40dB meetversterker V2 ontwikkeling

Anoniem

Ik ben erg verrast door de professionele aanpak en de structuur van je topic.
Alles ziet er even piekfijn uit en tot in de kleinste details bestudeerd zelfs de frontplaat is om je duimen af te likken.
Ik vraag me enkel af waarom je je versterker zelf op een stuk experimenteerbord monteert. Stijl anno 1980.
grote afstanden voor de signalen, geen afscherming, veel draadbruggen enz...

Een dubbelzijdige print met grondvlakken en een optimale plaatsing van de componenten zou toch veel betere resultaten geven. Minder kans op overspraak, oscillaties, oppikken van ruis en ongewenste signalen enz..

blackdog

Golden Member

Hi Heren, Dames ook ;-)

Its Alive, its Alive!!!

Hier het werkende printje, de eerste foto er van, later komt er meer hierover.
Grotendikke, ik heb aardig wat ervaring met het op deze manier bouwen.
Als je goed kijkt kan je zien dat het met zorg is gedaan en hieronder kan je zien dat het resultaat opleverd.
Een echte print, tja dat wil ik ook wel, maar dat kost nog meer ontwikkeltijd en dat heb ik niet beschikbaar :-(
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-104.png

OK, de volgende meetgegeven zijn bij 3Vpp aan de uitgang genomen.
De twee trimmers zijn op maximale vlakheid op de FLUKE 8920A RMS meter ingesteld.
Dit komt niet overeen met de maximale vlakheid van de puls aan de uitgang, dit is dus de eerste meting met een sinus afgeregeld op vlakheid.
Later deze week de metingen op minste abberaties bij blokweergave.

De genrator is weer de 16 Bit SIGLENT SDG 2024X, die zover ik het kan meten perfect vlak is tot 999,9999999kHz :-)
Is die 10kHz strak of is hij het niet!
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-105.png

100kHz, nu gaan we iets zien, er verschijnen hele kleine abberaties.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-106.png

Een 1MHz blok, een klein hobbeltje aan de bovenzijde.
Hou rekening met de 8-bit diepte van de scoop, dit zijn nog steeds hele kleine afwijkingen.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-107.png

Dit is een 10kHz blok waarvan ik alleen de 0,03% Duty Cycle in beeld heb gebracht, mooie pulsweergave.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-108.png

Wat zegt de metingen met een sinus vormig signaal, zie het lijstje hieronder.
Ook deze metingen zijn gedaan met 3Vpp zeg maar iets meer dan 1V RMS.

Max. vlak met sinus gemeten
-0,1dB = 500kHz
-0,5dB = 1,2MHz
-1,0dB = 1,6MHz
-2,0dB = 2,2MHz
-3,0dB = 2,6MHz

Dit voldoet ruim aan mijn eisen, en als ik de versterker afregel op perfecte vlakke blok zit ik nog ruim boven mijn 100kHz 0,1dB.

De versterker werkte in 1x, maar de 400Hz schakelaar zit verkeert om, in de "aan" stand is hij vlak tot ruim onder 1Hz.
Dat wordt dus solderen :-)
De ander filters lijken na een snelle test goed om te werken,
dus ik ben niet echt consequent geweest nadat ik het 400Hz filter als eerst had gedaan!

Voor nu weer even voldoende.

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi, :-)

Deze week een beetje druk geweest waardoor er weinig aan dit topic is toegevoegd.
Er zijn echter wel wat metingen gedaan en die wil ik jullie laten zien.
Ook zijn er wat aanpassingen aan het schema, de waarden van de filter capaciteiten kloppen nu deze waren 2x te laag vermeld.
Ook staat nu in het schema dat de ontkoppeling van de voeding met 2x 100uF per voedingszijde is uitgevoerd.
Dit zijn elcos van als ik het goed heb Rubicon in de lage impedantie uitvoering.

Maar eerst nog even een paar plaatjes.

Dit is de verplichte onderkant van de print, als ik dit niet laat zien mag ik hier niet meer posten *grin*
Wat is hier goed te zien, dat rond de inverterende ingang ik de capaciteiten zo laag mogelijk heb proberen te houden.
Je kan zien dat er een aantal gaatjes zijn uitgeboord dit velaagt de paracitaire capaciteiten op de gevoelige punten.

De bovenste twee horizontale lijnen zijn de doorverbindingen van de uitgangs condensatoren.
De derde lijn is massa, deze loopt aan de linker zijde vertikaalen gaat weer verder naar links naar de systeem massa van de BNC connectoren.
De horizontale lijnen in het midden zijn van de voeding, de bovenste is de + de middelste is massa en de onderste is de - voeding.
Hierna volgt weer een massa lijn en daarna de doorverbindingen van de 10 ingangs condensatoren.
Aan de bovenzijde zij ook nog een aantal massa verbindingen aanwezig.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-109.png

Dit is een close up rond de opamp, ook hier is over nagedacht hoe de onderdelen te monteren.
De linker rode cirkel geeft de 1K weerstand aan van de uitgangs opamp, hier is een weerstand voor genomen die wat meer kan dissiperen dan de weerstand van de ingangs opamp.
De 1K weerstand van de ingangs opamp ligt horizontaal en is 125mW ook deze weerstadn is "kort" bedraad.
Kijk nu nog eens naar de linker weerstand, de bovenzijde van de weerstand zit aan de uitgang, zou je het andersom doen dan vergroot je de capaciteiten
aan de inverterende ingang en je hebt er een extra antenne aan hangen :-)

Net onder de linker rode cirkel kunnen jullie 2x 22Ω zien, deze verzorgen een deel van de 50Ω uitgangs impedantie
en zorgen samen met de twee maal 1N4007 dioden voor de beveiliging van de opamp als er energie in de uitgang wordt gepompt.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-113.png

Als grotedikke ook mee leest, ja ik heb ook getest met afscherming op verschillende plekken, dit gaf ietsie pietse verandering.
Deze veranderinge waren zo klein dat de over of ondershoot simpel met de trimmer condensatoren was weg te regelen.
Van instabiliteit is verder helemaal niets te merken bij deze versterker.

Ik had aangegeven dat de versterker in één keer werkte, dit was ook zo, maar niet alles werkte.
Als eerste was de schakelaar voor het 400Hz filter verkeerd om aangesloten, na dit te hebben omgezet bleek de schakelaar overleden.
Terwijl ik toch snel soldeer, ze zijn niet als te stevig wat het solderen betreft.

Het tweede probleem wat ik tegenkwam was dat ik mijn schema wat berekening betreft van de 10khz en 100kHz filters niet had aangepast.
De kantelpunten lagen toen ik ze ging testen op 20kHz en 200kHz, dit was 2x te hoog.
Gelukkig was er ruimte aanwezig om nog drie condensatoren te plaatsen, deze net net te zien op de foto hierboven.

Dan de frequentie respons, ik heb hier vele metingen aan gedaan, zou er een nieuw topic over kunen maken...
Maar ik maak het mijzelf wat makkelijk vanavond door de uitkomst te laten zien met wat uitleg.

De generator was tijdens deze metingen weer de Siglent SDG 2042X, mijn Hameg scoop en de Rigol DS1104Z scoop.
Verder heb ik de generator zo veel mogelijk op het zelfde uitgangs niveau laten staan en met vaste verzwakker
en HP355 serie variabel verzwakker gebruikt voor het verkrijgen van het goede signaal niveau.
Het 0,1dB punt ligt rond 500kHz en de rest is in onderstaande grafiek goed te zien.
Dit heb ik weer lekker met de hand getekend, het kon ook met mijn spectrum analizer, maar dan had ik een speciale verzwakker moeten maken.
Deze meetversterker is niet bedoeld voor 50Ω belastingen.
De grafiek hieronder geeft een voldoende goede indruk van hoe breedbandig deze meetversterker is en niet vergeten dat dit bij 40dB gain is!
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Freq-respons-Wide-Band.png

Dan het 1e orde 400Hz High Pass filter, het kantelpunt legt iets te hoog en wel op 430Hz, dit is niet zo erg en ik denk dat ik het zo laat.
Ik wil niet meer aan de schakelaar solderen waarop hij gemonteerd zit.
Dit filter geeft bijna 19dB demping bij 50HZ, waarvoor het bedoeld is.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Freq-respons-400Hz-High-Pass.png

Op deze grafiek is het 10kHz en het 100kHz filter tegelijk getekend.
Het 10kHz is op een paar honderste van een dB op frequentie, het 100kHz filter zit er 3% naast,
dit komt omdat ik uiteindelijk minder paracitaire capaciteiten heb rond de + ingang van de uitgangs opamp heb dan dat ik in gedachte had.
Dit is nog simpel op te lossen door 6,8pF parallel aan de 182pF te zetten.
De filters presteren zoals ik het verwacht had.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Freq-respons-10kHz+100kHz-Filter.png

Rond 400Hz heb ik ook de totale gain gemeten en deze is 1,1% te hoog, dus een 100K of 120K SMD weerstand geplaatst onder het IC voetje over de 1K weestand van de uitgangs opamp zou dit moeten oplossen.

Dan als laatste vandaag de pulsweergave bij verschillende uitgangs niveau's, ik heb dus gekozen voor zeer kleine abberatie zodat ik rond de 500kHz op -0,1dB uitkwam.
Bij het afregelen op maximale vlakheid met en sinus signaal, komt ik dan bij -0,1dB op 600kHz uit en het -3dB punt is dan 3,2MHz.

Maar goed, nu de weergave bij een "klein" signaal hier 1,2Vpp aan de uitgang, de drie plaatjes zijn de opgaande flank van een 10kHz blok signaal.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/1200mvPP-10kHz-Blok-Up.png

Hier is net te zien dat ik een hele kleine abberatie toe sta, 3Vpp :-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/3Vpp-10kHz-Blok-Up.png

En als laatste bij een signaal niveau van 6Vpp
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/6Vpp-10kHz-Blok-Up.png

Ik zou zeggen, SHOOT @ IT!

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
Jinny

Golden Member

Hoe doen vrouwen op TV dat toch? Wakker worden met prachtig glanzend haar en mooi gestifte lippen..... Wanneer ik wakker word heb ik een coupe 'Leeg geroofd vogelnest' en een incidenteel straaltje kwijl.. Gaat ook door voor 'Wilt wief' naar horen zeggen

Wel slim van je om gaatjes rond de inverterende ingang te boren teneinde de ingangscapaciteit te verkleinen.

miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Ziet er weer goed uit :-)

Een mooi voorbeeld dat je voor uitstekende prestaties echt niet altijd een dubbelzijdige print nodig hebt. Op eilandjesprint gaat het ook prima. Vooral als je aan de layout net zo veel tijd en aandacht besteed als je aan die print zou doen :-)

Wat ik vooral mooi vindt aan je nieuwe pre-amp zijn niet zozeer de specificaties (bandbreedte etc.) Maar dat hij alles zo netjes doet. Geen hobbeltje in de frequentiekarakteristiek, geen overshootje bij puls weergave... Zeer waardevol, omdat je later bij het meten weet dat wat je ziet ook echt uit de DUT komt. En lastig om te maken, weet ik uit ervaring :-)

Waar ik nog benieuwd naar ben is de vervorming, natuurlijk vooral tegen de maximum frequentie....

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

Die metingen komen er nog aan, maar zoals je weet is het een beetje druk hier...

Een aantal metingen wat vervormings producten beteft heb ik wel al gedaan, maar dat bestaat in het audio gebied alleen als ruis residu.
Pas boven de 50kHz gaat de analyzer iets laten zien, ook moet ik voor de metingen de versterker ver uitsturen om boven de ruis uit te komen.
Voor een indruk waarover ik het heb, kijk in de datasheet van de LM4562A bij de vervormings grafieken.
Bij kleine signalen kan je zien dat de vervorming "hoog" lijkt, dit komt door de ruisvloer.
Voor de gene die dit nog niet helemaal begrijpen, de vervorming van dit IC is echt laag zodat dit onder de ruisvloer
van het gebruikte IC komt.
De ruis van een LM4562A is minder dan de NE5534A en dat is heel goed, je zit tegen de natuurlijke ondergrens aan van de ruisvloer bij de door mij gebruikte impedanties.
Natuurlijk zijn er ruisarmere opamps, maar dan is deze meetversterker niet meer enigzins universeel inzetbaar.

Gertjan, ik beloof je, dat ik de versterker ook aan de Rigol spectrum analyzer zal hangen,
maar daarvoor moet ik eerst een verzwakker maken zodat ik de SA niet kan oversturen en de meetversterker niet te zwaar belast.

Mooi, nu weer naar de eerste klant van vandaag.

Groet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Bram,

Uiteraard meet je THD+N. En zolang die N de hoofdmoot is hebben we niks te klagen :-)

Ik had naar die vervormingskarakteristieken in de datasheet gekeken.
Daarbij valt op dat ze maar tot 20kHz lopen, terwijl andere karakteristieken wel tot 200kHz of 1MHz lopen. En dat de vervorming vanaf 10kHz flink oploopt.
Vandaar dat ik benieuwd ben naar de vervorming bij 100kHz of hoger (De harmonischen moeten nog wel in de doorlaatband vallen :-) )
Zodra je boven het frequentiebereik van je AP komt wordt dat inderdaad lastig meten.
Een voldoende vervormingsvrije generator is het eerste probleem..... Je nieuwe Siglent? Aan de analyserkant een Hi-Z naar 50Ω buffer? (met z'n eigen vervorming...)
Het zou natuurlijk goed kunnen dat de vervorming erg afhankelijk is van de belasting van de pre-amp.....

Misschien iets voor dinsdag? Met mijn weerstanden zijn we eerder klaar dan gedacht :'( ...

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan, :-)

Uhm => En dat de vervorming vanaf 10kHz flink oploopt
Que...

Je kan er ook anders tegenaang kijken, dat tot ongeveer 10Khz het ontwerp door zijn breedbandigheid vervormings vrij is!

Mijn meting bij 100kHz geeft iets van 0,005% aan, bij 40dB gain.
Lastig te meten door de ruisvloer en eigenlijk alleen goed te meten bij een hogere voeding spanning dan de 2x 9V zodat ik de versterker verder kan uitsturen.

Bij 1V RMS aan de uitgang, meet ik alleen ruis bij 100kHz distortie metingen.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Ja, dat is natuurlijk erg relatief :-)
De laatste tijd ben ik wat argwanend betreffende datasheets....

0,005% bij 100kHz is prachtig. En alleen ruis nog mooier :-)

groet! Gertjan.

rbeckers

Overleden

Blackdog, dat is een erg goede blok.
Kan (bijna ?) niet beter.

Gertjan, m.b.t. datasheets. O.a. Bob Pease heeft ongeveer hetzelfde gezegd over datasheets (en computers ;)).

blackdog

Golden Member

Hi,

Deze avond bezig geweest met het aanbrengen van het batterij bakje.
Dit is weer gemaakt van dun dubbelzijdig printmateriaal.
Tegen het oxideren is het zowel van te voren als toen het was aangebracht ingesmeerd met soldeerflux.

Hier is het bakje net aangebracht.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-115.png

Zijaanzicht, de bedrading voor de LED en de schakelaar is hier nog niet aangebracht.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-116.png

Beetje weinig licht, hierdoor een beperkte scherptediepte, maar het laat wel zien hoe de batterijen gemonteerd zitten.
Op het dekseltje dat de achterzijde afsluit, komt een klein beetje schuim dat de batterijen in het bakje drukt.
Je kan ook net zien dat het linker kant van het bakje een klein beetje naar binnen staat, dit houd de batterijen net klem.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-117.png

Hier is alle bedrading aangebracht en vastgezet.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-118.png

Hier een bovenaanzicht, de oplettende kijker ziet dat er een andere opamp in het voerje zit.
Dit is de OPA1612, dit is een opvolger van de LM4562A, deze opamp heeft een aantal betere specificaties dan de LM4562A zoals ruis een bandbreedte.
Maar... de stroomruis is bij deze opamp nog hoger dan de LM4562A, en ik zal moeten afwegen of ik deze opamp hier ga gebruiken.
Nog een voordeel van de OPA1612A is de nog lagere vervorming door de grotere bandbreedte en hierdoor meer loopgain in de hoge frequenties.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-119.png

Dit weekeinde hoop ik dit project af te sluiten door wat metingen te doen aan de ruis en bandbreedte bij verschillende bronimpedanties en de twee opamps.

Laters dus meer.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi,

Ik ben deze ochtend gestart met het doen van ruismetingen ruismetingen en dat valt niet mee.
De ruismetingen worden gedaan met de Audio Precision meetset en een scoop op de analyser uitgang van de meetset,
om eventuele storing van de meetonmgeving te dedecteren.

Dit meten valt niet mee...
Te veel storing ronde de meetbank, ik zal de metingen op een andere plek moeten gaan doen om meer precise resultaten te krijgen.

Maar hieronder kunnen jullie zien hoe ik ben gestart met het doen van metingen en dat zal ik anders moeten aanpakken,
het is niet duidelijk genoeg zoals het nu op papier staat, maar het is de eerste opset om er achter te komen hoe dit het beste te doen.
Het moet natuurlijk in Excel komen, maar ik ga eerst nog een paar andere metingen doen en dan bepaal ik de definitieve opset

Wat laat het lijstje nu al zien, een bevestiging van wat ik al dacht :-)
De eerste metingen zijn gedaan met de OPA1612A opamp, omdat deze er nu eenmaal al inzat van de vorige meting.
Ik ben gestart met een 0Ω BNC connector op de ingang.
Het eerste quadrant linksboven is aleen de Analyser, de filters staan uit op de voorversterker.
Kijk naar het Oranje kader bij 22Hz-22kHz de waarde is ongeveer 58uV RMS (wat 0,58uV RMS aan de ingang is) de versterker doet 100x versterking.
Kijk nu naar het tweede quadrant, dat is rechts boven, hier staat nu een RMS waarde van 260uV, dit komt omdat op de voorversterker nu het 400Hz filter aan de ingang aan staat.
Deze 18nF die voor het 400Hz kantelpunt aan de ingang zorgt heeft bij 10kHz een Xc van bijna 900Ω.
Dus de opamp ziet aan zijn ingang nu bijna 1K ondanks dat de ingang met 0Ω is afgesloten, vandaar de flink hogere ruisbijdrage van het 400Hz filter.
Het mooiste zou zijn geweest als ik zowel aan de ingang als na de eerste trap een 400Hz filter zou kunnen plaatsen, maarja een van de vele afwegingen die ik heb gedaan.
Maar waar ik eigenlijk meer op wil wijzen is dat het lage kantelpunt aan de ingang die nu is opgebouwd door de 100uF en de 25K weerstand echt noodzakelijk is voor een lage ruisbijdrage.

De lila waarden geeft de ruis aan bij het 400Hz filter van de preamp uit maar het 10kHz filter aan.
Hier lijkt de LM4562A iets minder ruis te hebben.
Neem voor alle ruiswaarde zeker 10% variatie in gedachten, daar deze metinge lastig zijn en het signaal niveau aan de ingang beneden de 1uV liggen voor kleinere bandbreedte.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-02.png

De laatste metingen die ik heb gedaan is met de OWON batterij scoop, in een andere ruimte en dan met een open ingang met het 10kHz filter aan.
Dit geeft een aardige indruk van de popcorn en of shotnoise, zie het plaatje hieronder met open ingang.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-03.png

Weer met het 10kHz filter aan en ook hier is de gain 1000x, dus de schaal is 2uV/Div, een mooie plop noise :-)
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-04.png

Nu heb ik acher de versterkers mijn passieve 100Hz/1kHz filter gehangen en dit is bij de 100Hz stand, jullie denken toch niet dat ruis in de lage frequenties mooi strak is... :-)
Hier dus 100Hz bandbreedte, schaal 1Sec/Div en 2uV/Div
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-06.png

Laters meer van dit ruis ongerief.
Ik ga testen met een aantal LM4562A en OPA1612A opamps om te zien of er merkbare verschillen tussen de IC zitten van het zelfde type.
Er zijn er al een paar geprobeerd, en het meeste verschil zie ik bij een open ingang wat betreft popcorn noise.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Mooie eye-opener, die ruistoename omdat door de filter C de ingangsimpedantie omhoog gaat....
Als je zo diep (laag niveau èn laagfrequent) in de prut gaat kijken worden dus inderdaad grote ingangscondensatoren noodzakelijk.

Maar, hier kijk je puur naar de ruisbijdrage van je pre-amp. Vraag is natuurlijk hoe groot de te meten ruis van je DUT t.o.v. deze ruisvloer.....

Waarom moet je naar een andere kamer? In je werkkamer kun je toch alles wat je niet nodig hebt en stoort uitzetten?

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan, :-)

Als het zo simpel was, dan had ik dit allang gedaan, en dan bedoel ik het uitschakelenvan apparatuur.
De storing lijkt op een golfbeweging, het is dus niet constand en vele apparaten zijn al uit geweest om de boosdoender te kunne dedecteren.

Het doel van deze versterker is om de ruisvloer zo laag te krijgen zodat deze ruim beneden de ruisvloer van de te meten objesten blijft waar de versterker voor bedoeld is.

Hij is niet bedoeld om de ruis te meten van een LTZ1000 referentie zener, dat vraagt een hele andere opset van de versterker.
Zie de topic op EEVBLOG hierover.

Ik zal vandaag nog proberen wat spectrum plaatjes te maken met de Pico scoop in de spectrum stand.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Ha blackdog,

Mooie foto's ik moet het wel even tot mij nemen om iets zinvols te kunnen schrijven.
Wel een paar puntjes de gemeten uitgangsspanning van 58uV in welke bandbreedte heb je dit gemeten en welke impedantie heeft de versterker aan de ingang.
Voor het terug rekenen 58uV - de F (ruis) van de versterker /versterking.
De plaatjes op de scope zeggen mij niet zo veel ik denk dat de meeste storing is.
Als je een weerstand gelijk aan de impedantie op je versterker aansluit moet je een ruis toename zien tenzij je ruis getal hoog is.
De condensator aan de ingang ik moet op je schema kijken doet er niet toe (ten zij in de feedback) niet positief maar ook niet negatief.
Wel je bandbreedte uiteraard let wel je -3dB bandbreedte in je Bodeplot is niet gelijk aan je ruis bandbreedte (dit geldt ook voor je A.P analyzer).

Groet Henk.

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

Golden Member

Ha die Henk,

In mijn lijstje dat ik heb laten zien, zie je metingen bij "0" Ω en 50Ω impedantie aan de ingang.
De bandbreedtes staan vermeld boven de waarde in het lijstje.

Dat de scope foto's wat annotatie kunnen gebruiken is mij duidelijk, eigenlijk te snel geplaatst :-)
De scoop plaatjes zijn met open ingang en verschillende filtering.
Open ingang betekend een 25K ingangsimpedantie en dat ruist de pan uit door de bias ruis :-)
Bij een "0"Ω, 50Ω, 75Ω en 100Ω BNC afsluiter als de ingang "recht" staat,
dan kan ik verschil meten tussen de verschillende ingangs impedanties van de BNC afsluiters.
De condensator aan de ingang doet er wel toe!
Kijk even naar het schema hoe de ingang is opgebouwd.

Het meeste wat je ziet is ruis, geen storing, de door jou aangehaalde 58uV RMS mag je voor die meting door 100 delen.
dus 0,58uV bij 22Hz tot 22kHz bandbreedte bij kortgesloten ingang.

Maar er komt meer aan, ik ga zo spectrum plaatjes genereren.
Oja, de metingen zijn gedaan met een extra 20dB versterker achter de 40dB versterk waar het om gaat.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
blackdog

Golden Member

Hi,

Nog wat plaatjes maar dan met de "Spectrum Mode" van mijn 12Bit Picoscoop ingesteld als Spectrum Analyser.
Dit zijn metingen die erg lang duren, één scan duurt ruim 13 seconde.
Dit komt omdat ik het laagfrequent gedrag redelijk in beeld wil hebben, en de frequentie start daarom ook bij 0,1Hz.
Hieronder zie je twee metingen in een plaatje dat ik heb gebruikt om te testen, de schaal is hier nog in dBu.
De dunne lijn is een enkele meting en hier is te zien dat dit niet echt zinning is.
De dikkere lijn is de maximale waarde van meerdere metingen (piek meting instelling).
De schaal is gecorrigeert voor de +40dB versterking.
De onderstaande metingen zijn alle gedaan met het 10kHz low pass filter aan op de meetversterker.
Als je naar de uitgang kijkt met een scoop, dan wordt een flink deel van wat je ziet door de 1/F ruis bepaald.
En dan bedoel ik het dansen van de lijn, de ruis in de hele lage frequenties kunnen dan nog steeds bepalen hoeveel de lijn danst, plopt enz.
Kijk maar eens naar het gemiddelde en de piekwaarde aan de linkerzijde, bij een lage stuurimpedantie kan dat 40dB niveau verschil zijn.
Nu is deze versterker vrij goed wat ruis betreft, maar ik wil wel een goed beeld hebben van de goede en niet zo goede eigenschappen ter voorkoming van meetfouten.

Deze metingen zijn gedaan met de LM4562A opamp, de metingen met de OPA1612 ga ik later doen, heb er nu even genoeg van :-)

De eerste meting om een "gevoel" te krijgen om het goed in beeld te brengen, de plaatjes zijn klikbaar voor een grote versie.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-50-Ohm-Single+Piek-dBu-Klein.png

Deze is met nu de goede schaal in dBU, 50Ω BNC afsluiter aan de ingang en een lange tijd piekmeting en ook het 10kHz low pass filter aan, dit is 12dB/Oct.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-50-Ohm-DBV-Klein.png

Deze meting is met open ingang en de impedantie is hier 25K, er zit een dopje op de ingang ter voorkomming van het oppikken van storing.
Ook hier staat weer het 10kHz low pass filter aan, let vooral op de waarde die de omhoog geschoven is en dat de 1/F ruis kantelpunt naar omlaag "lijkt" geschoven door de overdaad aan andere ruis.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Noise-25K-DBV-Klein.png

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Mooi dat je nu zo goed de 1/f ruis kunt zien. Op een scope kun je daar alleen maar naar raden...
En je kunt dus lekker lage frequenties bekijken met de Pico.

Wel is met FFT een gekalibreerde Y-as een heikel punt..... Dit omdat je curve op en neer gaat met de FFT grootte / het aantal bins wat je kiest...... Domweg omdat er dan meer of minder ruisenergie in 1 bin zit. Precies zo als met ruis op een spectrum analyser als je de RBW verandert :-)
Een SA kan je dan helpen met zijn noise marker functie, die die factoren weer verrekent, en wél een correct ruis getalletje laat zien. Maar FFT software heeft die luxe meestal niet...

Ik heb eigenlijk nooit gekeken hoe dat precies bij de Pico zit. Maar ik zou ter controle die ruis ook eens meten met b.v. je Fluke 8920A (met z'n thermische RMS meting).

Praktisch is de oplossing om voor alle bij elkaar horende metingen altijd dezelfde FFT size / aantal bins te gebruiken. Dan blijft alles vergelijkbaar.
En vaak gaat het meer om de vorm van de curve, zoals hier de duidelijk zichtbare 1/f ruis, en dan maakt de absolute Y-as grootte al helemaal niet uit :-)

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

De plaatjes die ik hier laat zien zijn met zorg samengesteld.
Daarom heb ik ook een van mijn "begin" metingen laten zien.

Wat het aantal BIN's betreft, dat zit hier wel snor 0,075Hz per bin.
Daarom duurt de meting ook vrij lang voor de 305Hz bandbreedte.

Wat wordt aangegeven is de sommatie van vele piek metingen, net zoals je dat op een digitale scoop kan doen.

Het is dus niet middeling, dat zou een heel verkeerd beeld geven van de amplitude.

De hele lage frequenties zullen nog iets sterker zijn, dit omdat je daar tegen het kantelpunt van de 100uF en de 25K weerstand van de ingang aanzit.
Dat is verder niet zo van belang.
Je kan wel raden wat daar in die lage frequenties gebeurd of gewoon in de datasheet kijken bij de 1/F ruis.

Het is niet de bedoeling altijd tegen de grens van deze versterker aan te gaan meten, dan heb je dus een andere versterker nodig!
Hoe beter de "normale" ruis en de 1/F ruis, hoe lager de ingangs impedantie moet worden en dan is de versterker steeds moeilijker voor andere toepassingen buikbaar.

Dan het meten met een true RMS meter, mijn Audio Precision is een true RMS meter...
Ik zie geen reden waarom ik het met de Fluke zou doen, hier zijn geen filters in opgenomen, maar dat kan natuurlijk wel een van mijn passieve filters zijn.
Waar ik bij metingen aan dit meetinstrument weer veel plezier van heb gehad :-)
Echter, passieve filtering voor High Pass heb ik hier nog niet, zal het op het te doen lijstje zetten.
Zonder de High Pass filers aan de ingang van de Fluke RMS meter ga je niet de goede waarde krijgen, daar de 1/F ruis dominand is en je met de in verhouding sterke bijdrage van deze frequenties ook in de loop tijdconstante komt van de thermische RMS converter in de Fluke.

Nu weer lekker facturen maken, je moet toch wat op de tweede Paasdag ;-)

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Ha blackdog,

Ik heb je schema gelezen maar je HP filter zit toch voor je 25kΩ weerstand dus deze weerstand blijf dominant :o maar dit is gemakkelijk te proberen filter inschakelen ;)
Je plaatje van de ruis amplitude ziet er mooi uit maar... als je met 50 Ω afsluit dan lees ik ≈ -149dBV af maar de thermische ruis over 50Ω in 10kHz bandbreedte is -140dBV hier zal iets niet helemaal kloppen :( of de bandbreedte begrijp ik verkeerd of de impedantie is lager dan 50 Ω .

Groet Henk.

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

Golden Member

Hi Henk, :-)

Als eerste zie je maar ongeveer 300Hz op de FFT, ik heb het 10kHz filter ingeschakelt om minder ruis richting de Picoscoop te duwen.
Waarom zou ik 5Mhz ruis in de Picoscoop duwen als ik alleen de eerste 300Hz wil zien.

En ja de ingangscondensator maakt wel uit, de 25K doet bij open ingang zowel de DC als de AC impedantie.
Bij aansturing met een lage impedantie, hier dan de 50Ω afsluiter dan staat voor AC de 100uF parallel aan de 25K weerstand.

In mijn lijstje van de meetwaarden kan je ook zien wat er gebeurd als ik aan de ingang overschakel naar de 400Hz stand, de ruis schiet omhoog!
Er is dan geen 25K met 100uF parallel aanwezig, maar 25K met 18nF...
Deze 18nF heeft bij b.v. 10kHz een Xc van rond de 900Ω en dan heb je dus voor AC 25K met hieraan parallel de 50Ω BNC therminator met in serie de Xc van de 18nF condensator.

Praten we nu over het zelfde denk je, als ik iets over het hoofd zie dan hoor ik het graag?

Wat betreft het niveau van de FFT, ik zal een referentie signaal op 100Hz er bij zetten.
Dan zien we snel genoeg of ik een fout heb gemaakt, volgens mij heb ik de goede probe instelling gemaakt voor de +40dB.
Heb ik het toch nog fout gedaan, dan zal ik hier het boete kleed aantrekken ;-)

Gegroet,
Bram

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Wat ik in mijn vorige post probeerde te vertellen is dat de hoeveelheid energie in een ruis afhankelijk is van de bandbreedte. En als je die bandbreedte in stukjes knipt, je dus op een lager niveau uit komt. Hoe meer bins in je FFT, in hoe meer stukjes je je ruis knipt, en dus hoe lager je in niveau uitkomt.

Ik heb een voorbeeld voor je gemeten:
Ik heb mijn Rigol generator op ruis gezet, 0dBm uit (in 50Ω)
Aangesloten op m'n Fluke 8920A, met 50Ω afsluiter, vindt die dat het +0,19dBm is.

Volgende stap is aansluiten op de PicoScope, weer met 50Ω afsluiter:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2017/FFT-0dBm-1024bins-600pix.png
klik plaatje voor grotere versie

Hier heb ik gekozen voor 1024 bins (zie het rode hokje). Verder gelijk aan jouw settings, Peak Hold etc.
En zie, nu meet ik een niveau van ongeveer -26dBm.....

Vervolgens heb ik het aantal bins vergroot naar 32768, verder niets veranderd:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2017/FFT-0dBm-32768bins-600pix.png
klik plaatje voor grotere versie

En kijk, nu meet ik een niveau van -56dBm.
Dat is dus eigenlijk het niveau per bin, per bandje van 1/32768 van de breedbandige ruis :-)

edit: Daarom druk je ruis uit in V√Hz. Je rekent dan als het ware je spanning terug naar de waarde behorende bij een bandje van 1Hz. En blijven verschillende meetbandbreedtes wèl vergelijkbaar.

Groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi,

Ik heb nog wat metingen gedaan aan de versterker samen met de Picoscoop in de FFT stand.
Als eerste de schaal factor, ik heb alles een paar keer gecontroleers wat instellingen betreft, zoals Windows type (Blackman) hoeveelheid bins (4096)
de schaal 20mV enz en dit samen met de stand waarin gemeten werd en dat is bij alle metingen Piek-Hold.

Ik was eerst begonnen met het genereren van een 100Hz toon met een niveau zodat dit binen de gevoeligste stand bleef van de Picoscoop en die stand is +-20mV
En het signaal is dus -40dV geworden uit de voorversterker wat een 10mV signaal betekend.
Om nu er voor te zorgen dat de uitgansversterker van de generator geen roet in het eten gooid met ruis, zit er aan de uitgang van de generator 3x een 20dB BNC verzwakker en een 50Ω afsluitweerstand.

Dan nog dit, ik kreeg nog vreemdere waarde toen ik in een andere ruimte begon te meten die helemaal geen relatie had met het signaal.
Ik wist zeker dat ik -40dBV aan de uitgang had en dit klopte ook op het plaatje, maar e ruis die ik meete klopte van geen kanten.
Wat was er nu veranderd in de setup...
De generator was er bijgekomen en de laptop stond nu te laden!
Dat was het dus, een geweldig commonmode probleem door de DELL laptop voeding en de generator die aan randaarde hing. :-)

Plaatje van de meet setup.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/NA-40dB-Filter-Amp-120.png

De settings zijn aan de rechter zijde te zien onder Properties en alle metingen hieronder staan ingesteld op Peak Hold, deze plaatjes zijn klikbaar.
Dit is de zelfde instelling als hoe ook de versterker is gemeten, maar dit is nu de ruisvloer van de Picoscoop met op de ingang een 50Ω afsluitweerstand.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-50Ohm-afgesloten-4096-bins-klein.png

Dit is nu met aangesloten voorversterkeren het -40dBV referentie signaal, alle instellingen zijn gelijk aan het bovenstaande plaatje.
De ruis van de voorversterker is ongeveer 10dB boven die van de Picoscoop boven de 10Hz.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-40dB-Preamp-40dB-4K-Bins-klein.png

Eerst nu weer even wat plaatjes van de Picosoop FFT met alleen een 50Ω afsluitweerstand om de ruisvloer te laten zien van de Picoscoop bij een ander aantal Bins.
Hier ga ik eerst 4x omhoog met het aantal Bins en zoals Gerjan al aangaf, gaat dan de ruiswaarde omlaag, verder is alles gelijk, nu dus ruisvloer met 16K Bins.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-50Ohm-afgesloten-16K-bins-klein.png

Met de volgende plaatjes gaan we de andere kant op, het aantal Bins gaat nu dus omlaag, hier 1K Bins met het -40dB signaal om te laten zien hoe deze wordt weergegeven.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-50Ohm-afgesloten-1K-bins+100Hz-Preamp-klein.png

Let goed op de signaal piek, deze wordt steeds breder bij een lager aantal Bins en natuurlijk zoals Gertjan al aangaf gaat de ruiswaarde steeds verder omhoog.
Kijk ook goed naar de lage frequenties, doordat er nu te weinig Bins zijn (1 Bin is 1,192Hz) kan zeg 0,2Hz niet meer worden onderscheiden, dit plaatje is 256 Bins.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-50Ohm-afgesloten-256-bins+100Hz-Preamp-klein.png

En de laatste in deze serie, nu is het aantal Bins nog maar 128, je kan goed de knik in de waarde zien bij de minimale Bin grote van 2,4Hz, de piek van het 100Hz referentie signaal is ook flink breed geworden.
De ruis boven een tiental Hz wordt nu aangegeven als ongeveer -92dBV, hier zijn dus maar 128 Bins gebruikt.
http://www.bramcam.nl/NA/NA-40dB-Filter-Amp/Pico-50Ohm-afgesloten-128-bins+100Hz-Preamp-klein.png

Wat Gertjan aangeeft over de energie inhoud per V√Hz. gaat alleen op als je boven de 1/F frequentie zit.

Waarom ben ik begonnen de eerste drie plaatjes te laten zien?
Dat is om jullie een indruk te geven in hoeverre de ruis van een versterker veranderd als de impedantie die de ingang ziet veranderd.
Dat bij de eerste drie plaatjes de schaal niet helemaal klopte doet weinig af aan wat er zichtbaar werdt gemaakt, maar sorry voor de meetfout in de eerste drie plaatjes.
De belangrijkste versies van ruis die hier meespelen zijn de spannings ruis en de stroomruis van de opamp.
De stroomruis kan flink gaan meespelen als de ingang een hoge impedantie ziet, en dat wou ik laten zien met deze spectrum plaatjes en met een paar van de scoop plaatjes.
Deze stroomruis kan door een andere opamp te kiezen flink omlaag worden gebracht zoals met b.v. een FET opamp OPA627 of OPA637, dure opamps maar ook niet zo mooie pulsweergeve als de LM4562A en de OPA1612.
Ik denk dat ik dit nu voor de derde keer aanhaal, deze voorversterker is bedoeld voor het meten aan lage impedantie D.U.T.s.
Hierdoor speeld de stroomruis dus minder mee.

De rest van de plaatjes hierboven is om te laten zien dat de ruisvloer van de Picoscoop bijna niet meespeeld en om het gene wat Gertjan aangaf nog wat duidelijker aan te geven met mijn meetobject als lijdend voorwerp :-)

Voor Henk en ook anderen, zal ik nog laten zien bij 22Hz-22kHz bandbreedte, wat de RMS ruis is bij 0, 50, 75 en 100Ω impedantie aan de ingang van deze meetversterker.
Moet ik wel het meetinstrumentarium hiervoor even verplaatsen, doe ik morgen of woensdag.

Voor nu weer even genoeg, pff.

Groet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.

Hi Bram

Mooie metingen! In volgende pfd (http://www.fhnw.ch/technik/ime/publikationen/2012/how-to-use-the-fft-a…) staat wat achtergrond over het bepalen van ruis en signalen na een fft. Het verschijnsel wat jij en Gert Jan tegen komen wordt er ook ik verklaard. Het is namelijk een resultaat van Parsevals theorie dat vermogen gelijk dient te zijn in het tijdsdomein en het frequentiedomein.

Groet

Kris