Hallo zusammen, ich arbeite momentan an dem Prototypen eines Bändchenmikrofons, anbei 2 Links wo man das Funktionsprinzip erkennen kann. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/29/B%C3%A4ndchenmikrofon.svg/220px-B%C3%A4ndchenmikrofon.svg.png http://nachbelichtet.com/wp-content/uploads/2009/04/superlux_r102-3.jpg Mein Bändchen wird 3-5mm Breit und 50mm lang werden, klassisch müsste man jetzt auf einen Übertrager (grob 1:30) und hätte am Ausgang Signale im einstelligen mV Bereich. Ich möchte mal etwas anderes versuchen, ich möchte den Ausgang des Bändchens auf einen Transimpedanzverstärker mit LT1028 geben und damit das Bändchen als Stromquelle nutzen, mit Glück wird das sogar rauschärmer als mit Spannungsübertragung. Ich erwarte Ströme im Bereich von xxµA, der Innenwiderstand des Bändchens liegt grob bei 100-500mOhm. Der Transimpedanzverstärker wird so nahe wie möglich an das Bändchen gebracht, ich halte die Masse so gut es geht vom Inv. Eingang fern denke aber das selbst kleine Kapazitäten von GND gegen inv. durch die niederohmige Verbindung der beiden Eingänge viel Ärger machen können? In der ersten Stufe mit dem LT1028 wird das Signal grob auf 10mV gehoben, der LME49720 hebt den Pegel nochmal an auf ca. 1V (40dB gain) Der Zweite OP im LME arbeitet als DC Servo und hält den Ausgang frei von DC. Meine Frage ist nun, kann das mit der oben genannten Schaltung funktionieren oder sind Instabilitäten zu befürchten? Liege ich richtig das die niederohmigen Widerstände in der GK bedingt durch die kleinen Pegel die OPs nicht stören weil auch die Ströme klein bleiben? Habt Ihr Vorschläge wie ich den Rauschabstand verbessern kann oder Rauscht die ganze Angelegenheit sowieso stärker als mit Übertrager? Danke! Gruß, Jan
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Durch die niedrige Impedanz am Eingang sind die Kapazitäten unkritisch. Dafür werden Induktivitäten ggf. wichtig. Die 2. Stufe muss man nicht mehr so aufwändig und niederohmig auslegen. Die 1. Stufe verstärkt bereits deutlich, so dass es hier nicht mehr wirklich auf das Rauschen ankommt. Den 1. OP sollte man auch nicht noch zusätzlich und ohne guten Grund mit den 47 Ohm zur 2. Stufe belasten. Ob die Verstärkerschaltung mehr rauscht als ein Transformator hängt sehr vom Transformator ab - die können deutlich besser sein, wenn der Kern gut ist.
Hallo Ulrich, >Durch die niedrige Impedanz am Eingang sind die Kapazitäten unkritisch. >Dafür werden Induktivitäten ggf. wichtig. OK, das ist kein großes Problem bei den kurzen Abständen. >Die 2. Stufe muss man nicht mehr so aufwändig und niederohmig auslegen. >Die 1. Stufe verstärkt bereits deutlich, so dass es hier nicht mehr >wirklich auf das Rauschen ankommt. Den 1. OP sollte man auch nicht noch >zusätzlich und ohne guten Grund mit den 47 Ohm zur 2. Stufe belasten. Ich hielt das für nicht wirklich kritisch wegen der geringen Eingangsspannung, wenn das Ärger machen kann muss ich auf einen nicht inv. Verstärker umsteigen und mein DC Servo überdenken. Werde ich dann auch so machen. >Ob die Verstärkerschaltung mehr rauscht als ein Transformator hängt sehr >vom Transformator ab - die können deutlich besser sein, wenn der Kern >gut ist. Also wärst Du eher für den Übertrager wenn es um niedriges Rauschen geht? Was hat der Kern mit dem Rauschen zu tun? Gruß, Jan
Beim Übertrager gibt es Rauschen von den Ohmschen Widerständen der Spulen und dem Kern. Eine Rauschquelle beim Kern sind da z.B. die Barkhausensprünge. Je nach Kernmaterial und Größe kann man da mehr oder weniger ausgeprägte von haben.
OK, danke! :) Dann investiere ich lieber in so einen Kollegen, Preislich gibt sich das sowieso wenig. http://www.ebay.de/itm/Lundahl-2912-Ribbon-Microphone-Transformer-/151592764776?pt=LH_DefaultDomain_77&hash=item234ba20568 Gruß, Jan
Jan schrieb: > Dann investiere ich lieber in so einen Kollegen, Geh da nicht mit Gleichstrom, z.B. von einem Ohmmeter, dran!
Wenn du experimentieren willst: Vorverstärker für Moving-Coil Systeme bei Plattenspielern hatten nahzu die gleiche Aufgabenstellung - extrem niedrige Quellimpedanz und sehr geringe Pegel. Ein Blick in entsprechende Schaltungen könnte hilfreich sein. Ich weiss nicht, ob dein Aufbau es zulässt, aber auch ein Differenzverstärker zwischen oberem und unterem Ende des Bändchen könnte Vorteile haben, und wenn es nur die Brummunterdrückung ist. lrep schrieb: > Geh da nicht mit Gleichstrom, z.B. von einem Ohmmeter, dran! Ja, Vorsicht, auch geringe Gleichstöme können den Kollegen aufmagnetisieren.
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Probier es doch einfach mal aus! Die Quellimpedanz ist sehr klein, also einfach mal einen TIA mit einem sehr rausarmen Audio-Verstärker aufbauen. Dein DC Servo kannst Du erstmal weglassen und die Verstärkung in der ersten Stufe machen. Signal einfach kapazitiv entkoppeln und schauen, wie das Rauschen so aussieht. Warum schon unbedingt einen sau empfindlichen Trafo verbauen, wenn es erstmal ein 5 Euro OPA tut?
Jan schrieb: > Dann investiere ich lieber in so einen Kollegen, Preislich gibt sich das > sowieso wenig. Wenn Du gerne Geld zum Fenster rausschmeißt. Die OPVs kosten doch nur ein Bruchteil. Wozu soll die komische Schaltung mit IC2 gut sein?
>Geh da nicht mit Gleichstrom, z.B. von einem Ohmmeter, dran! Ja, natürlich nicht. :) >Wenn du experimentieren willst: Vorverstärker für Moving-Coil Systeme >bei Plattenspielern hatten nahzu die gleiche Aufgabenstellung - extrem >niedrige Quellimpedanz und sehr geringe Pegel. >Ein Blick in entsprechende Schaltungen könnte hilfreich sein. Ich kenne viele Schaltungen in der Richtung, die "besseren" sind häufig mit LT1028 oder AD797 in der ersten Stufe aufgebaut. Wegen der Eigeninduktivität der Schallplatten Tonabnehmer kann man keinen Transimpedanzverstärker verwenden, in meinem Fall vermutlich schon weil sich das Bändchen ja ganz anders verhält. >Ich weiss nicht, ob dein Aufbau es zulässt, aber auch ein >Differenzverstärker zwischen oberem und unterem Ende des Bändchen könnte >Vorteile haben, und wenn es nur die Brummunterdrückung ist. Wenn ich die Schaltung und das eigentliche Bändchen nahe zusammen bringe brauche ich das denke ich nicht, in einem Differenzverstärker stecken ja mehrere OPVs was sich vermutlich nicht gut auf das Rauschen auswirkt... >Probier es doch einfach mal aus! Die Quellimpedanz ist sehr klein, also >einfach mal einen TIA mit einem sehr rausarmen Audio-Verstärker >aufbauen. Dein DC Servo kannst Du erstmal weglassen und die Verstärkung >in der ersten Stufe machen. Signal einfach kapazitiv entkoppeln und >schauen, wie das Rauschen so aussieht. Warum schon unbedingt einen sau >empfindlichen Trafo verbauen, wenn es erstmal ein 5 Euro OPA tut? Mich reizt es schon das mal mit dem LT1028 oder AD797 (als TIA) zu versuchen, hatte aber gedacht das ich so keine Chance auf niedriges Rauschen habe. Andererseits hast Du natürlich recht, die kosten halten sich in Grenzen sodass ich es wirklich mal versuchen will. >Wozu soll die komische Schaltung mit IC2 gut sein? Es handelt sich dabei um einen DC-Servo, der gleicht eventuelle Gleichspannungen durch die Offsets bzw. Biasströme der OPs aus.
Jan schrieb: > Es handelt sich dabei um einen DC-Servo, der gleicht eventuelle > Gleichspannungen durch die Offsets bzw. Biasströme der OPs aus. Ich habs inzwischen auch rausgekriegt. Es ist die aufwendige Version eines Koppelkondensators. Ich würde die Schaltung aber deutlich hochohmiger machen, IC1 arbeitet ja quasi auf Kurzschluß 47R || 180R = 37R. Ich würde ihn am Ausgang >=1k sehen lassen.
Kommen bei 180mOhm Bändchen, 180Ohm Rfb, 0.85nV/sqrt(Hz), 1pA/sqrt(Hz), 20kHz Bandbreite tatsächlich 0.12mV Rauschen aus der ersten Stufe oder spinnt mein Excel? Bei den erwarteten 10mV Nutzsignal wären das nur 40dB SNR.
>Ich würde die Schaltung aber deutlich hochohmiger machen, IC1 arbeitet >ja quasi auf Kurzschluß 47R || 180R = 37R. >Ich würde ihn am Ausgang >=1k sehen lassen. Das hat Ulrich ja auch schon angedeutet, ich verstehe ehrlich gesagt nicht was den OPV daran stören soll? Die 180 Ohm bekomme ich sowieso nicht weg, die müssen leider bleiben weil sonst mein Transimpedanzverstärker zu hoch verstärkt. Nach dem LT1028 wird die Signalspannung grob ~10mV betragen, das ist genug für den LME49720 damit ich mir da kein Rauschen hole. Rechnet man zurück wird bei 37Ohm @ 10mV einen Signalstrom von 270µA haben. Wo liegt hier mein Denkfehler? Ein anderer Weg wäre den LME eine feste Verstärkung von 40dB machen zu lassen und ihn mit in die Gegenkopplungsschleife vom LT1028 zu legen. Geht so lange gut wie der LME "schneller" als der LT ist, habe ich schon in Phono VVs für MC gesehen scheint also gut zu funktionieren. Ich mache mal kurz einen Schaltplan damit man es sich besser vorstellen kann...
>Kommen bei 180mOhm Bändchen, 180Ohm Rfb, 0.85nV/sqrt(Hz), 1pA/sqrt(Hz), >20kHz Bandbreite tatsächlich 0.12mV Rauschen aus der ersten Stufe oder >spinnt mein Excel? Bei den erwarteten 10mV Nutzsignal wären das nur 40dB >SNR. Ich muss zugeben das ich mich mit Rauschen bisher wenig beschäftigt habe, wie genau hast Du das errechnet? 40dB SNR sind wirklich mies...
Jan schrieb: >> Kommen bei 180mOhm Bändchen, 180Ohm Rfb, 0.85nV/sqrt(Hz), >> 1pA/sqrt(Hz), 20kHz Bandbreite tatsächlich 0.12mV Rauschen >> aus der ersten Stufe Ja. Größenordnung stimmt. >> oder spinnt mein Excel? Nein. >> Bei den erwarteten 10mV Nutzsignal wären das nur 40dB >> SNR. Ja. > Ich muss zugeben das ich mich mit Rauschen bisher wenig > beschäftigt habe, Ein Fehler, wie Du jetzt siehst :-) > wie genau hast Du das errechnet? Die 0.85nV/sqrt(Hz) ist die eingangsbezogene Rauschspannungs- dichte des OPV. Diese Zahl muss man zunächst mit der Wurzel aus der Bandbreite multiplizieren, um auf eine Spannung zu kommen: Sqrt(20'000 Hz) = 140*Sqrt(Hz). 0.85nV/sqrt(Hz) * 140sqrt(Hz) = 120nV. Die 120nV ist die eingangsbezogene Rauschspannung (Effektivwert). Die muss mit der Verstärkung, also 180Ohm/180mOhm = 1000 multipliziert werden, um auf die ausgangsseitige Rauschspannung zu kommen: 120nV * 1000 = 120µV = 0.12mV. Das Problem ist die extrem niedrige Quellimpedanz von 0.18 Ohm. Die trägt zum Rauschen (geschätzt) 0.06nV/sqrt(Hz) bei; der Rückkoppel-Widerstand von 180 Ohm liefert (eingangsbezogen) nochmal dasselbe. Der OPV liegt mit 0.85nV/sqrt(Hz) Faktor 10 in der Spannung darüber.
Probier mal nen Transistor in Basis-Schaltung, der BC239 soll ja rauscharm sein. Nicht immer muß man unbedingt nen OPV verwenden.
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Wenn man das Bändchen als 10µV mit Ri = 0.18 Ohm annimmt und den verlinkten Übertrager (1:37, 0.05Ohm, 59Ohm) zwischen Bändchen und OP schaltet, hätte man aus Sicht des OP eine Quelle mit 370µV und 374Ohm (transformierter Widerstand des Bändchens + transformierter Primärwicklungswiderstand + Sekundärwicklungswiderstand). Um jetzt auf die 10mV zu kommen, muss man nur noch 27x verstärken. Mit einen nichtivertierenden LT1028 mit 260Ohm/10Ohm beschaltet landet man bei 10µV Rauschen, also schon 60dB SNR.
Ein Transistorverstärker kann beim Rauschen auch unter die 0,85 nV des LT1028 kommen. Bei den Transistoren muss man ggf. etwas suchen nach Typen die für z.B. 10 mA oder so gut sind - das sind dann eher welche für etwas mehr Strom (z.B. 1 A) und nicht die klassischen Low Noise Typen. Alternative könnte man sonst 10 Stück parallel nutzen. Die Schaltung mit 2 OPs in Reihe in einer Schleife sollte man eher vermeiden, da wird die Stabilität schwierig und man gewinnt fast.
Also wenn schon diskret, dann nicht mit BCxxx. Das ist - vorsichtig gesagt - äußerst suboptimal. Bipolare Leistungstransistoren sind wesentlich rauschärmer als Kleinleistungstransistoren (Link auf Quelle bei Bedarf), aber wegen großer Rauschströme ergeben sie nur Sinn bei extrem niedrigen Quellimpedanzen. Also zum Beispiel in diesem Fall. Wenn schon richtig rauscharm, dann mit speziellen J-FETs. Ein "Unbekannter" hat da über mehrere Generationen rauscharmer Phono-Vorverstärker hervorragende Arbeit geleistet: http://www.synaesthesia.ca/LOWNOISE.html. Er erreicht in seinem Design HP5.1 mit 8 x BF862 parallel eine Rauschspannung von ca. 0,29 nV/Sqr(Hz), und das bei sehr kleinen Rauschströmen. Das dürfte der richtige Weg zum maximal Erreichbaren sein. Aber im Vergleich zum Eigenrauschen des 180 mOhm-Bändchens von 0,05 nV(Sqr(Hz) ist selbst so ein VV geradezu absurd. Wirklich rauscharm wird es nur mit Trafo, und dann tut es auch ein guter Op-Amp oder ein INA103.
>Ein Fehler, wie Du jetzt siehst :-) Danke für die Erklärung! :) >Ein Transistorverstärker kann beim Rauschen auch unter die 0,85 nV des >LT1028 kommen. Bei den Transistoren muss man ggf. etwas suchen nach >Typen die für z.B. 10 mA oder so gut sind - das sind dann eher welche >für etwas mehr Strom (z.B. 1 A) und nicht die klassischen Low Noise >Typen. Alternative könnte man sonst 10 Stück parallel nutzen. Wäre kein Problem, Platz ist genug vorhanden. Mit OPs komme ich (denke ich) gut zurecht, bei diskreten Schaltungen habe ich aber noch keine Erfahrung. >Die Schaltung mit 2 OPs in Reihe in einer Schleife sollte man eher >vermeiden, da wird die Stabilität schwierig und man gewinnt fast. Ich hatte mich auch gewundert, die Schaltung wird aber (als nicht inv. Verstärker) so ähnlich Für MC Systeme verkauft. Schaltplan kann ich leider nicht verlinken da auf den Unterlagen natürlich Urheberrechte sind. >Wenn schon richtig rauscharm, dann mit speziellen J-FETs. Ein >"Unbekannter" hat da über mehrere Generationen rauscharmer >Phono-Vorverstärker hervorragende Arbeit geleistet: >http://www.synaesthesia.ca/LOWNOISE.html. Er erreicht in seinem Design >HP5.1 mit 8 x BF862 parallel eine Rauschspannung von ca. 0,29 >nV/Sqr(Hz), und das bei sehr kleinen Rauschströmen. Das dürfte der >richtige Weg zum maximal Erreichbaren sein. Ich schau mir die Seite gleich an, danke! >Aber im Vergleich zum Eigenrauschen des 180 mOhm-Bändchens von 0,05 >nV(Sqr(Hz) ist selbst so ein VV geradezu absurd. Wirklich rauscharm wird >es nur mit Trafo, und dann tut es auch ein guter Op-Amp oder ein INA103. Ist nicht im Bezug auf Rauschen ein niedriger Innenwiderstand von Vorteil? Niedriger Widerstand -> niedriges Spannungsrauschen? Ihr seit Euch ja wirklich alle einig das bei so niedrigen Spannungen ein Übertrager die beste Lösung ist, ich möchte sobald mein Bändchen fertig ist mal einen Mikrofon 1:15 Übertrager versuchen. Die Übersetzung reicht zwar eigentlich nicht aber vielleicht ist es gut genug um Messwerte von meinem Bändchen in Bezug auf die Ausgangsspannung zu haben. Die 1:3x Übertrager stammen doch aus der Anfangszeit der Bändchenmikros als man noch gezwungen war Stahlmagneten zu verwenden, ich verwende Neodym Magnete mit höherer Feldstärke, vermutlich wird die Ausgangsspannung dadurch höher sein.
Jan schrieb: > Ist nicht im Bezug auf Rauschen ein niedriger Innenwiderstand von > Vorteil? Niedriger Widerstand -> niedriges Spannungsrauschen? Sender Jerewan: "Im Prinzip ja, aber..." Man darf sich bei seinen Betrachtungen nicht auf einzelne Komponenten fixieren, sondern muss das Gesamtsystem sehen. Optimale Leistung des Gesamtsystems ergibt sich, wenn das Rauschen des Verstärkers etwas geringer als das Rauschen der Quelle ist, weil dann das Rauschen der Quelle dominiert. Besser kann es (fast) nicht mehr werden. Dieser Zustand ist bei einer Quelle mit 0.2 Ohm Innenwiderstand kaum zu erreichen; der Eingangstransistor hat ja einen Basis-Bahnwiderstand von vielleicht 5 Ohm oder mehr. Das Rauschen des Eingangstransistors ist somit fünf- oder zehnmal größer als das Rauschen der Quelle. Folge: Kleine Eingangssignale werden vor Rauschen des Verstärkers überdeckt. Das niedrige Rauschen der Quelle bringt keinen Vorteil, aber die niedrigen Eingangssignale bringen Nachteile. Oder dasselbe anders ausgedrückt: Man sollte sich ungfähr in der Nähe der Anpassung bewegen (wobei wir um Faktor 3 nicht streiten müssen). Der Übertrager macht auch nichts anderes, als die Quellimpedanz an die Eingangsimpedanz des Transistors anzupassen.
Jan schrieb: > Ist nicht im Bezug auf Rauschen ein niedriger Innenwiderstand von > Vorteil? Niedriger Widerstand -> niedriges Spannungsrauschen? Nicht unbedingt, hier absolut nicht. Mit stärkeren Magneten bekommst du wohl eine höhere Empfindlichkeit hin, aber das unvermeidliche Eigenrauschen des Mikrofons liegt nach wie vor genau so weit unter dem Rauschen des Vorverstärkers wie vorher. Ziel ist es, dass das physikalisch unvermeidliche Eigenrauschen des Mikrofons nicht durch das Rauschen der nachfolgenden Stufen verschlechtert wird. Das Bändchenmikrofon ist ein dynamisches Mikrofon mit einer Spule mit nur einer Windung, und das ist naturgemäß sehr niederohmig. Mann kann Bändchenmikrofone nicht, wie Tauchspulenmikrofone, mit mehreren Windungen machen, aber man kann einen Transformator dahinter schalten, was elektrisch äquivalent ist. Du bekommst damit eine höhere Ausgangsspannung sowohl für das Rauschen, als auch für das Nutzsignal. Aber du kannst damit auch erreichen, dass der nachfolgende Verstärker das Gesamtrauschen kaum erhöht. Natürlich wird mit dem Quadrat der Übersetzung auch die Impedanz der Quelle höher. Das stört aber nur dann, wenn der Eingangsrauschstrom des folgenden Verstärkers multipliziert mit dieser Impedanz eine Spannung ergibt, die dir all deine Mühe wieder versaut. Mit normalen Op-Amps ist das bei dem, worüber wir hier sprechen, aber nicht der Fall. Das geht erst bei Quell-Impedanzen im kOhm-Bereich los.
Possetitjel schrieb: > der Eingangstransistor hat ja einen > Basis-Bahnwiderstand von vielleicht 5 Ohm oder mehr. Das > Rauschen des Eingangstransistors ist somit fünf- oder zehnmal > größer als das Rauschen der Quelle. Deshalb sagte ich auch, den Transistor in Basisschaltung betreiben. Deren Vorteil ist ja gerade das geringere Rauschen gegenüber der Emitterschaltung. Sie wurde deshalb auch gerne als UKW-Vorstufe verwendet.
Jan schrieb: > ich möchte sobald mein Bändchen fertig > ist mal einen Mikrofon 1:15 Übertrager Der hat (wenn es kein sehr außergewöhnliches Teil ist) um den Faktor 100--1000 höhere Wicklungswiderstände als der spezielle Bändchenmikrofonübertrager, was alles wieder viel viel schlechter macht. Beispiel: Lundahl LL1577 als 1:14 beschaltet (6Ohm;1k5 Ohm. Das ist schon sehr wenig) plus LT1028¹ 71.5fach verstärkend (141Ohm, 2Ohm) ergibt 70µV Rauschen, also nur 43dB SNR und somit kaum besser als die erste Lösung ohne Übertrager. ¹Bei den resultierenden 2k7 Quellimpedanz gibt es evtl. etwas bessere OPs.
Peter Dannegger schrieb: > Deshalb sagte ich auch, den Transistor in Basisschaltung betreiben. > Deren Vorteil ist ja gerade das geringere Rauschen gegenüber der > Emitterschaltung. > Sie wurde deshalb auch gerne als UKW-Vorstufe verwendet. Das Rauschen in der Basisschaltung ist identisch, weil die Rauschspannung zwischen Basis und Emitter entsteht. Egal, ob ich in Basis einspeise und Emitter auf Masse lege oder umgekehrt: Sowohl die Spannungsverstärkung als auch das Rauschen am Ausgang bleiben gleich. Ich denke, dass die Basisschaltung wegen der erheblich höheren Grenzfrequenz verwendet wurde. Aber intensiv habe ich mich damit nicht befasst. Tom K. schrieb: > Bei den resultierenden 2k7 Quellimpedanz gibt es evtl. etwas bessere > OPs Ja, das kann gut sein. Bei solchen Impedanzen ist das durch den Eingangsrauschstrom verursachte Rauschen eines AD797 oder LT1x28 erheblich höher als das durch die Eingangsrauschspannung verursachte. Für höhere Quellimpedanzen ist z. B. ein OPA227 trotz seiner ca. 3 nV/Sqr(Hz) günstiger, bei noch höheren Impedanzen kommen die FET-OP-Amps in Frage.
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