Tester voor het meten aan ELF low noise versterkers.

Hi Blackfin,

Ik heb in het geheel je reactie over het hoofd gezien excuses hiervoor.

Het is waar dat de eerste trap bepalend is of de bron.
De versterking van de eerste trap is niet zo groot dus is de uitgangsspanning klein en is het lastig om de 3dB methode toe te passen.

Ik ga voor de Y methode ik wil de analyzer zo uitvoeren dat je zowel de versterking als het ruis getal gelijktijdig zichtbaar kan maken.
Laat ik zeggen van 1mHz tot 500kHz.

Ik heb weerstanden besteld 1G Ohm deze zijn gas gevuld en hermetisch dicht om vervuiling te voorkomen deze ga ik als ruis bron gebruiken.

De 1/f ruis ligt heel laag in frequentie ongeveer 0,27Hz maar dit is nog niet laag genoeg ik zal van een equalizer gebruik moeten maken om het ruis vermogen laag gelijk te maken met de rest van de band.

Dit weegfilter is inmiddels gereed en volgt de 6dB/decade binnen 0,5dB.

Ik ben nu bezig met de piek detector deze ga ik gebruiken voor de AGC.
Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Op 4 juli 2015 17:28:08 schreef electron920:
Hallo allemaal,
Ik ben bezig (min of meer op verzoek) met de ontwikkeling van een DC/AC versterker voor het meten van kleine spanningen.

He Henk, dat was ik denk ik! Gaaf man, dankjewel.

Ik geloof dat je niet de LSK389 (dual fet) wilde gaan gebruiken, maar voor het geval:ik heb overigens een tijd geleden contact gehad met de officiele leverancier; ze zijn ook leverbaar in kleine hoeveelheden (per 10).
Hi necessaryevil,

Ja dat klopt wel maar het is leuk om te doen.
Ik let wel op het na bouwen en het ligt in de bedoeling om het print ontwerpje voor de na bouwers ter beschikking te stellen.

Het ontwerp daar ben ik al wel mee bezig maar eerst moet je kunnen meten.
Het zal waarschijnlijk 4x een cascode trapje worden rond de BF862 van NXP deze gebruik ik dan 4x dus 4x4 jfet worden deze is goed verkrijgbaar alhoewel ik van NXP heb vernomen dat hij obsolete wordt.
Groot wordt het niet je leg er 50 op je duim.

Dit topic gebruik ik voor de meetapparatuur welke nodig is om een versterker te ontwikkelen.

Ik heb nu een aantal filters klaar een lp 0.01Hz en een 50Hz band sper -80dB.
Deze zijn simpel na te bouwen en zijn zonder afregelen bruikbaar.

Verder is de calibrator klaar deze wordt gebruikt om de versterker te ijken en later om de auto correctie lus te voorzien van een referentie.

Nu ben ik bezig met het ontwerpen van een ruis analyzer van 0.001Hz tot zeg 500kHz deze moet zowel de versterking als het ruisgetal meten in 1Hz bandbreedte en is automatisch (sweep) afstembaar over de band.

Ik ga proberen of ik een blokschema en tekeningen kan uploaden.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
fred101

Golden Member

Ik heb hier een Easton noise/gain analyser. Hij sweept iets van 17GHz. Hij heeft naast de led displays ook een XY uitgang. Hij heeft nu en geplofte elco en ik heb er daarna geen tijd meer aanbesteed omdat ik geen geschikte ruisbron had en een (werkende) bruikbare nog al kostbaar was. Easton heeft een stuurspanning die de ruisbron schakelt. Hij meet steeds het verschil tussen met en zonder ruis.

Mijn zelfgebouwde ruisbron klomt bij lange na niet hoog genoeg. (hoeft ook niet maar een paar GHz zou toch leuk zijn). Dus ik lees dit vol interesse mee. Ik heb het service manual en het is nu komkommertijd qua werk dus ik zou die Easton wel eens open kunnen trekken. Ik moet opzoeken hoe laag hij begint. Als dat laag genoeg is kan ik misschien helpen om wat te meten/testen. (hij staat al een jaar of 5 geparkeerd)

Ik heb ook zo'n K81+trafo. Die wilde ik aan die Easton hangen maar zover kwam het dus niet.

http://www.pa4tim.nl/?p=683 De Easton

http://www.pa4tim.nl/?p=1421 ruisbron bruikbaar tot een paar honderd MHz. Op de Easton gebruikte ik er een met het zelfde idee maar dan niet met zo'n hoge output. Ik schrik nu van die foto's. Ik had het concept van te veel power insturen blijkbaar nog niet helemaal door destijds ;-)
www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch
Hi fred101,

Dat is een mooie analyzer deze heb ik ook een tijd gebruikt.
Ik gebruik nu de hp8970a en hp8971 de laatste is de microwave converter als noise bron de hp346c tot 26GHz.

Een ruis bron tot 4GHz kan je wel maken deze is opgebouwd met een ruis diode van noisewave kost ongeveer 45,- dus dat valt best mee.

Maar ik ga juist de ander kant op dus naar heel laag.
Het principe is het zelfde.
Maar om een ruis bron te maken van 0.001Hz vlak dat valt niet mee.

Dit gaat niet met een halfgeleider de 1/f ruis begint te hoog zeg 0.5...10Hz.

Ik heb twee opties of een weerstand gebruiken draadgewonden of kool de laatste is het meest logische of een hydrodyn systeem.

In eerste instantie ga uit van een weerstand versterker en filter om de 1/f welke toch nog ontstaat te egaliseren kijken wat dat gaat opleveren.

Verder moet ik aan de detector kant net als bij je Eaton2075 en de hp8971 naar een mf met een bekende bandbreedte.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Hi allen,

Weer een aantal onderdelen binnen voor de ruis generator.
Met name de weerstanden van 27 giga ohm deze zijn vacuüm en de ruis diode.

Verder een blokschema met Splan7.0 gemaakt of dit redelijk over kom zullen we zien.

Ik heb even snel gekeken kan wel iets groter maar ik denk wel leesbaar.

De ruis bron is als een avalanche diode getekend maar ik heb ook een echte ruis diode om deze te gebruiken is eigenlijk te veel van het goede.
Deze diode geeft tot 10GHz ruis ENR 26dB begint bij 5MHz dit zou voor het ontwerp net kunnen de lage kant bedoel ik uiteraard.

Ik probeer eerst met een avalanche diode deze gaat uiteraard niet zo hoog maar dat is ook niet nodig tot 10MHz is prima.
Heb een spanning/stroombron gemaakt welke over een groot temperatuur bereik constant is om de diode te activeren.
Ik moet precies tussen twee banden niveaus in zitten Zener en avalanche.
Wat ik nu wil proberen is al een voor spanning aan de avalanche diode geven zodanig dat ik boven het Zener niveau zit 6,2V maar nog onder de reverse breekpunt van de avalanche.

Om er zeker van te zijn dat de ruis bron ook witte ruis levert met name laag heb ik een twee tal filters gebouwd een laagdoorlaat met een kantelpunt op 10Hz en een bandfilter met een bandbreedte van 10Hz op een Fc van 1KHz de steilheid over de eerste 3dB is voor wat de vermogens index gelijk.

Nu een bron maken voor de weerstand deze levert ongeveer 21uV in 1Hz bandbreedte het probleem is uiteraard de capaciteit ik zou in dit geval 1MHz willen halen.
Ook zal een en ander in een oven geplaatst moeten worden we praten hier over johnson ruis in tegenstelling tot de diode.

De ruis afkomstig van de weerstand wordt door een zeer ruis arme versterker versterkt om 1/f ruis zo laag mogelijk te houden.

Dit is allemaal wel wat complexer maar ruis afkomstig van de weerstand is wel echte thermische ruis in tegenstelling tot de diode.

In het blokschema is te zien dat het ruis bandje van zeg 3,5MHz tot 6,5MHz gemoduleerd wordt met 5MHz om door middel van een laagdoorlaat filter alleen DC tot 1MHz aan de uitgang aan te bieden het niveau is instelbaar en het relais aan de uitgang is om de ruisbron uit te zetten.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi Henk,


Ik wou je de volgende schakeling onder je aandacht brengen.
Deze ruisgenerator schijnt er recht te zijn in de lage frequenties.
Misschien mooi als vergelijkings materiaal en goedkoop te maken en simpel.

Gegroet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Hi blackdog,

Ik denk dat het de bedoeling is om een link of schema te laten zien maar die komt bij mij niet door is niet zichtbaar!!

Ik ben op dit moment een diode aan het testen dat is een 50V type vandaar in mijn blokschema een 50V gedeelte.

En ik ben met de mixer/modulator aan het stoeien daarna is het recht toe recht aan geen componenten die zeg maar veel 1/f ruis produceren.

Ik zie je info wel bedankt alvast.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi Henk,


Dat multitasken van mij gaat niet altijd goed :-)

Dit is er een die zeker tot 1Hz schijnt te lopen.
http://www.edn.com/design/analog/4420926/White-noise-source-...-to-100kHz

En dit is de gene die ik bedoelde.
http://www.edn.com/design/analog/4326811/White-noise-generat...-component

Gegroet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Hi blackdog,

Ja ze zijn er dank voor de moeite maar die eerste heb ik volgens mij wel eens een jaar of 20 geleden gebouwd en de tweede daar heb ik een maand of 3 geleden mee zitten prutsen ik weet zijn meetopstelling niet maar het klopt in ieder geval niet ik denk de verwerking van de spanning.

Ik zit daar ook mee in de kleinste bandbreedte moet ik 3 dagen gegevens verzamelen een meting met een beetje nauwkeurigheid duurt 3 uur.

Dit heeft alleen maar nut voor onderzoek in de praktijk kan je hier uiteraard niet mee werken of je moet heel veel van koffie houden.

Eigenlijk is niet een bron goed bruikbaar je heb altijd 1/f ruis zo laag daarom ga ik ver van die lage frequentie weg en pak een ruis bandje rond de 5MHz en dit meng ik gespiegeld naar beneden waarna het signaal door een LP-filter gefilterd wordt.

Dus mijn enige keuze voor de ruis bron is zo goed mogelijke witte ruis genereren en dat valt niet mee als je een stroom door een geleider of halfgeleider stuurt ontstaat buiten thermische ruis ook stroom ruis en dit geeft aanleiding tot hagel ruis en dat wil ik niet.

In het experiment met de directe ruisbron laat ik in de voorversterker niet meer als 1uA aan collector stroom lopen.
Dit is de versterker welke de ruis van de weerstand versterkt.

En dan krijg ik de ontvanger nog dit is een statistische teller dus ik meet in een bandbreedte alleen random signalen.

Maar ik ben ook nog met Splan 7 aan het stoeien de symbolen library uitbreiden zodat ik een beter presentatie kan maken komt goed.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi Henk, :-)


Ik was aan het zoeken naar een SWR meter opgebouwd met opamps en kwam onderstaande document tegen van TI.
Dit betreft hoe zij, TI dus, ruis meten van ruisarme opamps.

Misschien staat er nog iets in dat je intressant vind?

www.bramcam.nl/Diversen/Measuring-opamp-noise.pdf

Gegroet,
Blackdog
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Nog even wat ik heb uitgezocht over de jfets. Dit gaat meer over de versterker dan de tester dus :). Ik heb de NF (Noise Figure/ruisgetal) van de 2SK389, de 2SK2145 en de 2SK369 jfets tegen elkaar uitgezet. Ook heb ik ze teruggerekend naar absolute waarden.

ze zijn niet allemaal meer verkrijgbaar:
2SK2145 (dual): < €1
2SK389 (dual): obsolete, verbeterde vervanger: LSK389
LSK369 (dual): ~€5. Moet via leverancier per 10 besteld worden
2SK369 (single): obsolete, (geen vervanger?)

Ik heb deze jfets gewoon min of meer willekeurig uitgekozen. Ik ga eens kijken of ik ook de BF862 aan de grafiek kan toevoegen.

eerst de NF versus de weestand van de spanningsbron:

Op het eerste gezicht lijkt de obsolete 2SK369 het interessantst. Maar de absolute ruiswaarden geven een ander beeld:


En ingezoomd, 100Ω t/m 100kΩ


ingezoomd, 100kΩ - 1MΩ


conclusie:
De hoeveelheid ruis onder de 100K ohm (bij 10 Hz en 25°C) is bij alle drie de jfets te verwaarlozen voor een spanningsmeter met µV resolutie, de ruis komt bij alle drie de fets niet boven de 6 nV uit indien de bron een weerstand <100k heeft.

De 2SK2145 lijkt op het eerste gezicht minder goed dan de andere twee componenten. Maar deze dual jfet heeft bij een hogere bronweerstand een lagere NF en dat is waar de ruis pas echt begint mee te tellen.

//edit
Ik zeg dan wel dat de ruis bij hogere bronweerstand begint mee te tellen, maar eigenlijk is dat ook niet zo belangrijk want dan wordt de thermische ruis uit de bron dominant, die is namelijk gelijk aan sqrt(4*k*R*T*BW), met k= 1,38*10^-23, R= weerstand (ohm) T= temp (kelvin), BW = bandwidth (Hz).

Overigens is de formule voor de NF alsvolgt:
20*log(1 + ruisspanning transistor/ruisspanning bronweerstand).
Hi necessaryevil,

Goed dat je de fet's vergeleken heb maar de BF862 is de beste zet die er maar bij.
Maar dit topic gebruik ik voor de tester ik zal eind van de week een topic openen voor de versterker kan er alvast wat input gegenereerd worden.

Het is wel wat stil maar onderliggend heb ik al wat onderzoek verricht.
Alleen ik weet niet of dit erg interessant is zodra ik meer info heb zal ik het posten alvast een paar foto's van de ruis generator zonder filters.

0Hz....40MHz 2dB/div.



5MHz.....15MHz 2dB/div.
Dit is de band welke gebruikt wordt voor het filter.


Ruisdiode met 1 hp-filter 1MHz....20MHz.



De ruisdiode is voor het afregelen van ontvangers tot 1,5GHz te gebruiken.
Dit is de kale diode hier achter komt de versterker 10000x versterking met de bandfilters +/-1,5MHz breed de centerfrequentie is 10MHz.
Hierna volgt de automatische versterking regeling.

Gr Henk.

edit tekst boven foto gewijzigd.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi Henk, :-)

Ik zie uit naar de rest!

Een tip, plaats je text voor de bijbehorende foto direct boven die foto, zonder spaties.
Dat maakt het geheel beter begrijpbaar.
Een voorbeeld is de post boven die van jouw, door necessaryevil geplaatst.

Het kan er ook onder direct tegen de foto aan, maar mijn voorkeur is er boven,
dit omdat je meestal van boven naar beneden scrolt op een webpagina.

Dan nog dit, heb je geen last bij het mixen van de 1/f ruis van de mixer zelf (als deze bestaat) en oscilator?
Deze vraag komt waarschijnlijk omdat ik je systeem nog niet helemaal goed begrijp :-)

Gegroet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
Hi Bram,

Nog laat een reactie ik wilde necessaryevil even antwoord geven anders denk hij dat ik ben ingeslapen.

De tekst zie ik nu ook is niet duidelijk maar ik heb er duidelijk nog geen ervaring mee :+ .

Ik ben met de generator al een heel stuk verder maar je komt van het een in het ander om de diode te selecteren heb een oventje moeten maken.
Hier kunnen 100 diodes tegelijk in niet schokkend zou je denken maar elke diode wordt gemeten tijdens het verouderen ik verkort hiermee 2 jaar naar 3 maanden.
Maar je kunt je voorstellen dat dit temperatuur proces volgens een patroon moet verlopen dit is op zich al een topic waard zeker als je met referenties iets wil doen.
Er worden dus 100 diodes tegelijk gemeten (multiplex) en middels een statistiek kan ik de variatie meten en weet ik of het sample bruikbaar is.

Dat was een hindernis dan de voeding voor de ruisdiode deze moet heel stabiel zijn de temperatuur is niet van belang het physische proces is hagel ruis dus heeft niets of nauwelijks met temperatuur van doen.
Maar de spanning over de diode moet zodanig groot zijn dat er lawine effect (avalanche)ontstaat maar beneden het gebied waar microplasma ontstaat dan krijg je RTN random telegraph noise.

De tweede hindernis een constante spanningsbron welke een stabiliteit heeft van 0.1mV onder alle condities deze moet redelijk ruis arm zijn.
Nu is het band filter en de versterkers gereed de center frequentie is 10MHz dit is niet voor niets gekozen ik kan dan gebruik maken van een stabiele frequentie voor de converter.

Om op je vraag te komen de rede dat ik op rf zit is kortweg ik heb niets met 1/f ruis vandoen ik kan mijn versterker ac koppelen dus minder last van brom geen dc offset.
Maar en nu komt het, ik ben nu bezig mijn mixer aan het ontwikkelen dit moet een high level mixer zijn deze is niet voorhanden ik moet aan de ingang zoveel niveau kunnen verwerken dat ik op mijn lf uitgang meer als genoeg niveau overhoud.
Ik kan hier geen actieve componenten gebruiken in verband met de 1/f ruis.

Verder moet je voor de keuze van de oscillator met heel veel zaken rekening houden waaronder inversie ik converteer naar beneden tot < 1pHz dan klap je negatieve mengproduct weer om naar boven maar hier kom ik nog op terug heb je 3dB meer ruis en je audio klinkt dubbel.

Als laatste de verzwakker 10x 10dB en 11x 1dB.
Leuk kastje en voeding batterij zou kunnen maar is niet nodig.

Hierna komt de analyzer deze hoort bij je generator en stuurt de ruis bron aan en uit de analyzer bestaat uit een up converter zeg van dc....1MHz het mf filter is afstembaar met een constante bandbreedte van 10Hz of 100Hz.
De detector is een open vraag.

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Nog laat een reactie ik wilde necessaryevil even antwoord geven anders denk hij dat ik ben ingeslapen.

Welnee, je timing kon niet beter zijn. Ik heb het een tijdje druk gehad maar nu verzuip ik in tijd. Ik zal eens kijken of ik een grafiekje van die BF862 kan maken.

Ik durf het bijna niet te vragen omdat je al zo druk bezig bent, maar heb je een foto van je opstellingen? Lijkt me wel eens gaaf om te zien!
Ik heb even gekeken of ik een grafiekje van de BF862 kan maken, maar ik heb niet genoeg gegevens. Op basis van de transconductantie zou je noise moeten kunnen uitrekenen, maar ik kom dan op onrealistisch lage waarden uit. Ik heb hetzelfde trucje geprobeerd met de jfets waarvan ik wel de waarden heb, de ruis komt dan veel lager uit dan wat in de grafieken is aan te zien. Geen goed rekenmodel dus!

Nu vraag ik me dus af, hoe heb je bepaald dat de BF862 de beste is? Met metingen?
Hi necessaryevil,

Even snel ik heb vanavond meer tijd maar zaterdag of zondag zal ik een topic openen voor de versterker daar hoort deze jfet thuis.
Ik zal dan ook een paar foto's posten van de meetopstelling aan deze kant.
Hierbij alvast de s parameters van de bf862.

* BF862 SPICE MODEL MARCH 2007 NXP SEMICONDUCTORS
* ENVELOPE SOT23
* JBF862: 1, Drain, 2,Gate, 3,Source
.SUBCKT BF862 1 2 3
Ld 1 4 L= 1.1nH
Ls 3 6 L= 1.25nH
Lg 2 5 L= 0.78nH
Rg 5 7 R= 0.535 Ohm
Cds 1 3 C= 0.0001pF
Cgs 2 3 C= 1.05pF
Cgd 1 2 C= 0.201pF
Co 4 6 C= 0.35092pF
Q1 4 7 6 JBF862
.model JBF862 NJF(Beta=47.800E-3 Betatce=-.5 Rd=.8 Rs=7.5000 Lambda=37.300E-3 Vto=-.57093
+ Vtotc=-2.0000E-3 Is=424.60E-12 Isr=2.995p N=1 Nr=2 Xti=3 Alpha=-1.0000E-3
+ Vk=59.97 Cgd=7.4002E-12 M=.6015 Pb=.5 Fc=.5 Cgs=8.2890E-12 Kf=87.5E-18
+ Af=1)
.ENDS BF862

Gr Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Hey, electron920. Ik vraag me nog steeds af hoe je die BF862 uitgekozen hebt. Absoluut niet omdat ik er aan twijfel dat het de betere jfet is, maar uit interesse.

Het is me niet gelukt om een plotje van de ruis t.o.v. de bronweerstand te maken vanuit de datasheet van de BF862. Ik heb wel een plotje gevonden van de ruis versus de frequentie (bron).


Overigens hier nog een grafiekje van mij. Ik heb nu de ruis van de bronweerstand samen met de ruis van de versterker vergeleken met de waarde van de bronweerstand. De verschillen tussen de jfets zijn dan nihil, de ruis van de bronweerstand domineert.
Uit de winterslaap :D dus ook hier weer activiteit.

Eerst de ruisbron definitief een vorm gegeven de keuze is een NPN planar epitaxial transistor.


De stroombron welke de transistor voed zal schakelbaar worden met een lage frequentie zeg 5KHz....8KHz hierdoor wordt de hot cold status gecreëerd deze is nodig om de Y meetmethode te kunnen uitvoeren.

De spanning zal ik baseren op +28V dit omdat alle bekende meetapparaten deze spanning afgeven voor de ruisbron daar heb ik niets mee van doen maar zo is de ruisbron ook bruikbaar stand alone voor de mensen die een Eaton hebben of zo ;)

De print voor de ruisbron is in de maak er zijn niet al te moeilijke componenten gebruikt alleen de 33 Ohm weerstanden zijn MELF maar is misschien ook met SMD te doen dit ga ik proberen voor de verkrijgbaarheid.

Het ruis vermogen zal rond de 28dB ENR uitkomen dit is veel te veel dus moet er nog een demper achter 15dB ENR is het maximum wat bruikbaar is en voor low noise versterkers is 5dB ENR voldoende.

Let goed op met het meten met een spectrum analyzer met deze hoge ruis niveaus je blaast zo je ingangsmixer er uit.

De omzetter van spanning naar stroom is vrij standaard hier kom ik later op terug ik moet eerst het bereik weten van de transistor dus met welke stroom ik een vlakke ruis kan genereren.

Groet Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Even een korte mededeling, de BF862 is obsolete!