Hur tolka brusdensitet och slew rate??

[Beagles]

Har några frågor om instrumentförstärkare som egentligen är väldigt intressant ur allmänt förstärkarperspektiv.

1. Om ett data blad för en komponent anger brusförhållandet i enheten [nV/sqr*Hz] vid säg 1 kHz och 1000ggr förstärkning, hur skall man tolka den siffran? Vad skall man ha i åtanke, är det min tänkta insignal och tänkta förstärkning?? man vet ju inte vad som är bra och hur man skall förhålla sig

2.Angående slewrate, så anger till exempel en förstärkar komponent AD625 att dess slewrate är 5V/us. I mitt fall har jag ett signalspann in på förstärkaren på 10V peak-to-peak och ett LP-filter efter AD625 som är begränsat till 100Hz. 1/f LP-filter ger att jag får en tid på 10 000 us...är det rätt att anta att jag då klarar mig med en slewrate på 10V / 10 000 us = 1mV/us??? Eller har jag räknat helt fel??

Tacksam för ideér!!

[Svante]

Har några frågor om instrumentförstärkare som egentligen är väldigt intressant ur allmänt förstärkarperspektiv.
1. Om ett data blad för en komponent anger brusförhållandet i enheten [nV/sqr*Hz] vid säg 1 kHz och 1000ggr förstärkning, hur skall man tolka den siffran? Vad skall man ha i åtanke, är det min tänkta insignal och tänkta förstärkning?? man vet ju inte vad som är bra och hur man skall förhålla sig

Styrkan på ett brus kan man inte studera vid en frekvens. Man måste välja ett frekvensområde. Det är liksom innebörden av tex vitt brus; det innehåller lika mycket effekt i för varje frekvensområde som är x Hz brett. Så tittar man mellan 0 och 10 000 Hz, så finns det lika mycket effekt där som mellan 10 000 och 20 000 Hz. Styrkan skulle man kunna uttrycka i watt per hertz, där hertzen är bandbredden som man tittar inom.

Nu lämnar som regel förstärkare en konstant utspänning, som är relativt oberoende av lastresistansen. Så för att en angivelse i W/Hz ska vara vettig måste man även ange lastresistansen. Oftast gör man inte det utan man talar i stället om hur stor brusspänningens effektivvärde är i relation till betraktad bandbredd, och denna storhet får då den aningen märkliga enheten volt per rotenur(hertz). Så säg att du observerar frekvenser mellan 0 och 100 Hz, och har en brusdensitet på 5 nV/rt(Hz) så kommer brusets effektivvärde att vara 5nV*rt(100Hz)=50nV.

Fö kan man säga att om man för ett brus kan ange en frekvensoberoende brusdensitet, så är bruset vitt. Fundera på det.

2.Angående slewrate, så anger till exempel en förstärkar komponent AD625 att dess slewrate är 5V/us. I mitt fall har jag ett signalspann in på förstärkaren på 10V peak-to-peak och ett LP-filter efter AD625 som är begränsat till 100Hz. 1/f LP-filter ger att jag får en tid på 10 000 us...är det rätt att anta att jag då klarar mig med en slewrate på 10V / 10 000 us = 1mV/us??? Eller har jag räknat helt fel??

Tacksam för ideér!!

Nja, helt fel är det inte. Men lite. Slew rate rär sig ju om maximal derivata. Derivatan av signalen U*sin(wt) är ju U*w*cos(wt). Toppvärdet för derivatan blir alltså U*w=U*2*pi*f. Om toppvärdet U är 10V så är alltså maximala derivatan vid 100 Hz 10V*2*pi*100Hz=6283 V/s = 6,283 mV/µs. Så så illa var det inte .

[Beagles]

Tackar så mycket för det svaret!

Att man använder en periodisk modell för att studera slewrate, vad har det för bakgrund? Och att man tittar på toppvärdet, det antar jag är för att se maximal slewrate

Så bruset man får är helt enkelt bara vid vilket frekvensband man är intresserad av och multiplicera med densiteten?

Däremot så har jag funerat på det där med frekvensoberoende densitet och har inte riktigt kommit fram till vad du menade..

Mvh hälsning Peter

[Svante]

Tackar så mycket för det svaret!

Att man använder en periodisk modell för att studera slewrate, vad har det för bakgrund? Och att man tittar på toppvärdet, det antar jag är för att se maximal slewrate

Ja, just det, slew rate är ju väldigt nära förknippad med toppvärdet av spänningslutningen (=spänningsderivatan). Att jag använder en sinus (det är väl det du menar med "periodisk modell"?) beror på att vi tittde i frekvensdomänen (filtret gick ju upp till 1000 Hz (var det så)) och då faller det sig naturligt att ta en frekvens, dvs en sinus.

Så bruset man får är helt enkelt bara vid vilket frekvensband man är intresserad av och multiplicera med densiteten?

Ja, fast roten ut bandbredden, dvs är det 0-100 Hz så ska du multiplicera med 10. Vidare brukar siffrorna vara ekvivalent ingångsbrus, så är förstärkningen 1000 så blir utgångsbruset 1000 ggr större.

Exempel: Om förstärkningen är 100 och brusdensiteten 5 nV/rt(Hz) så kommer effektivvärdet på bruset i bandet 0-400Hz att bli 5e-9*rt(400)*100 nV=5*20*100 nV=10 000 nV=10 µV.

Nu brukar det även finnas ett brus i ingångsströmmen som kan adderas till spänningsbruset. Om det spelar någon roll beror på hur högohmigt ingångarna drivs. Men det är en annan femma.

Däremot så har jag funerat på det där med frekvensoberoende densitet och har inte riktigt kommit fram till vad du menade..

Jo om det är lika mycket brus mellan 0 och 10 000 Hz som det är mellan 10 000 och 20 000 Hz så "funkar" ju formeln som jag använde förut. Jag pratade ju bara om en "bandbredd", tex 0-400 Hz, fast jag hade lika gärna kunnat titta mellan 400 och 800 Hz. Självaste enheten nV/rt(Hz) indikerar att de inte spelar någon roll runt vilken frekvens bandet ligger, alltså är brusdensiteten frekvensoberoende och då måste ju bruset vara vitt.

[Morello]

Ska man vara petig bör man beakta att brusdensiteten inte är konstant, utan lutar med 6dB/oktav vid låga frekvenser om vi tittar på en OP tex. I praktiken har det inte så stor betydelese, förutsatt att knäpunkten,dvs den punkt där bruset börjar öka, har tillräckligt låg frekvens. Örat är som bekant inte så känsligt vid låga frekvenser.


Vidare bör man tänka på att brusförstärkningen i en inverterande OP-koppling är +1 större än signalförstärkningen. En inverterande spänningsföljare har alltså brusförstärkningen 6dB och signalförstärkningen 0dB.

Räkneexempel

Icke-inverternade OP-koppling med 20.8dB förstärkningn.
Återkopplingmotstånd=10k ohm
Motstånd från minusingång till jord=1k ohm
Ingångsbrus: 10 nV/rt(Hz) samt 10pA/rt(Hz)

Termiskt brus: 10k//1k=909 ohm ekvivalent brusresistans

rt(4kT*909)=3.8nV/rt(Hz)

Strömbrusets spänningsfall över den ekvivalenta resistans sett från ingången: 909*10p=9nV/rt(Hz)

Totalt ekvivalent ingångsbrus:

rt(9n^2+10n^2+3.8n^2)=14nV/rt(Hz)

dvs cirka 3 dB mer än bara OP'ns ingångsbrus.

[IngOehman]

Det bör tilläggas att den bruskarakeristik som Svante skissade inte är den som förstärkare har.

Praktiska förstärkares brus beskrivs i regel ganska bra av en kombination av vitt brus och lågfrekvensbrus, vars extremversion är offsetspänningen.

En förstärkares brus angivet såsom X nV/SQR(Hz), är därför i regel relavant bara över några hundra Hz, eller så. Det uttryckssättet inbegriper ju en vit spektralkaraktär.

En faktisk förstärkare har sålunda typiskt oerhört mycket mera brus 0-10 000 Hz än 10 000 - 20 000 Hz. Däremot kan mängen mellan 200 - 10 000 Hz överensstämma ganska bra med den mellan 10 000 och 19 800 Hz. Fast detta beror på var knäfrekvensen ligger.


Vh, iö


[Edit: Va i helskotta! Här sitter man å skriver, och sen kommer någon och vill ha högtalare mitt i alltihopa, och sen när man kommer tillbaka och äntligen postar sitt inlägg har redan Morello gjort det, det vill säga pratat om ungefär samma sak... ]

[Flint]

Det bör tilläggas att den bruskarakeristik som Svante skissade inte är den som förstärkare har.

Praktiska förstärkares brus beskrivs i regel ganska bra av en kombination av vitt brus och lågfrekvensbrus, vars extremversion är offsetspänningen.

En förstärkares brus angivet såsom X nV/SQR(Hz), är därför i regel relavant bara över några hundra Hz, eller så. Det uttryckssättet inbegriper ju en vit spektralkaraktär.

En faktisk förstärkare har sålunda typiskt oerhört mycket mera brus 0-10 000 Hz än 10 000 - 20 000 Hz. Däremot kan mängen mellan 200 - 10 000 Hz överensstämma ganska bra med den mellan 10 000 och 19 800 Hz. Fast detta beror på var knäfrekvensen ligger.


Vh, iö


[Edit: Va i helskotta! Här sitter man å skriver, och sen kommer någon och vill ha högtalare mitt i alltihopa, och sen när man kommer tillbaka och äntligen postar sitt inlägg har redan Morello gjort det, det vill säga pratat om ungefär samma sak... ]

Jäkla kunder. Stör det logiska flödet i brusdebatten. Dagens mediabrus. Som för telefonsäljare. Jobbet vore bra om man slapp telefonen.

[IngOehman]

Ja, sluta kom å köp av mig är ni snälla.

[Svante]

Samtidigt kan man ju undra om någon någonsin störts av bruset under 200 Hz i en vanlig anläggning. Jag tycker nog att det hörs mest däruppe i diskanten jag.

Jag menar, även om man lutar brusdensiteten med -6 dB/oktav under 200 Hz (basförstärkning, alltså) så finns det inte så mycket bandbredd därnere (det finns ju ganska få hertz under 200 ) så att effekterna blir något att bråka om. I varje fall inte kombinerat med örats lägre känslighet där (som ju fö lutar med ungefär 6dB/oktav för låga nivåer och låga frekvenser) Större delen av den hörbara effekten hamnar i diskanten.

Men nu var det ju inte bråk ni gjorde utan förtydliganden så det var ju bra.

[Flint]

Samtidigt kan man ju undra om någon någonsin störts av bruset under 200 Hz i en vanlig anläggning. Jag tycker nog att det hörs mest däruppe i diskanten jag.

Jag menar, även om man lutar brusdensiteten med -6 dB/oktav under 200 Hz (basförstärkning, alltså) så finns det inte så mycket bandbredd därnere (det finns ju ganska få hertz under 200 ) så att effekterna blir något att bråka om. I varje fall inte kombinerat med örats lägre känslighet där (som ju fö lutar med ungefär 6dB/oktav för låga nivåer och låga frekvenser) Större delen av den hörbara effekten hamnar i diskanten.

Men nu var det ju inte bråk ni gjorde utan förtydliganden så det var ju bra.

Rörbrus verkar ligga lägre i frekvens och därmed höras som mindre störande i förhållande till halvledarbrus.

[Flint]

Ja, sluta kom å köp av mig är ni snälla.

Jag kan nog lova att jag aldrig kommer att störa dig i dina Forumsaktiviteter. Du verkar inte kapabel att kunna åstadkomma så dåliga grejer som jag föredrar. Jag får nog tota ihop mina egna distburkar för att bli nöjd. Men då slipper du ju i alla fall en kund. Var glad för det. Jag är ingen lätt kund.

[Beagles]

Aha...förstärkar kopplingar förstärker brus +1 mot signalförstärk...intressant!!

Jag har sett i en design en gång där ett 4-poligt LP Butterworth med gränsfrekvens på 200Hz, hade en inverterande förstärkarkoppling med unity gain koppling (spänningsföljare) EFTER sig..

Förutom de 2 motstånden på vardera 10k, så satt det även en kap. parallellt med motståndet mellan negativ ingång och utgång...vilket då bildade ett LP filter.

Gränsfrekvensen var i MHz området vill jag minnas, men jag har inte förstått varför det satt ett filter med högre gränsfrekvens efter Butterworth filtret. Inverteringen behövdes för att balansera upp signalen, men kan kapacitansen kanske varit för att dämpa bruset från inverterar kopplingen då??

Eller annan orsak till att man har ett filter med HÖGRE gränsfrekvens efter ett filter med lägre gränsfrekvens..?

Hoppas ni fattar vad jag menar

[Svante]

Aha...förstärkar kopplingar förstärker brus +1 mot signalförstärk...intressant!!

Jag har sett i en design en gång där ett 4-poligt LP Butterworth med gränsfrekvens på 200Hz, hade en inverterande förstärkarkoppling med unity gain koppling (spänningsföljare) EFTER sig..

Förutom de 2 motstånden på vardera 10k, så satt det även en kap. parallellt med motståndet mellan negativ ingång och utgång...vilket då bildade ett LP filter.

Gränsfrekvensen var i MHz området vill jag minnas, men jag har inte förstått varför det satt ett filter med högre gränsfrekvens efter Butterworth filtret. Inverteringen behövdes för att balansera upp signalen, men kan kapacitansen kanske varit för att dämpa bruset från inverterar kopplingen då??

Eller annan orsak till att man har ett filter med HÖGRE gränsfrekvens efter ett filter med lägre gränsfrekvens..?

Hoppas ni fattar vad jag menar

Det låter som om den lilla kondingen var till för att skapa stabilitet och har nog inte så mycket med brus och tonurva (i det hörbara området) att göra. Gissning: var det en TL07x-OP? De behöver en liten konding om återkopplingsmotstånden är stora. 10k borde gå iofs, har jag för mig.

[Svante]

Samtidigt kan man ju undra om någon någonsin störts av bruset under 200 Hz i en vanlig anläggning. Jag tycker nog att det hörs mest däruppe i diskanten jag.

Jag menar, även om man lutar brusdensiteten med -6 dB/oktav under 200 Hz (basförstärkning, alltså) så finns det inte så mycket bandbredd därnere (det finns ju ganska få hertz under 200 ) så att effekterna blir något att bråka om. I varje fall inte kombinerat med örats lägre känslighet där (som ju fö lutar med ungefär 6dB/oktav för låga nivåer och låga frekvenser) Större delen av den hörbara effekten hamnar i diskanten.

Men nu var det ju inte bråk ni gjorde utan förtydliganden så det var ju bra.

Rörbrus verkar ligga lägre i frekvens och därmed höras som mindre störande i förhållande till halvledarbrus.

Ah, ja, jag är ju inte så slängd i det där med rör.

[IngOehman]

Ja, sluta kom å köp av mig är ni snälla.

Jag kan nog lova att jag aldrig kommer att störa dig i dina Forumsaktiviteter. Du verkar inte kapabel att kunna åstadkomma så dåliga grejer som jag föredrar. Jag får nog tota ihop mina egna distburkar för att bli nöjd. Men då slipper du ju i alla fall en kund. Var glad för det. Jag är ingen lätt kund.

Det där låter ju nästan som en utmaning...


Vh, iö


PS. Rör ger ofta en massa EXTRA brus vid låga frekvenser, men det gör näppeligen att det högfrekvensiga hörs väsentligt mindre. däremot kan ju ett mörkar brus är vitt vara snyggare att lyssna till, men välkonstruerade saker har ju inget hörbart brus överhuvudtaget. Med goda marginaler till och med.


PPS. Vad jag vände mig mot i ditt inlägg Svante, var inte att du missade något hörbart brus, utan att du antydde att mängden brus rent tekniskt var samma under 10 kHz som 10 - 20 kHz, vilket inte gäller för en förstärkare från verkliga livet. Men du har självklart helt rätt i att detta är mer av ett tekniskt kuriosum än någon man behöver oroa sig för. I mätsammanhang kan det vara en väsentlig faktor dock.

[Beagles]

Har kollat lite regler teknik nu och det ser ut som en lead kompensering för det 4-poliga Butterworth filtret kjag nämnde förut. Lite fint alltså, just för stabilitet och undvika självsvängning. Det är det som är så fint med op kopplingar, reglerteknik går direkt att använda för återkopplade och icke återkopplade system, rena fina överföringsfunktioner direkt

[Nattlorden]

Det där låter ju nästan som en utmaning...

Släng ihop den bästa kompromissen på de sämsta kommersiella elementen du har liggande, så blir han kanske kanonnöjd.

Ps. Flint - det var inget personligt påhopp på dig, enbart ett skämt.

[Svante]

PPS. Vad jag vände mig mot i ditt inlägg Svante, var inte att du missade något hörbart brus, utan att du antydde att mängden brus rent tekniskt var samma under 10 kHz som 10 - 20 kHz, vilket inte gäller för en förstärkare från verkliga livet. Men du har självklart helt rätt i att detta är mer av ett tekniskt kuriosum än någon man behöver oroa sig för. I mätsammanhang kan det vara en väsentlig faktor dock.

Ok, ja det har du ju rätt i.

[Morello]

Apropå rör, visste ni att RF-trioden 6922/6DJ8 har en ekvivalent brusresistans om blott 300 ohm, dvs dryga 2 nV/rt(Hz)?
Faktiskt tystare än de flesta UHF/VHF-JFET:ar på marknaden.

[Flint]

Apropå rör, visste ni att RF-trioden 6922/6DJ8 har en ekvivalent brusresistans om blott 300 ohm, dvs dryga 2 nV/rt(Hz)?
Faktiskt tystare än de flesta UHF/VHF-JFET:ar på marknaden.

Vet inte men lågbrusigt verkar det ju höras. På papperet låter värdet kalas. Nackdelen är väl att det då också bör drivas med en motsvarande låg impedans för att man ska kunna utnyttja det. Sen har ju lågt ri ett annat pris. Förhållandevis låg förstärkning. Rätta mig om jag har fel.