Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV Rauschspannungsberechnung


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von Michael M. (michaelm)


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Moin,

gegeben ist LED-Spannungsreferenz, die mit einem OPV (je nach Bedarf) 
verschiedene einstellbare Spannungen erzeugen soll. Der LED folgt noch 
ein TP (R2/C2) Siehe Bild Nr. 1

Ich möchte die Rauschspannungen an den OPV-Eingängen berechnen. Dazu das 
AC-Ersatzschaltbild Nr. 2

Meine Fragen:
1. Wie ist der Kondensator vom TP in der Rechnung zu veranschlagen? Er 
hat ja einen frequenzabhängigen Scheinwiderstand...?

2. Das gleiche für die LED. Ist da z.B. der differentielle Widerstand 
anzusetzen oder irre ich mich?

Michael

von Lurchi (Gast)


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Der Kondensator hat nicht nur eine Frequenzabhängigkeit sondern auch 
eine Phasenverschiebung. Für den Frequenzgang muss man den Kondensator 
als Kondenstor betrachten. Rauschen Erzeugt der Kondensator nicht.

Bei der LED gibt der differentielle Widerstand einen Mindestwert für das 
Rauschen. Das tatsächliche Rauschen kann aber höher sein, insbesondere 
bei niedrigen Frequenzen.

von Elliot (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Ich möchte die Rauschspannungen an den OPV-Eingängen berechnen. Dazu das
> AC-Ersatzschaltbild Nr. 2

Ich denke das ESB Nr. 2 stimmt nicht. In der Schaltung Bild 1 ist eine 
Mitkopplung über R1 drin, die das vom OPV verstärkte Rauschen auf die 
LED zurückführt. Dieser Effekt fehlt im Bild 2.

von Michael M. (michaelm)


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Erst mal danke für eure Anmerkungen.

Lurchi schrieb:
> Der Kondensator hat nicht nur eine Frequenzabhängigkeit sondern auch
> eine Phasenverschiebung.
Ja klar; ich denke jedoch, das ich das hierfür nicht zu berücksichtigen 
brauche.

> Rauschen Erzeugt der Kondensator nicht.
Davon gehen wir mal getrost aus. ;-)

EDIT: Bei hinreichend hoher f ist der kapz. Widerstand ja quasi Null 
(zumindest sehr klein). Das war mein größter Zweifel... ;-)

> Bei der LED gibt der differentielle Widerstand einen Mindestwert für das
> Rauschen.
Angenommen, der diff. Widerstand sei 5 Ohm. Kann ich dann damit in der 
Rechnung starten?
Es geht mir ja erst einmal nur um die Rauschbeiträge, die der OPV an den 
Eingängen aufgrund der Beschaltung sieht, also i.d. Hauptsache das 
therm. Widerstandsrauschen.
Leider ist in diesem Fall keine ordinäre Quelle mit einem definierten 
Rg = X vorhanden, wie es bei einer reinen Verstärkerschaltung der Fall 
wäre. An diese Stelle tritt hier (wenn ich das richtig sehe) eben der 
Mitkoppel-R1.

> Das tatsächliche Rauschen kann aber höher sein, insbesondere
> bei niedrigen Frequenzen.
Auch klar, abhängig vom PN-Übergang der LED.
Ich nehme hier bewusst eine LED und keine Z-Diode, die bekanntermaßen 
rauschfreudiger sind. Außerdem sind LEDs eben viel steiler.

Elliot schrieb:
> In der Schaltung Bild 1 ist eine
> Mitkopplung über R1 drin, die das vom OPV verstärkte Rauschen auf die
> LED zurückführt. Dieser Effekt fehlt im Bild 2.
Ob Mit- oder Gegenkopplung, dürfte hier m.E. egal sein. Der R4 (Ausgang 
zum inv. Eingang) ist in der "gleichen Situation", nur dass er eben 
zufällig dem Signal entgegenwirkt und nicht mitkoppelt.

In erster Linie sorgt R1 für konstanten Strom in der LED. Das Rauschen 
kommt zwar mit zurück auf den Eingang, ist jedoch vom Betrag her recht 
unerheblich bei z.B. Uout = 10V und Urausch (am Ausgang) = einige uV.

Michael

: Bearbeitet durch User
von Elliot (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Das Rauschen
> kommt zwar mit zurück auf den Eingang, ist jedoch vom Betrag her recht
> unerheblich bei z.B. Uout = 10V und Urausch (am Ausgang) = einige uV.

Welchen Sinn hat es, diese Spannungen ins Verhältnis zu setzen? Die 
Rauschspannungen in der Schaltung sind alle etwa im µV-Bereich.

Wenn du die Mitkopplung über R1 unterschlägst, bekommst du zu kleine 
Rauschspannungen.

von Michael M. (michaelm)


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Elliot schrieb:
> Wenn du die Mitkopplung über R1 unterschlägst, bekommst du zu kleine
> Rauschspannungen.

Ich unterschlage den R1 ja nicht. Der OPV sieht den R1 ja am Eingang; 
also bewirkt der R1 eine thermische Rauschsppannung und im Zusammenhang 
mit der OPV-Rauschstromdichte auch ein Stromrauschen .
Muss ich die am Ausgang anliegende R-Spannung in der Rechnung zuätzlich 
mit ansetzen? Die kenne ich ja anfangs erst einmal nicht...

Michael

: Bearbeitet durch User
von Elliot (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Ich unterschlage den R1 ja nicht. Der OPV sieht den R1 ja am Eingang;
> also bewirkt der R1 eine thermische Rauschsppannung und im Zusammenhang
> mit der OPV-Rauschstromdichte auch ein Stromrauschen .

Du redest nur vom R1, ich rede aber von der Mitkopplung über R1.

Michael M. schrieb:
> Muss ich die am Ausgang anliegende R-Spannung in der Rechnung zuätzlich
> mit ansetzen? Die kenne ich ja anfangs erst einmal nicht...

Die vom Ausgang mitgekoppelte Rauschspannung ergibt sich aus den 
Rauschquellen, der Verstärkung und der Rückführung. Man muss das 
Netzwerk nur richtig darstellen ;-)

von Michael M. (michaelm)


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Dann sag doch bitte, was an der Darstellung deiner M.n. falsch ist. 
Der R1* ist doch neben der LED vorhanden...

Nach wie vor: Im ersten Rechengang kenne ich die erzeugte R-Spannung am 
Ausgang noch nicht, erst dann, wenn ich die Rechnung fertig habe.
Muss dann ein zweiter Durchgang mit dem Ausgangs-R. her?

von Elliot (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Dann sag doch bitte, was an der Darstellung deiner M.n. falsch ist.

Das habe ich 15:34h getan.

> Der R1* ist doch neben der LED vorhanden...

Das berücksichtigt aber nicht die Mitkopplung. Verstehst du wirklich 
nicht, daß das Mitkoppeln des verstärkten Rauschens auf den Eingang der 
Schaltung das Rauschen insgesamt erhöht?

von Michael M. (michaelm)


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Elliot schrieb:
> Verstehst du wirklich nicht, daß...

Das kann ich bestens nachvollziehen.
Ich habe eben nochmal im Tietze/Schenk geblättert, jedoch leider nix 
gefunden. Stehe also auf dem Schlauch, wie ich diese Mitkopplung im 
ESB darstellen soll.

Ich kenne bis jetzt eben nur die Vorgehensweise, dss alle an den 
Eingängen befindlichen Widerstände zu erfassen sind, egal, ob sie mit 
dem anderen Ende am OPV-Ausgang oder gegen GND gehen. Dadurch ergeben 
sich eben -wie am inv. Eingang z.B.- Parallelschaltungen mit R3 u. R4.

Der N.I. Eingang dann eben eine Kombi aus R2 in Serie mit Parallelsch. 
aus LED + R!.

Mehr weiß ich nicht... leider :-/

Michael

von Lurchi (Gast)


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Die Mitkopplung über R1 muss man bei der Verstärkung der Schaltung mit 
berücksichtigen. D.h. die Verstärkung ist etwas größer als (R3+R4)/R3. 
Groß sollte der Effekt aber in der Regel nicht sein. Die LED hat schon 
einen relativ kleinen differentiellen Widerstand.

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