Unter https://www.analog.com/en/parametricsearch/11091 findet man eine große Auswahl an Low Noise OP´s:

* in V_p-p

• Das Gesamtrauschen eines OP-Amps wurde nach berechnet: rauschen_eines_op-amps.nb
  • Um ein Gefühl zu erhalten wer den größten Einfluss hat, wurden fixe ausgedachte Widerstandswerte an den Eingängen benutzt
  • Es wurde nur das Spannungs- bzw. Stromrauschen bei 10 kHz benutzt
  • Die gegebenen Werte wurden benutzt um die OP´s zu vergleichen:
    • Temperatur T= 298 K
    • Bandbreite B= 0.5 MHz
    • Widerstand am Pluseingang RP= 2kOhm
    • Widerstand am Minuseingang RM= 2kOhm
• Anmerkung: Der AD829 wird in anderen sehr rauscharmen Schaltungen benutzt. Er ist sehr schnell (Video OP). Folglich kann er schnell anfangen zu Schwingen → Muss ein ebgestimmter Kondensator eingebaut werden! Link: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad829.pdf

*Für das Rauschen habe ich die Umrechnung VRMS = 0.3535 * VPP benutzt.

*Die N-Channel Transistoren haben eine geringere Input-Kapazität, jedoch müsste das gesamte Schaltbild umgebaut werden… → zu viel Aufwand!

Quelle 1: vsa101.pdf
Quelle 2: vpr221z.pdf

*1 Die Rauschspannung für den Widerstand wurde durch https://elektroniktutor.de/elektrophysik/rauschen.html berechnet: rauschleistung_eines_widerstands.nb

• Die Werte waren:
  • Temperatur T= 298 K
  • Bandbreite B= 10 MHz

*2 Für den Widerstand wird angenommen, dass wir 10 Ohm benutzten mit maximal 300 mA Stromstärke, sodass darüber eine Leistung von P=R*I^2=0,9W entsteht.

• Leistung des Messwiderstands:
  • Leistung, die der Widerstand abkönnen muss: P < I^2*R_mess*3
  • Faktor 3 kommt für die Sicherheit

*3 Mit der 4-Draht-Methode kann man das Widerstandsschwanken der Leiterbahnen in Abhängigkeit von der Temperatur reduzieren

• Der Temperaturkoeffizient von Kupfer liegt bei 3.9×10^-3/K
  • Wenn ein Widerstand mit 10 Ohm einen Temperaturkoeffizient von 0.05ppm/°C=5×10^-8/°C hat muss die Leiterbahn ~10^-5/°C stabil sein, sodass es nicht den Leiterbahnwiderstand verändert
    • Nimmt man eine Stromstärke von 300mA an und über U=R*I die Spannung ebenfalls 10^-6 V stabil sein, sodass die Leiterbahn (nach https://www.leiton.de/leiton-tools-spannungsabfall-leiterplatten.html) ~2m dick sein (mit typischer Leiterbahn dicke von 35 mum).
    • Wenn jedoch mit der 4-Draht-Methode die abfallende Spannung über den Widerstand vermessen wird und dadurch nicht mehr 300mA sondern nur ~muA fließen. Kann die Leiterbahndicke auf ~2-3mm angepasst werden

• Vorteil: Spannungsrauschen ist besser
• Nachteil: Stabilität schelchter als LM317
  • Nur so stabil wie Spannungsversorgung +/- 15V

Extra Filterung zum Display: Empfohlen von der PTB, um Rauschen, das von der Diode zurückkommt, zu vermeiden.

Die über dem Messwiderstand $R_{mess}$ abfallende Spannung wird von einem Instrumentenverstärker mit der Verstärkung 1 gepuffert. Abhängig vom Widerstand ist die Maximalspannung, die darüber abfällt unterschiedlich groß. Verwendet man als Maximalstromstärke $I$ = 200mA, so erhält man 10V für $R_{mess} = 50\,\mathrm{\Omega}$, 4V für $R_{mess} = 20\,\mathrm{\Omega}$ und 2V für $R_{mess} = 10\,\mathrm{\Omega}$. Als full scale reading (FSR) des Displays wird 2V angestrebt. Für $R_{mess} = 10\,\mathrm{\Omega}$ ist dies ohnehin erfüllt, für die beiden anderen Widerstände müssen die Spannungen proportional heruntergebrochen werden, mithilfe von Spannungsteilern.

Nach der Gleichung $U_2/U = R2/(R_1 + R_2)$ ergeben sich

• $R_{mess} = 50\,\mathrm{\Omega}$: $R_1/R_2 = 4$
• $R_{mess} = 20\,\mathrm{\Omega}$: $R_1/R_2 = 1$
• $R_{mess} = 10\,\mathrm{\Omega}$: kein Spannungsteiler notwendig