Rauschen, Rauschzahl: Verständnisproblem

Roland Damm schrieb:

In der Audiotechnik komme ich gut mit folgendem Rechner und seinen Informationen klar:

Gruß Jens

Substantiellere Literatur: National Semiconductor AN 104 "Noise Specs Confusing?"

MfG JRD

Jens Rodrigo schrieb:

F=FCr den Verst=E4rker ist Rauschen auch ein Signal. Eingangssignale die unterhalb der Rauschgrenze liegen, k=F6nnen in der Regel (es gibt genaugenommen gewisse Ausnahmen) nicht gelesen werden. Die Rausgrenze ist gewisserma=DFen eine H=FCrde.

Unter dem Begriff Rauschen kennzeichnet man ungeordnete Schwankungsvorg=E4nge. Diese Schwankungsvorg=E4nge gehorchen statistische= n Gesetzm=E4=DFigkeiten

Das Eigenrauschen wird auf den Eingang bezogen. Dargestellt als =E4quivalenten Rauschwiderstand oder eben als Rauschleistung.

Nein, denn bei Sto=DFstellen (Impedanz=E4nderung) hast du Verluste. Somit=

auch einen kleineren Signal-Rauschabstand.

Bei Rauschmessungen passiert es nicht selten, das durch Reflektionen ein kleinerer Eigenrauschwert vorget=E4uscht wird. Auch kommerzielle Anbieter=

sind nicht fehlerfrei. Zuverl=E4ssige Rauschmessungen erfordern einige Erfahrung.

Rauschanpassung ist ungleich Leistungsanpassung bei Empf=E4ngereingangsstufen. Au=DFer bei der Zwischenbasisstufe.

Das dein Verst=E4rker eine Eigenrauschleistung liefert, die um 10dB =FCbe= r der temperaturbedingten Eingangsrauschleistung liegt. Alle Signale darunter sind nicht mehr zu lesen.

Rauschzahl F entweder in kTo oder dB. F=FCr ein rauschfreies Bild wird ein SN-Verh=E4ltnis von 200, also 46_dB ben=F6tigt.

mfg hdw

Moin,

Rafael Deliano schrub:

Besten Dank, das muss ich mir mehr als einmal durchlesen. Hier in der Vorlesung wird zwar alles gleich noch komplex gerechnet, aber das ändert ja nichts am Prinzip.

CU Rollo

Moin,

Horst-D.Winzler schrub:

Der Gedanke war vielleicht falsch, aber nicht ganz: Wenn ich den Verstärker so modellieren kann, dass er Eingangsseitig eine Rauschspannungsquelle und eine Rauschstromquelle hat, dann kann ich behaupten: Es gibt einen Quellenwiderstand, bei dem diese Rauschleistung des Verstärkereingangs optimal in den Quellenwiderstand abgeleitet wird. Leistungsanpassung. Also sollte für diesen Fall die Quelle gleich dem 'Rauschwiderstand' des Verstärkereingangs sein. Dann würde maximal Leistung in der Quelle versenkt und minimal Rauschleistung in den eigentlichen Verstärker gehen und verstärkt werden.

Sicher ist diese Auslegung in der Realität nicht die günstigst mögliche, weil man damit außer Acht lässt, dass man ja auch möglichst viel Nutzsignal in den Verstärker reinbekommen will.

Diese Auslegung sollte aber die sein, bei der am Ausgang des Verstärkers bei angeschlossener Quelle und ohne Signal am wenigsten Rauschen herauskommt.

Weil man sich dort Quellen- und Eingangsimpedanzen relativ frei wählen kann, also wählt man sie passend. Wenn die Quelle jedoch von wem anders vorgegeben ist, werde ich das nicht so ideal hinbekommen.

Oder mehr? Oder weniger? Ach so, SN-Verhältnis, klar. JE mehr desto besser.

CU Rollo

Roland Damm schrieb:

Bei bipolaren OPs wie zB OP 27E (OP 37E) ist ein Spannungsrauschen als auch ein Stromrauschen vorhenden.

Beispiel für obigen OP:

Eingangsstromrauschen 1,7 pA (Hz)E-0,5 Eingangsspannungsrauschen 3,4 nV (Hz)E-0,5

Der optimale Quellwiderstand sollte in den

Der äquivalente Rauschwiderstand muß im Verhältnis zum Eingangswiderstand (im Allgemeinen auf 50 Ohm bezogen) gesehen werden. Dieser Eingangswiderstand liegt in Reihe zu einem gedachte rauschfreien Stromeingang. Daran läßt sich nichts ändern.

Der äquivalente Rauschwiderstan bzw die Zusatzrauschzahl ist eine gedachte Krücke. Sie charakterisiert die Raucheigenschaften aber treffend.

Die Zwischenbasischaltung wird mit einem Schwingkreis realisiert. Sie ist somit durchaus nicht allzufrei wählbar. Dadurch ist auch das Frequenzband eingeschränkt.

Solche Eingangsstufen mit Mosfets aufgebaut, reflektieren das Signal vom Prinzip her. Das ist bei Rauschmessungen zu beachten ;-)

Je höher das Signal, um so besser. Aber Achtung, nicht zu hoch, sonst Begrenzung mit ihren unangenehmen Folgen ;-)

Roland Damm schrieb:

Hallo,

das gemeine am Rauschen ist ja gerade, dass man das nicht extra anlegen muss, es ist einfach immer da und lässt sich nicht wegwünschen. Widerstände rauschen z.B. abhängig vom Wert, der Temperatur und der Bandbreite. Mit einem empfindlichen Oszilloskop (50µV Eingangsempfindlichkeit und 1MHz Bandbreite konnte ich das Widerstandsrauschen z.B. eines 1Mohm Widerstandes sichtbar machen. Das war schon interessant.

Rauschen ist immer und überall!

Bernd Mayer

Gut bemerkt. Man nimmt, jedenfalls in der HF-Technik, die thermische Rauschleistung an einem Widerstand (k*t*B) als Eingangsrauschleistung an. Diese ist von dem konkreten Widerstandswert unabhängig. Da die Anpassung jedoch vom Widerstand abhängig ist/sein kann, schwankt die Rauschzahl auch mit einem sich ändernden Eingangswiderstand.

Leider wissen viele Ingenieure das nicht - manchmal selbst die, die es an der Uni vermitteln sollen nicht und reden sich mit irgendwelchem Geblubber raus.

Viele Grüße, Martin L.

PS: Die Temperatur T war entweder Raumtemperatur oder 300°K - weiß gerade nicht aus dem Kopf.

horst-d.winzler schrieb:

Anderes Beispiel, das den Sachverhalt etwas besser verdeutlicht: Stell dir einen rauschfreien Vierpol vor. Am Eingang liegt in Reihe (Kettenschaltung) die (Rausch)Urspannungsquelle. Parallel eine (Rausch)Urstromquelle.

--=20 mfg hdw

Rausch? Urquell? Ah, jetzt verstehe ich das alles endlich ...

Moin,

Martin Laabs schrub:

Gut, also leerer Eingang gibt's nicht, ein Widerstand hängt mindestens dran.

Exakt. Und bei dieser Frage, den Antworten darauf dem dem Überfliegen ein paar weniger Quellen ist mir klar geworten, dass ich den Aufgabentyp zu diesem Thema morgen in der Klausur zwar lösen kann, aber dass der physikalische Hintergrund in der Vorlesung garnicht erklärt wurde.

So ganz begriffen habe ich es zwar noch nicht, aber es dämmert.

Hab' inzwischen irgendwo 290K gelesen.

CU Rollo

Moin,

Horst-D.Winzler schrub:

Das Bild tauchte auch in der zuerst genannten URL als Ersatzschaltbild auf, mir fehlte da aber zunächst der Eingangswiderstand des idealen Verstärkers. Aber klar: Ein Vierpol hat einen Eingangswiderstand, den braucht man nicht extra hinmalen.

Also vor dem rauschfreien Verstärker liegt gedacht zwischen den Eingängen eine Rauschstromquelle und in Reihe zum +-Eingang eine Rauschspannungsquelle. Aus den Werden dieser beiden Quellen kann ich einen Widerstand ausrechnen.

Lege ich eine Quelle an, die genau diesen Widerstandswert als Ausgangswiderstand hat, dann geht minimal Rauschen durch den Verstärker durch. Aber: Der Innenwiderstand des Verstärkers kann sehr wohl einen ganz anderen Wert haben. Für Leistungsanpassung (ich möchte möglichst viel Leistung aus der Antenne herausholen) wäre es sinnvoll, wenn die Quelle genau diesen Widerstand hat, den der Verstärker am Eingang hat. Dann kommt am meisten Signal aus dem Verstärker heraus.

Praktisch ist ein Kompromiss aus beidem optimal.

CU Rollo

Also h=F6rmal. Ist doch deutlich genug, oder ;-))

--=20 mfg hdw

Naja - was will man mit einem Verstärker an den nichts ange- schlossen ist? Und wenn man sich akademisch geben will sagt man halt, dass der Quellwiderstand gegen unendlich strebt. Selbst dann ist die thermische Rauschleistung noch konstant. (Spannungsrauschen unendlich, Stromrauschen null ...)

Ansonsten bedeutet Widerstand hier natürlich meistens der Innenwiderstand der Quelle die Du an den Verstärker anschließt.

Viele Grüße, Martin L.

Moin,

Martin Laabs schrub:

Dazu noch mal kurz nachgefragt: Ein Widerstand hat Spannungsrauschen und Stromrauschen - oder eher _oder_ ?

Wenn zwei Widerstände in Kreis geschlossen sind:

r2 sei mal als ideal rauschfrei angenommen. Wie groß ist dann die Rauschspannung infolge des Rauschens von r1 an r2? Ist sie so groß wie das Spannungsrauschen von r1? Oder wie das Stromrauschen mal r2? Oder die Summe aus beidem (natürlich geometrisch addiert, oder ?)?

CU Rollo

"Roland Damm" schrieb im Newsbeitrag news:494c1a4e$0$30224$ snipped-for-privacy@newsspool1.arcor-online.net...

Hallo Roland,

Du nimmst entweder eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle, aber nicht beides gleichzeitig. In beiden Fällen kommt das Gleiche heraus.

Dein Ersatzschaltbild besteht aus der Rauschquelle mit der von R1 erzeugten Rauschspannung in Serie mit R2. Die Spannung an R2 berechnet sich dann zu

Ur= Ur(R1)*R2/(R1+R2)

Ja was denn nun. Oben hast du geschrieben R2 sei als rauschfrei angenommen.

Wenn beide Widerstände rauschen, dann ist die Rauschspannung vom Gesamtwiderstand R1||R2 zu rechnen. zu rechnen.

Am besten du nimmst mal (LT-)SPICE und kontrollierst mit dem Simulator deine Berechnungen. Die Analyse dort heißt ".NOISE ...".

Helmut

LTspice Schaltplan: noise_test.asc

Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 112 80 48 80 WIRE 256 80 192 80 WIRE 368 80 256 80 WIRE 48 128 48 80 WIRE 256 128 256 80 WIRE 368 128 368 80 WIRE 48 256 48 208 WIRE 256 256 256 208 WIRE 368 256 368 208 FLAG 256 256 0 FLAG 368 256 0 FLAG 48 256 0 FLAG 368 80 out FLAG 48 80 1 SYMBOL res 240 112 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 10k SYMBOL res 352 112 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 10k noiseless SYMBOL voltage 48 112 R0 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value 0 SYMBOL res 96 96 R270 WINDOW 0 32 56 VTop 0 WINDOW 3 0 56 VBottom 0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 10G TEXT 24 -8 Left 0 !.noise V(out) V1 dec 10 1k 10k

Roland Damm schrieb:

Du kannst dir den =E4quivalenten Rauschwiderstand rn selbst errechnen. Daf=FCr nimmst du dir die gemessenen mittleren Betragsquadrate von |u|=B2=

und |1|=B2.

Beispiel:

rn =3D |u|=B2 / 4*k*To*df

und f=FCr |iun|=B2 den =E4quivalenten (unkorrelierten) Rauschleitwert

gun =3D |iun|=B2 / 4*k*To*df

So ist es. Dieses Bild kann noch erweitert werden, indem vor dem rauschfreien Vierpol ein rauschender Vierpol gesetzt wird. Denn es gibt ja noch andere Ruaschquellen als das reelle Widerstandsrauschen. Da w=E4ren das Schrot-, Funkel- und das Halbleiterrauschen des Transistors bzw R=F6hren.

Nimm mal das Beispiel von Urspannungs- sowie Urstromquelle. Wird der Eingang des Verst=E4rkers kurzgeschlossen, ist die Urstromquelle unwirksa= m (wg. Kurzschlusses ;-)) also nur die Ur(rausch)spannungtsquelle wirksam. Kommen Ri und Quellwiderstand hinzu, wird die Urstromquelle wirksam und es f=E4llt zus=E4tzlich zur Ur(rausch)spannung Rauschspannung an. Diese beiden Rauschspannungen geometrisch addiert (da nicht korreliert) ;-)

--=20 mfg hdw

Roland Damm schrieb:

Zumindest theoretisch kann man mit einem Transformator/Übertrager dann die Quelle rauschfrei auf eben diese Impedanz wandeln.

Horst-D.Winzler schrieb:

Einen aktiven Ausgang eines Verstärkers kann ich schön kurzschließen, wobei ein recht hoher Strom fließen kann. Den Eingang eines Verstärkers sehe ich jedoch passiv. Darum kann ich diesen praktisch eben nicht kurzschließen. Es fließt dort kein Kurzschluss- strom. Den Eingang kann ich zwar mit 0 Ohm brücken, ohne ihn dabei "kurzzuschießen".

Gruß Jens