrigens, habe ich schonmal im Forum gesehen denke ich. 
:-)

>Wie immer: Es kommt darauf an. Bei meinem Spicemodell stört bei
>16 parallelen BF862 der Gatestrom schon, da soll bei 10 Meg so viel
>DC abfallen, dass es den Bias-Servo stört. In der Praxis
>sieht es besser aus, aber ganz wegschieben kann man das Problem nicht.

Ja, unendlich hochohmig geht nicht. In meiner Simulation sind es bei 4 
JFETs ungefähr ~25pA die an Biasstrom fließen. (Drain - Source Strom = 
11mA pro JFET) Deine 200pV/sqrHz sind nochmal eine andere Nummer als das 
was ich vorhabe.
470k am Eingang reicht für praktisch keinen Offset in meiner Schaltung, 
und da kann (könnte) ich dann mit 5x 10uF Folien AC Koppeln.

>Bei Drainspannungen >3..5V gibt es im Kanal Stoß/Avalanche-Ionisation
>und die Ladungsträger fließen über das Gate ab. Das gibt Gatestrom
>und auch extra-Rauschen. Eine bipolare Cascode mit einer BZX84-B3V9
>an der Basis verhindert das zuverlässig und wirkt auch noch als
>Miller-Killer. -> Cin wird kleiner und man kann noch mehr Transistoren
>parallel schalten. :-)

Ich bin wirklich beeindruckt, man sieht, Du hast dich schon viel mit dem 
Thema beschäftigt. Wow!
Eine Kaskode habe ich auch vorgesehen nur wären es bei meiner Schaltung 
eher 6V über den JFETs gewesen. (3 LEDs in Reihe statt der Z-Diode)
Es ging hier in meinen Gedanken wirklich erstmal nur um den 
Millereffekt.

>Trotz der 20 Eingänge hat er bei 60 Ohm Quellimpedanz noch
>kein Problem mit Rauschstrom. Man kann das 1 nV thermische
>Rauschen der 60 Ohm schön sehen und die Amplitude stimmt.
>Zu der Zeit des Artikels hatte er noch das Problem mit dem
>zu kleinen Eingangskondensator. Scott W. hat's auf den 1. Blick
>gesehen. Irgendwo habe ich meine Weisheiten auch zusammen geglaubt.

>Die aktuelle Version hat einen wet slug tantal.  AVX.
>Vishay kostet nochmal doppelt so viel. Ich mag die op amp-Lösung.
>Verhält sich berechenbar, schwingt nicht etc.
>Der Rauschstrom stört eben wenn man Kreuzkorrelation macht.
>Der Rauschstrom ist dann die Summe der beiden Verstärker und die
>Spannung, die er am Quellwiderstand macht, die kommt in beide
>Messkanäle und mittelt sich niemals weg.

Für MC Tonabnehmer (Niedrige Induktivität, Innenwiderstand < 100ohm) 
wäre das optimal, allerdings ist das Stromrauschen bei den eher 
hochohmigen MM Tonabnehmern (kOhm und mH) dann ein Problem. Man könnte 
(bei meiner Schaltung) Stattdessen Rauscharme FET OPVs parallel schalten 
um unter 1nV/sqrHz zu kommen, die einzigen mit denen das gehen könnte 
sind OPA637 und das will man nicht bezahlen. (Stück 20-30€)
Ich werde es trotzdem mal durch die Simulation jagen denn das löst auch 
bei mir ein großes Problem. Selbst wenn man 10 Stück verwendet, besser 
als der INA103 wird es dann kaum.

>Will ich da noch was messen, geschweige denn in eine akademische
>Dissertation einsteigen???

Ich habe Interesse an dem Thema, es geht hier garnicht so sehr darum was 
Sinnvoll umsetzbar ist (da reicht ein OPV, selbst der gute alte NE5534) 
sondern einfach was man erreichen kann. Technische Perfektion auch wenn 
das sicherlich für die Anwendung nicht jeder verstehen wird.

Ich habe tatsächlich mal mehrere Stunden gesucht um etwas über 
rauschende Elkos herauszufinden, wohl nicht gut genug den gefunden habe 
ich praktisch nichts. Nur ein paar Audio Seiten aber für "die" sind 
Elkos sowieso böse.

von Klaus R. (klara)


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Jan schrieb:
>>Wie immer: Es kommt darauf an. Bei meinem Spicemodell stört bei
>>16 parallelen BF862 der Gatestrom schon, da soll bei 10 Meg so viel
>>DC abfallen, dass es den Bias-Servo stört. In der Praxis
>>sieht es besser aus, aber ganz wegschieben kann man das Problem nicht.

Zum Thema "Fets parallel schalten" hatte sich Abdul K. mal 
aufschlußreich geäußert.

Beitrag "Re: Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"

Übrigens, Calvin kenne ich auch vom Analog-Forum. Der ist gut drauf. Zum 
Thema Tonabnehmersysteme und deren Linearität hatte er relativ einfache 
Simulationen vorgestellt, die mich verblüfft haben.
Und wenn Goldohren hier Kabel und Stecker heraus hören, deren Wirkung selbst messtechnisch (und simulatorisch) im Audiobereich kaum nachweisbar sind, dann müssten leicht verifizierbare Amplitudenänderungen von bis zu über +-3dB ja geradezu Welten an Änderungen bringen.

https://www.analog-forum.de/wbboard/index.php?thread/131669-grundlegende-frage-zu-phonopreamp-und-tonabnehmer/&postID=1668420#post1668420

Um im Forum alles sehen zu können muß man angemeldet sein. Ich hoffe ihr 
könnt die Grafiken sehen.
mfg klaus

von Gerhard H. (ghf)


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300 pV/rt Hz verspricht das Datenblatt, das ist aber
schon optimistisch. Vor allem will er mehr Drainstrom.
< 
https://www.mouser.de/ProductDetail/InterFET/IF3602?qs=%2Fha2pyFadugZsfEicURv%252BOjXzAE808oqw%2F%252BZ2Iaip5M%3D 
>
IF3601 ist die Einzelversion; beim IF3602 hat man wenigstens 2 ähnliche.
Individualisten sind sie alle:
< 
https://www.flickr.com/photos/137684711@N07/37321004540/in/album-72157662535945536/lightbox/ 
>

Oh, ich sehe gerade: man hat das Datenblatt nach Jahren in einem
Anfall von Ehrlichkeit an die Realität angepasst.

Damit ist er aber nicht mehr interessant zu dem Preis.

: Bearbeitet durch User
von Audiomann (Gast)


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Jürgen W. schrieb:
> Ein Kondensator rauscht sehr wohl, wenn man den immer vorhandenen
> parallel liegenden Widerstand berücksichtigt.

Zweifellos, aber kann man dies dann auch dem kapazitiven Blindwiderstand 
zuschreiben, wie es der TE postuliert?

>Re: Rauscht ein Kapazitiver Blindwiderstand?
Ich denke nicht. Der Blindwiderstand charakterisiert sich doch dadurch 
dass er den imaginären Anteil des realen Kondensators abbildet. Diese 
ist - auch nichtideal betrachtet - rauschfrei.

Alles, was an Serienwiderstand (Zuleitung) oder Parallelwiderstand 
(gedachte Ersatzanordnung für den Leckstrom) oder auch an 
Nichtlinearitäten auftritt, wird sich immer in den Realteil abbilden und 
nur der ist ohmsch und von Rauschen betroffen.

Die Wirkung des elektrischen Feldes ist - anders, als das Magnetische - 
linear, also E~Q, wobei Q streng das Integral des Imaginärteils des 
Stromes ist und E abhängig von der Distanz. Selbige unterliegt nur eine 
Striktion, welche eine Nichtlinearität bei hohen Ladungsdichten 
aufwirft, aber keinen Rauscheffekt macht. Das einzige wäre das reine 
Elektronenrauschen.

von ArnoR (Gast)


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Jan schrieb:
> Ich simuliere gerade diese Schaltung als Phono Vorverstärker mit den
> JFETs: (4 Pro Seite im Differenzverstärker)
>
> 
http://www.linearsystems.com/lsdata/others/A_Guide_to_Using_FETS_for_Sensor_Applications_White_Paper.pdf
>
> Laut Spice liegt man da bei 620pV/rtHz

Wenn dich vor allem geringstes Rauschen interessiert, solltest du keinen 
Differenzverstärker bauen. Dort teilt sich die Eingangsspannung auf die 
beiden Transistoren auf, was den Signal-Rausch-Abstand reduziert. 
Deutlich besser ist da eine Source-Schaltung.

Auch finde ich die Gegenkopplung mit 15Ohm zu hochohmig. So ein 
Widerstand liefert doch schon 500pV/rtHz.

von Udo K. (udok)


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Klaus R. schrieb:
> Übrigens, Calvin kenne ich auch vom Analog-Forum. Der ist gut drauf. Zum
> Thema Tonabnehmersysteme und deren Linearität hatte er relativ einfache
> Simulationen vorgestellt, die mich verblüfft haben.
> Und wenn Goldohren hier Kabel und Stecker heraus hören, deren Wirkung
> selbst messtechnisch (und simulatorisch) im Audiobereich kaum
> nachweisbar sind, dann müssten leicht verifizierbare
> Amplitudenänderungen von bis zu über +-3dB ja geradezu Welten an
> Änderungen bringen.

Ich bin da sehr vorsichtig.  Meistens hört man wirklich was raus,
und kann auch einen Unterschied messen.

Typischerweise habe die "Spezialkabel" einen sehr grossen oder
sehr kleinen Kapazitätsbelag.

Und typischerweise sind 90% der Audioschaltungen Pfusch,
und schwingen mit unüblichen Kabeln mehr oder weniger,
oder haben zumindest einen Peak im Frequenzbereich.

Im Audiobereich geht es nur um Marketing.
Jede Minute, die man da mit technischen Verbesserungen verbringt,
ist verlorene Zeit.
Gerade in einem Esoterikbereich wie der Schallplatte.

von Jan (Gast)


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>IF3601 ist die Einzelversion; beim IF3602 hat man wenigstens 2 ähnliche.
>Individualisten sind sie alle:

Für Phono sind die alle nichts wegen der hohen Kapazität.

>Wenn dich vor allem geringstes Rauschen interessiert, solltest du keinen
>Differenzverstärker bauen. Dort teilt sich die Eingangsspannung auf die
>beiden Transistoren auf, was den Signal-Rausch-Abstand reduziert.
>Deutlich besser ist da eine Source-Schaltung.

Ich hatte mir erstmal etwas ähnliches überlegt:

http://www.synaesthesia.ca/HPS20-SCH.html

Das die JFETs direkt parallelgeschaltet sind gefällt mir nicht, man 
müsste sie selektieren und R223 für verschiedene Verstärkungen 
verändern. Im richtigen Low Noise Betrieb (R223 niederohmig) ist der 
Eingang nicht sehr übersteuerungsfest. ich vermute mal deshalb sind 
praktisch alle universellen Phono Vorverstärker mit Differenzverstärker 
gebaut.

Hast Du da ein Konzept?

Der Widerstand hat in meiner Simulation 4.7 Ohm. Die Schaltung ist wenn 
man passend kompensiert sogar unity Gain Stabil.

Die Idee ist momentan ein INA103 mit "meiner" Schaltung davor die das 
Eingangssignal schonmal 20dB Verstärkt, der Vorteil ist das man die 
Verstärkung nur am INA ändern muss was mir Probleme mit dem Offset 
spart. (Kein Knallen und keine "Erholzeiten" beim Umschalten der 
Verstärkung)
Ob 2 hintereinandergeschaltete Instrumentenverstärker Eingangsstufen 
sich negativ auf den CMRR auswirken könnten muss ich noch simulieren.

von Udo K. (udok)


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Vergiss den ganzen Aufwand mit dem MC Verstärker.
Hör dir mal eine gute Schallplatte an, dann weisst du was ich meine.

Du bist da schon tief drinnen im Bereich "diminishing Returns".

von ArnoR (Gast)


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Jan schrieb:
> Ich hatte mir erstmal etwas ähnliches überlegt:
>
> http://www.synaesthesia.ca/HPS20-SCH.html

Das kommt mir sehr bekannt vor:

Beitrag "Parallelschalten von Halbleitern für kleines Rauschen"

und vieles haben wir doch schon in dem Thread besprochen.

Wegen der falschen Signalabnahme an R209 geht die Versorgungsspannung 
direkt ins Signal ein, deswegen der hohe Glättungsaufwand. Da gibt es 
bessere Lösungen, die auch im Thread genannt wurden.

Jan schrieb:
> Im richtigen Low Noise Betrieb (R223 niederohmig) ist der
> Eingang nicht sehr übersteuerungsfest. ich vermute mal deshalb sind
> praktisch alle universellen Phono Vorverstärker mit Differenzverstärker
> gebaut.
>
> Hast Du da ein Konzept?

Nein, nicht für die von dir gesuchte Universalschaltung mit gleichzeitig 
besten Werten von Spezialschaltungen.

von Gerhard H. (ghf)


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Mit ein paar Ohm Quellimpedanz kommt es auf die Kapazität
noch nicht wirklich an. Aber mit dem neuen Datenblatt von
vor ein paar Tagen ist der IF3602 sowieso nicht mehr interessant.
Da hat sich wirklich alles verschlechtert, und heftig.

Der Differenzeingang ist praktisch, weil man sich mit der
erdfreien Differenzleitung weniger Brummen einfängt.
Am Dynamikbereich ändert das erst mal nichts; was man oben gewinnt,
das verliert man unten wieder weil beide Eingänge rauschen.

den HPS5.1 habe ich mal simuliert. Wie bei praktisch allen
Verstärkern mit Rückkopplung in die source ist die Stabilität
problematisch, spätestens wenn man ein hohes gm im Eingang hat.
Über 500 KHz wird der Realteil der Eingangsimpedanz negativ ->
Wenn man was in den Eingang stöpselt mit passender Induktivität
dann hat man einen Oszillator. Das einzige, was da wirklich
hilft sind Gatestopper-Widerstände, aber die rauschen dann mehr
als der ganze Verstärker. Das ist sehr schwer in den Griff
zu bekommen. Sy08 mag mich seitdem nicht besonders.

BF862 braucht man nicht selektieren. Die sind alle ziemlich gleich. RIP.

Gruß, Gerhard

von Gerhard H. (ghf)


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ArnoR schrieb:

> Wegen der falschen Signalabnahme an R209 geht die Versorgungsspannung
> direkt ins Signal ein, deswegen der hohe Glättungsaufwand. Da gibt es
> bessere Lösungen, die auch im Thread genannt wurden.

Nein, die Signalabnahme macht er schon richtig. Der OpAmp
ist eine Transimpedanzstufe die nur von dem eingeprägten AC-Strom
aus der Cascode lebt. Die Eingangsimpedanz der OpAmp-Stufe ist ~ 0.

Besser waere das nur mit einer Stromquelle statt des Widerstands.
Die parasitäre Parallelresonanz der beiden Koppelkondensatoren
kann Ärger machen.

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Gerhard H. schrieb:
> Nein, die Signalabnahme macht er schon richtig.

Na wie du meinst. Eine Störspannung auf der Versorgung geht direkt in 
den Strom durch R209 ein und erscheint als Eingangsstrom für den TIA, 
weil auch der TIA auf Masse bezogen arbeitet, das Ausgangssignal der 
Vorstufe aber allein der Kollektorstrom von Q202 und ist.

In der angehängten Simu, der auf das wesentliche reduzierten 
HPS2.0-Schaltung, sieht man, daß die Störspannung auf der Versorgung mit 
der vollen Verstärkung ins Signal geht.

von Klaus R. (klara)


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Hallo,
ich habe gerade von Analog.com die Application Note 159 vom Februar 2016 
bekommen.

Measuring 2nV/√Hz Noise and 120dB Supply Rejection on Linear Regulators

Hier geht es um das Rauschen und die praktische Umsetzung des Messens. 
Es werden einige interessante Themen behandelt, wie z.B. Ground-Loops.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an159fa.pdf
mfg Klaus

: Bearbeitet durch User

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