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Stromquelle Rauschminderung

01/08/2016 - 12:09 von Holger Schieferdecker | Report spam
Wir haben hier im Institut eine Stromquelle (100 A, 30 V max.), die
schon ziemlich rauscharm ist. Aber das soll nach Möglichkeit noch
verbessert werden. Bisher liegt sie etwa bei 5E-5, bezogen auf Maximalstrom.

Es kam hier mal der Gedanke auf, die vorhandenen Schwankungen zu messen
und entsprechend gegenphasig wieder aufzupràgen. Kann das prinzipiell
funktionieren?

Ein naiver Ansatz wàre eispielsweise, am Ausgang der Stromquelle über
einen Kondensator das Rauschen abzunehmen und zu invertieren. Ebenso
könnte an dieser Stelle über einen Tiefpass der mittlere Spannungspegel
abgegriffen werden. Beides zusammen auf einen Summenverstàrker ergàbe
dann die Spannung, die zur Korrektur notwendig wàre. Nur kann ich die ja
nicht an der gleichen Stelle wieder einspeisen...

Abgesehen davon wird es wohl schwierig sein, OpAmps zu finden, die mit
30 V zurechtkommen und gleichzeitig wenig Eigenrauschen und Offset haben
(das ganze spielt sich ja im Bereich mV ab). Und die Geschichte mit dem
Tiefpass könnte Probleme beim Einschalten oder bei schnellen
Stromànderungen machen.

Hat jemand einen Tip, wie ich da ansetzen könnte?

Eine andere Alternative wàre parallel zur Last einen zweiten Strompfad
mit Transistor zu legen. Der Transistor wird dann so angesteuert, daß
die Störungen darüber fließen. Das hat in einer Simulation mit LTSpice
auch ganz gut geklappt, aber nur für bestimmte Fàlle von Bauteilen und
Parametern. Wird da leicht gedreht, etwa beim Lastwiderstand oder der
Signalverstàrkung, dann fàngt es zu schwingen an. Hier haben OpAmps und
Transistoren mit größerem GBW geholfen.

Insgesamt war eine Ableitung des simulierten Rauschens und somit eine
Verbesserung um einen Faktor 5 durchaus drin. Ich frage mich allerdings,
inwieweit ich der Simulation trauen kann, also ob das dann "in echt"
genauso gut funktionieren wird. Zudem muß ich noch mal das echte
Rauschen aufnehmen und schauen, ob ich das auch halbwegs passend simuliere.

Außerdem ist die eigentliche Last kein Widerstand, sondern eine Spule
zur Erzeugung eines Magnetfelds. Falls da schnelle Änderungen gefragt
sind, können ja auch Überspannungen auftreten, die dann der
Transistorpfad wieder nicht mag. Damit habe ich jedoch keine brauchbare
Simulation hinbekommen, weil die mittels Kondensator C1 abgegriffene
Spannung entweder schwingt oder in einen Anschlag geht.

Was meinen die Experten hier?

Danke und Gruß
Holger

- LTspice-Modell -
http://www.uni-ulm.de/~koh08/Stromquelle-Abgriff4b-LT1468-2SC6097.asc
 

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#1 Edzard Egberts
01/08/2016 - 13:47 | Warnen spam
Holger Schieferdecker wrote:
Wir haben hier im Institut eine Stromquelle (100 A, 30 V max.), die
schon ziemlich rauscharm ist. Aber das soll nach Möglichkeit noch
verbessert werden. Bisher liegt sie etwa bei 5E-5, bezogen auf
Maximalstrom.



Das wàre eine Amplitude von 1 mA.

Es kam hier mal der Gedanke auf, die vorhandenen Schwankungen zu messen
und entsprechend gegenphasig wieder aufzupràgen. Kann das prinzipiell
funktionieren?



Hàngt von den Schwankungen ab, wenn das ein klares Signal ist, làsst
sich das löschen, ansonsten landest Du beim aktiven Tiefpaß.

Ein naiver Ansatz wàre eispielsweise, am Ausgang der Stromquelle über
einen Kondensator das Rauschen abzunehmen und zu invertieren. Ebenso
könnte an dieser Stelle über einen Tiefpass der mittlere Spannungspegel
abgegriffen werden. Beides zusammen auf einen Summenverstàrker ergàbe
dann die Spannung, die zur Korrektur notwendig wàre. Nur kann ich die ja
nicht an der gleichen Stelle wieder einspeisen...



Dicker passiver Tiefpaß am Ausgang sollte etwas bringen, der Rest eher
nicht.

Hat jemand einen Tip, wie ich da ansetzen könnte?



Ganz vorne, was ist das für ein Rauschen und wo kommt es her? Beim
Faktor 1E-5 würde ich erst einmal sicherstellen, dass ich überhaupt
einen realen Effekt messe, wie greifst Du das Rauschen eigentlich ab?

Ansonsten Stromquelle aufschrauben und gucken wo das Rauschen anliegt -
Spannungsversorgung, Regelung oder externe Störung? Irgend etwas hinten
dran basteln, wird wohl nicht funktionieren.

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