Ein Tief

Lärm ist überall um uns herum, und während akustischer Lärm mit unseren Ohren leicht zu erkennen ist, ist elektronischer Lärm selbst mit den richtigen Instrumenten weitaus schwieriger zu quantifizieren. Ein Spektrumanalysator ist das bequemste Werkzeug für Rauschmessungen, fügt aber auch dem betrachteten Signal eigenes Rauschen hinzu. [Limpkin] hat mit einem Spektrumanalysator an der Messung sehr kleiner Rauschsignale gearbeitet und seine Ergebnisse in einem umfassenden Blogbeitrag veröffentlicht.

Sein Ziel war es, das Rauschen zu messen, das von einem 50-Ohm-Widerstand erzeugt wird. Dies ist die Impedanz, die am häufigsten an den Ein- und Ausgängen von HF-Systemen auftritt. Die Formel für die Johnson-Nyquist-Rauschleistung sagt uns, dass die erwartete Rauschspannung in einer Ein-Hertz-Bandbreite nur 0,9 Nanovolt beträgt – gemessen an jedem Standard winzig und eine Größenordnung kleiner als das Grundrauschen eines typischen Spektrumanalysators. [Limpkin] entwarf daher einen Verstärker und einen Signalpuffer, um das Rauschsignal um den Faktor 100 zu erhöhen, indem er äußerst rauscharme Operationsverstärker verwendete, die mit einem Paar Neun-Volt-Batterien betrieben wurden.

Bei dieser Schaltung gab es jedoch ein Problem: Die an ihrem Eingang anliegende Streugleichspannung würde ebenfalls auf Werte verstärkt, die den empfindlichen Eingangsanschluss des Analysators beschädigen könnten. Um dies zu verhindern, beschloss [Limpkin], seinem Verstärker eine Clipper-Schaltung hinzuzufügen. Dieser besteht aus zwei Komparatoren, die kontinuierlich die Ausgangsspannung des Verstärkers überwachen und ihn über einen Siliziumschalter abschalten, wenn er 200 Millivolt überschreitet. [Limpkin] packte seine Schaltung in ein wunderschön gefertigtes Gehäuse und führte verschiedene Tests durch, um sicherzustellen, dass der Clipper auch bei schnellen Eingangstransienten zuverlässig funktionierte.

Mit der Schermaschine konnten die geplanten Lärmmessungen sicher durchgeführt werden. Das Endergebnis? Ungefähr 0,89 nV, genau wie von der Theorie vorhergesagt. Die Messung von Signalen im Nanovolt-Bereich erfordert normalerweise eine äußerst genaue Ausrüstung und viele Tricks, um das Rauschen zu minimieren. Manchmal ist Rauschen jedoch genau das, was Sie brauchen, um einen Funksender zu bauen. Danke für den Tipp, [alfonso32]!