Analog Tipp Welche Rauschquelle dominiert?

Beim Operationsverstärker besteht der Unterschied zwischen Eingangsspannungsrauschen und Eingangsstromrauschen. Ist die Eingangsstufe eines Operationsverstärker in Bipolartechnologie gefertigt, so...

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Beim Operationsverstärker besteht der Unterschied zwischen Eingangsspannungsrauschen und Eingangsstromrauschen. Ist die Eingangsstufe eines Operationsverstärker in Bipolartechnologie gefertigt, so liegen die Werte für das Spannungsrauschen im Bereich von 1 bis 15 nV/AHz, das Stromrauschen beträgt meistens mehr als 0,5 pA/AHz. Operationsverstärker, die eine JFET-Eingangsstufe besitzen, haben ein Spannungsrauschen, das meist über 5 nV/AHz liegt, das Stromrauschen aber meist unter 1 fA/AHz. Die Eingangstufe des Operationsverstärkers AD8099 ist bipolar aufgebaut (XFCB-Prozess). Daher beträgt das Spannungsrauschen nur 0,95 nV/AHz, das Stromrauschen liegt mit 2,6 pA/AHz jedoch relativ hoch. Der Operationsverstärker AD8067, der ebenfalls auf dem XFCB-Prozess beruht, aber eine JFET-Eingangsstufe besitzt, hat ein Spannungsrauschen von 6,6 nV/AHz, das Stromrauschen ist jedoch mit nur 0,6 fA/AHz spezifiziert.Die in der Tabelle und in der folgenden Betrachtung eingesetzten Rauschwerte stammen aus dem Datenblatt des AD8099. Wird mit einem Operationsverstärker ein Signal übertragen, dessen Quelle eine Impedanz von 0 Ohm hat, ist das Stromrauschen der Eingangsstufe vernachlässigbar, wenn auch der Parallelwiderstand (R1//R2) der verstärkungsbestimmenden Widerstände sehr niederohmig ist (wie hier angenommen). Dann ist nur das Spannungsrauschen wirksam. Es erscheint mit der Verstärkung von 1 + R1/R2 am Ausgang ] gleichgültig, ob das Signal am invertierenden oder nicht invertierenden Eingang anliegt. Wird die Quellimpedanz auf 1 K Ohm gelegt, so dominiert das Widerstandsrauschen der Quelle mit 4 nV/AHz. Da Rauschwerte quadratisch addiert werden, tragen bei einer Quellimpedanz von 1 K Ohm das Spannungs- und Stromrauschen des AD8099 nur wenig zum Gesamtrauschen von 4,87 nV/AHz bei. Beträgt die Quellimpedanz 10 K Ohm, so liegt das reine Widerstandsrauschen bei 12,9 nV/AHz, es dominiert jedoch das Stromrauschen der Eingangstufe von 2,6 pA/AHz, da es an der Quelle von 10 K Ohm ein Spannungs-rauschen von 26 nV/AHz generiert. An einer niederohmigen Quelle ist der Einsatz eines Operationsverstärkers mit sehr kleinem Spannungsrauschen empfehlenswert; beträgt der Quellwiderstand 1 K Ohm, so dominiert in der dargestellten Schaltung das Widerstandsrauschen. Wenn der Quellwiderstand bei 10 K Ohm liegt, geht das Spannungsrauschen und das Widerstandsrauschen nur untergeordnet in das Ergebnis ein, da das Stromrauschen den größten Fehler verursacht. Ein Operationsverstärker mit JFET- Eingangsstufe wie der AD8067 wird hier das bessere Rauschverhalten liefern.

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