Schaltungstechnik

15 Rauschen

Prof. Dr. Jörg Vollrath

14 Colorimeter

Elektronik 3, Rauschen

Video der 15. Vorlesung 11.5.2021

Länge: 1:02:43

0:0:5 Colorimeter

0:3:12 Simulation Colorimeter

0:7:55 Ausgeschaltet, Einschalten, Betrieb, Ausschalten

0:15:37 CN0363 weiterentwickelte Schaltung

0:19:22 Weisses Rauschen Signal und Häufigkeit

0:21:32 Cresting Factor Vpp = 6.6 Vrms

0:26:0 Simulation Rauschen mit JavaScript Math.random

0:30:50 Frequenzbereich konstante Amplitude, zufällige Phase

0:32:42 Gaußverteilung

0:35:8 HTML code FFT, Spannungswerte

0:37:20 Pink Noise

0:37:55 Diodenrauschen

0:42:42 Halbleiterrauschen

0:43:18 Beispielrechnung

0:44:30 Schaltbild

0:47:8 Werte

0:51:50 1. Schaltbild

0:53:20 Stromgleichung

1:0:0 Bandbreite

1:4:56 VnR2 = 0.14 mV

1:6:50 VnR1 =

1:11:3 Vout,nR1 = 550 uV

1:11:58 Vinp =

1:17:59 Vinp = 38 uV

1:18:37 Veop =

1:20:30 Veop = 38 uV

1:25:14 Vnges = 583 uV

Übersicht

Rauschen

Darstellung 6.1a
White Noise, Pink Noise 6.2
Widerstandsrauschen 6.3
Halbleiterrauschen 6.4
Rechenbeispiel Invertierender Operationsverstärker

Unit 6, 1-7

Amplitude, Spektrum, Histogram

Simulation Rauschen mit FFT in Javascript

Kann man die Eigenschaften von weissen Rauschen mit einer Simulation bestätigen?

JavaScript

1. Versuch
Zufallszahlen erzeugt mit Math.random() 0..1
Erzeugung der FFT und des Histogramms
2. Versuch
Erzeugung der FFT mit zufälliger Phase
Erzeugung der Zeitdaten und des Histogramms.
Gaussverteilung, Vpp = 6.6 Vrms (Cresting factor, Scheitelfaktor)

Spektrum und Noise Density
Ein Spektrum normiert die Spectral Density mit 1 Hz.
Ae = 20 log(en)
Effektivwert vom Spektrum:
Ae + 20 * log(NFFT/2)

Widerstandsrauschen

$U_{nR} = \sqrt{4 k T R BW}$

$BW = \frac{\pi}{2} f_{3dB}$

Ein Widerstand von 1 MOhm hat bei einer Bandbreite von 100 Hz eine Rauschspannung größer 1 uV.

U6.1 Aufgabe

Rauschen eines invertierenden Operationsverstärkers
Ähnlich U4 Folie 34
Rauschspannungsquelle
Rauschstromquelle
Widerstandsrauschen

T = 80 C
R1 = 100kΩ
R2 = 1MΩ
en = 3 nV/

$\sqrt{Hz}$
in = 30 fA/

$\sqrt{Hz}$
GBW = 10 MHz
Berechnen Sie den Beitrag der einzelnen Rauschquellen am Ausgang.
Wie groß ist die äquivalente Eingangsrauschspannungsquelle?

InvNoiseOpAmp.asc

Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE 224 16 160 16
WIRE 336 16 304 16
WIRE 432 16 416 16
WIRE -112 112 -176 112
WIRE 0 112 -32 112
WIRE 160 112 160 16
WIRE 160 112 80 112
WIRE 240 112 160 112
WIRE 240 128 240 112
WIRE 288 128 240 128
WIRE 432 144 432 16
WIRE 432 144 352 144
WIRE 496 144 432 144
WIRE -176 160 -176 112
WIRE 160 160 160 112
WIRE 160 160 32 160
WIRE 288 160 192 160
WIRE 192 176 192 160
WIRE 32 192 32 160
WIRE 32 288 32 272
WIRE 192 288 192 256
FLAG 192 288 0
FLAG -176 160 0
FLAG 32 288 0
FLAG 496 144 Vout
SYMBOL res 96 96 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 100k
SYMBOL voltage -128 112 R270
WINDOW 0 32 56 VTop 2
WINDOW 3 -32 56 VBottom 2
SYMATTR InstName VeR1
SYMATTR Value 55�
SYMBOL res 320 0 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 1MEG
SYMBOL voltage 432 16 R90
WINDOW 0 -32 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName VeR2
SYMATTR Value 174�
SYMBOL voltage 192 160 R0
SYMATTR InstName Veop
SYMATTR Value 3.76�
SYMBOL current 32 192 R0
SYMATTR InstName Ieop
SYMATTR Value 37.6p
SYMBOL Opamps\\opamp 320 80 R0
SYMATTR InstName U1
TEXT -72 192 Left 2 !.op
TEXT 264 208 Left 2 !.include opamp.sub

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