Hallo zusammen,
ich plane im Moment einen Kopfhörerverstärker, dieser soll eine Anzeige
bekommen welcher Pegel am Ausgang des Verstärkers liegt und welche
Leistung im Moment in den Kopfhörer "geht", alles angezeigt auf einem
großen VFD Display.
Die Spannungsmessung erfolgt über einen billigen Audio-ADC, die
Strommessung ist das knifflige. Problem ist das bei maximaler Lautstärke
kein Strom fließen kann wenn z.B. kein Hörer angesteckt ist, die
Leistungsanzeige muss dann 0,0mW anzeigen. Man kann nicht in der Masse
den Strom Messen weil diese ja für beide Kanäle verwendet wird.
Die Ströme liegen irgendwo zwischen ein paar Dutzend uA (!!!) und ein
paar 100mA, (Strombegrenzung bei 400mA) ich möchte ungefähr 90-100dB
Dynamikumfang der Strommessung.
Stromwandler oder Rogowskispule scheiden bei den kleinen Strömen
komplett aus, selbst die richtig teuren Instrumentenverstärker erreichen
nicht die gewünschte notwendige Gleichtaktunterdrückung. Jetzt kam mir
eine Idee:
Ich lege einen Shunt in die Zuleitung zum Hörer, irgendwas um
200-500mOhm. Es gibt kleine hochwertige Übertrager für MC Tonabnehmer,
diese werden dafür eingesetzt die Ausgangsspannung (~100uV) in ein paar
mV zu transformieren. Die von Lundahl haben eine MU-Metall Schirmung und
einen Schnittbandkern den man auf Masse legen kann, (muss) ich habe hier
2x 1:32 herumliegen:
https://www.lundahltransformers.com/wp-content/uploads/datasheets/1943.pdf
Die Ausgangsspannung wird mit einem (oder mehreren) Rauscharmen OPV
weiterverstärkt und auf einen zweiten ADC gegeben.
Problem ist das über der kleinen Messpannung von einigen uV eine
Gleichtaktspannung bis 20Veff zwischen 20Hz-20kHz liegt, ich denke aber
das ich diese Störung eliminieren kann dadurch das der Kern auf Masse
liegt. Normalerweise passieren solche Gleichtaktstörungen ja durch
kapazitive Einkopplungen zwischen Primär -> Kern -> Sekundär.
Kann das so funktionieren? Meinungen erwünscht! :-)
Gruß Jan
Warum so kompliziert?
du kannst/willst doch sowieso nicht die Momentanleistung mit einigen
10kHz Auflösung haben. nimm doch einfach die Strommessung vor den
Verstärker, für das Display brauchst du doch sowieso nen µC, dann ziehst
du einfach Ruhestrom ab und korregierst für die Effizienz des
Verstärkers.
oder schreib halt mal was dazu welcher Verstärker es genau ist, Class
AB/D (non)bridged mit was für Filtern am Ausgang und wo du das Signal
jetzt abnimmst. Dein Text ist zwar schön, aber wirklich viel fällt mir
jetzt nicht dazu ein außer zeig mal her was du da eigentlich genau hast.
(keine Salamitaktik bitte)
Ich probiere im Moment mehrere Schaltungsvarianten, gedacht hatte ich an
eine modifizierte (Kurzschlussschutz, "stärkere" Ausgangsstufe) von
einem alten Jensen Design.
http://www.johnhardyco.com/pdf/990.pdf
Bei mir läufst sie mit mehr als +-24V, die Spannung aus einem 2x30V
Trafo gleichgerichtet. Deshalb 20Veff. Es ist also eine AB Stufe, kein
Klasse D.
Im Anhang der Eingangsverstärker vor dem ADC mit Shunt und Übertrager,
danach kommt ein CS5361 als ADC. Das ist der Erste Entwurf, vermutlich
wird der Eingang eher wie ein Instrumentenverstärker aussehen. Sind dann
weniger Bauteile.
>Warum so kompliziert?>du kannst/willst doch sowieso nicht die Momentanleistung mit einigen>10kHz Auflösung haben. nimm doch einfach die Strommessung vor den>Verstärker, für das Display brauchst du doch sowieso nen µC, dann ziehst>du einfach Ruhestrom ab und korregierst für die Effizienz des>Verstärkers.
Doch genau das ist der Plan. Wenn es sein muss auch bei 20kHz, deshalb
geht es leider nicht. Ich hatte auch schon die Idee den Shunt in die
Versorgungsleitung (Kollektoren) der Endtransistoren zu setzen, so schön
ist das aber nicht.
Jan schrieb:> Doch genau das ist der Plan. Wenn es sein muss auch bei 20kHz, deshalb> geht es leider nicht.
Du willst also den Strom hochaufgelost messen um dann hinterher den
Mittelwert? oder einen Zufällig zum Messzeitpunkt anliegenden Wert? alle
0.5s oder doch eher alle 1s? anzuzeigen?
wie du selber gemerkt hast geht es halt nicht, daher zeig doch mal den
eigentlichen Verstärker und schreib dann mal was du wirklich willst.
Leistung mit welcher zeitlichen Auflösung und dann Mittelwert oder
Spitzenwert?
wenns am Ende nur 4 LED Balken sind die alle Sekunde aktualisiert werden
gehts auch viel einfacher.
K. S. schrieb:> 4 LED Balken sind die alle Sekunde aktualisiert werden
Das glaube ich nun nicht - der Mann scheint davon überzeugt,
seine Messung habe diese Vorgaben dringendst zu erfüllen. So
daß er sie wohl sicherlich auch mit hoher Aktualisierungsrate
darzustellen gedenkt.
(Diesen Aufwand dann schon vor der Darstellung ad absurdum zu
führen, wäre ja wirklich ein dicker Hund - glaube ich nicht.)
Sondern:
Daß das alles in der Form -aus mehreren Gründen- nicht möglich
(und/oder, falls doch, gar nicht sinnvoll) wäre, scheint unklar.
(Daß also z.B. das v.D.g. "alle Sekunde" vermutlich ausreichte,
weil schneller/häufiger in keiner Weise wirklich nutzbar wäre.)
Jan schrieb:> Wenn es sein muss auch bei 20kHz
Du denkst, Du kannst eine Veränderung in dem Bereich erkennen?
Und wozu überhaupt? Um darauf ganz_schnell zu reagieren etwa?
Erzähl doch mal detailliert, welche Absicht Du damit verfolgst.
(Und bezeichne auch präzise alle verwendeten/geplanten Teile.)
Der Mensch ist nämlich weder fähig, solche Variationen auch nur
zu erkennen, geschweige denn, damit "etwas anfangen zu können".
Würde mich wirklich interessieren, was Du genau vor hast hier.
Bitte gehe genauestens auf Komponenten wie auch Absichten ein.
Also, dann nochmal ausführlicher:
Mir gefallen alte Hifi Geräte wie dieses hier mit Leistungsanzeige:
https://audio-database.com/Accuphase-kensonic/amp/M-100-e.html
Die Idee war das ganze auf den Kopfhörerbetrieb anzuwenden. Bei
Lautsprechern ist das ein wenig einfacher weil die Impedanzen irgendwo
zwischen 4-16 Ohm liegen, bei Kopfhörern sind es grob 10Ohm-2kOhm.
Das Display ist, wie gesagt, ein VFD ähnlich dem in diesem Projekt
verwendeten:
http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Uwe-Beis_Pegelmessgeraet/DPLCM-VFD.htm
Und genau so soll die Anzeige auch aussehen nur das unter denn
Spitzenpegel (Peak) noch die Spitzenleistung (Scheinleistung) in
Echtzeit angezeigt wird. Das werden einige uVA bis vA sein. 2 Standard
Audio ADCs digitalisieren Die Messwerte (Strom Spannung) und ein uC
multipliziert sie. Es soll egal sein ob es 1mVA bei 20Hz oder 20kHz
sind, die Anzeige soll dabei immer 1mVA Peak anzeigen.
Über die Schaltung kann ich nicht mehr sagen, einfach weil sie noch
nicht existiert. Der oben verlinkte Schaltplan zeigt den Verstärker doch
recht gut, das sind im Moment alle Details die ich habe!
Präzisionsgleichrichter ist nicht das was ich mir vorstelle und erhöht
den Aufwand nur extrem. Das wird schwierig damit 90dB Dynamik zu
schaffen, die beste Lösung ist ein Low Cost Audio ADC.
Jan schrieb:> Es gibt kleine hochwertige Übertrager für MC Tonabnehmer, diese werden> dafür eingesetzt die Ausgangsspannung (~100uV) in ein paar mV zu> transformieren.
Warum die Spannung am Shunt nicht direkt mit einem Differenzverstärker
abgreifen? Da braucht es halt einen OPV mit guter
Gleichtaktunterdrückung. Kommt auf jeden Fall billiger als die Lösung
mit Übertrager. Liefere gerne Schaltung nach. Verhalten läßt sich gut
simulieren.
https://www.elektronikpraxis.vogel.de/differenzverstaerker-wie-sie-die-gleichtaktunterdrueckung-verbessern-a-796583/
>Der Mensch ist nämlich weder fähig, solche >Variationen auch nur>zu erkennen, geschweige denn, damit "etwas >anfangen zu können".
Das kommt auf den Kopfhörer an. Bei einem 10Ohm Hörer sind ein paar uA
die erfasst werden können total übertrieben, bei einem 2kOhm Hörer aber
nicht mehr. Ich gebe zu bedenken, die meisten Hörer machen bei 1mW schon
um die 100dB Schalldruck am Ohr. Bei einem 2kOhm Hörer sind das 700uA.
Und wer hört schon dauerhaft so laut, die Anzeige sollte deshalb bei
vielleicht 50uA beginnen, damit bei normaler Lautstärke auch schon eine
Leistung angezeigt werden kann.
>Warum die Spannung am Shunt nicht direkt >mit einem Differenzverstärker
abgreifen? Da >braucht es halt einen OPV mit guter >Gleichtaktunterdrückung. Kommt
auf jeden >Fall billiger als die Lösung mit >Übertrager. Liefere gerne Schaltung
nach. >Verhalten läßt sich gut simulieren.
Danke für den Tipp!
Das Problem ist die hohe Gleichtaktspannung von 20Veff gegenüber der
kleinen Messspannung. (11uV für 50uA) Es gibt „High End“
Instrumentenverstärker wie den INA819 mit einem CMRR von über 140dB bei
kleinen Frequenzen, der schafft bei 20kHz aber auch „nurnoch“ 90dB. Das
sind grob 4mA die Minimal erfasst werden können bei 20kHz, viel zu
wenig.
Man könnte auch einen kleinen Audioübertrager direkt in Reihe mit der
Kopfhörerleitung legen. Ja nach Übertragerverhältnis hat man dann direkt
eine gut zu messende Spannung auf der Sekundärseite - die Primärseite
hält man niederohmig, um den KH Kreis nicht extra zu belasten.
Jan schrieb:> Mir gefallen alte Hifi Geräte wie dieses hier mit Leistungsanzeige:>> https://audio-database.com/Accuphase-kensonic/amp/M-100-e.html
Das wird auch nur eine Spannungsanzeige sein, d.h. auch ohne
Lautsprecher zeigt die was an.
Die Anzeige soll ja nur zeigen, ob der Verstärker übersteuert. d.h. ins
Klipping gerät.
Matthias S. schrieb:> Man könnte auch einen kleinen Audioübertrager direkt in Reihe mit der> Kopfhörerleitung legen. Ja nach Übertragerverhältnis hat man dann direkt> eine gut zu messende Spannung auf der Sekundärseite - die Primärseite> hält man niederohmig, um den KH Kreis nicht extra zu belasten.
Schafft man mit dem Übertrager 90dB bei 20kHz?
>Wenn Spannung und Strom digitalisiert >werden, da kann man in der Software den >Einfluß der Gleichtaktstörung kompensieren, >oder sehe ich das falsch?
In gewissen Grenzen sicherlich. In der Form das ab einem Pegel überhalb
der 90dB Gleichtaktspannung die Empfindlichkeit für die Strommessung
sinkt. Ist unschön, aber für den Notfall ein Plan.
>Man könnte auch einen kleinen >Audioübertrager direkt in Reihe mit der >Kopfhörerleitung legen. Ja nach >Übertragerverhältnis hat man dann direkt >eine
gut zu messende Spannung auf der >Sekundärseite - die Primärseite hält man
>niederohmig, um den KH Kreis nicht extra zu >belasten.
Genau das ist auch meine Idee und die Frage, wenn man den Kern des
Trafos auf Masse legt, gibt es dann noch Gleichtaktstörungen?
Die Lundahltrafos haben einen Schnittbandkern, also getrennte
Wicklungen. Denke da kann es keine solchen Probleme geben?
Eine Idee wäre auch noch sich einen NF Übertrager 1:30 wickeln zu
lassen, z.B. Bei der Firma Rondo Müller. Ein Ringkern mit Schirmfolie
zwischen primär und Sekundär muss auch gehen.
> bei 20kHz aber auch „nurnoch“ 90dB
RC-Glied mit Trimmern waere hier zu ergaenzen.
Baue die Testschaltung mit den Vorschlaegen erst einmal auf und
entscheide dann ob die Dynamik reicht oder mehr sei muesste.
>RC-Glied mit Trimmern waere hier zu >ergaenzen.
Ich komme doch garnicht an die erforderlichen internen Widerstände?
Diskret, keine Chance weit über 100dB Gleichtaktubterdrückung zu kommen.
Soll ja auch langzeitstabil sein und in ein paar Jahren ohne nachgleich
funktionieren.
Jan schrieb:> wenn man den Kern des> Trafos auf Masse legt, gibt es dann noch Gleichtaktstörungen?
Ja, immer. Schon allein daher, weil der "Koppelkondensator" einen nahezu
unbegrenzt niedrigen ESR hat. Ein ebenfalls nur nahezu auf Masse
liegender Kern kann da was verringern, aber niemals beseitigen.
Jan schrieb:> Die Lundahltrafos haben einen Schnittbandkern, also getrennte> Wicklungen.
Bei einem normalen Schnittbandkerntrafo gibt es keine weiträumig
getrennten Wicklungen. Auf beiden Kernschenkeln liegen sowohl primär,
als auch sekundär. Das kann bei den genannten Übertragern anders sein,
würde mich aber wundern.
Vom Kern mal abgesehen, gibt es immer auch eine direkte Kopplung von
Spule zu Spule. Bei z.B. bifilar gewickelten Spulen wäre diese ganz
enorm, und ihre Auswirkungen praktisch nicht zu beseitigen.
Wenn der TO mehr will, kommt er um getrimmte Korrekturglieder nicht
vorbei. Profigeraete fuehren beim Start einen Kalibrierzyklus durch und
digitale Potentiometer werden entsprechend nachgestellt.
D.h. sich mit den technischen Grenzen zufrieden geben ...
Nur mal so gefragt, aber sollte bei einem Kopfhörerverstärker nicht die
möglichst verzerrungsarme Musikwiedergabe im Vordergrund stehen?
Ich würde mir da erstmal Gedanken machen den Strom auszukoppeln ohne
Verzerrungen mit einzubringen.
Die Leistung am Kopfhörer hat eh keinen praktischen Nutzen, da sie nicht
mit der Lautstärke am Ohr korreliert. Die Leistung ist außerdem stark
frequenzabhängig, man sieht effektiv nur die Bässe.
Will man nur feststellen, ob ein Kopfhörer angeschlossen ist, koppelt
man ihn über einen Kondensator an und speist einen kleinen Gleichstrom
ein, der nur fließt, wenn die Wicklung angeschlossen ist.
Warum sollte man ausgerechnet den STROM für den Kopfhörübertrager
auswerten? Die Spannung hat über die Impedanz hinreichende Koordination
zur Leistung am Hörer. Auch bei den gezeigten Zeigerinstrumenten macht
man da keine Klimmzüge bezüglich Stromauswertung. Ein einfache Dioden,
die bei kleinen Spannungen sogar quadratische Kennlinie haben sind da
genug.
Vernünftige Aussteuerungsanzeigen haben eine logarithmische Kennlinie,
zeigen also "dBs" an.
Dazu gibt es fertige ICs, sog. legarithmische Verstärker. Schau mal bei
analog devices unter logarithmic amplifiers nach oder google unter
diesem Stichwort.
Vielleicht hilft auch eine Suche unter Pegelanzeige.
Auch solche Überwünsche wie 90dB oder gar 100 dB Unterdrückung von
irgendwas zeigen sich dann als unnötige Wunschträume.
>Ja, immer. Schon allein daher, weil der >"Koppelkondensator" einen nahezu
unbegrenzt >niedrigen ESR hat. Ein ebenfalls nur nahezu >auf Masse liegender Kern
kann da was >verringern, aber niemals beseitigen.
Das hatte ich übersehen, wäre zu schön gewesen wenn man es so lösen
könnte.
>Ich würde mir da erstmal Gedanken machen >den Strom auszukoppeln ohne
Verzerrungen >mit einzubringen.
Der Übertrager hätte über den Audio Frequenzbereich keine Verzerrungen
zu dem Signal des Verstärkers hinzugefügt, der Shunt ist so niederohmig
das er auch nicht ins Gewicht fallen wird.
>Wenn der TO mehr will, kommt er um >getrimmte Korrekturglieder nicht vorbei
Es gibt nochmal eine Lösung deren Aufwand mir bisher aber zu hoch war:
Ein Rauscharmer OPV wird direkt an den Shunt verbunden und verstärkt das
Signal auf einen vernünftigen Pegel. Ein log- Verstärker begrenzt den
Dynamikbereich auf vielleicht 30-40dB wie von „Peter R.“ auch erwähnt,
eine weitere OPV Stufe kümmert sich um die galvanische Isolation (IL300)
Die Spannungsversorgung für die ICs darf keine niederohmige Verbindung
zur Masse haben, sie werden versorgt aus 2 Stromquellen. (eine für
positive und negative Versorgung) Das Prinzip eines Shunt Reglers, ich
zeichne das heute Abend mal am PC. So eine Stufe bräuchte bestimmt 50mA
die Ständig verheizt werden, bei 2x30V aus dem Trafo gehen dabei
schonmal 5W an Abwärme drauf. Denke das ist die beste Möglichkeit.
>Warum sollte man ausgerechnet den STROM für >den Kopfhörübertrager auswerten? Die >Spannung hat über die Impedanz hinreichende >Koordination zur Leistung am Hörer.
Auch >bei den gezeigten Zeigerinstrumenten macht >man da keine Klimmzüge bezüglich
>Stromauswertung. Ein einfache Dioden, die >bei kleinen Spannungen sogar
quadratische >Kennlinie haben sind da genug.
Die Impedanz könnte man vom Verstärker im Voraus messen lassen, das ist
nochmal komplizierter und ungut weil der Benutzer das beim einschalten
hören würde. Der Aufwand beim Programmieren wird auch gigantisch. Man
könnte den Benutzer ja auch die Impedanz de Hörers selber wählen lassen,
da die aber extrem abhängig von der Frequenz ist ist so eine Anzeige
total unbrauchbar.
Der von mir verlinkte Verstärker musst übrigens auch den Strom, die
angezeigte Leistung ist also „echt“
>Die Leistung am Kopfhörer hat eh keinen >praktischen Nutzen, da sie nicht mit der >Lautstärke am Ohr korreliert. Die Leistung >ist außerdem stark frequenzabhängig,
man >sieht effektiv nur die Bässe.
Das ist bei Lautsprechern genauso wenig der Fall. Es ist -zugegeben-
eine Spielerei, aber eine interessante.
Jan schrieb:> Ein Rauscharmer OPV wird direkt an den Shunt verbunden und verstärkt das> Signal auf einen vernünftigen Pegel.
gibt es mit integrierten Widerständen, denn mit den normalen 1% oder gar
5% Zeug wirst du nicht viel erreichen bei deinen Anforderungen. kosten
halt etwas mehr, besonders bei dem GBP und CMRR was du anscheinend haben
willst, aber 0.1% Widerstände mit niedrigem Temperaturkoeffizienten gibt
es auch nicht geschenkt. Warum das aber alles sein muss wenn du später
nur die Hüllkurve mit maximal einigen 10Hz darstellst erschließt sich
mir nicht wirklich.
wenn es das unbedingt sein soll:
- richtiger Differenzieller Op Amp mit integrierten Widerständen, eine
parametrische Suche wirst du schon bedienen können, kostet halt mal
>5-10€
- dann nen Peak/Envelope detector mit einigen 10-100Hz Bandbreite (nicht
wesentlich mehr als die Aktualisierungsrate des Displays)
- noch so nen detector für die Spannung
- fertig
Jan schrieb:> Die Impedanz könnte man vom Verstärker im Voraus messen lassen, das ist> nochmal komplizierter und ungut weil der Benutzer das beim einschalten> hören würde. Der Aufwand beim Programmieren wird auch gigantisch.
Programmieren wäre noch das einfachste. Es gibt 3.5mm Klinke Stecker mit
Schalter, wenn der µC erkennt dass ein Kopfhörer eingesteckt wird einmal
die Impedanz messen, dann Audio mute abschalten (musst du dann halt noch
ergänzen) und fertig. hören muss man da nichts wenn man eine Rampe fährt
statt Rechteck (wird etwas komplizierter) und Mute schafft man mit einem
Analogschalter/Mosfet/Transistor wenn man das Audio Signal kapazitiv
gekoppelt einer Gleichspannung überlagert (damit das Signal nie <0V
wird, oder man versorgt die Mute Schaltung auch symmetrisch)
Warum nicht den Shunt in die Versorgung des Verstärkers? einige 10Hz
Bandbreite kommen da auch noch raus, und schneller kannst du das sowieso
nicht anzeigen. würde alles Probleme lösen, reicht ein 08/15 Op Amp mit
ner handvoll dB CMMR. Ruhestrom und effizienz kann man einfach mit dem
µC korregieren. Schieb z.b. nen 1kHz Sinus rein, miss den Strom vom
Verstärker und die Spannung über ne Handvoll verschiedene Widerstände am
Ausgang (und errechne daraus den Ausgangsstrom), in Excel eintragen,
lineare regression, fertig.
