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11-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Bild 8:

Messtechnik Bild 8: RTI-Stromrauschen des AD8605 Bild 9: RTI-Stromrauschen ausgewählter Verstärker von ADI dass dessen Eingangskapazität nur etwa 2,1 pF beträgt. Das bedeutet, dass die Parasitärkapazitäten zusammen etwa 5,5 pF betragen. Die Gegentakt- Eingangskapazität wird mittels Bootstrapping verringert und spielt daher bei niedrigen Frequenzen keine signifikante Rolle. Bild 6 zeigt die Gesamtimpedanz aus 10 GOhm parallel 7,6 pF, mit der das Stromrauschen „konfrontiert“ ist. Wenn man die am AD8065 gemessene ausgangsbezogene Rauschspannung (Bild 5) durch die frequenzabhängige Impedanz (Bild 6) dividiert, erhält man das äquivalente Stromrauschen des AD8065, kombiniert mit dem Stromrauschen des 10-GOhm-Widerstands gemäß RSS (Bild 7). Bild 8 zeigt das eingangsbezogene Stromrauschen des AD8065 nach Herausrechnen des Stromrauschens des 10-GOhm-Widerstands. Unterhalb 10 Hz ist die Kurve stark „zerfleddert“, weil wir versucht haben, die 0,5 bis 0,6 fA/Hz aus 1,28 fA/Hz (10% auf der RSS- Skala) herauszufischen und nur 100 Mittelungen erfolgten. Zwischen 15 mHz und 1,56 Hz liegen bei einer Auflösungsbandbreite von 4 mHz nicht weniger als 400 Spektrallinien – dadurch dauert eine einzige Mittelung 256 s! Für 100 Mittelungen benötigt man demnach 25.600 s bzw. mehr als 7 h. Warum muss man bis hinab zu 15 mHz messen und dafür so viel Zeit aufwenden? Eine Kapazität von 10 pF ergibt mit einem Widerstand von 10 GOhm ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 1,6 Hz. Rauscharme Verstärker mit FET-Eingang haben große Eingangskapazitäten bis zu 20 pF, das ergibt eine -3-dB- Grenzfrequenz von 0,8 Hz. Um den -3-dB-Punkt korrekt messen zu können, müssten wir einen 20-dB-Abfall unterhalb von 80 mHz beobachten können. Eine genauere Analyse des „zerfledderten“ Kurvenbereichs unterhalb von 10 Hz ergibt eine Rauschstromdichte von 0,6 fA/ Hz; einen ähnlichen Wert liefert auch die folgende Gleichung: (6) Diese Gleichung ist demnach bei FETs nicht völlig falsch, sondern zeigt in erster Näherung die niederfrequente Stromrauschcharakteristik des Messobjekts, weil die Messwerte auf dem DC-Eingangsbiasstrom basieren. Bei hohen Frequenzen versagt diese Gleichung jedoch. Bei höheren Frequenzen dominiert das Stromrauschen des Messobjekts dasjenige des Widerstands signifikant; deshalb kann letzteres vernachlässigt werden. Bild 9 zeigt das eingangsbezogene Stromrauschen diverser Verstärker mit FET-Eingang bei 10 GOhm, gemessen mit der Messanordnung von Bild 3. Offenbar ist etwa 100 fA/Hz bei 100 kHz ein typischer Wert, den man bei den meisten Präzisionsverstärkern erwarten darf. Bild 10: Eingangsbezogenes Stromrauschen des LTC6268 Eine Ausnahme stellen die Typen LTC6268/LTC6269 dar, die bei 100 kHz ein Stromrauschen von nur 5,6 fA/Hz aufweisen. Diese Verstärker eignen sich hervorragend für schnelle Transimpedanz-Anwendungen, die große Bandbreite, geringe Eingangskapazität und Biasströme im Femtoampere-Bereich erfordern. Teil 2 und Schluss im nächsten Heft 44 hf-praxis 11/2020

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