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Thema: Audio-Differenzverstärker

  1. #1
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    Audio-Differenzverstärker

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    Hallo!

    Kann mir bitte jemand so einige Tipps geben? Ich möchte meinen selbstgebauten 3-Kanal-Mischpult umbauen. Die 3 Eingangsverstärker (einfache gegengekoppelte OPV) sollen durch Differenzverstärker ersetzt werden.

    Auf der Suche nach Audio-Differenzverstärker scheitere ich aber. Jedoch gibt es im Datenblatt des LM324 eine Applikation für sowas, wo man nur ein paar wenige Widerstände "drumrumbauen" muss.

    1.) Kann mir bitte jemand sagen, ob das für einfache Anwendung taugt? (einfach heißt, dass ich keine super HiFi - Qualität oder so brauche);

    2.) Gibt es preislich günstigere Altenativen z.B. zu den INAs, und sind diese überhaupt für Audio - Anwendungen geeignet?

    Matthes

  2. #2
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    Wenn die Anforderungen an die Gleichtaktunterdrückung nicht so hoch sind, reicht die einfache Differenzverstärkerschaltung mit einem OP und 4 Widerständen. Es hängt aber von der konkreten Situation ab, ggf. braucht man auch die Form mit 2 OPs. Bei den meisten Audioschaltungen wird das der Fall sein, denn oft geht es sogar ohne Differenzverstärker, auch wenn man damit ggf. eine Masseschleife aufbaut mit der man etwas Brummen einfangen kann.

    Für eine bessere Gleichtaktunterdrückung wäre sonst ggf. ein Instrumentenverstärker, wie ein INA... oder eine Schaltung mit 3 OPs sinnvoll. Die wirklich gute Gleichtaktunterdrückung erhält man da aber auch nur bei hoher Verstärkung - bei kleiner Verstärkung ist der Vorteil gering. Auch bei den INA.. gibt es verschiedene Typen, vom vollen Instrumentenverstärker bis zur einfachen Schaltung mit OP und 4 Widerständen. Viele davon wäre ggf. für Audioanwendungen geeignet.

    Der LM324 ist allerdings als OP eine sehr schlechte Wahl für Audio. Da sollte es schon so etwas wie TL084, NE5532 oder ähnliches sein.

  3. #3
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    Hi!

    Ist der 324 wirklich so schlecht? Wo ist bei dem das Problem? Ich habe noch so viele davon, muss ich doch verbauen!

    TL084 habe ich auch einige.

    Achja, und das Netzteil für dieses Mischpult habe ich auch schonmal restauriert, d.h. eines mit Vorsiebung gefunden, dass der Brumm schon vor den 2 78xx um ca. 46dB gedämpft wird.

    Matthes.

  4. #4
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    Der LM324 ist wirklich schlecht für Audio. Er ist für geringe Stromaufnahme gemacht und hat eine eher langsame Klasse B Ausgangsstufe mit viel Übergabeverzerrungen - so viel dass man die gut am Oszilloskop sehen kann. Um den Nulldurchgang für den Strom braucht es einfach ein gewisse Zeit (ein paar µs) um von positivem zum negativem Strom umzuschalten. Dazwischen ist dann halt für kurze Zeit der Ausgang etwa konstant. In einigen Fällen kann man sich mit einer einseitigen Last helfen, so dass der Ausgang als Klasse A läuft - das geh aber nur in Grenzen und braucht relativ viel Strom.

    Der LM324 ist mehr etwas für langsame Dinge, wo es nicht so auf Störungen um den Nulldurchgang ankommt. Außerdem sind die LM324 ja auch kein wirklicher Wert - die positiven Dinge am LM324 sind halt der günstige Preis, der relativ geringe Stromverbrauch und der weite Spannungsbereich mit Single Supply (d.h. Signal nahe an GND). Günstigerweise sind die 4-fach OPs fast alle pinkompatibel.

    Die Regler wie 78xx haben eigentlich ein recht gute Brummunterdrückung, und auch die OPs - selbst der LM324 haben auch noch mal eine gute Unterdrückung von niederfrequenten Störungen auf der Versorgungsspannung. Da ist wenig Brummen vor den Reglern nicht nötig. Wichtiger ist da eine saubere Führung der Masse, damit man nicht über die Brummströme durch die Elkos Brummen über den Widerstand einer Masseleitung rein bekommt.

  5. #5
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    **editiert wegen schlechter graphik**

    Ja das mit dem LM324 lasse ich dann. Habe etliche TL074 / TL084, mit denen ich das machen werde. Hier die Schaltung:

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	eagle_instrumentierverstärker.jpg
Hits:	18
Größe:	41,3 KB
ID:	25130

    Die 100k - Widerstände würde ich bis auf 1k reduzieren, damit das alles möglichst niederohmig ist; geht das? Wie klein dürfen die Widerstände minimal sein?
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken eagle_Instrumentierverstärker 001.jpg  
    Geändert von miniregler (14.04.2013 um 14:56 Uhr) Grund: **editiert wegen schlechter graphik**

  6. #6
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    So viel kleiner muss man die Widerstände beim TL074/TL084 nicht machen. Die OP Typen haben ein Rauchen so um 15-25 nV/Sqrt(Hz). Da darf der Widerstand auch ruhig um 10 K sein. Wenn die Eingänge hinsichtlich Rauschen kritisch sind, könnte man am Eingang auch bessere OPs wie NE5532 oder OP2134 nehmen - das sind allerdings nur 2 fach OPs, aber ein einfaches Umstecken reicht. Es hängt aber sehr von der Quelle ab, ob das lohnt.

    Das untere Limit für die Widerstände gibt es durch den Strom und die dann nötige Leistung. Da die Typischen OPs so etwa 10-20 mA schaffen sollte man nicht ohne Not unter etwa 1 K gehen.

    Die Potis hinter den ersten OPs in der Schaltung sind nicht nötig. Die bringen wenn überhaupt nur einen minimalen Effekt. Wenn überhaupt müssen die Widerstände am letzten OP genau stimmen, die Widerständen an den beiden ersten OPs bestimmen nur die Verstärkung - da wären ggf. auch 20% Toleranz ohne merklichen Nachteil möglich.
    Die Schaltung ist so wie gezeigt DC gekoppelt. Das kann bei der großen Verstärkung Probleme machen.

  7. #7
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    Hi!

    Vielen Dank für Deine Antwort! Aber mir fällt gerade auf, dass die ersten OPs mitgekoppelt sind; die müssen doch gegengekoppelt sein, oder nicht?

    Also klar, habe ich jetzt korrigiert. Logo, dass die gegengekoppelt sein müssen.

    Wenn ich die Widerstände auf 2k2 kleiner mache, muss ich dann die KerKos vergrößern? In meiner anno 2006 gebauten Schaltung für dieses Mischpult habe ich normale OPs mit diesen KerKos in der GK, um das Schwingen zu unterdrücken (das hat so auf 30kHz geschwungen).
    Geändert von miniregler (14.04.2013 um 20:45 Uhr) Grund: selber schuld - habe fehlerhaft gearbeitet

  8. #8
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    Die Kondensatoren sollte auch angepasst werden, also größer werden. Es gehört dann auch noch ein zusätzlicher Kondensator parallel zu den Widerständen vom - Eingang des 3. OP nach GND ( R9 bzw. R25 ? - aber kaum zu lesen).

    Gegen HF Störungen am Eingang sollte da auch noch je ein kleiner Kondensator (z.B. 47 pF) nach GND - entweder direkt am (+) Eingang der OPs, oder ggf. auch bei den als Diode genutzten Transistoren. Die Genaue Kapazität hängt ggf. etwas von der Quelle ab.

    Der Ausgang des nicht benutzten OPs sollte übrigens besser frei bleiben, jedenfalls nicht auf GND. Falls man damit den Offset abgleichen will, braucht man die Schaltung auch noch einmal für den 2. Kanal.

    Was ist das überhaupt für eine Signalquelle, dass man da eine relativ hohe (ca. 100-200 fache) Verstärkung braucht ?

    Die Eingänge bei den OPs sind übrigens fast alle vertauscht (bis auf IC1A).

  9. #9
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    [QUOTE=Besserwessi;576573]Die Kondensatoren sollte auch angepasst werden, also größer werden. Es gehört dann auch noch ein zusätzlicher Kondensator parallel zu den Widerständen vom - Eingang des 3. OP nach GND ( R9 bzw. R25 ? - aber kaum zu lesen).

    Ja, die sind auch eingezeichnet

    Gegen HF Störungen am Eingang sollte da auch noch je ein kleiner Kondensator (z.B. 47 pF) nach GND - entweder direkt am (+) Eingang der OPs, oder ggf. auch bei den als Diode genutzten Transistoren. Die Genaue Kapazität hängt ggf. etwas von der Quelle ab.

    ja ok, das muss ich dann ausprobieren. Will ja einen Audio-Mischer bauen, Frequenzbereich also von 16Hz bis 20kHz etwa.

    Der Ausgang des nicht benutzten OPs sollte übrigens besser frei bleiben, jedenfalls nicht auf GND. Falls man damit den Offset abgleichen will, braucht man die Schaltung auch noch einmal für den 2. Kanal.

    Ich will damit einen virtuellen gnd machen (heißt das so?). Da ja für beide Kanäle (also links und rechts) und für alle 3 Kanäle 1, 2, 3, nehme ich ja ein Netzteil mit +/-12VDC, kann ich da nicht einen gnd am Ausgang des 1. OP für alle 3 linke und rechte Kanäle nehmen?

    Was ist das überhaupt für eine Signalquelle, dass man da eine relativ hohe (ca. 100-200 fache) Verstärkung braucht ?

    An der Verstärkung frickel ich noch rum, das ist noch nix festes. Die Signalquellen sind z.B. mein oller Plattenspieler oder ein Mikrofon.

    Die Eingänge bei den OPs sind übrigens fast alle vertauscht (bis auf IC1A).

    Ja, da habe ich beim Ersetzen der 324 zum TL084 verwirrt gehandelt. Aber ich habe da noch eine Frage: Wenn ich die Gegenkopplungswiderstände um den Faktor 10 verringere, die parallel geschalteten KerKos um den Faktor 10 vergrößere, verliere ich da nicht die hohen Frequenzen der NF - Quelle? Allerdings denke ich, dass da die Grenzfrequenz dieses RC-Gliedes eigentlich gleich bleiben müßte.
    Geändert von miniregler (14.04.2013 um 23:43 Uhr) Grund: hereditäre halluzinatorische Somnolenz

  10. #10
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    Die Grenzfrequenz hängt von R*C ab. Wenn man also R um den Faktor 10 verkleinert, muss man C um den Faktor 10 vergrößern damit die Grenzfrequenz gleich bleibt.

    Gerade wenn man nur an den Frequenzen bis 20 kHz interessiert ist, sollten man dafür sorgen das man die höheren Frequenzen nicht rein kommen und ggf. Stören. Sonst hört man von einem Handy oder DEct Telefon auch mal ein Knattern wie ein Hubschrauber.

    Wenn man eine Netzteil mit +-12 V hat, braucht man keine virtuelle Masse mehr, dann hat man eine echte und braucht dafür keinen Ersatz.

    Die Kondensatoren nach GND am 3. OP fehlen noch ! Für eine gute Gleichtaktunterdrückung sollte da auch ein Kondensator rein: In der einfachen Form gehören an den Differenzverstärker 2 Paare von gleichen Widerständen. Mit Begrenzung der Bandbreite muss dann auch ein 2. Kondensator vom (+) Eingang des OPs nach GND, nicht nur der Kondensator in der Rückkopplung. Nur so sind die komplexen Widerstände wieder gleich, und die gute Gleichtaktunterdrückung auch bei höheren Frequenzen gegeben. Ggf. spielt hier der OP aber sowieso schon nicht mehr mit.

    Beim Plattenspieler sollte es schon ein extra Verstärker für den Zweck sein, dann passt auch die Impedanz und man braucht ja auch noch eine Entzerrung. Dafür gibt es bessere Schaltpläne. Beim Mikrofon ist es ähnlich, je nach Typ sollte es ein dazu passender Verstärker sein, die Schaltung als Instrumentenverstärker taugt da eher wenig, und die hohe Gleichtaktunterdrückung bei hoher Verstärkung braucht man auch eher nicht, denn meist hat man eine gute Masse und keine Masseschleife. Der ggf. interne Mikrofonverstärker wird eher per Batterie und ggf. noch per Fremdspeisung über den Verstärker versorgt.

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