Ein DC-Signal von ±1 mV F.S. soll innerhalb einiger s auf 100 000 Digit aufgelöst werden, entsprechend ± 10 nV: Manchmal kommen Anforderungen auf einen zu, die man mit handelsüblichen OP nicht erfüllen kann, wobei man zuerst eine gründliche Recherche durchführen sollte, es kommt schliesslich fast jeden Tag was neues raus. Es bleibt einem trotzdem ab und zu wenig übrig, als notgedrungen einen Verstärker selbst zu bauen, einen sog. Composite Amplifier. Im besprochenen Fall liegt der Focus auf sehr geringem Rauschen bei gleichzeitig sehr geringer Offsetdrift.
Der im Anhang gezeigte Verstärker ist ein nichtinvertierender Verstärker für sehr kleine Spannungen aus relativ niederohmigen Quellen. Für hochohmigere Quellen müsste man die Transistorpaare durch FETs wie z. B. LSK 389 ersetzen und die Schaltung anpassen.
Die Verstärkung ist gain = 1 + R14/R15 = 100. (Dass die verstärkungsbestimmmenden R eine bestimmte Qualität haben müssen, liegt auf der Hand) Damit sind wir bei einer Spannung von ± 100 mV, dadurch sind die nachfolgenden Verstärkerstufen belanglos. Als AD-Wandler bietet sich ein mittlerweile preiswerter 24 Bit Sigma-Deta-Wandler an, aber das ist nicht das Thema hier.
Die thermische Offsetdrift richtet sich nach U1 und beträgt typ. 2,5 nV/K. Wer es nicht so gut braucht, kann auch einen billigeren OP einsetzen.
Das Rauschen wird massgeblich durch U3, 4, 5 bestimmt, das auf den Eingang bezogene Rauschen beträgt ca. 500 pV / Wurzel(Hz) ab ca. 10 Hz. Wenn man U4,5, weglässt, kommt man auf ca. 800 pV/ Wurzel (Hz). Wer ein besseres 1/f Rauschen braucht, wird etwas suchen müssen.
Wobei Rauschangaben immer typisch und mit Vorsicht zu interpretieren sind. Wer es genauer wissen will:
Über die notwendigerweise sehr sauberen Betriebsspannungen habe ich mich an anderer Stelle bereits geäussert.
Der im Anhang gezeigte Verstärker ist ein nichtinvertierender Verstärker für sehr kleine Spannungen aus relativ niederohmigen Quellen. Für hochohmigere Quellen müsste man die Transistorpaare durch FETs wie z. B. LSK 389 ersetzen und die Schaltung anpassen.
Die Verstärkung ist gain = 1 + R14/R15 = 100. (Dass die verstärkungsbestimmmenden R eine bestimmte Qualität haben müssen, liegt auf der Hand) Damit sind wir bei einer Spannung von ± 100 mV, dadurch sind die nachfolgenden Verstärkerstufen belanglos. Als AD-Wandler bietet sich ein mittlerweile preiswerter 24 Bit Sigma-Deta-Wandler an, aber das ist nicht das Thema hier.
Die thermische Offsetdrift richtet sich nach U1 und beträgt typ. 2,5 nV/K. Wer es nicht so gut braucht, kann auch einen billigeren OP einsetzen.
Das Rauschen wird massgeblich durch U3, 4, 5 bestimmt, das auf den Eingang bezogene Rauschen beträgt ca. 500 pV / Wurzel(Hz) ab ca. 10 Hz. Wenn man U4,5, weglässt, kommt man auf ca. 800 pV/ Wurzel (Hz). Wer ein besseres 1/f Rauschen braucht, wird etwas suchen müssen.
Wobei Rauschangaben immer typisch und mit Vorsicht zu interpretieren sind. Wer es genauer wissen will:
- Motchenbacher & Fitchen: Low noise electronic design, 1973
- Motchenbacher, Conelly. Low Noise Electronic System Design, Wiley 1993
- Rich, Alan: Noise Calculations in OP Amp Circuits, Linear Technology Design Notes #15, Milpitas,CA, 1988
Über die notwendigerweise sehr sauberen Betriebsspannungen habe ich mich an anderer Stelle bereits geäussert.
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