psynoise:
Om du söker på "equivalent noise bandwidth" så hittar du bl a följande:
http://www.k-state.edu/ksuedl/publicati ... dwidth.pdf
I table 1 har du svaret på din fråga.
I samband med ljudutrustning behöver man inte ta hänsyn till bruset utanför det hörbara området d v s 20 Hz - 20 kHz. Hörseln känslighet faller mycket snabbt över högsta gränsfrekvensen som beroende på bl a ålder är ca 10-20 kHz. Om man vill göra en noggrannare analys ska man istället införa ett vägningsfilter som tar hänsyn till örats olika känslighet för olika frekvenser. Slutsatsen psynoise är att din analys duger alldeles utmärkt.
Om man däremot inför ett lågpassfilter mitt i det hörbara området t ex vid 2 kHz så är det lämpligt att beräkna "equivalent noise bandwidth" för att erhålla bruset i hela det hörbara området.
Förväxla nu inte beräkning av brusegenskaperna hos en OP koppling inom det hörbara frekvensområdet med mätning av brusegenskaperna. Vid mätning måste man införa ett filter som begränsar bandbredden till 20 kHz.
Brus i operationsförstärkarkopplingar
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Jag tyckte det var intressant att försöka beräkna bruset från
en inverterande koppling med NE5532 så jag försökte mig på
2 olika varianter som ger ungefär samma resultat.
Enklaste varianten av de 2 jag testat finns beskriven i Harris
Linear ICs databook som jag har i hyllan. AN519 intersil.
Man ställer helt enkelt upp en tabell och skriver ner brusdata
dekad för dekad. Sedan summeras alla ingående bruskällor och
prickas in i ett diagram. Arean under kurvan motsvarar bruset
på ingången som multipliceras med aktuell noise gain.
I fallet med NE5532 fanns inte alla data för strömbruset så då
kan man gissa mellanliggande värden.
Ja det blir nog ganska så användbara resultat som duger.
en inverterande koppling med NE5532 så jag försökte mig på
2 olika varianter som ger ungefär samma resultat.
Enklaste varianten av de 2 jag testat finns beskriven i Harris
Linear ICs databook som jag har i hyllan. AN519 intersil.
Man ställer helt enkelt upp en tabell och skriver ner brusdata
dekad för dekad. Sedan summeras alla ingående bruskällor och
prickas in i ett diagram. Arean under kurvan motsvarar bruset
på ingången som multipliceras med aktuell noise gain.
I fallet med NE5532 fanns inte alla data för strömbruset så då
kan man gissa mellanliggande värden.
Ja det blir nog ganska så användbara resultat som duger.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
4kTRB:
Som du kan se i dina uträkningar med den approximativa metoden med rektanglar och trianglar så är bidraget från areorna A,B,C,D försumbart i jämförelse med arean E.
Det beror på att bandbredden är mycket större för denna delen i jämförelse med de övriga.
Detta är en bra illustration på varför man oftast inte behöver räkna exakt och ta hänsyn till 1/f-bruset utan kan nöja sig med att approximera brustätheten med sitt värde vid 1 kHz.
Som du kan se i dina uträkningar med den approximativa metoden med rektanglar och trianglar så är bidraget från areorna A,B,C,D försumbart i jämförelse med arean E.
Det beror på att bandbredden är mycket större för denna delen i jämförelse med de övriga.
Detta är en bra illustration på varför man oftast inte behöver räkna exakt och ta hänsyn till 1/f-bruset utan kan nöja sig med att approximera brustätheten med sitt värde vid 1 kHz.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Allt beroende på användningsområde vad man ska
ta med givetvis. Det finns ju anledning till varför
tillverkarna kämpar med att reducera 1/f bruset.
Sedan i det här exemplet så är det ingen hög förstärkning
och då får 1/f bruset inte så stor inverkan. Inte heller
popkorn-bruset.
Sedan i resistorer så finns det "excess noise" som också
är ett 1/f brus som plussas på det termiska bruset. Så
desto fler resistorer som ingår desto värre blir det.
ta med givetvis. Det finns ju anledning till varför
tillverkarna kämpar med att reducera 1/f bruset.
Sedan i det här exemplet så är det ingen hög förstärkning
och då får 1/f bruset inte så stor inverkan. Inte heller
popkorn-bruset.
Sedan i resistorer så finns det "excess noise" som också
är ett 1/f brus som plussas på det termiska bruset. Så
desto fler resistorer som ingår desto värre blir det.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Ville även testa arbetsgången för att beräkna bruset med integraler.
Både för att jämföra resultatet och få lite övning.
Eftersom jag har tillgång till MathCad så sparas en del arbete med att
beräkna integralerna för hand även om det inte blir några svårare operationer
i det här fallet.
I databladet för NE5532 från Philips finns endast en kurva över spänningsbruset.
Strömbruset är så lågt att de nog inte anser det vara viktigt att ha en kurva på.
Så jag utesluter strömbruset i beräkningen. Jag tog tabell-exemplet från Harris
som utgångspunkt. Delar upp bruskurvan i 2 delar och summerar areorna som
nu i stället beräknas med integraler. Jag läste om en liknande brusberäkning i
boken Operational Amplifiers (Clayton/Newby).
För att få fram ett värde på 1/f bruset vid 1Hz så kan man utöka grafen från
databladet och få värdet 28.
Kurvan på 1/f-bruset med -20dB/dekad är det kvadrerade bruset och alltså effekt.
Jag har inte använt MathCad på ett tag och det var riktigt kul att leka med.
Resultatet blir i princip det samma som med tabellmetoden.
Både för att jämföra resultatet och få lite övning.
Eftersom jag har tillgång till MathCad så sparas en del arbete med att
beräkna integralerna för hand även om det inte blir några svårare operationer
i det här fallet.
I databladet för NE5532 från Philips finns endast en kurva över spänningsbruset.
Strömbruset är så lågt att de nog inte anser det vara viktigt att ha en kurva på.
Så jag utesluter strömbruset i beräkningen. Jag tog tabell-exemplet från Harris
som utgångspunkt. Delar upp bruskurvan i 2 delar och summerar areorna som
nu i stället beräknas med integraler. Jag läste om en liknande brusberäkning i
boken Operational Amplifiers (Clayton/Newby).
För att få fram ett värde på 1/f bruset vid 1Hz så kan man utöka grafen från
databladet och få värdet 28.
Kurvan på 1/f-bruset med -20dB/dekad är det kvadrerade bruset och alltså effekt.
Jag har inte använt MathCad på ett tag och det var riktigt kul att leka med.
Resultatet blir i princip det samma som med tabellmetoden.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Det är lite synd att denna tråden handlat om brus i inverterande OP kopplingar eftersom man aldrig ska använda sådana då man är ute efter lägsta möjliga brusnivå.
Ett av skälen till detta är att motståndet som bestämmer ingångsresistansen i en inverterande koppling ligger i serie med signalkällan och hela termiska brusspänningen från den adderas till nyttosignalen. I en ickeinvertande koppling ligger ingångsresistansen i parallell med signalkällan och om ingångsresistansen är stor spelar ingen roll eftersom det då blir signalkällans resistans som bestämmer bruset.
Här nedan kommer lite praktiska tips hur man minimerar brus i OP-kopplingar.
1.
Se till att första steget i förstärkarkedjan har stor förstärkning så att de följande stegen inte påverkar brusegenskaperna så mycket.
2.
Använd icke inverterande koppling.
3.
Välj så låg resistans som möjligt i återkopplingsmotståndet från -ingången till jord i den ickeinverterande OP-kopplingen.
4.
Välj låg resistans på motstånd för lågpassfilter på förstärkaren ingång eftersom de hamnar i serie med signalkällans resistans.
5.
Om signalkällan har inre impedans som är större än ca 10 kohm så använd OP med FET-transistorer på ingången.
Punkt 5 beror på att man vill undvika att brusströmmar som beror på OP:ns biasström ska påverka bruset. Ta som exempel den populära NE5532 som har följande brusdata vid 1 kHz:
en=5 nV/rot(Hz)
in=0,7 pA/rot(Hz)
Med en källimpedans på 7,1 kOhm fås lika stort bidrag från brusströmmen som från brusspänningen ty 7100 Ohm*0,7pA=5 nV.
Då källimpedansen blir större kommer strömbruset att dominera så då gäller det att använda en OP med lågt strömbrus vilket fås om biasströmmen är låg som med en FET OP.
Ett av skälen till detta är att motståndet som bestämmer ingångsresistansen i en inverterande koppling ligger i serie med signalkällan och hela termiska brusspänningen från den adderas till nyttosignalen. I en ickeinvertande koppling ligger ingångsresistansen i parallell med signalkällan och om ingångsresistansen är stor spelar ingen roll eftersom det då blir signalkällans resistans som bestämmer bruset.
Här nedan kommer lite praktiska tips hur man minimerar brus i OP-kopplingar.
1.
Se till att första steget i förstärkarkedjan har stor förstärkning så att de följande stegen inte påverkar brusegenskaperna så mycket.
2.
Använd icke inverterande koppling.
3.
Välj så låg resistans som möjligt i återkopplingsmotståndet från -ingången till jord i den ickeinverterande OP-kopplingen.
4.
Välj låg resistans på motstånd för lågpassfilter på förstärkaren ingång eftersom de hamnar i serie med signalkällans resistans.
5.
Om signalkällan har inre impedans som är större än ca 10 kohm så använd OP med FET-transistorer på ingången.
Punkt 5 beror på att man vill undvika att brusströmmar som beror på OP:ns biasström ska påverka bruset. Ta som exempel den populära NE5532 som har följande brusdata vid 1 kHz:
en=5 nV/rot(Hz)
in=0,7 pA/rot(Hz)
Med en källimpedans på 7,1 kOhm fås lika stort bidrag från brusströmmen som från brusspänningen ty 7100 Ohm*0,7pA=5 nV.
Då källimpedansen blir större kommer strömbruset att dominera så då gäller det att använda en OP med lågt strömbrus vilket fås om biasströmmen är låg som med en FET OP.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Bra tips. Att man använder inverterande koppling i t.ex audiokretsar beror nog oftast på att man vill slippa CM-spänning på operationsförstärkarens ingång som ökar distorsionen. Men jag ska ta tag och räkna på ickeinverterande koppling också på samma sätt som jag gjorde på den inverterande kopplingen. Resultatet kanske inte blir exakt vad verkligheten kommer att utvisa men ekvationerna ger iaf tips på vad man kan optimera.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
I kretsar där man vill minimera bruset är väl signalnivån oftast så liten att distorsion p g a common-modespänningar är försumbar?
Sedan är min inställning att om distorsionen p g a common-modespänningar ökar från 0,001% till 0,01% så spelar det nog inte så stor roll när en högtalare ofta har distorsion i storleksordningen 1 %!!!
Sedan är min inställning att om distorsionen p g a common-modespänningar ökar från 0,001% till 0,01% så spelar det nog inte så stor roll när en högtalare ofta har distorsion i storleksordningen 1 %!!!
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Blir väl att ta den diskussion i en annan tråd senare 
.
Har nu iaf räknat ur för ickeinverterad koppling också. Det jag kom fram till blev
Modell och uträkningar hittar ni i första inlägget under bilagorna.
.Har nu iaf räknat ur för ickeinverterad koppling också. Det jag kom fram till blev
Modell och uträkningar hittar ni i första inlägget under bilagorna.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
psynoise:
Vi kan ta diskussionen om distorsionen i annan tråd
Jag har tittat på din beräkning för ickeinverterad koppling och hittat 2 fel.
Brusspänningen Rs* iNu1p finns på OP:ns +ingång och ska multipliceras med förstärkningen (1+R2/R1)
Brusströmmarna iNu1p och iNu1n är helt okorrelerade så spänningarna som de ger upphov till på utgången måste adderas kvadratiskt.
Man kan lätt inse att brusströmmarna är helt okorrelerade genom de sätt de uppkommit på. De 2 brusströmmarna beror på de 2 helt oberoende biasströmmarna in på OP:ns ingångar passerar 2 helt skilda potentialövergångar i OP:ns 2 ingångstransistorer >> helt okorrelerade brusströmmar.
Om man vet biasströmmen I kan man erhålla brusströmmen m h a Schottkyekvationen:
iN=rot(2*q*I*B) där q=elementarladdningen och B=bandbredden
Vi kan ta diskussionen om distorsionen i annan tråd
Jag har tittat på din beräkning för ickeinverterad koppling och hittat 2 fel.
Brusspänningen Rs* iNu1p finns på OP:ns +ingång och ska multipliceras med förstärkningen (1+R2/R1)
Brusströmmarna iNu1p och iNu1n är helt okorrelerade så spänningarna som de ger upphov till på utgången måste adderas kvadratiskt.
Man kan lätt inse att brusströmmarna är helt okorrelerade genom de sätt de uppkommit på. De 2 brusströmmarna beror på de 2 helt oberoende biasströmmarna in på OP:ns ingångar passerar 2 helt skilda potentialövergångar i OP:ns 2 ingångstransistorer >> helt okorrelerade brusströmmar.
Om man vet biasströmmen I kan man erhålla brusströmmen m h a Schottkyekvationen:
iN=rot(2*q*I*B) där q=elementarladdningen och B=bandbredden
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
ghu skrev:Det är lite synd att denna tråden handlat om brus i inverterande OP kopplingar eftersom man aldrig ska använda sådana då man är ute efter lägsta möjliga brusnivå.
Ett av skälen till detta är att motståndet som bestämmer ingångsresistansen i en inverterande koppling ligger i serie med signalkällan och hela termiska brusspänningen från den adderas till nyttosignalen. I en ickeinvertande koppling ligger ingångsresistansen i parallell med signalkällan och om ingångsresistansen är stor spelar ingen roll eftersom det då blir signalkällans resistans som bestämmer bruset.
Här nedan kommer lite praktiska tips hur man minimerar brus i OP-kopplingar.
1.
Se till att första steget i förstärkarkedjan har stor förstärkning så att de följande stegen inte påverkar brusegenskaperna så mycket.
2.
Använd icke inverterande koppling.
Noise Gain definieras på samma sätt för icke inverterande koppling
och inverterande. Skillnaden är att vid låga förstärkningar är Noise Gain
lägre för icke inverterande. Vid högre förstärkning suddas skillnaderna
ut och då spelar det mindre roll vilket man väljer.
Noise Gain =1/beta = (Rin + Rf)/Rin
40ggr förstärkning
Icke inverterande: Rin = 100, Rf = 3900, 1/beta = 40
Inverterande: Rin = 100, Rf = 4000, 1/beta = 41
3ggr förstärkning
Icke inverterande: Rin = 100, Rf = 200, 1/beta = 3
Inverterande: Rin = 100, Rf = 300, 1/beta = 4
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
4kTRB:
Koppla upp följande 2 kopplingar i LTSPICE med NE5532 och gör en brusanalys så ser du vad jag menar:
1. Inverterande koppling med inresistans 100 kohm och förstärkning (-)10ggr.
2. Icke inverterande koppling med inresistans (motstånd mellan +ingång och jord) 100 kohm och förstärkning 10 ggr. Motståndvärden i återkopplingen 9 kohm och 1kohm.
Koppla upp följande 2 kopplingar i LTSPICE med NE5532 och gör en brusanalys så ser du vad jag menar:
1. Inverterande koppling med inresistans 100 kohm och förstärkning (-)10ggr.
2. Icke inverterande koppling med inresistans (motstånd mellan +ingång och jord) 100 kohm och förstärkning 10 ggr. Motståndvärden i återkopplingen 9 kohm och 1kohm.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Jag tackar så mycket igen. Får skylla på mig själv att jag chansade med brusströmmarna och hade helt fel. Men nu har jag korrigerat det hela och kom fram tillghu skrev: Jag har tittat på din beräkning för ickeinverterad koppling och hittat 2 fel.
Brusspänningen Rs* iNu1p finns på OP:ns +ingång och ska multipliceras med förstärkningen (1+R2/R1)
Brusströmmarna iNu1p och iNu1n är helt okorrelerade så spänningarna som de ger upphov till på utgången måste adderas kvadratiskt.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Har även lagt till ett nytt delavsnitt om ickeinverterande spänningsföljare.
Re: Brus i operationsförstärkarkopplingar
Menar du alltså att utan LP-filter på säg 20kHz så ökar inte bruset även inom det hörbara området?ghu skrev:psynoise:
Om du söker på "equivalent noise bandwidth" så hittar du bl a följande:
http://www.k-state.edu/ksuedl/publicati ... dwidth.pdf
I table 1 har du svaret på din fråga.
I samband med ljudutrustning behöver man inte ta hänsyn till bruset utanför det hörbara området d v s 20 Hz - 20 kHz. Hörseln känslighet faller mycket snabbt över högsta gränsfrekvensen som beroende på bl a ålder är ca 10-20 kHz. Om man vill göra en noggrannare analys ska man istället införa ett vägningsfilter som tar hänsyn till örats olika känslighet för olika frekvenser. Slutsatsen psynoise är att din analys duger alldeles utmärkt.
Om man däremot inför ett lågpassfilter mitt i det hörbara området t ex vid 2 kHz så är det lämpligt att beräkna "equivalent noise bandwidth" för att erhålla bruset i hela det hörbara området.
Förväxla nu inte beräkning av brusegenskaperna hos en OP koppling inom det hörbara frekvensområdet med mätning av brusegenskaperna. Vid mätning måste man införa ett filter som begränsar bandbredden till 20 kHz.
