ingångsimpedans till OP

av **norman** » 2004-08-13 20:45

Hur hög impedans ungefär kan man ha till minusingången i ett inverterande* steg med förstärkning 5ggr med en NE5532 utan att man får problem med brus m.m.? (och om man byter ut NE5532 till en OPA2134?)
Vill ha runt 47k inimpedans.

Är själv inte så insatt i olika OP... mycket tacksam för svar!

*(ett motstånd från insignalen till minusingången, ett från utgången till minus och plusingången till jord)

av **Svante** » 2004-08-13 21:15

Nu ska vi se här, hur var det?

Resistanserna i sig ger en brusspänning som bara beror av resistansen (och temperaturen). Dessa ger ett visst bidrag på utgången.

Sen har OPn en biasström, och även den ger upphov till en störspänning eftersom den passerar genom dina motstånd.

Till sist har OPn en brusspänning på ingången, men nettoeffekten av den är oberoende av dina motstånd, så när som på förstärkningsfaktorn (closed loop).

Äh, Morello, hjälp!

av **ludo** » 2004-08-13 21:40

Om du kör med inverterad koppling, dvs ett motstånd i serie med minusingången (=R1) + ett motstånd fr utg till inv ing (=R2), så kan du anpassa motstånden så du får både 47k inimpedans och förstärkn =-5ggr.
R1 ska då ligga på c:a 50k o R2 på c:a 250k (Avcl=R2/R1).
Det totala bruset hos kopplingen kommer att vara (ungefär) lika med det termiska bruset hos motståndet som vid rumstemp för 50kohm är c:a 30nV/(sqrt Hz). Pga det rel höga bruset hos motståndet kommer de andra bruskällorna (som Svante räknde upp) inte bidra så mkt till det tot bruset.

av **norman** » 2004-08-13 21:43

Hmm hittade att "input noise current" skall vara 2,7pA/sqrt(HZ) vid 30hz och 0,7pA/sqrt(Hz) vid 1khz.

Vad menas med sqrt(Hz)?

Om jag gissar så menas det att bruset är beroende av frekvensen med 1/sqrt(f) där enheten för f är hz...

och om jag fortsätter gissningsleken och räknar lite:

U=47000*0.7e-12/sqrt(1000) = 3,29e-8 på ingången och då openloopförstärkningen är rätt stor vid 1khz så borde det bli hyffsat mycket brus på utgången....

Fast jag kanske har räknat och gissat helt fel..

av **ludo** » 2004-08-13 21:50

Bruset på ingången ska naturligtvis multipliceras med förstärkningen. Tot c:a 150nV/(sqrt Hz) vid rumtemp o c:a 1kHz då.

av **Svante** » 2004-08-13 21:54

Brusets styrka beror av hur stort frekvensområde man tittar på. Om du tittar mellan 20 och 20000 Hz så är bandbredden 19980 Hz, och om du har en brusström på 2,7pA/sqrt(Hz) så är brusströmmens effektivvärde 2,7e-12*sqrt(19980)=382pA. Om den strömmen går genom ett motstånd på 47 kohm så blir brusspänningen över det 382e-12*47e3=18 uV (utöver det termiska bruset från motståndet självt).

av **norman** » 2004-08-13 21:59

Svante skrev:Brusets styrka beror av hur stort frekvensområde man tittar på. Om du tittar mellan 20 och 20000 Hz så är bandbredden 19980 Hz, och om du har en brusström på 2,7pA/sqrt(Hz) så är brusströmmens effektivvärde 2,7e-12*sqrt(19980)=382pA. Om den strömmen går genom ett motstånd på 47 kohm så blir brusspänningen över det 382e-12*47e3=18 uV (utöver det termiska bruset från motståndet självt).

Såklart att det är beroende på bandbredden... nu känner jag mig dum... :oops:

Tack för förklaringen!

Fast man kan då anta att bruset blir rätt högt med 47k på ingången..?.. har ingen direkt uppfattning om hur mycket ett försteg brukar brusa...

av **Svante** » 2004-08-13 22:00

Ytterligande ett förtydligande: Att man anger brusets styrka med sqrt(Hz) bygger på antagandet att bruset är vitt, dvs fördelat lika i alla (linjära) frekvensband. Det finns alltså lika mycket bruseffekt mellan 100 och 200 Hz som mellan 1000 och 1100 Hz. Däremot kan man inte säga hur stor bruseffekten är vid 1000 Hz. Man måste alltid ha en bandbredd. Om vi gör "bandet" runt 1000 Hz oändligt smalt, så blir bruseffekten i det noll.

Bla detta skiljer brus från sinustoner.

av **norman** » 2004-08-13 22:04

Svante skrev:Däremot kan man inte säga hur stor bruseffekten är vid 1000 Hz. Man måste alltid ha en bandbredd. Om vi gör "bandet" runt 1000 Hz oändligt smalt, så blir bruseffekten i det noll.

Bla detta skiljer brus från sinustoner.

Är med på detta! Trots att man läst en massa matte och en del signalbehandling så slutar inte grodorna att hoppa ur munnen... :wink:

av **Svante** » 2004-08-13 22:07

norman skrev:Fast man kan då anta att bruset blir rätt högt med 47k på ingången..?.. har ingen direkt uppfattning om hur mycket ett försteg brukar brusa...

Nja, har man väl räknat ut hur mycket brusspänning man har på utgången (i uV) är det ju en smal sak att räkna ut SNR relativt nån signalspänning. Jag känner mig lite rostig i det här resonerandet, jag tror det är bäst att invänta Morello ändå, han skriver säkert nåt snart. :wink:

av **Svante** » 2004-08-13 22:08

norman skrev:
Svante skrev:Däremot kan man inte säga hur stor bruseffekten är vid 1000 Hz. Man måste alltid ha en bandbredd. Om vi gör "bandet" runt 1000 Hz oändligt smalt, så blir bruseffekten i det noll.

Bla detta skiljer brus från sinustoner.

Är med på detta! Trots att man läst en massa matte och en del signalbehandling så slutar inte grodorna att hoppa ur munnen...

Jo, vi "skrev om" varann...

av **norman** » 2004-08-13 22:11

Kollade opa2134 nu och den har 3fA/sqrt(hz) så den är nog mer lämplig om jag vill ha lite högre inimpedans.

av **d_anders** » 2004-08-13 23:52

Fast det termiska, vita, bruset från motståndet kommer du ändå inte ifrån. Jag räknade lite på detta i tråden om den "ofärgande förförstärkaren". Med 47kOhm skulle jag gissa att du får ett SNR runt 90 dB för motståndet.

Ubrus=sqrt(4kTBR), k=1,38066*10^-23, T=temp i grader kelvin, B=brusbandbredd (= -3dB bandbredd *1.5 har jag för mig), R = resistans.

av **Morello** » 2004-08-14 00:06

norman skrev:Hur hög impedans ungefär kan man ha till minusingången i ett inverterande* steg med förstärkning 5ggr med en NE5532 utan att man får problem med brus m.m.? (och om man byter ut NE5532 till en OPA2134?)
Vill ha runt 47k inimpedans.

Är själv inte så insatt i olika OP... mycket tacksam för svar!

*(ett motstånd från insignalen till minusingången, ett från utgången till minus och plusingången till jord)

47 k in innebär 235 k ohm från utgång till minusingång för G=-5. Termiskt brus från motstånden blir:

sqrt(1.6*10^-20*47k*235k/(47k+235k))=25nV/rt(Hz), vilket är cirka 10 dB mer än ingångsbruset från en OPA134.

Summeras detta kvadratiskt (vilket man gör för okorrelerade källor) får vi 26 nV/rt(Hz). med 20 k bandbredd får vi ett brus på:

-110 dBV

av **norman** » 2004-08-14 11:43

Tackar för alla svar! Nu tror jag cirkusen i mitt huvud har släppt..

Efter lite räkning så tror jag att det får bli en opa2134, dumt med onödigt brus...

av **Morello** » 2004-08-14 14:50

En bra siffra att minnas är:

4*k*T=1.6*10^-20 (vid rumstemp.)

av **norman** » 2004-08-14 22:16

Morello skrev:En bra siffra att minnas är:

4*k*T=1.6*10^-20 (vid rumstemp.)

Det bygger väl på att "de ledande" elektronerna i en ledare (lite förenklat) kan beskrivas som en fermi-dirac gas. Fast borde det inte bli lite olika med olika material? (tänker nu på att kolytskiktsmotstånd skall brusa mer, fast det kanske inte alls går att applicera samma FD-gasmodell på kol..?..)

av **d_anders** » 2004-08-15 00:10

Vet inte hur det blir exakt, men jag har läst i en brusbok att kolmotstånd har ett frekvensberoende brus. Lite tråkigt, men det brusar antagligen inte speciellt mycket. Kan inte minnas någon formel för dessa, man kanske får titta på diagram.

av **Morello** » 2004-08-15 19:18

Utöver det som tagits upp, dvs termiskt brus, finns det andra brusmekanismer. Totalt brus från en halvledare har inte en konstant spektral fördelning. Föroreningar i substraten bidrar med "pop corn"-brus etc etc.

För den som vill läsa mer om brus kan jag rekommendera "OP-amps for eveyone". Boken är gratis och kan laddas ner från www.ti.com.

ingångsimpedans till OP

ingångsimpedans till OP

Re: ingångsimpedans till OP