Rauschfaktor Widerstand

Hallo,

ich habe mir das Buch "Communiactions Receivers" von Ulrich Rohde ausgeliehen um mal ein umfassenden Überblick zu bekommen und zu sehen wo ich mehr Detailwissen benötige. Nun ist in diesem Buch (und auch vielen Applicationnotes dazu) die Rauschzahl/-faktor als Verhältniss vom S/N am Eingang zum Ausgang definiert, was auch sehr eingänglich ist:

F=(S1/N1)/(S0/N0)

Ich wollte nun den Rauschfaktor von einem (rein ohmschen) Widerstand berechnen und habe eine Signalquelle Us, eine Rauschquelle Un, den Dämpfungswiderstand Rn und den rauschfreien Lastwiderstand Rl angenommen.

1 0 +-------Rn-----+ | | (Un) | | Rl (Us) | | |

--- ---

Am Eingang liegt ein SNR von Us^2/(Rn+Rl) / Un^2/(Rn+Rl) = Us^2/Un^2 an. Am Lastwiderstand liegt ein Signalpegel von Us*Rl/(Rn+Rl) an welches einer Leistung von Rl*us^2/((Rl+Rn)^2) entspricht. Die Rauschleistung (von Un herrührend) ist entsprechend Rl*Un^2/((Rl+Rn)^2) Dazu kommt noch die Rauschleistung von Rn welche k*T*B entspricht. Kurz zusammengefasst:

S1/N1=Us^2/Un^2 S0=Rl*Us^2/((Rl+Rn)^2) N0=Rl*Un^2/((Rl+Rn)^2)+k*T*B

Ein paar Zeilen Weiter kommt dann F heraus:

F=(k*T*B*(Rl+Rn)^2+Rl*Un^2)/(Rl*Un^2) Was offensichtlich absoluter Blödsinn ist. Der Fehler ist schnell gefunden. Es ist Un welches man nicht einfach so als Spannungquelle betrachten darf weil es von mir nur durch eine willkürliche Festlegung als Rauschen definiert wurde und die Leistung die durch Un erzeugt wird nicht konstant bleibt. Also habe ich Un durch SQRT(k*T*B*(Rn+Rl)) ersetzt womit ich eine Rauschquelle erschaffen hätte welche, unabhängig von der Belastung, eine konstante Leistung k*T*B liefert. Nach einer Handvoll Rechenschritte kommt man auf folgendes Ergebniss:

F=(2*Rl+Rn)/Rl

Sieht nett aus, ist aber immer noch falsch weil (laut Buch) der Rauschfaktor nicht von der Lastimpedanz abhängt.

Jetzt finde ich keinen Fehler mehr und vermute das mein Ansatz ungeeignet bzw. fehlerhaft ist. Wenn man den Fehler schnell erklären kann wäre ich froh wenn es jemand versucht. Ansonsten wäre eine Buchempfehlung welches das Thema abhandelt sehr nett. Das was ich bisher darüber gelesen habe war entweder allgemeines Blabla oder hat erst mit der Herleitung von der Nyqistformel begonnen welche ich (jetzt) nicht brauche.

Viele Dank Martin L.

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Martin Laabs
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"Martin Laabs" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@news.dfncis.de...

Deinem Formel-hin-und-her will und kann ich nicht folgen. Für mich als Praktiker gilt jedenfalls folgendes:

Die Rauschleistung jedes Widerstands ist gleich.

Die Rauschspannung

- ... ist abhängig von der Frequenzbandbreite.

- ... steigt mit der Temperatur

- ... steigt mit dem Widerstandswert und hat folgenden Wert: sqr(4*k*T*deltaF*R) k=1,38E-23 (Bolzman-Konstante) T=Temperatur in Kelvin deltaF=Bandbreite

Überschlagsmässig gilt bei Raumtemperatur: Rauschspg(uV)=0,127*(sqr(deltaF*R))

-Klaus-

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Klaus Selver

Welchen Erkenntnisgewinn soll das bringen? Wo ist bei einem Widerstand Eingang und Ausgang? Ist die Bestimmung des Rausch_faktors_ eines Widerstands sinnvoll?

Gruß Ulrich

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Ulrich Strate

Es endet häufig in perpetuum mobile Energiequellen wo hinter einen 10M Ohm Widerstand ( der ja ganz fürchterlich rauscht ) ein Trafo kommt der die kostenlose, breitbandige AC-Energie auf einen technisch verwertbaren Pegel hochtransformiert. Wurde in so ähnlicher Form sogar in den 80ern in der Funkschau veröffentlicht, die Redakteure fanden das ok. Hat ihnen viele Leserbriefe beschert.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Ich will z.B. wissen um wie viel sich der Rauschfaktor eines Empfängers erhöht wenn ich ein x dB Dämpfungsglied vor den Eingang installiere. (Wobei der neue Eingang dann natürlich das Dämpfungsglied ist=

Viele Grüße Martin L.

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Martin Laabs

Ganz simpel, da braucht man nicht viel rechnen, denn Widerstand bleibt Widerstand bleibt Widerstand bleibt ...

  1. Zum Dämpfungsglied:

Ich gehe davon aus, dass das Dämpfungsglied richtig angepasst ist, also pi oder T-Konstellation (das sah mir in Deiner Rechnung nicht so aus und macht u.a. Dein Matheproblem aus, da wird infolge Fehlanpassung reflektiert).

Was geschieht dann: Du reduzierst das Signal um x dB. Das Rauschen bleibt _genau_gleich_, der Empfänger sieht weiterhin in Summe 50 (oder wasauchimmer) Ohm.

Das S/N wird ergo um x dB verschlechtert, damit sollte die Rauschzahl eigentlich klar sein ...

  1. Zum Empfänger:

Dir ist bekannt, dass für die Gesamtrauschzahl eine spezielle Regel gilt, welche die Kettenrauschtemperatur berechnet.

Im Prinzip ist dies die erste Rauschtemperatur plus die folgenden jeweils geteilt durch die Verstärkung der Vorstufen.

Deshalb kann ein LNA (die Board hast Du doch bei uns gesehen ;-) einen schlechten Empfänger aufpeppen.

Umgekehrt hebt das Dämpfungsglied auch noch die Rauschzahl der nachfolgenden Stufen in der Kette an, deshalb will man soetwas wirklich nur dann am Empfängereingang sehen, wenn der sonst gnadenlos überfahren würde. Oder es sollte halt schaltbar sein.

Gruß Oliver

--
Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10
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Oliver Bartels

In einem 50 Ohm System je nach Dämpfungsfaktor. Je höher der Dämpfungsfaktor um so näher an 50 Ohm. Bei ohmschen Eingang sogar

25_Ohm ;-) Dazu kommt dann das Zusatzrauschen der Eingangsstufe.
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mfg hdw
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horst-d.winzler

erinnert mich an einen Aprilscherz, bei dem die Rauschspannung eines hochohmigen Widerstandes mit idealer Diode gleichgerichtet werden sollte und der Widerstand von der Umgebung einfach wieder aufgeheizt wird.

Im übrigen können Transformatoren und Verstärker das S/N niemals verbessern.

Die haben wohl den Witz nicht verstanden :-).

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Deine Berechnung verstehe ich nicht und ich hab auch keine Lust das jetzt versuchen nachzuvollziehen. Vom Ansatz her sehe ich aber sofort Probleme. _Jeder_ ohmsche Widerstand rauscht, oben ist das aber nicht eingezeichnet. Vermutlich kommt das Un von einer vorigen Verstärkerstufe, soweit ok. Dann fehlen die Rauschquellen von Rn und Rl, entweder Spannungsquellen in Reihe zum Widerstand oder Stromquellen parallel.

Ich hab mal die Definition der Rauschzahl F eines Vierpols bei mir nachgesehen.

F = 1 + Prv/Prg

Prv= Rauschleistung der Eingangsquelle des Vierpols am Ausgang betrachtet, bei Dir könnte man Un nehmen, das normalerweise vom Innenwiderstand des Generators Us stammt.

Prg= Rauschleistung der inneren Vierpol-Rauschquellen am Ausgang betrachtet, das wäre bei Dir Rn und Rl ohne Un.

Us wird bei F zur Berechnung nicht benötigt, für das S/N schon.

Zur Berechnung wird man sicher den Überlagerungssatz nehmen, also die nichtbetrachteten Rauschspannungsquellen kurzschließen. Da die Rauschgrößen als Effektivwert festgelegt sind, mußt Du über die Rauschleistungen gehen. Das hast Du möglicherweise auch nicht gemacht. Du darfst Rauschspannungen z.B. nicht linear, sondern nur quadratisch addieren.

Ich hatte seinerzeit den Zinke/Brunswig, Hochfrequenztechnik I und II, Springer-Verl. genommen, da steht alles 'erschöpfend' drin. Bei Verstärkerketten ist z.B. das F der 1. Stufe entscheidend, also die 1. Empfängerstufe. Bei Leistungsanpassung wie üblich schwächt ein Dämpfungsglied auch nur das Signal ab, nicht jedoch das Rauschen, also wird das S/N genau um den Abschwächungsfaktor schlechter und damit das F.

[.....]

Bei Lehrbüchern bin ich auch skeptisch, ob die neueren unbedingt besser werden. Wenn ich an Küpfmüller mit der Systemtheorie denke, der hatte damals noch so geschrieben, daß man es direkt, wenn auch mit Anstrengung, ohne einen Berg anderer Bücher nachvollziehen konnte.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Das dürfte das Heft Nr. 7 gewesen sein..;-)

Gruß Ulrich

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Ulrich Strate

oh mir ist ein Fehler passiert :-(, es muß heißen:

F = 1 + Prv/Prg

Prg= Rauschleistung der Eingangsquelle des Vierpols am Ausgang betrachtet, bei Dir könnte man Un nehmen, das normalerweise vom Innenwiderstand des Generators Us stammt.

Prv= Rauschleistung der inneren Vierpol-Rauschquellen am Ausgang betrachtet, das wäre bei Dir Rn und Rl ohne Un.

Zur Kontrolle könnte man es auch über die Spannungen F=(S1/N1)/(S0/N0) berechnen.

mfg. Winfried

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Winfried Salomon

Am Rauschen der Eingangsstufe ändert sich überhaupt nichts. Die Gesamtrauschzahl wird um die Dämpfung grösser.

Dämpfungsglieder haben im allgemeinen die gleiche Ein- und Ausgangsimpedanz, die Dämpfung wird dabei in db angegeben. Einen Dämpfungsfaktor findet man in NF-Endstufen.

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Peter Voelpel

Zwischen zB Empfängereingang: offen, Nennwiderstand und Kurzschluß bei deinem 2m Gerät sollte sich das Rauschen am Ausgang Empfänger schon ändern. Wenn nicht, wäre das ein Grund, sich einige Gedanken zu machen.

Wer hätte das gedacht.

Neper wäre ungewöhnlich.

Was willst du damit sagen?

--
mfg hdw
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horst-d.winzler

Aber Rauschanpassung muss ja nicht gleich Leistungsanpassung bedeuten. Deshalb wollte ich es mal ganz allgemein rechnen.

Warum bleibt das Rauschen genau gleich? Ich habe z.B. das Rauschen der Antenne und dann noch das Rauschen aus den Widerständen aus dem Dämpfungsglied. Die Argumentation in meinem Buch ist genau so ... aber ich kann nicht glauben das das Rauschen gleich bleibt. Denn das würde bedeuten das das Dämpfungsglied genau so viel Rauschen hinzufügt wie es dämpft. Das wäre doch ein komischer Zufall.

Aber wenn ein Filter eine Einfügedämpfung von 3 dB hat, entspricht das ja einem Dämpfungsglied. Und ohne bekommt man dann u.U. Probleme mit der Intermodulation.

Tschüss Martin L.

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Martin Laabs

davon ist hier aber gar nicht die Rede, sondern vom vorschalten eines Dämpfungsgliedes vor einen Empfängereingang. Es geht wohl eher darum an einem Empfängereingang auch eine Antenne zu haben. Was glaubst Du denn warum man auf einem Rauschmessplatz abgleicht? Um anschliessend eine Kurzschlussbrücke auf den Eingang zu schrauben oder gar nichts an zu schliessen?

An "meinem" 2m Gerät ändert sich das Rauschen allerdings gar nicht, weil ich keins habe...

Dämpfungsglieder werden in der Regel auch mit der richtigen Systemimpedanz benutzt, also 50Ohm Eingang/50 Ohm Ausgang; oder man hat ein 75 Ohm System wie z.B. bei Satellitenempfängern für Radio/TV

Na ja, bei Dir weiss man das nie so genau

Ach?

das was ich geschrieben habe

was ist denn aus Deiner permanenten Kleinschrift geworden? Ist die nur zur reinen Provokation in d.c.f.a gedacht?

Reply to
Peter Voelpel

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