Hallo, Ich habe ein Problem womit ich leider an diversen Suchen scheitere da die falschen Beiträge zu den Suchbegriffen auftauchen. Ich möchte verstehen ob Ferritkerne, wenn ich sie als Transformatoren bewickelt in eine sehr rauscharme Schaltung einziehe ein Rauschen verursachen, das durch den Kern verursacht wird. Leider findet man wenn man nach „noise Generation ferrite“ sucht nur Methoden Rauschen durch ferrite zu drücken Grundsätzlich fügen ja Induktivitäten kein Rauschen hinzu sondern konvertieren es nur. Da solche Kerne ja aber auch Verluste haben, nehme ich an dass sie auch Rauschen. Ich würde dieses gern simulieren, wenn möglich auf den Materialparametern. Kennt jemand gute Literatur zu dem Thema. Konkret geht es um einen rauscharmen Verstärker (450pV/sqrt(Hz) Eingangsrauschdichte 10-1000kHz Bandbreite). Diesen würde ich gerne per Trafo ein Noisematching und eine Potentialtrennung verpassen. Als Material kommt das hier in Frage https://www.fair-rite.com/80-material-data-sheet/ Für Hinweise danke ich im Vorraus Matthias
Matthias G. schrieb: > Ich möchte verstehen ob Ferritkerne, wenn ich sie als Transformatoren > bewickelt in eine sehr rauscharme Schaltung einziehe ein Rauschen > verursachen, das durch den Kern verursacht wird. Ja das tun sie . Such mal nach "Barkhausen-Sprüngen"
ArnoR schrieb: > Ja das tun sie . Such mal nach "Barkhausen-Sprüngen" Die erzeugen natürlich nur Signal-abhängiges Rauschen, kein konstantes Rauschen, wie z.B. das von Widerständen. 450pV/sqrt(Hz) entspricht ungefähr dem thermischen Rauschen eines 12 Ω-Widerstands. Es wäre wenig sinnvoll, bei Quellen mit deutlich höheren Innenwiderständen bzw. Impedanzen ein solch geringes Eingangsrauschen anzustreben. Gibt es bei dir auch einen Grenzwert für das Eingangsstromrauschen deines Vorverstärkers? Oder dessen Eingangsimpedanz? Geht es dir bei dem Trafo auch um die Potentialtrennung? Wenn nicht: Es gibt fertige Vorverstärker und Schaltungsvorschläge mit z. T. kleinerem Eingangsrauschen, allerdings muss immer damit gerechnet werden, dass die Rauschdichte bei tieferen Frequenzen erheblich höher ist.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > ArnoR schrieb: >> Ja das tun sie . Such mal nach "Barkhausen-Sprüngen" > Die erzeugen natürlich nur Signal-abhängiges Rauschen, kein konstantes > Rauschen, wie z.B. das von Widerständen. Bei der Anwendung wird es wohl um Signalübertragung gehen. Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Geht es dir bei dem Trafo auch um die Potentialtrennung? Matthias G. schrieb: > Diesen würde ich gerne per Trafo ein Noisematching und eine > Potentialtrennung verpassen.
ArnoR schrieb: > Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: >> Geht es dir bei dem Trafo auch um die Potentialtrennung? > > Matthias G. schrieb: >> Diesen würde ich gerne per Trafo ein Noisematching und eine >> Potentialtrennung verpassen. Ups...
Die Quelle ist ein induktiver Sensor mit ca. 100uH und < 1 Ohm Widerstand. Also sehr wenig Rauschen. Jedes bisschen Weniger Rauschen macht uns mehr SNR. Da der Jfet in der ersten Stufe nur unterhalb 15 kHz dominantes Stromrauschen hat (bei der Quelle oben) mich aber die Frequenzen darüber mehr interessieren konnte ich bisher das Stromrauschen ausklammern. Die Signalpegel sind extrem klein am Trafo (< 4mV) und werden auf ca 400mV verstärkt. Ich lese mir mal eure Links durch. Danke für den Input und beste Grüße
Matthias G. schrieb: > Da der Jfet in der ersten Stufe nur unterhalb 15 kHz > dominantes Stromrauschen hat FETs haben (praktisch) keine Eingangsströme, also können die Eingangsströme auch nicht (relevant) rauschen. Eingangsrauschstrom, z. B. von BJTs, würde sich im Zusammenhang mit der Quellimpedanz, also sowohl L als auch R, auswirken. Dabei wäre L in deinem Fall ab < 1,6 kHz dominant. Bei allen Halbleitern steigt allerdings das Rauschen (Strom oder Spannung) bei tieferen Frequenzen an. (Das müsste das Schrotrauschen sein). Bei FET liegt dieser Übergang üblicherweise bei höheren Frequenzen als bei BJTs. Matthias G. schrieb: > Eingangsrauschdichte 10-1000kHz Du schriebst ab 10 Hz, aber meintest du ab 10 kHz?
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Matthias G. schrieb: >> Eingangsrauschdichte 10-1000kHz > Du schriebst ab 10 Hz, aber meintest du ab 10 kHz? 10-1000kHz lese ich als (10-1000)kHz, ergo 10kHz - 1MHz. Alles andere macht keinen Sinn. Rauscharm < 0.5nV/sqrt(Hz) bei 10Hz mit JFET, das wird nix ... Hannes
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Matthias G. schrieb: >> Eingangsrauschdichte 10-1000kHz > Du schriebst ab 10 Hz, aber meintest du ab 10 kHz? Das war jetzt keine schlaue Rückfrage. 10 Hz bis 1 MHz sind arg illusorisch für einen Trafo, also können nur 10 kHz bis 1 MHz gemeint sein. Wenn du tatsächlich einen Trafo und einen Vorverstärker mit FETs im Eingang verwendest, spielt das Eingangsspannungsrauschen des Vorverstärker theoretisch keine Rolle mehr, denn du brauchst "nur" ein so hohes Transformationsverhältnis wählen, dass das thermische Rauschen der Quelle das Eingangsspannungsrauschen des Vorverstärker weit überragt. Die Frage ist dann nur noch, ob oder wie sich ein entsprechend hohes Transformationsverhältnis für den Frequenzbereich, auch unter Berücksichtigung anderer Aspekte, erreichen lässt. Bei sog. Moving-Coil-Tonabnehmern bei Plattenspielern, die nur einige Ohm Innenwiderstand haben, wird das gerne so gemacht.
Läßt sich ein Signalübertrager für so kleine Leistungen überhaupt verwenden? Da muß doch viel in der Hysterese des Kernmaterials hängen bleiben?
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Hannes schrieb: > Alles andere macht keinen Sinn. Rauscharm < 0.5nV/sqrt(Hz) bei 10Hz mit > JFET, das wird nix ... Wenn's vorkommt, muss es möglich sein. Das hier sind 16 2N3910 von On Semi parallel. 60 Ohm = 1 nV/rtHz, kurzgeschlossener Eingang = Eigenrauschen des Verstärkers. Das läuft so auf 350pV/rtHz im flachen Teil hinaus. Der begrenzende Faktor ist der LT3042 der die Vcc aus den 4 Li-Zellen macht. Mit mehr Zellen könnte man sich einen größeren Drainwiderstand leisten, was mehr gain erzeugen würde bevor das Rauschen der VCC dazukommt. Cset des LT3042 kann gerne 100u sein, auch wenn er dann beim Einschalten träge wird. Gerade bei einer induktiven Signalquelle muss man darauf aufpassen, dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers keinen negativen Realwert zeigt. Das haben wir hier in anderen threads schon erschöpfend diskutiert. IF3602-FETs (Mouser) sind keine gute Geldanlage. Gruß, Gerhard
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Oh, das das da im Beitrag obendrüber ist das Bild vom Vorgänger. In Art Of Electronics ed 3 ist ein Verstärker für Bändchenmikrofone der auf 70 pV/rtHz kommt. Der hat dann eben viel Rauschstrom. Zetex/Diodes,INC Bipolar-Transistoren. Die 70 pV/rtHz habe ich verifizieren können.
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Vielleicht nochmal zurück zum Thema: Der Verstärker existiert schon, und durch die große Induktivität und das benötigte recht Breite Frequenzband hab ich BipolarTransistoren bisher ausgeklammert. Meist war es dann doch so, dass die oberhalb von 200 kHz mehr Rauschen über das Stromrauschen erzeugt haben aufgrund der dort hohen Impedanz der Quelle. Aber eigentlich wollte ich weniger über gute Verstärker als eher über das Matching mittels Trafo sprechen. :-) Auch wenn die Diskussion sehr interessant ist. Der Kommentar mit der Hysterese ist meiner Auffassung nach kein Problem. Da die Hysterese bei einem „minor Loop“ ja ganz anders ausfällt ist sie auch lang nicht so breit bei kleinen Amplituden verglichen mit den Datenblättern. 1. Frage: Kann man das Barkhausen Rauschen sinnvoll modellieren? Und wenn ja wie? 2. Frage: Gibt es weitere Rauschanteile? Ich würde eben gerne mit meinem Spice Modell, dass den Verstärker sehr gut beschreibt verschiedene Kerne anhand ihrer Datenblätter integrieren um zu entscheiden welcher Kern mit welchem Wicklungsverhältnis meine Anforderungen am besten erfüllt. Es geht mir weniger um die konkrete Fragestellung als darum die Prozesse hier zu verstehen. Danke an alle für die tolle Diskussion und euren Input!
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Es gibt fertige Vorverstärker und Schaltungsvorschläge mit z. T. > kleinerem Eingangsrauschen, allerdings muss immer damit gerechnet > werden, dass die Rauschdichte bei tieferen Frequenzen erheblich höher > ist. Das find ich interessant. In dem Frequenzbereich habe ich da wenig gefunden was in der Klasse spielt. Hast du da ne Referenz zur Hand?
Matthias G. schrieb: > Da die Hysterese bei einem „minor Loop“ ja ganz anders ausfällt ist sie > auch lang nicht so breit bei kleinen Amplituden Das stimmt schon, allerdings ist auch das Signal viel kleiner. Ich vermute, daß dadurch ein Auswertefehler reinkommt, den ich aber nur sehr schlecht schätzen kann. Daher die Frage. In der Literatur gibts dazu Bilder ähnlich diesem https://ars.els-cdn.com/content/image/3-s2.0-B9780120932702500507-f01-09-9780120932702.gif Das Barkhausenrauschen sehe ich als die Hysterese in Krümelform, sozusagen. (korrigiere mich einer, wenn das falsch ist) Da spielt sicherlich auch die Korngröße des Kernmaterials rein, Temperatur, Homogenität, vergangene Magnetisierung, und was mir alles noch grad nicht einfällt. Dafür ein Modell wäre sehr interessant.
Weitere Effekte im Kern: Je näher man sich von 0K an die Neel-Temperatur bewegt, verringert sich die Hysterese und zugleich erhöht sich das Rauschen durch spontane Ummagnetisierung. Diese Temperatur ist bei extrem kleinen Korngrößen niedriger. Ich halte das ganze für so komplex, daß höchstens ein aus Messungen abgeleitetes Modell eines Kerns möglich ist.
Eine Modellierung im Rahmen von SPICE sah ich für sowas noch nicht. Mal die wissenschaftliche Literatur checken. Für die Hystereseschleife hat LTspice eine extra Modellierung und dazu hat Mike Engelhardt sogar ein Patent eingereicht. Kann man ja mal lesen Aber wie weit sind Barkhausen und andere Mikroeffekte davon qualitativ weg? Auf jeden Fall rauschen die Ersatzwiderstände des Übertragers!
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Matthias G. schrieb: > Hast du da ne Referenz zur Hand? https://beis.de/Elektronik/LNPA60dB/LNPA60dB.html müsste es nach deinen Spezifikationen tun. Betr. Übertrager: Vielleicht wäre es für dich eine Option, die galvanische Trennung hinter dem VV zu machen. Die Stromversorgung über Akku oder einen DC-DC-Wandler, der genügend wenige Störungen macht. Oder, ganz primitiv, Netztrafo (50 Hz), linear geregelt, alle eventuellen Störungen weit unter 10 kHz... Das könnte klappen.
C.D. Motchenbacher / J.A. Connelly haben auf Seite 198-202 eine kurze Abhandlung über Rauschmodelle von Trafos, aber Hysterese und Weiß'sche Bezirke werden nicht mal erwähnt. Und das im Standardwerk. Als rausch- beitragend werden hauptsächlich die Abschlusswiderstände und der Draht angeführt. Die Hysterese ist nun mal ein Großsignaleffekt, und wer nur in der Größenordnung des thermischen Rauschens rumwühlt, der dürfte davon kaum betroffen sein. Wenn das wirklich ein Showstopper für rauscharme Verstärker wäre, dann hätte das sicher mehr Beachtung gefunden. Ich habe mal für einen Chopperverstärker Übertragerchen vom MACOM und Pulse Engineering unterm Mikroskop umgewickelt, um für lau etwas Spannungsverstärkung nach dem GaN-Chopper und vor dem 1. Verstärker zu erbeuten. Das ging nicht gut. Extra-Rauschen habe ich allerdings auch nicht gesehen. Die Trafos waren dann aber wieder auf 1:4 zurück-gewickelt auch nicht so gut wie im Originalzustand, was Bandbreite angeht. Da ist an- scheinend mehr dran als man sieht. Ich glaube auch nicht, dass bei den kleinen JFETs der Rauschstrom bei 200 KHz so brutal zunimmt. Was soll da auf 600 MHz passieren? Von M/C kann ich evtl. ein paar Photos machen. 4 Seiten aus einem Buch sind wohl fair. Haben sollte man das Buch sowieso. Gerhard
Gerhard H. schrieb: > Die Hysterese ist nun mal ein Großsignaleffekt, Groß- & Kleinsignal ist aus Sicht eines Übertragers Auslegungssache. Diese allgemeine Einteilung hätte den Hinweis vertragen können, daß das nur dann gilt, wenn man sich von der Kernsättigung fern hält... Und je weiter, je besser. (Natürlich hauptsächlich wegen Vermeidung von Verzerrungen, denn je weiter man von der Sättigung entfernt ist, desto eher läßt sich im ausgesteuerten Bereich der Verlauf besagter Hysteresekurve noch als "gerade" betrachten.) Das sind natürlich sehr grundlegende Hinweise, und ich denke mal der TO ist sich dessen bewußt (obwohl, sicher kann man nicht sein), aber hier lesen immerhin VIELE Leute (/mit).
hysterisch schrieb: > Und je weiter, je besser. (Natürlich hauptsächlich wegen Vermeidung > von Verzerrungen, denn je weiter man von der Sättigung entfernt ist, > desto eher läßt sich im ausgesteuerten Bereich der Verlauf besagter > Hysteresekurve noch als "gerade" betrachten.) Solche Übertrager sind nirgendwo wirklich linear. Rein optisch im Diagramm vielleicht, aber nicht in der Realität. Kerne dieser Art bringen immer fette Oberwellen.
Ich habe mal eben gespiced, was mein FET-Verstärker zu 100 uH in der Signalquelle sagt, und das ist durchaus unerfreulich. Es bildet sich ein heftiger gain peak am oberen passband-Ende. Und das, obwohl meine Eingangsstufe und Cascode ohne Gegenkopplung durch einen lahmen Opamp in die Source arbeitet, was DAS Rezept für negativen Realteil der Eingangsimpedanz bilden würde. (haben wir hier in einem Nachbarthread ad nauseam diskutiert.) Es kann durchaus sein, dass das, was Matthias sieht, kein exzessives Rauschen sondern exzessive Verstärkung ist. Von Trafos von unbekannter Quellimpedanz nach Leerlauf mit Nebeneffekten halte ich mich mal lieber fern. Gerhard
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Gerhard H. schrieb: > Ich habe mal eben gespiced, was mein FET-Verstärker zu 100 uH > in der Signalquelle sagt, und das ist durchaus unerfreulich. > Es bildet sich ein heftiger gain peak am oberen passband-Ende. > Und das, obwohl meine Eingangsstufe und Cascode ohne Gegenkopplung > durch einen lahmen Opamp in die Source arbeitet, was DAS Rezept > für negativen Realteil der Eingangsimpedanz bilden würde. Das ist normal. Die Quellinduktivität bildet mit der Eingangskapazität des Verstärkers einen Parallelschwingkreis und dessen Resonanzüberhöhung erzeugt den Peak. Der Eingangswiderstand bedämpft (oder entdämpft, falls negativ) den Schwingkreis und bestimmt die Höhe der Resonanzspitze.
Helge schrieb: > Läßt sich ein Signalübertrager für so kleine Leistungen überhaupt > verwenden? Da muß doch viel in der Hysterese des Kernmaterials hängen > bleiben? Das wird in sehr vielen älteren Mikrofonen und deren Ausgangsübertragern erfolgreich so gemacht, allerdings mit entsprechender Spannungsaussteuerung: Man muss sich vergegenwärtigen, dass die Barkhausensprünge, bzw. deren Auswirkung auf das Signal sehr stark vom differenziellen Anstieg des Signals abhängen. Wenn man einen Verstärker baut, der eine entsprechende Kennlinie hat, welche dafür sorgt, dass auch die niedrigen Frequenzen ein entsprechendes du/dt haben, dann ist der Einfluss der Sprünge weniger groß, wenn später "rücktransformiert" wird. Es bleibt dann nur eine Art kapazitive Verzögerung und Phasenschieben bei hohen Frequenzen. Um so mehr wirkt sich dann natürlich die Sättigung aus, die man allerdings auch berücksichtigen kann - jedenfalls in gewissen Grenzen. Das design solcher schlauen Übertrager-Ansteuer-Schaltungen war noch in den frühen 2000ern ein häufiger Gegenstand von Diskussionen im Netz. Ein Kunde von mir hat ein solches Model einer Schaltung, verbunden mit einem Modell für die ferromagnetische Sättigung in seiner Software drin. http://www.96khz.org/oldpages/magnetichysteresis.htm Damit kann man das Verhalten des Kernmaterials UND der Elektronik nachbilden. Grob gesagt lassen sich die negativen Effekte (sofern sie als negativ eingeschätzt werden und man sie nicht klangformend nutzen möchte) auf ein Zehntel und weniger einschränken und den Nutzbereich solcher Übertrager entsprechend erweitern. Das gilt für die Austeuerung, die Frequenz und eben die Oberwelleneffekte infolge der Sättigung. Umgekehrt kann man mit einer entsprechenden Verstärkerschaltung, die vor dem Kernmaterial das Signal passend konditioniert (= verstärkt) und danach rekonstruiert (= wieder abschwächt) auch für kleine Aussteuerungen dieselben Verzerrungen addieren lassen, bzw vermeiden. Leider gilt es auch für die rasternden Barkhausensprünge, was bei bestimmten Musik-Produktionen in jüngster Zeit exzessiv genutzt wird, um Stimmen zu verzerren, also genauer gesagt, einen Zerrklang beizumischen. Der ist dann stark amplitudenabhängig und nicht - wie ein Rastern der Bits - frequenzabhängig. Es kommen nicht die klassischen Spiegelfrequenzen hinein, sondern ein atonales Zerren. Erzeugt wird es mit "falschen" Einstellungen, indem die Aussteuerung auch hoher Amplituden künstlich abgesenkt wird. Bei niedrigen Aussteuerungen knistert es bekanntlich am Meisten.
Bei Papers über Festplatten-Schreibleseköpfe findet man vielleicht noch was zu dem Thema.
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< https://www.researchgate.net/scientific-contributions/J-Lepaisant-30342571 > Aber der Verstärker von LePaysant e.a. ist explizit für kleine Eingangswiderstände, auch wenn er trafo-gekoppelt ist. Er kommt auf 65 pV mit seinen Trafos. Ich habe irgendwo gelesen, dass von Philips Medical ein Verstärker mit 320-400 BF862 gebaut wurde, für eine induktive Quelle. ed. , doch noch gefunden: < https://www.researchgate.net/publication/268204428_Low-noise_Broadband_Receive_Amplifier_for_Real-Time_Magnetic_Particle_Imaging > In der usenet-Gruppe sci.electronics.design war auch mal eine Unterhaltung zu dem Thema. Lustig, wie Sites wie electronicspoint und googlegroups das usenet ausschlachten und die Teilnehmer als Gäste bezeichen. Als ob sie dort jemals zu Gast gewesen wären. < https://www.electronicspoint.com/forums/threads/transformer-thermal-noise-small-signal.26680/ > Ich glaube, da habe ich auch den LePaisant her. Die Teilnehmer sind dort noch von Zeit zu Zeit zugange. google groups ist ein wenn auch schlechter Zugang.
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Gerhard H. schrieb: > usenet-Gruppe sci.electronics.design Ja, die gute alte Zeit aus den 90ern mit den news-readern, wo es nur Informationen ohne nutzlose Grafiken, Emojis und Avatare gab sowie massenhaft Blitz-Werbung auf der Seite und Ausspähen von Nutzern. Und: Es posteten nur die die auch einen Zugang hatten, also Doktoranden und Studenten. Da gab es noch echte Infos.
Naja, MaWin war noch ruhiger aber auch schon damals etwas aggro. Passiert da überhaupt noch was? War schon lange nicht mehr drin. Keine Bilder posten, nervte mich zunehmend. Beim Rest gebe ich dir aber gerne recht. Das Internet verkommt und ist fast tot. Bevölkert von BWLern und Idioten.
Abdul K. (ehydra)
> [ hau richtig drauf ]
ich fand den thread sehr interessant. Ich kannte den Barkhausen Effekt
nicht, obwohl es sofort einleuchtet. Bisher habe ich Trafos als
rauschfrei betrachtet...
Und habe bisher alle meine AC-Kleinsignal Eingange. zB von Lock-ins
Trafo gekoppelt. Obwohl die erzeugten Frequenzen ein rechtes Stueck
oberhalb der Signalfrequenz sind, koppelt man so auch Rauschen ins
System.
Purzel H. schrieb: > Bisher habe ich Trafos als > rauschfrei betrachtet... Das kommt halt alles auch auf das Kernmaterial und die Aussteuerung an. "Trafo" ist nicht gleich "Übertrager".
Abdul K. schrieb: > Bei Papers über Festplatten-Schreibleseköpfe Arbeiten die mit denselben Materialien? Ich denke nicht, oder?
Rolf S. schrieb: > Abdul K. schrieb: >> Bei Papers über Festplatten-Schreibleseköpfe > > Arbeiten die mit denselben Materialien? Ich denke nicht, oder? die arbeiten (beim lesen) doch schon lange nicht mehr induktiv ...
Jens G. schrieb: > Rolf S. schrieb: >> Abdul K. schrieb: >>> Bei Papers über Festplatten-Schreibleseköpfe >> >> Arbeiten die mit denselben Materialien? Ich denke nicht, oder? > > die arbeiten (beim lesen) doch schon lange nicht mehr induktiv ... Zumindest arbeiten die nicht im Kilohertzbereich :-) Vor 20 Jahren hat man schreiben noch induktiv gemacht (der magnetische Fluß ging über ein breites zurück Joch, um die anderen Bits nicht zu zerstören). Gelesen hat man da mit GMR-Köpfen: https://de.wikipedia.org/wiki/GMR-Effekt https://www.youtube.com/watch?v=xb_PyKuI7II https://de.wikipedia.org/wiki/Perpendicular_Recording
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