Rauschwert minimieren mit reihengeschalteten Widerständen

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Autor
Rauschwert minimieren mit reihengeschalteten Widerständen

    







BID = 880134

chkirsch

Gerade angekommen


Beiträge: 2
 

  


Hallo miteinander,

Ziel ist es, ein Messgerät zur Messung sehr niedriger Spannungen (Microvolt-Bereich) zu konstruieren. Das Problem hierbei ist die mögliche Verfälschung der Spannungswerte durch Rauscheinflüsse.
Zur Verfügung stehen Widerstände mit Temperaturkoeffizienten von +-5 ppm/°C. Diese sollen in Reihe geschaltet diesen Rauschwert bestmöglich minimieren. Die Frage ist nun, ob es statistisch möglich ist, die Anzahl der Widerstände zu bestimmen, um das Rauschen weitestgehend zu unterbinden. Ich bin bisher mit dem Ansatz einer Gauß-Normalverteilung an das Problem gegangen, jedoch ohne Erfolg.
Hat von euch jemand eine Idee diesbezüglich oder verwendet ihr möglichst realitätsnahe Verfahren? Ist eine derartige Berechnung überhaupt möglich?

Viele Grüße,
chkirsch

BID = 880138

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

 

  


Zitat :
Die Frage ist nun, ob es statistisch möglich ist, die Anzahl der Widerstände zu bestimmen, um das Rauschen weitestgehend zu unterbinden.
Nein, in der Theorie hat die Anzahl der Widerstände keinen Einfluß.
Jeder ohmsche Widerstand erzeugt eine Rauschleistung, die nur von der Temperatur abhängt. Wie hoch die zugehörige Rauschspannung bzw. der Rauschstrom ist, hängt dann vom dem rauschenden Widerstand und der Last ab.

Zusätzlich kann aber noch Rauschen entstehen, wenn der Widerstand von einem Strom durchflossen wird. Wie hoch diese Rauschleistung ist, hängt von Material und Herstellungsparametern ab. Hier ist Experimentieren angesagt. Kohlewiderstände gelten als sehr schlecht, Drahtwiderstände als gut; dazwischen liegen Metalloxid und Metallschichtwiderstände.

Oft liefert aber das Rauschen der Verstärkereingangsstufe den größten Beitrag zum Gesamtrauschen.
Hier gibt es speziell bei sehr niedrigen Frequenzen Effekte, die immer noch nicht vollständig verstanden werden (1/f- bzw. Popcorn-Rauschen). Immerhin weiß man, daß dieses Rauschen etwas mit Oberflächeneffekten und der Sauberkeit bei der Herstellung zu tun hat.
Insofern kann es lohnen Transistoren eines anderen Herstellers auszuprobieren.

BID = 880148

chkirsch

Gerade angekommen


Beiträge: 2

Hallo perl,

vielen Dank für deine erste Stellungnahme.
Natürlich ist Ausprobieren eine Alternative, jedoch wäre ich als Mathematiker an einer theoretischen Berechnung interessiert.
Zur Spezifikation: Der Gesamtwiderstand des Systems soll bei 60 MegaOhm liegen, dabei sind 15 Widerstände parallel geschaltet, das ist Voraussetzung. Zur Vefügung stehen Widerstände à 1 MegaOhm, mit Temperaturkoeffizient +-5ppm.
Lässt sich angeben, wieviele Widerstände dazu im System in Reihe geschaltet werden sollten, damit der Rauschwert auf ein Minimum unterdrückt wird und die gemessene Spannung dem Referenzwert entspricht?

Ich dachte unter anderem an eine Beziehung der Form
\fedon\mixonR(T)=R(1+a(T-T_0))
T=Temperatur
T_0=Anfangstemperatur
a=Konstante
R=Temperaturkoeffizient
\fedoff\

Wie könnte man die Konstante a bestimmen?

So nebenbei: Bei der Angabe des Wertes +-5ppm, auf was bezieht sich das Minuszeichen? Ich meine, der Widerstand wächst definitiv bei Temperaturerhöhung. So ganz klar ist mir das nicht.

Viele Grüße,
chkirsch


[ Diese Nachricht wurde geändert von: chkirsch am 18 Mär 2013 11:30 ]

BID = 880154

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12695
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Der Gesamtwiderstand des Systems soll bei 60 MegaOhm liegen
Wenn das so ist, hast du wenig Einfluss auf das Rauschen. Denn je größer der Widerstand, desto größer die Rauschspannung/leistung.


Zitat :
Ich meine, der Widerstand wächst definitiv bei Temperaturerhöhung.
Dieser Zusammenhang gilt nur für Metalle (und künstlich hergestellte PTCs), also Kaltleiter.


Zitat :
Ziel ist es, ein Messgerät zur Messung sehr niedriger Spannungen (Microvolt-Bereich) zu konstruieren.
Gibt es doch schon fertig: http://www.keithley.com/products/dc.....2182A



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 880264

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Natürlich ist Ausprobieren eine Alternative, jedoch wäre ich als Mathematiker an einer theoretischen Berechnung interessiert.
Die theoretische Berechnung ist ja längst Geschichte; mich wundert es lediglich, daß sie dir als Mathematiker nicht geläufig ist.
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerauschen

Unter dieses theoretische Minimum, das auf der Wärmebewegung der Elektronen beruht, kommst du nicht, aber mit schlechten Bauteilen oder falscher Schaltungstechnik kannst du den Störpegel nahezu beliebig erhöhen.
http://www.hameg.com/downloads/fachartikel/HAMEG_Rauschen.pdf
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-rauschen.htm


Bei der Digitalisierung von analogen Signalen kommt noch das Quantisierungsrauschen hinzu, und das kann man manchmal mittels mathematischer Tricks in nicht interessierende Frequenzbereiche verschieben.
http://myweb3.hs-harz.de/mkreyssig/af/pdf/NoiseShaping.pdf



P.S.:
Zitat :
Messgerät zur Messung sehr niedriger Spannungen (Microvolt-Bereich) zu konstruieren.
....
Zur Verfügung stehen Widerstände mit Temperaturkoeffizienten von +-5 ppm/°C. Diese sollen in Reihe geschaltet diesen Rauschwert bestmöglich minimieren.
Was sollen diese Widerstände bei einer Spannungsmessung überhaupt bewirken?


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 19 Mär 2013  1:05 ]


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