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Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens
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21.12.19 20:33
regency 

WGF-Premiumnutzer

21.12.19 20:33
regency 

WGF-Premiumnutzer

Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

In NF-Verstärkern werden rauscharme Transistoren verlangt. Gibt es eine einfache Methode, Transistoren bezgl. des Rauschens zu vergleichen, um den besten auszuwählen?
VG, Jan

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22.12.19 10:29
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

22.12.19 10:29
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo,
Vielleicht hilft diese Info weiter:
Bei Röhren hat man in früheren Zeiten den "äquivalenten Rauschwiderstand" angegeben.
Das ist der Widerstand, der in die Gitterzuleitung geschaltet, das gleiche Rauschen ergibt
wie die Röhre selbst.
So geht z.B. das Rauschen beim normalen Audion zurück wenn die RC-Kombination überbrückt wird.

Auf diese Weise habe ich Röhren ((Triode der PCF802) auf geringes Rauschen hin ausgemessen,
erfordert natürlich ein gut abgeschirmtes und hochverstärkendes NF-Verstärker-Teil.

Das sollte auf Transistoren übertragbar sein.
Ich würde einen Verstärker bauen, mit sehr schwachen Signal einspeisen und schauen, bei welchen Transistoren
das Signal in späterer Eingangs-Schaltung nicht unter dem Rauschen verschwindet.
Jens

22.12.19 13:55
qw123 

WGF-Premiumnutzer

22.12.19 13:55
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo Jan,

regency:
In NF-Verstärkern werden rauscharme Transistoren verlangt. Gibt es eine einfache Methode, Transistoren bezgl. des Rauschens zu vergleichen...
das Thema 'Rauschen bipolarer Transistoren' ist einigermaßen komplex.
Eine einfache billige Meß-Methode, die belastbare Ergebnisse liefert, ist mir nicht bekannt.
Am einfachsten dürfte es sein, wie schon von Jens 'basteljero' angedeutet, eine Signalverstärkerstufe zu bauen, die der letztlich verwendeten möglichst ähnlich ist und daran verschiedene Transistortypen mit den Ohren zu testen.

Dabei sollte man auf folgendes achten:

Bipolare Kleinsignaltransistoren erreichen das geringste (zusätzliche!) Rauschen, wenn der Innenwiderstand der Signalquelle bei wenigen Kilo-Ohm liegt.

Bei höheren Quellwiderständen (>10kOhm) sind JFets meist vorzuziehen.
(Im beruflichen Umfeld hatte ich es mal mit Quellwiderständen im Giga-Ohm-Bereich zu tun. Da nahm man spezielle Mosfets, die stickstoffgekühlt bei ca. -200°C arbeiteten. Übliche Transistoren und JFets sind bei -200°C längst 'eingefroren'.)

Bei kleineren Quellwiderständen (<100 Ohm) nimmt man spezielle Transistor- bzw. IC-Typen (z.B. LM394 o.ä.), die meist intern aus einigen Dutzend parallel geschalteter Transistoren bestehen. Im HiFi-Bereich tritt dieser Fall bei sog. MC-Vorverstärkern auf. Hier besteht das Problem darin, daß der sog. Basis-Bahn-Widerstand, also der Widerstand zwischen äußerem Anschlußpin und interner Basiselektrode, ähnlich groß wird wie der Quellwiderstand. Günstige Eigenschaften in diesem Fall haben auch einige VHF-Antennenverstärker-Typen (BFW16a) oder Leistungstransistoren (2N3055), die mit mA Kollektorstrom betrieben werden.

Die Rauschspannung ist i.a. auch frequenzabhängig.
Ein Meßgerät, das Rauschen auch außerhalb des NF-Bereichs (20Hz..20kHz) mißt, liefert deshalb keine brauchbaren Aussagen über das wirklich hörbare Rauschen.
Da auch der Ohr-Frequenzgang frequenzabhängig ist, liefert ein Meßgerät mit linearem Frequenzgang keine zuverlässigen Aussagen über das subjektiv wahrgenommene Rauschen. Zur Beurteilung des subjektiven Rauschens anhand von Meßwerten sollten diese mit einer Ohrempfindlichkeitskurve bewertet werden (z.B. A-Kurve, CCIR etc.).

Viel Spaß

Heinz

22.12.19 14:45
regency 

WGF-Premiumnutzer

22.12.19 14:45
regency 

WGF-Premiumnutzer

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo Jens und Heinz,
danke für eure Antworten, die sehr informativ und hilfreich sind!

Es gibt ja auch den gewünschten Fall von Rauschen in der Musikelektronik. Ein Rauschgenerator für weißes Rauschen ist ein Verstärker, an dessen kapazitiv getrennten Eingang ein Spannungsteiler aus einem Vorwiderstand von einigen 10 kΩ und der in Sperrichtung betriebenen Ermitter-Basis Strecke des Transistors liegt. Mit dem Eingang eines hochohmigen Gitarrenverstärkers wäre das sehr leicht als Test durchführbar. Nur, ist das Rauschen dann ein einigermaßen zuverlässiger Indikator für das Rauschen des Transistors als Verstärker?

Viele Grüße,
Jan

22.12.19 18:08
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

22.12.19 18:08
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo Ingo,
Aber warum willst du einen Rauschgenerator aufbauen, wenn die Testschaltung nur etwa 6 Bauelemente
+ 9V Blockbatterie + Alu-Gehäuse + 2 Stk. 6,3mm Klinkenbuchsen braucht und das Testbauteil in dem angedachten
Einsatzbereich arbeitet ?
Bei Verwendung von Potis könntest du dann sogar verschiedene Einstellungen bei verschiedenen Typen testen
bis der Dachs kotzt.

Jens

22.12.19 20:31
regency 

WGF-Premiumnutzer

22.12.19 20:31
regency 

WGF-Premiumnutzer

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo Jens,
ich dachte an so etwas simples hier: Den Ausgang auf einen Verstärker oder den PC Mic Eingang nutzen, für alle Kandidaten nacheinander den Rauschpegel aufnehmen, z.B. mit Audacity, und dann in einem Ritt die gesamte Aufnahme normalisieren und die Pegelveränderungen vergleichen. Der Pegelunterschied ist leider im Vergleich zum Rauschen bei kurzgeschlossenen Eingang zu gering. D.h. ich benötige mindestens noch eine weitere Verstärkerstufe.



Gruß, Jan

Datei-Anhänge
Transistor-Rauschtest.jpg Transistor-Rauschtest.jpg (89x)

Mime-Type: image/jpeg, 46 kB

22.12.19 22:01
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

22.12.19 22:01
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo Jan,
wofür das alles eigentlich? möchtest du einen universellen Transistor-Rauschmesser bauen, ein Mischpult, einen
defekten Transistor ersetzen in einem High-Tech Dingens, ein Richtmikrofon bauen und Vogelstimmen aufnehmen?
Warum nicht das hier Abkupfern und ggf. auf eigene Bedürfnisse anpassen:

https://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/ba...erst%C3%A4rker/

Ein einzelner, rauscharmer Transistor am Eingang vorm OP scheint auch heute noch die beste Lösung zu sein.
Interessant: die einfache aber wirksame statische Abschirmung (Alufolie im PVC-Gehäuse)

Man könnte dann verschiedene ohmsche Widerstände (100 Ohm bis 47kOhm) als Eingangs-Rauschquelle nehmen
und den ersten Transistor steckbar machen, wie in manchen Oszilloskopen vor 40 Jahren.
Aber:
Ausmessen auf Rauscharmut macht eigentlich nur Sinn bei extrem empfindlichen Anwendungen meine ich.

Wichtiger ist sicherlich die richtige Dimensionierung der Schaltung, deshalb nochmal dieser Link:
http://www.elektronikinfo.de/strom/transistorrauschen.htm
Hier wird u.a. auch das "Muscheldiagramm" erklärt)
Damit, und mit dem was Heinz geschrieben hat, solltest du Erfolg haben.

Jens

Zuletzt bearbeitet am 22.12.19 22:55

23.12.19 07:23
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

23.12.19 07:23
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

hallo alle,

Das erfordert einen Verstärker der um ein mehrfaches rauschärmer arbeitet als das Testobjekt,
idealerweise direkt im Tasdtkopf um Kabelrauschen etc. auchnoch zu vermeiden. An seine Versorgung sind ebenso hohe Ansprüche zu stellen. Dafür kommen hochwertige OPs in Frage. Wenn man es dann auf einem Pegel hat der problemlos transportierbar ist kann es zB mit dem Spec ausgewertet werden.

Für die Kleinstsignalverarbeitung im NF Bereich kommt noch eine andere Methode in Frage: erstmal hinauftransformieren.
Die kleinen Übertrager dafür sind üblicherweise etwas teuer.

lG Martin

Zuletzt bearbeitet am 23.12.19 07:25

23.12.19 14:02
HB9 

WGF-Premiumnutzer

23.12.19 14:02
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo zusammen,

zuerst zum Transistor als Rauschgenerator (in Sperr-Richtung vorgespannte Basis-Emitter-Strecke): Hier wird nicht das Verstärker-Rauschen des Transistors genutzt, sondern das "Schrot-Rauschen" einer im Durchbruch betriebenen Sperrschicht (gleich wie eine Z-Diode), daher muss die Spannung so hoch sein, dass die B-E-Strecke leitend wird, was bei üblichen Transistoren so um 5V ist. Dieses Rauschen sagt aber nichts über das Rauschen als Verstärker aus und ist daher für die Aussortierung von Transistoren ungeeignet.

Beim Verstärkerrauschen gibt es zwei Quellen, nämlich das Spannungs- und das Stromrauschen. Da der Bipolartransistor stromgesteuert ist, ist das Stromrauschen dominant, und bei hohen Widerständen ergibt dieses Stromrauschen eine entsprechend hohe Rausschspannung, die zusätzlich zum thermischen Spannungsrauschen es Widerstands anfällt. Folglich sollen rauscharme Verstärker mit Bipolartransistoren eingangsseitig niederohmig sein, damit das Stromrauschen möglichst wenig zusätzliche Rauschspannung generiert, dasselbe gilt auch für OpAmps mit Bipolar-Eingangsstufe. FETs haben bekanntlich so gut wie keinen Eingangsstrom, daher gibt es das Stromrauschen am Eingang nicht, dafür haben sie ein zusätzliches niederfrequentes Rauschen, das unterhalb etwa 100Hz sich bemerkbar macht und mit sinkender Frequenz stark ansteigt, in Datenblättern wird es oft als "1/f-Noise" bezeichnet.

Unabhängig vom Transistorrauschen kommt immer das thermische Rauschen der Widerstände dazu. Aus diesem Grund sollen möglichst niederohmige Widerstände im Signal- und Rückkopplungspfad verwendet werden, zudem haben Kohleschicht-Widerstände noch ein zusätzliches Rauschen, daher sind Metallfilm-Widerstände vorzuziehen.

Der Arbeitspunkt, also der Kollektor- oder Drainstrom, ist ebenfalls eine wesentliche Grösse, es gibt einen optimalen Wert, wo das Rauschen bei gegebener Verstärkung minimal wird, bei HF-Transistoren findet man in den Datenblättern manchmal eine entsprechende Kurve.

Der Vergleich von Transistoren ist also nicht so einfach, man muss jeden Kandidaten in die Schaltung einbauen und die Schaltungsparameter entsprechend ändern, damit der Transistor im optimalen Arbeitspunkt betrieben wird. Weiter ist abhängig von der Quellenimpedanz nicht immer derselbe Transistor der rauschärmste.

Gruss HB9

23.12.19 22:26
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

23.12.19 22:26
basteljero 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Einfache Methode zum Test des NF Transistorrauschens

Hallo HB9.
Hier ist eine Beispielrechnung für eine Vorverstärkerstufe mit einem bipolaren Transistor angeführt:

http://www.elektronikinfo.de/strom/transistorrauschen.htm

Gesamtrauschen : 0,270 μV, Widerstandsrauschen : 0,257 μV, Transistorrauschen : 0,089 μV.

Bei diesen Werten stellt sich mir die Frage, ob die zu erwartenden Exemplar-Streuungen
bei den heutigen Transistoren so groß sind, das sich eine Selektion im Normalfall lohnen würde oder
nur bei der Restaurierung von hochwertigen Studio-Mikrofonen etc.

Jens

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