Suche rauscharmen OPAmp

[Wolfgang D. (blitz_f)]

Moin,
Ich möchte gern auf das Schwarmwissen zurückgreifen. Gibt es einen OpAmp 
mit geringeren Rausch-Werten (Spannung / Strom)  als den AD797? Wenn ja, 
welcher Typ?
Grund: Messverstärker für ca. 10 Hz ....100 kHz bauen.
Vielen Dank schon vorab.

[Andrew T. (marsufant)]

Nimm das hier:

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

Stehen alle relvanten OP drin.

[Al (almond)]

Es gibt nicht DEN rauscharmen Operationsverstärker. Es kommt auf die 
Quellimedanz an, ob ein hochohmiger Opamp mit kleinem Rauschstrom oder 
ein niederohmiger OpAmp mit kleiner Rauschspannung besser geeignet ist. 
Welcher Opamp also am besten ist, hängt von der jeweiligen Anwendung und 
der Außenbeschaltung ab.

https://www.ti.com/lit/an/slva043b/slva043b.pdf?ts=1776872128288

Wenn die Signalquelle hochohmig ist, ist ein OpAmp mit sehr geringem 
Stromrauschen  mit FET Einang wichtiger als einer mit extrem geringem 
Spannungsrauschen. Daneben spielt die Beschaltung ein Rolle. Ein 
rauscharmer OpAmp bringt nichts, wenn die Widerstände in der Schaltung 
hochohmig sind und thermisches Rauschen erzeugen oder der Rauschstrom 
aus dem OpAmp an einem hohe Widerstand eine hohe Rauschspannung erzeugt.

Als rauscharmer OPamp mit geringem Spannungsrauschen gilt der LT1028.
Der  OPA1656 mit FET Eingang hingegen hat eine geringe Stromrauschdichte 
im Femtoampere Bereich.

[Jens G. (jensig)]

Al schrieb:
> Als rauscharmer OPamp mit geringem Spannungsrauschen gilt der LT1028.
> Der  OPA1656 mit FET Eingang hingegen hat eine geringe Stromrauschdichte
> im Femtoampere Bereich.

OPA350, 2350, 4350 sind auch recht ruhig, der OPA656 ist besonders 
stromruhig (aber auch ziemlich schnell).

[Gerhard H. (ghf)]

ad797 und LT1028 wurden ja schon genannt.
Der ADA4898-2 ist etwa gleich gut und ist möglicherweise noch?
der sweet spot. Genauso teuer, aber man bekommt dafür 2 OpAmps
in einem SO-8.

Wenn man n OpAmps parallel schaltet, dann erhält man Wurzel(n)
weniger Spannungsrauschen, bezahlt aber vom Geld abgesehen mit
mehr Stromrauschen. Der Eingangsrauschstrom macht einen
Spannungsabfall über der Quellimpedanz, daher gibt es einen
optimalen Wert für Anzahl und Machart der OpAmps.

Ein 60-Ohm-Widerstand liefert bei Raumtemperatur eine Rauschdichte
von ziemlich genau 1 nV/rt Hz. Das eignet sich gut um fest-
zustellen wie gut der eigene Verstärker eigentlich ist. Man
braucht nicht mal die Verstärkung genau zu wissen.

Wenn man 50 Ohm Quellimpedanz hat: VIEL besser als 1 nV/rtHz muss
man nicht sein. Man muss nicht schneller schwimmen als der Hai.
Schneller als der Nebenmann reicht.

Bei 1 Meg Quellimpedanz ist man mit FET-Verstärkern wohl
besser bedient, auch wenn sie auf den 1. Blick schlimmes
Spannungsrauschen haben.

10 ADA-4898-2-Paare haben etwa 220 pV/rtHz Spannungsrauschen,
16 billige CPH3910-FETs (Fairchild) --> 350 pV/rtHz.
In Art Of Electronics ed 3 (Hill/Horowitz) ist ein
differentieller Verstärker mit 64 BIPO-Transistoren, der
mit 70 pV/rtHz angegeben ist. Ich habe ihn single-ended
nachgebaut (16 Trans) und kann den Messwert bestätigen.
Differentiell kostet halt den 4-fachen Aufwand weil 2
rauschende Eingänge in Serie liegen.
In dem > 30 Jahre alten LT1028-Datenblatt ist das mit
dem Parallelschalten erklärt.

Wenn man AC-Kopplung will, braucht man einen völlig
unerwartet großen Eingangskondensator, sonst bekommt
man etwas, was wie 1/f-Rauschen bei niedrigen Frequenzen
aussieht. Es steigt aber noch viel steiler an.
Man landet dann schnell bei WetSlug Tantals für einen
Hunnie das Stück. Vishay wollte nochmal viel mehr.

Scott Wurcer, der Vater des AD797, AD825... hat mich
mal bei einem meiner Designs auf die Kondensatorsache
hingewiesen. Er war leider vornehm zurückhaltend; ich
habe eine ganze Zeit gebraucht bis ich das gerafft habe.

Der Zweck ist, dass das Rauschen des Bias-Netzwerkes
für AC durch das niederohmige Messobjekt kurzgeschlossen
werden muss. f-3dB ist an dieser Position nicht die Grenze.

Die Leiterbahnen im Eingang sollten auch nicht zu dünn sein.
Bei einem MHz nahm das Rauschen um 50 pV oder so zu.
Ich hatte zuerst den Tantal im Verdacht, der war aber unschuldig.
Skin-Effekt.
Bei der Fehlersuche habe ich ihn überbrückt und dann vergessen.
14 Tage später habe ich dann dieses Verstärkerexemplar beim
Messen von Lithiumzellen abgefackelt.  :-(

Schalten der Verstärkungsstufen mit Relais war auch besser
als mit den Analogschaltern. Bei 86 dB Gesamtverstärkung
machen die deutlich weniger Verkopplungen.

Bilder: 10*2 ada4898, 16* CPH3910.

Einzelne Leerplatinen sind möglicherweise noch da.
(Ziehe gerade um)

Gerhard  DK4XP

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Wolfgang D. schrieb:
> Moin,
> Ich möchte gern auf das Schwarmwissen zurückgreifen. Gibt es einen OpAmp
> mit geringeren Rausch-Werten

Schick den OPA auf Entzug.  ;)

Bei einem der Anbieter (Mouser?) war eine Suche/Sortierung nach den 
Rauschwerten moeglich.

[Klaus R. (klara)]

Hallo Wolfgang,
ich habe mit dem LT1115 einen RIAA Phono Verstärker gebaut. Der LT1010 
ist in der Ausgangsstufe passend dazu empfohlen worden.

https://www.analog.com/en/products/lt1115.html

In meinem Fall habe ich noch einen Servo mit dem LT1097 spendiert um 
Gleichspannungsanteile zu kompensieren. Ich hatte zudem die Schaltung 
mit LTspice etwas optimiert.

In Deinem Fall ist das RIAA Filter ja nicht sinnvoll. Ich würde dann 
eine für Dich passende Kompensation vorsehen.

mfg Klaus

[Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)]

An Gerhard  DK4XP

Vielen Dank für deine Erklärungen.
So schhön verständlich, die Zusammenhänge verdeutlich! und komprimiert 
zusammengefasst.
Viele von uns hier - die Nichtprofis - werden wohl die eine und/oder 
andere Einzelheit kennen, aber nicht diese Zusammenhänge.

Einfach Klasse! Danke.

73
Wilhelm

[Gerhard H. (ghf)]

Nachtrag:
Niedriger Eingangsstrom geht auch ohne Feldeffekttransistoren.

Bob Widlar von National mochte FETs nicht besonders. Die haben
eine gewisse Anfälligkeit für Oberflächen-Effekte wie Rauschen,
insbesondere schlechteres 1/f als BJT und sagen ausnahmslos
"Wir sind alle Individualisten" (Leben des Brian).

Er hat Super-Beta-BJTs für seinen LM???? genommen. Die sind
diskret leider kaum zu haben, der 2SD2704 kommt mit beta = 2300
noch am ehesten hin.

Bin für Alternativen dankbar.
Die Schaltung ist aus der Patentschrift, WIMRE.
Aufgebaut habe ich das noch nicht.

Q4 und Q5 sind nur Parkplätze. Die Ecke oben links ist
eine verrauschte VCC damit man feststellen kann, ob das ein
Showstopper ist. Mit E1 kann man die gewünschten nV/rtHz
der Versorgung vorgeben. Ohne V3 rastet LTspice numerisch aus.
Mit m=4 würde man 4 parallele Transistoren / WasAuchImmer bekommen

Gruß, Gerhard DK4XP

[Klaus R. (klara)]

Gerhard H. schrieb:
> Die Schaltung ist aus der Patentschrift, WIMRE.

Was soll denn da etwas besonderes sein? Und welchen Klirrfaktor hat so 
eine Differenzstufe ohne Gegenkopplung? Der Tietze/Schenk sagt dazu 
etwas aus.
mfg Klaus

[Gerhard H. (ghf)]

Sieh dir mal die Biasströme an und das Rauschen.

Und dass man bei einem OpAmp die Gegenkopplung in
der Eingangsstufe macht, das ist ausgesprochen ungewöhnlich.
Schon gerade, wenn bei 100 dB Verstärkung noch eine
endliche Ausgangsspannung herauskommen soll.

Abgesehen davon ist das Ding alleine auch ein sehr ordentlicher
Folger, wo bekommt man schon gain=1.000??

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Hier wäre auch ein Beispiel, dass die Widerstände eine Rolle spielen:

https://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm
https://www.elektronikinfo.de/strom/widerstand.htm#Rauschen

[Lothar (Firma: HZB) (analog_art)]

Ich finde die patentierte Schaltung für sich schon sehr interessant: 
eine Kaskode für Q1 die vom anderen Transistor des Differenzverstärkers 
auch noch "angefeuert" wird. Schöner Einfall! Deshalb die hohe Gain.

Und der Ausgang ist niederohmig- auch gut und das alles mit drei 
Transitoren, da muss man erst mal drauf kommen. Auch wenn es jetzt soo 
einfach aussieht.

[Klaus R. (klara)]

Lothar schrieb:
> Auch wenn es jetzt soo
> einfach aussieht.

Man braucht aber noch eine 20 mA Stromquelle und möglichst rauscharm.
mfg Klaus

[Werner H. (werner45)]

Mal so aus Interesse:
Sind "Reaktanzverstärker" (Schwingkondensator) nicht auch per se 
rauschfrei?
Das Signal wird im variablen Kondensator in AC verwandelt, diese 
verstärkt und phasenrichtig gleichgerichtet.
Anwendung in Tera-Ohmmetern und für Ionisationskammern sind bekannt.

Könnte man das Prinzip auch für rauscharme Eingangsstufen anwenden und 
wo würden da die Grenzen liegen?

[H. H. (hhinz)]

Werner H. schrieb:
> Sind "Reaktanzverstärker" (Schwingkondensator) nicht auch per se
> rauschfrei?

Besonders rauscharm.


> Anwendung in Tera-Ohmmetern und für Ionisationskammern sind bekannt.

Bei HF, aber richtiger HF.

[Arno R. (arnor)]

Gerhard H. schrieb:
> Er hat Super-Beta-BJTs für seinen LM???? genommen. Die sind
> diskret leider kaum zu haben

In diesem Thread:

https://www.diyaudio.com/community/threads/questions-about-transistors-with-high-beta-hfe-up-to-3000-without-darl-topology.202031/

sind etliche aufgeführt.

[Maxim B. (max182)]

Es könnte unter Umständen auch INA821 interessant sein. Das ist ungefähr 
etwas wie SSM2019, nur für größeren Eingangsimpedanz und evtl. unter 
Umständen vielleicht etwas mehr Rauschen (aber nicht unbedingt, je nach 
Eingangsimpedanz). Auch mögliche Vcc-Bereich ist besser, wie auch Icc. 
SSM2019 ist für Mikrofoneingang optimiert, INA821 ist für Linienpegel 
besser.

[Al (almond)]

Maxim B. schrieb:
> und evtl. unter Umständen vielleicht ...

sehr präzise Aussage

[Gerhard H. (ghf)]

Werner H. schrieb:
> Mal so aus Interesse:
> Sind "Reaktanzverstärker" (Schwingkondensator) nicht auch per se
> rauschfrei?
> Das Signal wird im variablen Kondensator in AC verwandelt, diese
> verstärkt und phasenrichtig gleichgerichtet.
> Anwendung in Tera-Ohmmetern und für Ionisationskammern sind bekannt.
>
> Könnte man das Prinzip auch für rauscharme Eingangsstufen anwenden und
> wo würden da die Grenzen liegen?

Ja, könnte man. Das wurde auch schon gemacht.
Die Pumpfrequenz muss natürlich auch rauschfrei sein, sonst wird
deren Rauschen auf das Empfangssignal gemischt.
Ich hatte, WIMRE, in einem früheren Leben mal ein Beispiel in
der Top-Buchreihe gesehen. Prinzipiell nachbaubar.

Die Nichtlinearität des Pumpvorgangs ist natürlich unerwünscht;
man wird sicherlich Selektion brauchen und realisierbare Eingangs-
filter machen dann schon schlimmere Verluste. Wenn ein pHemt
schon ein Zusatzrauschen von 0.2 dB erreicht, dann ist darüber
hinaus eben nicht mehr viel zu holen. Allenfalls, wenn die
Antenne in den kalten Weltraum zeigt, aber selbst dann kann
das thermische Rauschen vom Mond stören.

Filterverluste vor dem Verstärker kann man direkt zur
Rauschzahl in dB addieren.

Gerhard  DK4XP

[Gerhard H. (ghf)]

Arno R. schrieb:
> Gerhard H. schrieb:
>> Er hat Super-Beta-BJTs für seinen LM???? genommen. Die sind
>> diskret leider kaum zu haben
>
> In diesem Thread:
>
> 
https://www.diyaudio.com/community/threads/questions-about-transistors-with-high-beta-hfe-up-to-3000-without-darl-topology.202031/
>
> sind etliche aufgeführt.

 Sieht so aus, als wäre man mit dem 2SD2704 für wenig Geld von
Digikey nicht schlecht bedient.

Auf diyAudio.com habe ich damals den Scott Wurzer von AD
kennengelernt.  RIP, er fehlt wirklich!

Gerhard DK4XP