Tabellen Elektrotechnik


© Dezember 2020, letzte Änderung am 31.10.21

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Rauscharme OPs & Instrumentenverstärker

Um mal so einen kleinen Vergleich zu haben,
hier ein paar OP Beispiele mit Augenmerk aufs Rauschen:
Preise Reichelt 23.12.20

Bezeichnung
Verknüpfung zu Reichelt.de
Rauschen
nV/√Hz @ 1 kHz
GW open-loop gain VCC
SC-Strom
TL 082 dual / 25ct 18 nV 3 MHz 0,2 V/µV @ 2 KΩ ±18 V
ROut = 300Ω, 40 mA
OPA 2134 dual / 3,36 8 nV 8 MHz 120 dB @ 600 Ω
ca. 1 V/µV
±2,5 … ±18 V
10Ω, ±40 mA
MCP 660 3x / 1,51 6,8 nV 60 MHz 126 dB
ca. 2 V/µV
2,5 … 5,5 V
10Ω, ±90 mA
NE 5532 dual / 34ct 5 nV 10 MHz 0,05 V/µV @ 600 Ω ±5 … ±15 V
±38 mA
MC 33078 dual / 26ct 4,5 nV 16 MHz 100 dB @ 2 KΩ
ca. 0,1 V/µV
±5 … ±18 V
+29 -37 mA
TL972 (TI) doppel / ? 4,0 nV 12 MHz 80 dB @ 2 kΩ 2,7 … 12 V
1,4 mA
OP 27 single / 1,80 3,0 nV 8 MHz 1,5 V/µV @ 600 Ω ±5 … ±15 V
±4 V @ 100Ω, 30 mA
OPA 227 single / 3,56
OP 27 replacement
3,0 nV 8 MHz 160 dB @ 600 Ω ±2,5…±18 V
±44 mA @ 50°C
OPA 228 single / 5,70 3,0 nV 33 MHz 160 dB @ 600 Ω
ca. 100 V/µV
±2,5…±18 V
±44 mA @ 50°C
LMR1802G-LB in SSOP5
single / 4,17 (digikey)
2,9 nV 3 MHz 140 dB @ 10 KΩ
ca. 10 V/µV
±1,25…±2,75 V
±-3,5 mA…9 mA
AD 8672 ARZ dual / 4,58 2,8 nV 10 MHz 6 V/µV @ 2 KΩ ±5…±15 V
±30 mA
LME 49720 dual / 2,41
discont. → LM 4562
2,7 nV 55 MHz 140 dB @ 600 Ω ±2,5…±17 V
+53..-42 mA
LM 4562 dual / 1,50 2,7 nV 55 MHz 140 dB @ 600 Ω ±2,5…±17 V
+53..-42 mA
LMH 6628 dual / 6,63 2,0 nV 300 MHz 63 dB
ca. 1414
±2,5…±6 V
±85 mA
OPA 1612 dual / 9,21 1,1 nV 40 MHz 114 dB @ 2 KΩ
ca. 0,5 V/µV
±2,25…±18 V
+55 mA, -62 mA
LT 1115 single / 6,50 0,9 nV 70 MHz 20 V/µV @ 2 KΩ
10 V/µV @ 600 Ω
±?…±22 V
±30 mA
LT 1028 single / 11,30 0,9 nV 50 MHz 15 V/µV @ 600 Ω ±5…±16 V
±30 mA @ 25°C
AD 797 single / 12,90 0,9 nV 110 MHz @ G = 1000 7 V/µV @ 600 Ω
10 V/µV @ 2 kΩ
±5…±18 V
+90... -80 mA @ 40°C

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Kleiner Vergleich bei Reichelt erhältlicher Instrumentenverstärker

Bezeichnung Rauschen
nV/√Hz
GW gain
AD 620 AN single 4,68
ebay 1,35
9,0 120 KHz @ G = 100 1…10 k
AD 8221 single
ebay PCB 3,24
8,0 100 kHz @ G = 100 1…10 k
AD 8429 single 8,19 1,0 1,2 MHz @ G = 100 1…10 k
INA 163 single 10,43 1,0 800 KHz @ G = 100 1…10 k

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Widerstandsrauschen

Um ein Gefühl zu bekommen wo sich das Thermische Rauschen von Widerständen bewegt,
anbei eine Beispielrechnung.

Dabei ist:   kB ≈ 1,38·10-23 Ws / K   =   1,38·10-23 (Volt2 sec.) / (Ω Kelvin)
  T ≈ 300° K;   Δf ≈ 20 KHz = 20E3 /s;   R = 200 Ω

Ueff = √(4kB T R Δf)
      ≈ √(4 × 1,38·10-23 × 300 × 200 × 20E3   [V2 s K Ω)/(Ω K s)] )
      ≈ 257 nV
200 Ω → 257 nV / √(20 KHz) ≈ 1,82 nV / √Hz

Es bringt also wenig einen tollen OP einzusetzen, wenn die umliegende Schaltung hochohmig ist.
Ist die umliegende Schaltung niederohmig, ist zu überprüfen ob der OP die Last treiben kann.

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Parallelschaltung rauschender Komponenten

Durch Parallelschaltung, kann man das Rauschen reduzieren.
Da die Rauschsignale orthogonal (unkorreliert) zueinander sind,
ist dies vergleichbar mit der Bestimmung der Amplitude aus Realteil und Imaginärteil.

Uges = √(U12 + U22 + U32 + …)

Anzahl Reduktion
1 = 1   = 0 dB
2 ≈ 0,707  ≈ -3 dB
4 = 0,5  ≈ -6 dB
10 ≈ 0,316  ≈ -10 dB
16 = 0,25  ≈ -12 dB
25 = 0,2  ≈ -14 dB
n2 1 / n  

Wie man sieht, wird der Aufwand immer größer um noch mehr Reduktion zu bekommen.

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Kleine dB Umrechnung

Die Bezeichnung dB ist grundsätzlich einheitenlos.
Sollte es sich auf etwas beziehen (z.B. auf ≈ 775 mV),
ist es wichtig die Einheit (hier u) als Suffix mit anzugeben.

z.B.   775 mV ≈ 0 dBu   oder
z.B. beim Schalldruck   0 dBA = 20 µPa

Beim Faktor oder Verhälnis habe ich bewusst zwei verschiedene Begriffe für das Gleiche gewählt…

Faktor Verhältnis in dB
0,0001% = 1 / 1 M -120 dB
0,001 = 0,1% = 1 / 1 K -60 dB
0,01 = 1% = 1 / 100 -40 dB
0,5 ≈ -6 dB
½ √2 ≈ -3 dB
1 = 0 dB
√2 ≈ 3 dB
2 ≈ 6 dB
4 = 22 ≈ 2 × 6 dB ≈ 12 dB
10 = 20 dB
26 = 64 ≈ 6 × 6 dB ≈ 36 dB
100 = 102 = 2 × 20 dB = 40 dB
1000 ≈ 210 = 3 × 20 dB = 60 dB
216 = 65.536 ≈ 60 + 36 ≈ 96 dB
1.000.000 = 1 M = 6 × 20 dB = 120 dB

Die fehlenden dB-Werte kann sich auch jeder selbst ausrechnen.

20 × log10(Faktor) = Verhältnis [dB]
20 × log10(2) ≈ 6,0206 dB

Bzw. umgedreht…

10(Verhältnis / 20) = Faktor

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Spannungsteiler (mit SMD-0603 von Reichelt)

Diese Spannungsteiler Tabelle ist z.B. praktisch bei einen positiven Verstärker,
da der Teilerfaktor gleich dem Verstärkungsfaktor ist.

Amp mit positiver Verstärung

Kriterien zur Erstellung sind die Liste der Verfügbaren Werte und ein möglichst kleiner Fehler.
Sollte der Spannungsteiler aus parallel geschalteten Werten bestehen,
habe ich nur die Werte notiert, wo der Fehler kleiner ist, als bei Einzelwiderständen.

Wenn es auf das Rauschen der Widerstände ankommt,
ist mehr die niederohmige Variante zu bevorzugen.
Um einen Anhaltspunkt zu haben, anbei ein Beispiel.

Faktor R1 R2Fehler
10 24k3 2k7 0,00%
10 18k 2k 0,00%
10 8k2 910 -0,11%
10 3k24 360 0,00%
10 2k7 300 0,00%
10 2k43 270 0,00%
10 1k8 200 0,00%
10 820 91 -0,11%
10 270 30 0,00%
20 11k8 620 0,16%
20 8k2 510 || 2k8 0,04%
20 820 43 0,35%
50 40k2 820 0,05%
50 13k7 280 -0,14%
50 1k91 39 -0,05%
100 26k7 270 -0,11%
100 15k8 160 -0,25%
100 1k58 16 -0,25%

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Umschaltbare Spannungsteiler in Reihenschaltung

Diese Spannungsteiler-Tabelle ist für einen positiven Verstärker gedacht,
welcher auf den zur Verfügung stehenden Widerständen (SMD-0603 von Reichelt) in Reihenschaltung basiert.

Amp als positiver Verstärkerer
Faktor R1 R2Fehler
10 1k91 39 + (240 || 620) 0,08%
20 1k91 39 + (100 || 160) -0,01%
50 1k91 39 -0,05%
10 19k1 390 + (1k2 || 16k) -0,02%
20 19k1 390 + (1k || 1k6) -0,01%
50 19k1 390 -0,05%

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Umschaltbare Spannungsteiler in Parallelschaltung

Diese Spannungsteiler-Tabelle ist für einen positiven Verstärker gedacht,
welcher auf den zur Verfügung stehenden Widerständen (SMD-0603 von Reichelt) in Parallelschaltung basiert.

Amp als positiver Verstärkerer
Faktor R1 R2Fehler
10 3k9 432 0,28%
20 3k9 432 || 392 -0,12%
50 3k9 432 || 97,6 -0,03%
10 3k9 715 || 1k1 0,00%
20 3k9 715 || 1k1 || 390 0,00%
50 3k9 715 || 1k1 || 97,6 -0,08%
10 3k9 866 || 866 0,07%
20 3k9 866 || 866 || 390 0,03%
50 3k9 866 || 866 || 97,6 -0,07%
10 1k2 133 0,23%
20 1k2 133 || 120 0,11%
50 1k2 390 || 30 0,05%
10 1k2 240 || 300 0,00%
20 1k2 240 || 300 || 120 0,00%
50 1k2 240 || 300 || 30 0,00%

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Spannungsteiler für Subtrahierer (mit SMD-0603 von Reichelt)

Diese Spannungsteiler-Tabelle ist für einen invertierenden Verstärker gedacht,
welcher auf den zur Verfügung stehenden Widerständen (SMD-0603 von Reichelt) basiert.
Die Wertkombinationen lassen sich aber auch bei einen Subtrahierer anwenden.

Verstärkung V = - R2 / R1   durch Reihenschaltung von R1 gebildet.

Amp als Differenz-Verstärkerer
VerhältnisR2 R1 Fehler
20 3k16 158 0,00%
5 3k16 158 + 475 -0,16%
1 3k16 158 + 475 + 2k55 -0,72%
1 3k16 158 + 475 + (4k42 || 5k9) 0,00%
20 3k48 174 0,00%
5 3k48 174 + 523 -0,14%
1 3k48 174 + 523 + 2k8 -0,49%
1 3k48 174 + 523 + (4k87 || 6k49) 0,02%
20 6k8 340 0,00%
5 6k8 340 + 1020 0,00%
1 6k8 340 + 1020 + 5490 -0,73%
1 6k8 340 + 1020 + (10k5 || 11k3)-0,04%

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Umschaltbare Spannungsteiler in Parallelschaltung

Verstärkung V = - R2 / R1   durch Parallelschaltung von R1 gebildet.

Amp als Differenz-Verstärkerer
VerhältnisR2 R1 Fehler
1 3k0 3k0 0,00%
5 3k0 3k0 || 750 0,00%
20 3k0 3k0 || 158 -0,06%
1 8k2 8k2 0,00%
5 8k2 8k2 || 2050 0,00%
20 8k2 8k2 || 432 -0,09%

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Spannungsteiler für Instrumenten-Verstärker (mit METALL 0207 von Reichelt)

Diese Spannungsteiler-Tabelle ist z.B. praktisch bei einen Instrumenten-Verstärker,
da der Teilerfaktor gleich dem Verstärkungsfaktor zweier OPs ist.

Amp als Subtrahierer

Kriterien zur Erstellung sind die Liste der Verfügbaren Werte (METALL 0207 von Reichelt) und ein möglichst kleiner Fehler.

Der Widerstandwert 2 x R2 ist meist realisiert durch die Parallelschaltung zweier Widerstände.

Verstärkung
V1
FehlerR1
Metall 0,1% 0207
2x R2
Metall 1% 0207
1 0 5K6
2 0 5K6 21k || 24k
5 0 5K6 5k6 || 5k6
10 0,012% 5K6 2430 || 2550
20 -0,023% 5K6 1210 || 1150
50 -0,056% 5K6 392 || 549
100 -0,045% 5K6 221 || 232
200 -0,002% 5K6 88,7 || 154
500 0,005% 5K6 27 || 133
1000 0,022% 5K6 20 || 25,5

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Kondensatoren

Polystyren Folienkondensatoren werden für Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit und Präzision erforderlich sind.
Markenname; Styroflex-Kondensator
Polystyrol Film Kondensatoren oder auch genannt Styroflex-Kondensatoren gehören zu den klassischen und beliebten Audio-Kondensatoren,
die sowohl für wertige Geräte in Tonstudios als auch für den HiFi Bereich in Frage kommen.
Klanglich zeichnen diese Kondensatoren sich dadurch ab,
dass diese beispielsweise in einem einem passiven Filter Design eine besonders in den Höhen weichmachende Eigenschaft haben / Softening.
Dieser softe, oft als verschönernd empfundener Effekt beruht auf den im Gegensatz zu Keramik-Kondensatoren äußerst geringen Klirrfaktor
und eine subtile harmonische Addition bei starken Amplituden im Hochtonbereich. kleinen Tangens Delta, geringe Alterung und einen linearen Temperaturkoeffizienten

PP - polypropylen

PET - Polyester

PPS - Polyphenylensulfid

PEN -

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Quarze & Oszillatoren

Quarz Frequenztoleranz ± 50 ppm 8 stk Grundton: 4 7,68 8 10 11,0592 12 24 MHz Oberwelle: 100 MHz

Quarz ± 30 ppm 138 stk Grundton: 2 2,048 2,097152 2,4576 3 3,072 3,2768 3,579545 3,6864 3,686411 3,93216 MHz
4 4,032 4,096 4,194304 4,332 4,433619 4,9152 5 5,12 5,2
6 6,144 6,5536 7,3728 8 8,3886 8,8672 8,867238 9,2160 9,8304
10 10,24 10,7 11 11,059200 12 12,288 12,75 13 13,56 13,875 14,318 14,74560
15 16,00 16,9344 17,7344 18 18,4320
19,6608 20 20,25 21,25 22 22,1148 22,5792 24 24,5760 25 30 32
Oberwelle: 24 25 27 32 36 48 MHz

Quarz ± 20 ppm 8 stk
Grundton 1,8432 3,2768 4 20 MHz

Uhrenquarze ± 20 ppm
Grundton: 32,768 kHz

Quarzoszillator ±100 ppm
1 1,843200 2 2,4576 3 3,2768 3,579545 4 4,194304 4,433619 4,9152
5 5,0688 5,1200 6 6,5536 7,3728 8 10 10,2400 11,0000 12,0000 14,0000 14,31818 15 16
16,2570 18 18,4320 20 22,1184 24 25 30 32 36 40 48 50 60 66 80

Quarzoszillator ±50 ppm
4 8 10 12 14,31818 14,74560 16 20 24 24,5760 25 32 40 48 50 60 64 100

TCXO - temperaturkompensierte Quarzoszillatoren
z.B. 12,8 MHz ± 0,028 ppm https://de.rs-online.com/web/p/tcxo-oszillatoren/1442371

Für Audio geeignete Frequenzen:
6,144 MHz / 128 = 48 KHz
9,2160 MHz / 192 = 48 kHz
12,288 MHz / 256 = 48 kHz → 96 kHz
18,4320 MHz / 384 = 48 kHz → 96 kHz
24,5760 MHz / 512 = 48 kHz → 96 kHz → 192 kHz
22,5792 MHz / 512 = 44,1 kHz
16,9344 MHz / 384 = 44,1 kHz

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LEDs

Da die Wellenlänge nicht eindeutig einer Farbe zuegordnet ist,
habe ich mir mal eine kleine Tabelle erstellt.

Farbe Wellenlänge [nm]
rot 600 624 625 627 628 630
632 635 640 650 660 700
rot-orange 630
orange 605
gelb 585 586 588 589 590
591 592 595 600
grün 502 525 560 565 570 574 575
blau 430 460 465 468 470 458
violett 400

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Quellen

mikrocontroller.net Leiterbahnbreite
fidelity-audio.com   Styroflex Polystyrol Film Kondensatoren
elektronik-kompendium.de   Styroflexkondensatoren

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