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@ -2,7 +2,7 @@
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\cleardoublepage
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\chapter{Revision des TIVs}
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In diesem Kapitel wird auf die zweite Revision der Platine eingegangen.
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In diesem Kapitel wird auf die Revision der Platine eingegangen.
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Diese Revision ist notwendig, um die Instabilität der ersten Revision
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der Platine zu beheben, welche in Kapitel \ref{chap:v10_instability}
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gemessen wurde, da diese Instabilität einer Verwendung der Platine
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@ -60,7 +60,8 @@ Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_stage.png}
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\caption{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der zweiten Revision des
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\caption[Schaltkreis der Revision des
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Verstärkerteils des TIVs]{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der Revision des
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Verstärkerteils des TIVs.}
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\end{figure}
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@ -85,7 +86,7 @@ Die Rückkoppelwiderstände und Abschirmwiderstände (R19 bis 13, R15 bis 18, R2
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plus die anpassenden Spannungsteiler (R24, R14, R19) sind unverändert vom
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ersten Schaltungsdesign.
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der zweiten Revision.
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Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der Revision.
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Hierbei werden die vorherigen Konstruktionen für Rückkoppelpfad und Abschirmung der
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Widerstände bei behalten.
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Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
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@ -93,7 +94,7 @@ Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.7\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_pcb.png}
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\caption{\label{fig:v11_tia_pcb}Auslegung des PCBs der zweiten Revision
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\caption{\label{fig:v11_tia_pcb}Auslegung des PCBs der Revision
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des TIVs}
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\end{figure}
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@ -104,13 +105,13 @@ des Rückkoppelpfades für die zweite Stufe des Verstärkers, welches für die S
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notwendig ist sowie weniger Störquellen einkoppelt.
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Der Vollständigkeit halber zeigt Abbildung \ref{fig:v11_pcb_3d_image} ein 3D-Modell
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der zweiten Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert,
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der Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert,
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weshalb auf diese hier nicht mehr eingegangen wird.
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\begin{figure}[hb]
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\centering
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\includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/pcb_3d.png}
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\caption{\label{fig:v11_pcb_3d_image}3D-Modell der zweiten Revision des PCBs}
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\caption{\label{fig:v11_pcb_3d_image}3D-Modell der Revision des PCBs}
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\end{figure}
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\FloatBarrier
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@ -118,7 +119,7 @@ weshalb auf diese hier nicht mehr eingegangen wird.
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\section{Vermessung der Revision}
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In diesem Kapitel wird die zweite Revision der Platine
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In diesem Kapitel wird die Revision der Platine
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vermessen und auf weitere Fehler überprüft.
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Es werden, wenn nicht anders beschrieben, dieselben Methoden wie aus Kapitel \ref{chap:measurements}
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genutzt. Wo angemessen, sollen Vergleiche mit der vorherigen Version gezogen werden.
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@ -216,9 +217,9 @@ aufgebaut wurden.
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidths.png}
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\caption[Messungen der Übertragungsfunktionen
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der Platinen der zweiten Revision]{\label{fig:v11_measurement_bandwidth}
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der Platinen der Revision]{\label{fig:v11_measurement_bandwidth}
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Messungen der Übertragungsfunktionen
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der Platinen der zweiten Revision. Zu erkennen
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der Platinen der Revision. Zu erkennen
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ist die Abhängigkeit der Bandbreite vom Rückkoppelwiderstand.}
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\end{figure}
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@ -245,7 +246,7 @@ entnommen werden. Diese sind in Tabelle \ref{table:v11_bandwidths} dargestellt.
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\begin{table}[hb]
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\centering
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\caption{\label{table:v11_bandwidths}-3dB-Frequenzen des ungefilterten
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TIV-Ausgangs der zweiten Revision}
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TIV-Ausgangs der Revision}
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\begin{tabular}{ |r|r|r| }
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\hline
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Widerstand & -3dB Punk \\
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@ -268,13 +269,14 @@ ist erneut im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante von Vorteil.
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Abbildung \ref{fig:v11_comparison_bandwidth} zeigt einen direkten Vergleich der
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Bandbreiten der TIV-Stufen der vorherigen und neuen Revison für
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die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante. Der steilere Abfall sowie die
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leicht höhere -3dB-Frequenz der zweiten Revision
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leicht höhere -3dB-Frequenz der Revision
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ist hierbei deutlich zu erkennen.
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\begin{figure}[ht]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_bandwidth.png}
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\caption{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der
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\caption[Vergleich der Bandbreiten der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision]{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision.}
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\end{figure}
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@ -301,8 +303,8 @@ Platinenrevision.
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/noises.png}
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\caption[Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen
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der zweiten Revision]{\label{fig:v11_measurement_noise}Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen
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der zweiten Revision.
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der Revision]{\label{fig:v11_measurement_noise}Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen
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der Revision.
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Erkennbar ist die Abhängigkeit des Rauschlevels vom Rückkoppelwiderstand.
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Ebenefalls sind einige Frequenzen mit erhöhtem Rauschen erkennbar.}
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\end{figure}
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@ -323,20 +325,21 @@ gleichen Frequenzen wie die Resonanzen in der Bandbreite. Somit ist zu vermuten,
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dass die gleiche Ursache für beide Effekte zuständig ist.
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Abbildund \ref{fig:v11_v10_comparison_noise} zeigt den direkten
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Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der ersten und zweiten Revision
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Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der ersten und Revision
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der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Version des Schaltkreise.
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Trotz des kleineren Eingangsspannungsrauschens des ADA4817 liegt ein
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insgesamt leicht größeres Rauschniveau vor. Dies stimmt jedoch nur bei offenem
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Eingang. Das Rauschen der ersten Revision mit dem LTC6268-10 vergrößert sich bei
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steigender Eingangskapazität, während das Rauschen der zweiten Revision
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steigender Eingangskapazität, während das Rauschen der Revision
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kaum von der Eingangskapazität abhängt (siehe Kapitel \ref{chap:v11_measurement_ims_stability}).
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Unter realen Bedingungen ist somit das
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Rauschen der zweiten Revision besser.
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Rauschen der Revision besser.
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\begin{figure}[ht]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_noise.png}
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\caption{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
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\caption[Vergleich des Rauschspektrums
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der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante]{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
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der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante.}
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\end{figure}
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@ -381,7 +384,7 @@ genutzte LTC6268-10.
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\end{tabular}
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\end{table}
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Insgesamt ist somit das Rauschen der zweiten Revision des TIVs nutzbar.
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Insgesamt ist somit das Rauschen der Revision des TIVs nutzbar.
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Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ersten Revision geringfügig erhöht, jedoch
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bieten alle Versionen der Schaltung mit Ausnahme des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs
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ein akzeptabel geringes Rauschen.
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@ -389,7 +392,7 @@ ein akzeptabel geringes Rauschen.
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\subsection{Konsistenz des Schaltkreises}
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In diesem Abschnitt wird darauf eingegangen, wie wiederholbar
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der Aufbau der zweiten Revision der Platine ist.
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der Aufbau der Revision der Platine ist.
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Ein wichtiger Aspekt des in dieser Arbeit entwickelten TIVs ist
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der reproduzierbare Aufbau ohne größere manuelle Abstimmungen der
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Abschirmung oder anderer Komponenten.
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@ -403,7 +406,8 @@ diese Kopie dasselbe Verhalten aufweist wie die original vermessene Platine.
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\begin{figure}[h]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidth_consistency.png}
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\caption{\label{fig:v11_bandwidth_consistency_check}Vergleich der Bandbreiten
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\caption[Vergleich der Bandbreiten
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||||
zweier identischer TIV-Platinen]{\label{fig:v11_bandwidth_consistency_check}Vergleich der Bandbreiten
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zweier identischer TIV-Platinen.}
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\end{figure}
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@ -493,12 +497,13 @@ den gleichen Messsystemen wie in den vorherigen Messungen (siehe Kapitel
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/bandwidths.png}
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\caption[Übertragungsfunktionen eines
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
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Stufe der Kaskade.]{
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Stufe der Kaskade]{
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\label{fig:v11_cascade_bandwidths}Übertragungsfunktionen eines
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$\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
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Stufe der Kaskade. Erkennbar ist ein starker Einfluss auf die
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Bandbreite.}
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\end{figure}
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\todo{Use ratio of amp}
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Abbildung \ref{fig:v11_cascade_bandwidths} zeigt die Übertragungsfunktionen
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der getesteten Varianten.
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@ -520,7 +525,9 @@ wichtig. Höhere Bandbreiten werden durch die Filterstufe entfernt.
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\begin{figure}[h]
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\centering
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\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/noises.png}
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\caption{\label{fig:v11_cascade_noises}Rauschspektren eines
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\caption[Rauschspektren eines
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||||
$\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
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||||
Stufe der Kaskade]{\label{fig:v11_cascade_noises}Rauschspektren eines
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||||
$\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
|
||||
Stufe der Kaskade.}
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||||
\end{figure}
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@ -542,7 +549,7 @@ werden, d.h. die zweite Stufe so klein wie möglich, um das Rauschen zu verminde
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\section{Fazit}
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Die zweite Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ersten Revision
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Die Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ersten Revision
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festgestellt wurde.
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In den restlichen Parametern schneidet sie vergleichbar gut wie die erste Revision ab.
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Zudem lässt sich durch die korrekte Einstellung der Verstärkungsverteilung der kaskadierten
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