Hallo, eine kurze Frage von einem Elektronikanfänger: Ich schließe eine 10:1 Messspitze (also 10MOhm Innenwiderstand) mit 150MHz Bandbreite an ein Oszilloskop mit 150MHz Bandbreite an und verbinde die Messspitze mit ihrer Masseklemme. Ergebnis: Ich sehe ein Rauschen mit einem U_rms von ca.3mV. Die Frage ist: Wie berechne ich so etwas? Für thermisches Rauschen kenne ich die Formel U_th = Wurzel aus (4*k*T*R*B) Mit k=Boltzmann-Konstante (1.38*10-23), T=Temperatur in Kelvin (300), R=Widerstandswert (10MOhm), B=Bandbreite (150MHz) Mit dieser Formel (Werte wie oben beschrieben eingesetzt) komme ich jedoch auf ein thermisches Rauschen von 5mV, also schon deutlich mehr als der gemessene Wert. Habe ich etwas falsch berechnet? Hintergrund der Frage: Ich habe mich schon immer über die verrauschten Kurven auf dem Oszi gewundert, wenn ich Messspitzen benutze...jetzt würde ich gerne mal wissen, wieso das so aussieht ;)
Antal . . wrote: > verbinde die Messspitze mit ihrer Masseklemme. Ergebnis: Ich sehe ein > Rauschen mit einem U_rms von ca.3mV. Da berechnest du zunächst garnichts. In der Grössenwordnung ist das was du siehst - erstens das Grundrauschen vom Oszi selbst, - zweitens Einstrahlung von Störquellen aus der Umgebung. Das Grundrauschen erkennst du an dem, was völlig ohne Tastkopf angezeigt wird. Und wenn es ein digitales ist, und du das Teil nicht aus einem High-End-Labor geklaut hast, solltest du über 3mV eher glücklich als unzufrieden sein. Und wenn du die Spitze berührst, wirkst du als Antenne und fängst dadurch noch sehr viel mehr Strahlung ein als der Tastkopf alleine.
Das ist vor allem Netzbrumm, die Masseleitung wirkt als Induktionsschleife. Die 10:1 Teilung heißt ja, dass der Eingang des Oszillokops noch eine Dekade empfindlicher ist, dort also das Rauschen 0,3mV (an 1 MOhm) beträgt. stimmen die Einheiten? k*T*R*f entspricht VAs/K K V/A * 1/s da bleibt V^2 übrig http://de.wikipedia.org/wiki/Thermisches_Rauschen da steht auch Wurzel , die fehlt in deiner Rechnung
Gast
#699442
Der Antwort von Andreas Kaiser sollte man vielleicht noch eines hinzufügen: Wenn das berechnete/theoretische Rauschen größer als das gemessene ist, ist das schon sehr seltsam. Grund ist vermutlich: Im Oszilloskop und in der Messspitze sind nicht nur Ohmsche Widerstände mit ihrem thermischen Rauschen, sondern auch parallel geschaltete Kondensatoren, die dass Rauschen kurz schliessen. Du darfst in diesem Fall also nicht mit der vollen Bandbreite rechnen, sondern mit wesentlich weniger.
ach da steht ja "Wurzel aus" hatte ich übersehen
Danke für die Antwort - wenn ich gar nichts ans Oszilloskop anschließe, ist mein Rauschen noch wesentlich geringer - so ein Spitzenoszi ist es glaube ich allerdings auch nicht. Das ich die Messspitze bei der Messung nicht in der Hand halte und etwas Abstand halte, ist selbstverständlich. Aber zur Erklärung mal, wie ich auf die Frage komme: Ich habe eine Filterschaltung aufgebaut und per Messspitze das Ausgangssignal (Ausgangswiderstand der Schaltung 10kOhm) gemessen. Ergebnis: verrauschtes Ausgangssignal Dann habe ich an den Ausgang direkt mein BNC-Kabel gelötet und das andere Ende ans Oszi angeschlossen. Ergebnis hier: Signal deutlich sauberer. Das hat mich auf den Schluss gebracht, dass mir meine Messspitze einiges an Rauschen reinbringt. Wo kann das dran liegen, wenn es sich nicht um das thermische Rauschen handelt? Die Erklärung hätte ich nämlich verständlich gefunden (bis auf die negative Abweichung zum berechneten Wert).
Antal . . wrote: > Danke für die Antwort - wenn ich gar nichts ans Oszilloskop anschließe, > ist mein Rauschen noch wesentlich geringer - so ein Spitzenoszi ist es > glaube ich allerdings auch nicht. Analog oder Digital? Für eines der üblichen digitalen Geräte wäre das ein recht gutes Ergebnis: Beitrag "Oszi-Kaufberatung en detail"
In der Zwischenzeit sind ja schon neue Antworten da, vielen Dank :) Die Einheiten sollten stimmen, aber die Erklärung mit den parallelgeschalteten Kondesatoren hört sich schlüssig an, da in der Messspitze in der Tat ein paar pF vorhanden sind - danke für den Tipp, werde mal sehen, ob ich damit dann näher an den berechneten Wert herankomme. Ich nehme mal an, ich versuche es dann am besten mit der 3dB-Frequenz als Bandbreite?
Gast
#699452
>Dann habe ich an den Ausgang direkt mein BNC-Kabel gelötet und das >andere Ende ans Oszi angeschlossen. Ergebnis hier: Signal deutlich >sauberer. Es wurde doch schon erklärt: Die Mess/Prüfspitze wirkt als Antenne -- sie ist ja nicht vollständig geschirmt. Das BNC-Kabel schon! Besonders wenn man eine hochohmige Quelle hat, die das Rausch-Signal nicht stark kurzschließt, kann man mit der Prüfspitze starke Störungen einfangen.
Gast
#699556
>Dann habe ich an den Ausgang direkt mein BNC-Kabel gelötet
Übrigens: Ein typisches BNC-Kabel hat 1pF/cm Kapazität. Wenn Deine
Schaltung einen hohen Ausgangswiderstand hat, baust Du Dir mit dem
direkt angeschlossenen Kabel zusätzlich einen Tiefpass -- dadurch
erscheint das Rauschen nochmals geringer.
Danke für die Tipps! Bin halt noch ein Anfänger, daher verstehe ich nicht jede Erklärung beim ersten Versuch. Jetzt habe ich das Problem mit der Messspitze aber denke ich verstanden - werde aber morgen noch ein wenig experimentieren. Das Oszilloskop ist übrigens analog, kein digitales.
Gast
#700378
noch ein Tip, auch wenn schon 1 Tag zu spät ;-) Du kannst nicht die 10MOhm zugrundelegen, denn der Spannungsteiler im Tastkopf ist ja eigentlich nur ein 9MOhm R, der zusammen mit den 1MOhm im Oszi den SPannungsteiler bildet. Wenn Du jetzt die Meßspitze mit Masse verbindest, dann liegen ja beide R's parallel (9 || 1 MOhm). Du hast also irgendwas <1MOhm als Rauschwiderstand. Und da wird schon eher ein Schuh draus. Da siehts nämlich um den Faktor (reichlich) Wurzel 10 schon besser aus - wird also irgendwas im Bereich 1,... mV liegen. Da machen die Werte dann mehr Sinn, denn die Rauschzahlen von Halbleitern sind in der Regel bei solchen Breitband-Anwendungen alles andere als "berauschend", und somit ist der praktisch gemessene Wert schon merklich höher als die rein ohmsch berechnete Rauschspannung. Zusätzlich kommen dann natürlich noch irgendwelche Störungen rein - eine relativ kleine Leiterschleife am Tastkopf ermöglicht abends schon z.T. den Empfang von Radio - viel Spaß beim Radioempfang ;-)
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