LNA 10, Rauscharmer Differenzial- Vorverstärker für Oszilloskope

LNA 10, Rauscharmer Differenzial- Vorverstärker für Oszilloskope

Der Oszilloskop- Vorverstärker LNA 10 verbessert erheblich die Kleinsignal- Messmöglichkeiten von Oszilloskopen bei Frequenzen unter 1MHz.   

Mit diesem Vorverstärker können Mikrovolt- Signale auf Oszilloskopen dargestellt werden, die typischerweise auf der vertikalen Achse nur bis 1mV/DIV hinunter reichen.  
Der Vorverstärker hat einen analogen echten Differenzialeingang und einen analogen Tiefpassfilter im Ausgang (einstellbar 1Hz-1MHz).
Das auf den Eingang bezogene Effektivwert- Rauschspektrum für F > 100Hz beträgt 4nV/Wurzel aus Hz oder weniger. So beträgt beispielsweise auch bei 1000-facher Verstärkung das Gesamtrauschen von 100Hz bis 1000Hz weniger als 1 DIV Spitze-Spitze bei einer 1mV/DIV- vertikalen Oszilloskopeinstellung  (einen niederohmigen Eingang vorausgesetzt).
Die meisten Oszilloskope sind darauf ausgelegt, (schnelle) Ereignisse mit hoher Frequenz anzuzeigen, die untrennbar damit verbunden (intrinsisch) ein Rauschen von 1 Millivolt oder mehr mit sich bringen.  Aber niederfrequente Signale haben viel weniger intrinsisches Rauschen, deshalb ist ein rauscharmer Vorverstärker und ein Bandbreitenbegrenzungsfilter unerlässlich für niederfrequente Kleinsignale.

Das intrinsische "weiße" Rauschen eines ohmschen Stromkreises bei Raumtemperatur ist proportional zur Wurzel aus (R x Delta f), das ist die Wurzel aus dem Produkt des Quellwiderstandes mit der untersuchten Bandbreite. Bei niedrigem Widerstand und niedrigen Frequenzen ist das Rauschen gering. Zum Beispiel hat ein 1000 Ohm- Widerstand ein intrinsisches effektives Rauschen von 13nV bei einer Delta f =10Hz- Bandbreite, z. B. in Verbindung mit dem Frequenzbereich 0-10Hz oder mit dem Frequenzbereich 102Hz - 112Hz.  Das Rauschen wird doppelt so stark, wenn die untersuchte Bandbreite 4-mal so groß wird (z. B. 40Hz) oder wenn der Widerstand 4-mal so groß wird.

Die meisten Verstärker haben ein weißes Rauschspektrum (eine flache Spektralkurve) bei allen Frequenzen oberhalb von ca. 1000Hz. Dieses weiße Rauschspektrum wird üblicherweise als eine bestimmte Anzahl von nV pro Wurzel aus Hz angegeben. Aber das entsprechende Eingangs- Rauschspektrum von Halbleiterverstärkern  (in nV/Wurzel aus Hz) wird höher bei niedrigen Frequenzen, ganz anders als bei typischen passiven Widerständen. Typischerweise ist die Anzahl von nV/Wurzel aus Hz proportional zu ca. 1/f für f < = 10Hz.

Die folgende Tabelle zeigt das tatsächliche Rauschen des LNA 10 in verschiedenen Frequenzbereichen. Bei allen Frequenzen hat der LNA 10 viel weniger Rauschen als typische Halbleiter- Verstärker. 
 

Eigenschaften:

• Max. Bandbreite: DC bis 1MHz (1MHz bei -3dB)
• Der Ausgang hat einen einpoligen Tiefpassfilter, abstimmbar von 1Hz bis 1MHz. Diese Funktion reduziert die Bandbreite nach Bedarf.
• Wählbarer DC/AC- gekoppelter Eingang ("AC" geht durch einen 0,3Hz- Hochpassfilter, 1-polig): Auf DC muss jeder Eingang zwischen -0,4V und +0,4V liegen, mit Bezug auf die Gehäusemasse für genaue Messwerte. Bei der Einstellung AC kann ein DC- Offset von bis zu ±30V vorhanden sein. (Wenn jedoch die Eingänge sich schnell um mehr als 0,8Vss ändern, dann muss die Anstiegsgeschwindigkeit für eine genaue Verstärkung = 2V/s sein.)
• Die Eingänge sind bis ±5kV gegen Elektrostatik und ±30V gegen unbegrenzte Stromtransienten geschützt, mit Bezug auf die Gehäusemasse.
• Auswählbare Verstärkungsfaktoren sind x10, x100, x1000 (echtes Differenzial, mit einem Gleichtakt- Signalunterdrückungs- Verhältnis (CMRR) von > 90dB). Auch positive und negative asymmetrische Eingänge können ausgewählt werden, ebenso wie Referenz- Masse. Verstärkungs- Genauigkeit: ±1%. (Der LNA 10 hat keine x1- Verstärkung.)
• Max. Ausgangsspannung: ±4V
• Eine Offset- Einstellung, entsprechend ±1mV am Eingang, ist vorhanden.
• Der BNC- Ausgang (100 Ohm) soll mit einem Eingangskanal eines Oszilloskops verbunden werden oder mit einem anderen spannungsanzeigenden Gerät (Datenlogger, Voltmeter usw.)