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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Widerstand / Verstärkung per Spannung regeln


Autor: Aufnehmer (Gast)
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Hallo, ich hab einen Verstärker aufgebaut mit dem INA163 siehe Bild. 
Funktioniert auch gut. Die Verstärkung (Rg) stelle ich derzeit mit einem 
Poti ein. Dieses würde ich gerne vom AVR aus ansteuern. Wer hat dazu 
noch eine bessere Idee außer meinen oder ergänzende Informationen? Die 
Schwierigkeit, die ich gerade sehe, ist, daß der Widerstand von der 
Betriebsspannung unabhängig sein muß?, damit meine Schaltung weiter 
funktioniert..

Überlegung 1) Digitalpoti - würde sicher funktionieren, aber es sind 
meist nur 100 Schritte, und es müßte relativ klein (300 Ohm?) und 
logarithmisch sein. Außerdem braucht man mindestens 2 Pins vom uC und 
man muß zum Testen immer einen dabei haben und ein Programm, dazu noch 
wissen, wie das Poti gerade steht usw. Außerdem - wenn ich bei Reichelt 
in der Suche "Digital-Potentiometer" eingebe, überfordert das die Seite 
irgendwie (evtl. ja auch meinen PC..?)

Überlegung 2) Besser zum Testen wäre es, wenn ich den Widerstand durch 
eine Spannung einstellen könnte. Das kann ich super testen und später 
per PWM und Glättung mit einem uC-Pin machen. Aber wie? Hab schon 
überlegt, mit ner LED auf einen Fotowiderstand zu leuchten, aber die 
sind zu hochohmig für diesen Zweck..

Überlegung 3) Habe hier manchmal von D/A-Wandlern gelesen für diesen 
Zweck, aber welcher wäre geeigner für die Schaltung siehe Bild? Außer 
der Schrittzahl sehe ich keinen richtigen Vorteil zum Digitalpoti?

Was kann man noch tun?

Autor: Helmi (Gast)
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Frage:
Welcher Frequenzbereich willst du uebertragen ?

Wenn es nicht allzu hoch ist kann man anstelle des Widerstands einen 
Analogschalter + einen Widerstand einsetzen und den direkt mit der PWM 
beaufschlagen.
Wenn du jetzt z.B. einen 100 Ohm Widerstand nimmst und den mit 50% PWM 
ein/ausschaltest verhaelt er sich quasi wie ein 200 Ohm Widerstand. 
Vorraus gesetzt deine PWM Frequenz liegt ueber der hoechsten Signal 
Frequenz (Abtasttheorem von Shannon beachten). Anschliesend must du am 
Ausgang des Verstaerkers nur noch mit einem Tiefpass deine PWM Frequenz 
wieder raus filtern.

Gruss Helmi

Autor: Aufnehmer (Gast)
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Also der Verstärker ist für Audio, bis 20kHz. Klingt interessant, der 
Vorschlag, aber ich brauche ja Werte von ca. 2 Ohm bis 300 Ohm, so 
niederohmig wird wohl kein Analogschalter sein, oder?

Autor: Helmi (Gast)
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Du kannst ja mehrere parallel schalten. Sind ja meistens 4 in einem 
Gehaeuse.

Check mal 4066 , 74HC4066 , oder ADG 212 , ADG 211

Gruss Helmi

Autor: Helmi (Gast)
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Autor: Aufnehmer (Gast)
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naja vielleicht probiere ich das mal.. aber ob das wirklich funktioniert 
bei dieser Schaltung? Ich vermute fast, die OPVs sind so schnell, daß 
die gnadenlos übersteuern würden oder sowas.. oder hilft es, einen 
Kondensator parallel zu schalten?

Autor: schnudl (Gast)
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Ich bin mir nicht sicher, ob das die richtige Stelle ist, um Verstärkung 
zu regeln. Möchtest du das nicht lieber in die Endstufe verlegen?

Ist aber nur gefühlsmässig...

Autor: schnudl (Gast)
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Hier gäbe es auch was fertiges. Es ist ein Instrumentation Amplifier mit 
variable gain.

Aber ich hab nur sehr oberflächlich ins Datenblatt gesehen.
Bei Farnell kostet der 7EUR.

Autor: Aufnehmer (Gast)
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@schnudl: wo denn "hier" / welches Datenblatt? :-) Das mit der 
Verstärkung ist schon so vorgesehen. Ich benutzte auch nicht die 
Endstufe, sondern die Ausgänge Vo1 und V02.

Autor: schnudl (Gast)
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Autor: Helmi (Gast)
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@Aufnehmer (Gast)

Hast du Switcher CAD ?

Ich habs mal ausprobiert teste selbst mal.

Gruss Helmi

Autor: josef (Gast)
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Stichwort: switched capacitor

Autor: Aufnehmer (Gast)
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Ich habe mich ein bischen belesen zu switched capacitor. Die 
Schaltungen, die ich gesehen habe, haben einen Kondensator gegen Masse. 
Wie müßte ich denn den Kondensator und den Analogschalter im o.g. 
Beispiel schalten, um nicht gegen Masse zu arbeiten, bzw. wenn ich es 
tue, beeinflußt das mein Ausgangssignal wirklich nur in der Verstärkung? 
Ich würde halt gerne genau verstehen, wie das funktioniert..

Also ich könnte mir vorstellen: den Kondensator an die Stelle des 
Widerstands und in Reihe den Analogschalter. Dann würde der Kondensator 
zunächst wie ein Kurzschluß oder sehr kleiner Widerstand arbeiten. Aber 
er lädt sich doch auf, und dann wirkt er isolierend / Mit der Frequenz 
am  Analogschalter könnte ich nur bestimmen, wie schnell er sich auflädt 
- aber wie entlädt er sich wieder?

Autor: josef (Gast)
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Du kannst den Widerstand durch den geschalteten Kondensator ersetzen.
Das machst du indem du ihn schnell auf- bzw. entladest. Dann fließt bei
einer Spannung U ein mittlerer Strom I, den kannst du ja durch hohe
Frequenzen nahezu konstant halten. So hast du das Verhalten eines 
Widestandes.
Damit sich das Ganze nur auf die Verstärkung auswirkt, muss die 
Schalterfrequenz um einiges höher sein, als die Bandbreite von deinem
Verstärker. (Sollte aber bei Audio kein Problem sein).


@ Aufnehmer (Gast)

> - aber wie entlädt er sich wieder?

Du kannst ja parallel zum Kondensator einen Widerstand und einen
Analogschalter einbauen.
Dann beite Analogschalter im Gegentakt ansteuern. Die Frequenz
lässt du gleich und änderst einfach das Tastverhältnis.

Autor: Aufnehmer (Gast)
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also so (Analogschalter="AS") ?

Pin3----+-----+-----+
        |     |     |
        |     |     |
       \     300R  100nF
     AS \     |     |
        |     |     |
        |     |     |
Pin12---+-----+-----+

Autor: josef (Gast)
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@Aufnehmer (Gast)

> also so (Analogschalter="AS") ?
>
> Pin3----+-----+-----+
>               |     |
>              300R   |
>               |    100nF
>              \      |
>            AS \     |
>               |     |
> Pin12---+-----+-----+

tau = R*C = 100nF*300R = 30us

C kommt mir ein bisschen zu groß vor, eher 10nF oder 1nF.
Wenn AS offen ist, kann sich C aufladen.
Wenn AS geschlossen ist, entlädt sich C über 300R.

Jetzt musst du noch für eine Spannungsversorgung zwischen Pin3 und
Pin 12 sorgen. Sollte kein Problem sein, da die Gleichtaktunterdrückung
beim INA sehr groß ist (100 - 120 dB).

Kannst auch noch nen Festspannungsregler zwischen den Pins anhängen:

Festspannungsregler = "FR"
"Pseudomasse" = "PM"

    V+----+
          |
          R
          |
          +----+-----+-----+
          |          |     |
          |         300R   |
         FR          |    100nF
          |         \      |
          |       AS \     |
          |          |     |
      PM  +----+-----+-----+
          |
          R
          |
    V-----+

@Aufnehmer (Gast)

> Die Schaltungen, die ich gesehen habe, haben einen Kondensator gegen
> Masse.

Somit wirst du auch das Problem mit der Masse los.
Die Masse ist das, was du als Masse definierst, also kannst du
auch eine Pseudomasse definieren.
Du kannst den Kondensator nun gegen PM aufladen.

Autor: Helmi (Gast)
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Du must den Analogsschalter und den Kondensator so anschliessen

Pin 3            Pin 12
-------+    +--------
        \
         \     AS
          |
         ---
         --- C
          |
          |
         ---

Der Widerstand zwischen Pin 3 und Pin 12 ergibt sich dann nach folgender 
Formel

R = 1 / (fs * C)


fs ist die Schaltfrequenz sie muss wesentlich höher als die höchste 
Signalfrequenz sein.


Siehe auch Wiki Artikel

http://de.wikipedia.org/wiki/Switched-Capacitor-Filter

Gruss Helmi

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hi!

Mich würde mal der Grund und Sinn der fertigen Schaltung interessieren. 
Warum baust Du eine Audio-Vorstufe (rate ich mal) mit einem 
Instrumentation OpAmp auf? Soll es was besonders feines super lineares 
werden?

Nach meinem Verständnis ist bei Audio-Purismus immer das Weniger, das 
Mehr ist. Und da habe ich dann mit einem OpAmp, der über einen DAC oder 
eine PWM geregelt wird meine Probleme.

Habe vor langer Zeit mal den (wirklich begnadet gut klingenden) 
Akku-Preamp aus der Elektor gebaut. Um aber Komfort und Purismus zu 
verbinden, habe ich die Potis durch ALPS Motor-Potis ersetzt. Der Motor 
wiederum lässt sich wunderbar leicht durch einen uC steuern ohne 
Einfluss auf den Klang.
Und um wirklich keinen Einfluss auf den Preamp zu haben, ist der 
Controller aus einem eigenen Trafo versorgt und gekapselt im Gehäuse 
untergebracht.

Aber wie gesagt, ich habe keine Ahnung, was Deine Schaltung letztendlich 
bewirken soll, ist nur geraten.

Grüße an Alle und frohes Fest!

Ulrich

Autor: Aufnehmer (Gast)
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@Ulrich P.

Ich benutze die Schaltung, um ein symmetrisches Signal von einem 
Kondensatormikrofon zu wandeln. Dazu habe ich einen A/D-Wandler mit 
symmetrischen Eingängen. Ich hab schon mit "normalen" Mikrofonen einiges 
probiert, aber mit einem Elektret oder gar dynamischen Mikro ist es mir 
vorher nie gelungen, wie jetzt aus einem Meter Entfernung vom Mikrofon 
ein Flüstern lauter als im Original zu hören und das mit nur ganz wenig 
Grundrauschen (Die sind wohl eher für billig-PC-Lösungen oder laute 
Bühne gedacht). Eigentlich könnte man für bestimmte Aufnahmezwecke die 
Verstärkung vom Mikrofon gleich eingestellt lassen - andererseits wäre 
es toll, wenn ein uC die Verstärkung so einstellt (statt Poti), daß die 
höchsten Amplituden gerade voll ausgesteuert sind. Das Ganze läuft 
später auch mit Akkus. Über die Variante mit Motor habe ich auch schon 
nachgedacht, aber wenn das (s.o.) funktioniert, ohne daß meine Ohren 
etwas merken, ist es weniger aufwendig..

Der Akku-Preamp würde mich mal interessieren - gibt es frei verfügbare 
Details?

@Helmi: danke, das war wohl das fehlende Stück vom Puzzle.. :-)

Autor: EZ81__ (Gast)
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Evtl. ist der PGA2500 für dich interessant (leider teuer und schwer 
erhältlich). Das ist ein fast kompletter Mikrofonpreamp in einem IC (mit 
digital einstellbarer Verstärkung), der genau für deinen Anwendungszweck 
(zwischen Mikrofon und ADC) optimiert ist.

Autor: Aufnehmer (Gast)
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@EZ81__ Habe ihn mir mal angesehen. Der ist ja so hochintegriert, da 
lerne ich ja gar nichts mehr .. :-) Geeignet wäre er schon, teuer ist er 
ganz sicher.. Zum Probieren finde ich meine jetzige Variante gar nicht 
so übel - ich kann an einem Poti drehen und ausprobieren. Mit dem Teil 
bräuchte ich immer gleich einen uC plus Anzeige, programmiert usw.. Das 
fällt mir zwar nicht schwer, aber kostet Zeit.. und ich probiere gerne 
mal aus. Es dauert eben - hab nur abends oder feiertags Zeit zum Basteln 
:-)

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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@Aufnehmer

Der Akku-Preamp ist schon einige Tage alt... (such / wühl...)
Finde ich jetzt nicht auf Anhieb, sollte aber ungefähr aus dem Jahr 2000 
stammen. Es ging darum einen PreAmp zu bauen, der sehr gut klingt aber 
auch sehr wenig Strom verbraucht. Also wurde, bis auf einen OpAmp für 
die Offset-Regelung, völlig auf ICs verzichtet. Alles nur mit wenigen 
ausgesuchten Transistoren, die man sich auf Pärchen ausmessen musste.
Dazu gab es dann noch eine Ladeautomatik. Im Standby hat der PreAmp die 
Akkus geladen, in On hat der sie leer gespielt (eine Ladung hält ewig 
lange, habs nie geschafft die einmal leer zu hören). Es gibt dann noch 
eine Notschaltung für Laden und Hören über Netzteil.

Sollte bei elektor.de im Archiv zu finden sein, sonst PM an mich.

Ebenfalls in der Elektor gab es einige Mikrofonverstärker Schaltungen. 
Darunter auch welche mit Kondensator-Mic und ich kann mich auch an einen 
erinnern, in dem mit zwei Mics und einer Analogschaltung ein 
'Horchgerät' gebastelt wurde. Also anstelle der riesen Schüssel wurden 
einfach zwei Mics auf einen Summierverstärker geschaltet o.ä. und man 
erhielt dadurch eine Richtwirkung.
Ich nehme aber eher an, dass DU da auch was Bühnentechnisches vorhast 
und hier nicht irgendwelche Wanzen bauen willst, gelle :)

Gruß, Ulrich

Autor: Aufnehmer (Gast)
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ich hab den Artikel bei Elektor gefunden (Akku-Preamp), aber 
lustigerweise war kein download-link dabei. Dabei habe ich einen anderen 
interessanten Artikel gefunden und heruntergeladen.. :-)

Warum soll ich Wanzen bauen, die gibts doch kostenlos und in Massen im 
Garten? ;-) Nein es geht um das Aufnehmen von tiefen 
Streichinstrumenten, und da kommt es auf leise und tiefe Töne an - wenn 
das natürlich klingen soll, ist es viel schwerer, als bei einer Geige!

Nebenbei: ist es einem von Euch gelungen, bei Reichelt nach 
"Digital-Potentiometer" zu suchen? (in der Schnellsuche)

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