Audiosignalverstärkung

> könntet ihr mir sagen, was ich da genau verwenden
> kann/sollte und möglicherweise sogar dazu einen Schaltplan hochladen
> könntet.

Du brauchst einen Leistungsverstärker (z.B. ein IC wie TDA2030) der den 
nötigen Strom liefern kann, und diesen Verstärker musst du so 
beschalten, dass der Spulenstrom proportional zur Eingangsspannung 
(Audiosignal) ist.

Im Anhang mal eine Prinzipschaltung, die das Audiosignal 10-fach 
verstärkt und einen Strom von 1A je 4Volt Eingangsspannung durch die 
Spule treibt.

> einen Strom von 1A je 4Volt Eingangsspannung durch die Spule treibt.

sollte heißen:

einen Strom von 1A je 0,4Volt Eingangsspannung durch die Spule treibt.

> der Elektromagnet benötigt ja zum Betrieb auch Strom,
> der in der Schaltung nicht vorhanden war,

Vielleicht solltest du eine Stromversorgung an deinen OpAmp 
anschliessen.

Hi,

vielen Dank für die schnelle Antwort, also einen Leistungsverstärker.
So nun nehme ich mir mal deine Prinzipschaltung.
1m soll schon meine Spule sein? Dann hast du am Plus Eingang des OpAmps 
das Audiosignal angelegt? Dann 3 Widerstände mit 110/1000/4 Ohm, dadurch 
berechnet sich die Verstärkung um den Faktor 10?

Meine Spule darf längerfristig nur mit 1 A betrieben werden, der OpAmp 
hat eine empfohlene Betriebsspannung von 12 V, wie muss dann die 
Schaltung dimensioniert werden?

Mfg. Max

Hi,

wenn ich einfach eine Stromversorgung an meinen OpAmp anschließe, bleibt 
die Frage, ob der Strom die Signalcharakteristika des Audiosignals 
aufweist, denn das soll er.

> der OpAmp hat eine empfohlene Betriebsspannung von 12 V,
> wie muss dann die Schaltung dimensioniert werden?

Was für ein OpAmp? Wie groß ist das Eingangssignal? Frequenzbereich? 
Induktivität der Spule?

Die Spannungsverstärkung der Schaltung ist V=1+(1k/110), der 
Ausgangsstrom ist Ia=Ua/4R = Ue*V/4R. Du dimensionierst die Schaltung, 
indem du die genannten Widerstände so abänderst, dass sich die 
gewünschten Werte ergeben.

Allerdings musst du die Induktivität und den Frequenzbereich beachten, 
weil mit steigender Induktivität und/oder Frequenz die Spannung an der 
Induktivität steigt und die Aussteuerbarkeit begrenzt.

Max Schroer schrieb:
> wenn ich einfach eine Stromversorgung an meinen OpAmp anschließe, bleibt
> die Frage, ob der Strom die Signalcharakteristika des Audiosignals
> aufweist, denn das soll er.

geht´s noch komplizierter?

nimm ne pa und häng statt dem lautsprecher ne passende sendewicklung 
dran.
hören tut man da wenig bis nix aber man hat n schönes nf magnetfeld.
da hinein ne abhörspule + kleineer kh verstärker und es sollte was zu 
hören sein.

> nimm ne pa und häng statt dem lautsprecher ne passende sendewicklung
> dran.

Dann ist der Strom aber frequenzabhängig, bei f->0 geht I-> unendlich 
und umgekehrt. Das will der TO sicher nicht, deshalb hab ich oben eine 
mofifizierte Schaltung gezeigt, bei der der Strom unabhängig von der 
Frequenz ist (solange der Verstärker ausgangsseitig nicht übersteuert 
ist).

> wenn ich einfach eine Stromversorgung an meinen OpAmp anschließe, bleibt
> die Frage, ob der Strom die Signalcharakteristika des Audiosignals
> aufweist, denn das soll er

Also ohne Stromversorgung geht's jedenfalls gar nicht,
eine Schaltung kann ja nicht zaubern,
irgendwoher muss der Strom ja kommen.

Hallo Jungs,

dass sind aber viele Antworten, dann mal los:

Also erstmal allgemein, ich beschreibe mal allgemein den Sinn des 
ganzen, damit jeder nachvollziehen, was genau vorliegen muss.
Der Faraday Effekt beschreibt die Doppelbrechung eines Laserstrahls in 
einem Medium, welches sich in einem parallelen Magnetfeld befindet. Das 
heißt im Klartext: Linear polarisiertes Licht geht durch Medium und 
Magnetfeld und der Polarisationswinkel verschiebt sich um eine bestimmte 
Gradzahl, unter anderem abhängig vom B Feld.
Diese Gradzahl kann man durch eine Photodiode nachweisen, in dem man ein 
Multimeter an einen Widerstand im Stromkreis der Photodiode parallel 
schaltet. So wann immer sich das B Feld verändert, verändert sich der 
Polarisationswinkel und die Photodiode emittiert ein anderes Signal. 
Ziel ist es nun auf den Elektromagnet ein Musiksignal zu schicken, 
welches natürlich der Strom aufweisen muss, damit sich das B Feld im 
Zuge der Signalcharakteristika ändert. Denn ändert sich dieses, wie das 
Audiosignal, so ändert sich auch der Polarisationswinkel entsprechend 
und man müsste an der Photodiode selbige Änderung theoretisch erfahren. 
Schließt man an die Photodiode einen Lautsprecher mit vorgeschaltetem 
nicht invertierenden OpAmp so müsste man das Audiosignal, welches man 
eingibt auch wieder am Lautsprecher bekommen, übertragen durch den 
Laser.

So weit so gut..

@ArnoR:
Also das Eingangssignal soll bestenfalls ein Musikstück sein, also 
müsste das ganze ja im hochfrequenten Bereich liegen, richtig?
Die Induktivität habe ich noch nicht berechtigt und kein Datenblatt 
vorhanden, werde ich gleich mal tun.
Ich kann dir leider nicht sagen um welchen OpAmp es sich handelt und 
welche Daten er hat, ich weiß nur empfohlene Betriebsspannung 12 V.

@MaWin:
Die Frage habe ich mir auch gestellt. Ich dachte mir bloß, dass ein 
Leistungsverstärker mit einem Transistor eventuell Strom emittiert, 
schließlich ist P=U*I und wenn I=0 muss ja auch P=0 sein..

@Kai Klaas:
Habe ich richtig verstanden, dass du mit deinem Link auf den 
Geberverstärker anspielst, der dort gezeigt wird?

> Diese Gradzahl kann man durch eine Photodiode nachweisen, in dem man ein
> Multimeter an einen Widerstand im Stromkreis der Photodiode parallel
> schaltet

Das ist natürlich keine gute Empfängerschaltung, schau lieber nach einem 
Transimpedanzverstärker.

> Schließt man an die Photodiode einen Lautsprecher mit vorgeschaltetem
> nicht invertierenden OpAmp

Für BEIDES, deine Magneten und deinen Lautsprecher, solltest du normale 
Audioverstärkerendstufen benutzen.

Die übertragen zwar keine Gleichspannung, aber Musik, und sind auch für 
induktive Lasten geeignet.

Also ich lese mir jetzt mal den Link genauer durch, habe den gerade nur 
überflogen.
Also ich soll jetzt für beides den gleichen Verstärker benutzen?
Die Induktivität habe ich jetzt berechnet, wenn mich nicht alles täuscht 
liegt die bei meiner Spule bei 0,04.

Ja richtig, 40 mH.

Also im Prinzip macht dieser Geberverstärker ja genau das, was ich will, 
verstärken. Wenn ich mir das Schaltbild auf Seite 5 deines Linkes 
anschaue, dann ist da ja auch eine Spule drin. Nun gut, gebe ich also 
ein Audiosignal auf den Geberverstärker, dann habe ich in der Spule ein 
Magnetfeld welches sich im Zuge des Signals ändert, aber woher kommt der 
Strom?

> Wenn ich mir das Schaltbild auf Seite 5 deines Linkes
> anschaue, dann ist da ja auch eine Spule drin.

Das ist genau die gleiche Schaltung wie ich sie oben gezeigt habe.

> aber woher kommt der Strom?

Den Strom liefert der Verstärker, der durch das Eingangssignal gesteuert 
wird.

> wenn mich nicht alles täuscht
> liegt die bei meiner Spule bei 0,04.
> Ja richtig, 40 mH.

Wenn das wirklich stimmt, kannst du die Sache gleich wieder vergessen. 
Um 1A bei 20kHz und 0,1V Eingangsspannung durch 40mH zu treiben, 
brauchst du eine Verstärkerausgangsspannung von 5kV.

Also an der RIM (Gesamt-)Schaltung würde ich mich nicht orientieren, da 
ist die Ausgangsspannung immer 0 ;)

SCNR,
Jupp

Guten Morgen Jungs,

@Kai Klaas:

Ja wunderbar, das verstehe ich soweit. Danke sehr. :-)

@ArnoR:

Das habe ich mir schon gedacht, dass das die selbe ist, auch dir vielen 
Dank. Der Verstärker liefert also wirklich den Strom? Also doch.
Was? 5kV? Das hört sich nicht gut an! Wie wird die 
Verstärkerausgangsspannung niedriger? Wenn ich erstmal niedere 
Frequenzen übertrage? 10hz zum Beispiel? Könnte ich ja erstmal mit einem 
Funktionengenerator und einem Oszilloskop verwirklichen. Wird die 
benötigte Verstärkerausgangsspannung auch niedriger, wenn die 
Induktivität höher oder niedriger ist?

@Klau Ra.:

Wo soll ich denn den Supraleiter hinhauen?

@Jupp:

Ehm welche Schaltung meinst du jetzt, sorry, dass ich so blöd frage. :-D

Max Schroer schrieb:
> @Jupp:
>
> Ehm welche Schaltung meinst du jetzt, sorry, dass ich so blöd frage. :-D

Die von Kai Klaas verlinkte.
Man beachte die Beschaltung der Ausgangsbuchse ;)

Hui,

das wird jetzt aber kompliziert. :-D
Da muss ich aber jetzt einiges Fragen, also:

@Jupp:
Die Ausgangsbuchse? Meinst du jetzt vom OpAmp?

@Kai Klaas:
Was bezeichnest du als Drossel und was ist der Modulationsstrom?
Naja den Photodiodenverstärker kann man ja schon sehr groß wählen, soll 
ich den Schaltkreis eine Konstantstromquelle bauen oder auch mit einem 
Geberverstärker arbeiten?
Was ist mit TIA gemeint? Wenn ich die höheren Frequenzen heraussiebe, 
gehen die mir dann ganz verloren? Kann ich so etwas mit einem RC Filter 
machen?
Mhm leider komme ich an die Spule nicht dran, das ganze ist ein 10 cm 
langer zylinderförmiger Eisengegenstand in dem sich Spule und Medium 
befinden. :/

Hi :-)

Weder noch, ich studiere Physik im zweiten Semester und wir müssen da so 
ein Projekt machen.

Ja ich meinte die Verstärkung des Photodiodenverstärkers.
Das heißt ich nehme jetzt für Stromkreis Spule und Stromkreis Photodiode 
Arnos Geberverstärker?
Zusätzlich baue ich in den Stromkreis der Photodiode auch einen 
Transimpedanzverstärker ein, richtig?!
So das mit dem Gleichstrom auf die Spule und einem niedrigeren 
Modulationsstrom des Signals klingt für mich gut, wie realisiere ich 
das?
Mit dem Butterworth meinste dann sowas hier 
ne:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Butterworth_II_Order_LPF.png
Kann man so etwas fertig kaufen oder löte ich mir den lieber selbst 
zusammen?!

Eine zusätzliche Spule anflanschen, da wüsste ich nicht, wie ich das 
machen soll, aber der Durchmesser des Zylinders ist gering, 2cm. Ich 
könnte noch eine drüberschieben vielleicht..

Max Schroer schrieb:
> Weder noch, ich studiere Physik im zweiten Semester und wir müssen da so
> ein Projekt machen.

Das ist jaetz aber nicht dein Ernst, oder?

Max Schroer schrieb:
> Was? 5kV? Das hört sich nicht gut an! Wie wird die
> Verstärkerausgangsspannung niedriger?

Physik im 2. Semester und dir ist noch nicht mal U = L*dI/dt klar?

> Für die Lösung der Aufgabe scheint viel Erfahrung in der
> Entwicklung elektronischer Schaltungen vorausgesetzt zu sein.

Na ja, ich glaube nicht, daß für 20kHz die volle Aussteuerung benötigt 
wird, das ist bei Musik ja auhc nicht der Fall, die Hochtöner würden 
schnellstens abrauchen.
<pre>
                            Licht
                              :
CD-Player--Audioverstärker--Spule    +---C---+
                              :      |       |
                      +--Photodiode--+---R---+
                      |              |       |
                      |              +--|-\  |
                      |                 | 
>-+--Audioverstärker-Lautsprecher
                      +-----------------|-/
                      |       Transimpedanzverstärker
                     GND
</pre>
scheint mir dermassen primitiv zu sein, daß ich mich nicht Frage wie man 
im 2. Semester Physik, sondern wie man in der 8. Klasse Physik nicht die 
nötigen Grundlagen dazu haben sollte.

Daß ein Verstärker ohne Versorgungsspannung nicht funktioniert, sollte 
jedem klar sein, der das erste mal den Netzstecker aus einer HiFi Anlage 
gezogen hat.

Und wer das nicht weiss, soll lieber Esoterik studieren.

Hallo Leute.

@Kann man nicht glauben:
Tut mir Leid, dass ich Fragen stelle. Dich werde ich damit sicher nicht 
mehr belasten.
Außerdem entschuldige ich mich dafür nicht jede Formel auswendig zu 
können, um Formeln wiedergeben zu können muss man auch nicht Physik 
studieren, sondern einfach bloß das Internet öffnen. Ich muss auch ganz 
ehrlich sagen, dass ich keine Lust habe mit dir darüber zu diskutieren. 
Ich habe nämlich eigentlich ein Projekt zu erledigen und andere Leute in 
diesem Forum wollen mir dabei helfen und tuen es wirklich gut, wenn du 
das nicht tun möchtest, dann unterlasse bitte abfällige Bemerkungen. 
Danke.

@Kai Klaas:
Du hast Recht im 2. Semester Physik hatte man ein Modul namens 
Elektrizität und Magnetismus, welches allerdings leider nicht die 
nötigen praktischen Erkenntnisse liefert, sondern stattdessen auf einer 
abgehobenen theoretischen Ebene alles erläutert. Erst im 3. Semester hat 
man Elektronik mit einem dazugehörigen Praktikum, wo genau solche Themen 
behandelt werden. Dennoch ändert das leider nichts an der Tatsache, dass 
unser momentanes Projekt für den Erhalt genau einer solchen Noten 
verlangt das ganze durchzuführen.
So das heißt, wenn ich jetzt alles zusammenpacke, dann baue ich in den 
Stromkreis der Spule auf jeden Fall einen Geberverstärker ein, damit der 
Strom die Signalcharakteristika des Audiosignals aufweist und so ein 
Wechselfeld mit eben jenen von der Spule erzeugt wird, richtig?!
Doch welche Anforderungen habe ich an den Verstärker im Schaltkreis der 
Photodiode? Zum Einen würde ich sagen, dass die Verstärkung groß sein 
muss, da ja bei der Übertragung sicherlich viel verloren geht. Was noch 
und welche Art Verstärker brauche ich dann in diesem Schaltkreis? 
Benötige ich dazu nur den TIA oder noch einen anderen? Betrachtet man 
MaWins Zeichnung benötige ich zusätzlich zum TIA noch einen 
Audioverstärker. Aus welchem Grund?

@MaWin:
Vielen Dank für das Bild des Aufbaus, ein ähnliches wollte ich 
letztendlich haben.
Dass ich einen Verstärker mit einer Versorgungsspannung ausstatten muss, 
ist mir durchaus bewusst. ;-) Schließlich habe ich durchaus schon ein- 
zweimal einen OpAmp benutzt. Allerdings dann nur um invertierende oder 
nicht-invertierende OpAmps zu untersuchen/bauen.

Also der mechanische Aufbau ist halt folgender:
Laser ->-->- Polarisator ->-->- Spule ->-->- Polarisator ->-->- 
Photodiode
Meine bisherigen Versuchsdurchführungen ergaben, dass da schon einiges 
verloren geht. Die Abweichung zwischen der errechneten und gemessenen 
Änderung des Polarisationswinkels lag bei 10%.
Also im Stromkeis der Photodiode einen TIA. Wechsellicht und 
Gleichlicht, mhm, kann man das ermitteln? Also ich würde jetzt spontan 
sagen, dass da ein sehr hoher Gleichlichtanteil ist, da man ja mit dem 
Laser kohärentes Licht hat. Betrieben wird der übrigens mit zwei 
Batterien.
Das heißt Mawin will eine zusätzliche Stromquelle in den Aufbau mit 
einem normalen Audioverstärker einfügen und dann mit seinem Vorschlag 
dennoch einen Strom erreichen, der die Signalcharakteristika aufweist?

> Dieser Audioverstärker muß allerdings DC-tauglich sein

Wozu ?

> Das heißt Mawin will eine zusätzliche Stromquelle in den Aufbau mit
> einem normalen Audioverstärker einfügen und dann mit seinem Vorschlag
> dennoch einen Strom erreichen

Wozu ?

Es geht doch um Musikübertragung durch zwei Polarisatoren um einem 
optischen Kristall. Da ist doch eine beliebige Vorspannung durch drehen 
der Polarisatoren erreichbar, man braucht doch keinen Dauerstrom im 
Magneten oder Vorspannung am TIA.

Und hohe Töne haben sowieso kleinere Pegel als tiefe Töne.

@Kai Klaas:
Sehr gut mit der Bedienung des Oszilloskops kenne ich mich bestens aus, 
dann stellt das kein Problem dar.

@MaWin:
Die Polarisatoren bleiben starr an Punkt x und Punkt y verschoben um 
eine bestimmte Gradzahl. Du hast Recht, man kann die Polarisatoren 
verschieben und so verschiedene Spannungen im Stromkreis der Photodiode 
messen, aber das ist meiner Meinung nach nicht Ziel führend, da ich ja 
nicht die Polarisatoren mit dem Audiosignal beeinflussen will, sondern 
das Magnetfeld. Deshalb soll sich ja das Magnetfeld mit dem Audiosignal 
verändern.

@Kai Klaas und MaWin:
Also ich habe das ganze ja schon mit einem nicht invertierenden OpAmp 
ausprobiert, falls das als Audioverstärker gilt, hätte es ja damals auch 
funktionieren müssen. Gut, damals habe ich keine hohen Frequenzen 
verwendet, sondern stattdessen einen Funktionengenerator auf dem ich 
10Hz Ausgangssignal eingestellt habe.

> Ich kann dir leider nicht sagen um welchen OpAmp es sich handelt
Dann las es doch gleich sein. Ohne diese Daten kannst du es sowieso 
knicken.

> da ich ja
> nicht die Polarisatoren mit dem Audiosignal beeinflussen will, sondern
> das Magnetfeld. Deshalb soll sich ja das Magnetfeld mit dem Audiosignal
> verändern.

Das Magnetfeld beeinflusst dann schon die Polarisation durch die Musik, 
es geht nur um die Gleichspannungsvorspannung (die man auch mit einem 
Permanentmagneten erreichen könnte und wegen des Erdmagnetfeldes sogar 
hat)

Wer zwischen Gleichstrom und verdrehtem Polfilter einen physikalischen 
Unterschied zu finden meint, hat den Faraday Effekt nicht verstanden.

@Uwe:
Das ist ein Schaltbrett der Uni, die einzige Möglichkeit die ich habe, 
um herauszufinden, um welchen OpAmp es sich handelt, ist das Datenblatt 
zu finden. Dafür muss ich allerdings den zuständigen Angestellten 
fragen, der NATÜRLICH bis einschließlich 12. September Urlaub hat, erst 
danach kann ich euch vielleicht sagen, um welchen es sich handelt. 
Vielleicht sollte ich einfach zwei neue kaufen?!

@MaWin:
Es ist mir absolut bewusst, dass die Polarisation des Lichtstrahls sich 
durch das Magnetfeld ändert (genauer, der Polarisationswinkel). 
Schließlich ist das der Faraday Effekt, aber ich denke, dass mir das 
bewusst ist, habe ich schon genüge durch die Erläuterungen zur 
Versuchsdurchführung gezeigt.
Bisher habe ich zur Basisdurchführung folgendes gemacht:
Ich habe auf die Spule einen Gleichstrom von 1A geschickt und parallel 
errechnet, dass damit eine Änderung des Polarisationswinkels um 1 Grad 
zu erwarten ist, dann habe ich den ersten Polarisator auf den optimalen 
Wert x gestellt.  Linear polarisiert tritt dann der Lichtstrahl in das 
Medium, wo sich durch Einflussnahme des Magnetfeldes der 
Polarisationswinkel des Lichtes ändert. Den zweiten Polarisator habe ich 
mit einem Schrittmotor ausgestattet und so um 360 Grad drehen lassen. 
Die Spannung am Widerstand im Stromkreis der Photodiode habe ich die 
komplette Umdrehungsdauer mit LabView aufzeichnen lassen. Die Gradzahl 
des zweiten Polarisators, an dem sich in der Kurve des Spannungsverlaufs 
das Maximum befindet ergibt in der Differenz mit der eingestellten 
Gradzahl des ersten Polarisators die im Versuch nachgewiesene Änderung 
des Polarisationswinkels, der analog zum errechneten Wert von 1 Grad 
war.
Im Versuch der Musikübertragung mit Hilfe des Magnetfeldes möchte ich 
die beiden Polarisatoren gerne an zwei festen Punkten x und y stehen 
lassen und der Polarisationswinkel des Lichts solch sich ausschließlich 
durch die Einflussnahme des Magnetfeldes ändern, denn davon ist der 
Polarisationswinkel ja auch abhängig, da gilt: ß=V*d*B.
Falls ich irgendwas von dem, was du meinst noch nicht verstanden haben 
sollte, würde ich begrüßen, könntest du mir kurz erklären, was ich nicht 
verstehe.

@Kai Klaas:
Also bei meinen bisherigen Versuchen mit der Spule habe ich immer einen 
einfachen Gleichstrom von 1A durchgeschickt. Den Widerstand der Spule 
muss ich berechnen, aber die 40mH sind aktuell. Es dürfen auf jeden Fall 
nicht mehr als max. 3A durch die Spule gejagt werden und das nur für 
wenige Sekunden. Bei vorherigen Versuchen habe ich deshalb 1A circa 100s 
laufen lassen. Ich kann die Spule leider überhaupt nicht sehen und habe 
auch keine Möglichkeit da irgendwie dranzukommen, ich kann also nur 
sagen, dass sie 800 Windungen hat.
Das mit Wechsel- und Gleichstrom ist mir noch ein wenig fragwürdig, 
meinst du damit den Modulationsstrom als Wechselstrom und dann noch 
einen Gleichstrom sozusagen als "Betriebsstrom"?

> Falls ich irgendwas von dem, was du meinst noch nicht verstanden haben
> sollte

So scheint es.

Ob du nun 1A Dauerstom auf den Ausgang überlagerst (was ein 
Audioverstärker nicht kann und eine Spule nicht mag) damit
das Ausgangssignal nicht nur bei 1A eine 1+1A= 2 Grad =
stärkere Dämpfung durch die Polarisatoren erfährt und bei -1A
eine 0 Grad eine schwächere Dämpfung durch die Polarisatoren
erfährt,

oder ob du keinen Gleichstrom auf die Spule legst, und die
Polarisatoren um 1 Grad verdrehst, und dann auch bei -1A
eine schwächere und bei +1A eine stärkere Dämpfung bekommst,

ist identisch.

@MaWin:
Ich glaube jetzt habe ich verstanden, was du meinst. Du bist der Meinung 
ich solle den Gleichstrom von 1A weglassen und stattdessen die 
Polarisatoren um 1 Grad drehen und die Spule ausschließlich mit dem 
Modulationsstrom speisen?

@Kai Klaas:
Danke sehr, das hat mir sehr weitergeholfen. Meine Mitpraktikanten und 
ich legen jetzt erstmal bis zum 12.9. eine Pause ein und danach werde 
ich das ganze mal bauen und testen. Werde dann berichten. Eine Frage 
habe ich noch, den Modulationsstrom liefert ja auf jeden Fall der 
Verstärker, liefert dieser auch den Gleichstrom oder muss ich den vor 
dem OpAmp schon einspeisen?

> ich solle den Gleichstrom von 1A weglassen und stattdessen die
> Polarisatoren um 1 Grad drehen und die Spule ausschließlich mit dem
> Modulationsstrom speisen?

genau.