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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bitte kurzer Check: Eingangsstufe für symmetrisches Audio-Signal


Autor: Paul H. (powl)
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Hi,

ich versuche mich gerade an einer Eingangsstufe für ein symmetrisches 
Mono Audio-Signal (wahlweise auch asymmetrisch über die Klinkenbuchse). 
Das Signal soll rechts am Ausgang als auf VCC/2 bezogene Wechselspannung 
erscheinen.

R7 und R17 (log. Stereo Poti) dienen zusammen mit R18 als Input-Gain für 
bis zu +50dB. R3 ist eine simple Lautstärkeregelung.

Kann das so funktionieren oder geht das schief? Welche Stolperfallen tun 
sich hier in der Praxis noch auf?

Die Eingangs-Impedanz habe ich mal auf 100kOhm angesetzt. Ist das ein 
gängiger Wert, um Instrumente wie dynamische Mikrofone und E-Gitarren 
anzuschließen? Oder zu hoch? Oder gar zu niedrig?

lg

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Autor: HildeK (Gast)
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100µF an 100kΩ (R2||R25 z.B.) ist übertrieben. Rechne mal die untere 
Grenzfrequenz - brauchst du die wirklich?
Poti R3 hängt dauernd an VCC/2 und fordert Strom vom IC7C. Besser 
kapazitiv ankoppeln oder zumindest hochohmigeres Poti nehmen (22k z.B.).
IC7D muss auch kapazitiv angekoppelt werden und mit Widerständen - 
ähnlich wie am Eingang - auf VCC/2 gelegt werden.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Saemtlicher Dreck auf der Betriebsspannung kommt nur um 6dB gedaempft 
via R1,R2,R22,R25 in die Eingaenge. OK, wenn das Stereopoti exakten 
Gleichlauf hat, fliegts wieder raus - aber unschoen isses trotzdem.
Da wuerd' ich per niederohmigerem Spannungsteiler und Elko nach GND ein 
Ub/2 generieren und das dann per 100k an die Eingaenge haengen.
Bei R16 isses aehnlich.

Gruss
WK

Autor: Karl B. (gustav)
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Hi,
worüber ich stolpere:

R18=634

Vergleiche doch mal Deine Schaltung mit:

https://www.mikrocontroller.net/attachment/266041/...

dort wird allerdings mit zwei Versorgungsspannungen +15/-15V gearbeitet.

ciao
gustav

Autor: MaWin (Gast)
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Paul H. schrieb:
> Kann das so funktionieren oder geht das schief? Welche Stolperfallen tun
> sich hier in der Praxis noch auf?

R7/R17 haben niemals den nötigen 0.1% Gleichlauf den ein 
Differenzverstärker bräuchte um eine gute Gleichspannungsunterdrückung 
zu bekommen.

100uF Elkos hätten 10 Sekunden Zeitkonstante, brauchen also mehrere 
Minuten bis der Einschaltplopp abklingt.

100k rauschen halt wie 100k, passen aber zum TL074. 100k bringen 6uV 
also -102dB S/N.

Autor: Karl B. (gustav)
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Dergute W. schrieb:
> Da wuerd' ich per niederohmigerem Spannungsteiler und Elko nach GND ein
> Ub/2 generieren und das dann per 100k an die Eingaenge haengen.

OK,
das sieht dann vielleicht so aus (siehe Bildchen):
(Man könnte auch die 100k splitten und da in der Mitte noch jeweils 
einen 0,1 uF Kond. gegen IC-Masse. Dann dürften sich die Eingänge wohl 
nicht mehr verkoppeln über UB-Halbe, und gleichzeitig würde die NF nicht 
wesentlich "belastet".)


ciao
gustav

Autor: Paul H. (powl)
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HildeK schrieb:
> 100µF an 100kΩ (R2||R25 z.B.) ist übertrieben. Rechne mal die untere
> Grenzfrequenz - brauchst du die wirklich?

0,016Hz viel zu wenig, stimmt. 1,6Hz reichen hier locker, also 1µ 
anstatt 100µF.

Dergute W. schrieb:
> Saemtlicher Dreck auf der Betriebsspannung kommt nur um 6dB gedaempft
> via R1,R2,R22,R25 in die Eingaenge. OK, wenn das Stereopoti exakten
> Gleichlauf hat, fliegts wieder raus - aber unschoen isses trotzdem.

Um 6dB gedämpft wegen des Spannungsteilers? Aber fungiert hier der 
Kondensator gegen die Ausgangsimpedanz des angeschlossenen Audiogerätes 
nicht noch mal als Tiefpass? Hm.. womöglich nur wenig, da hier ja ein 
hochohmiges Gerät dran hängt.

> Da wuerd' ich per niederohmigerem Spannungsteiler und Elko nach GND ein
> Ub/2 generieren und das dann per 100k an die Eingaenge haengen.
> Bei R16 isses aehnlich.
Ich wollte einen dauerhaft Strom verbrauchenden niederohmigen 
Spannungsteiler umgehen. Wobei man auch einen hochohmigen 
Spannungsteiler nehmen und per OpAmp stabilisieren könnte um VCC/2 
bereitzustellen. Ich habe das in einem früheren Entwurf der Schaltung 
sogar vorgesehen aber dann wieder verworfen weil ich es für unnötigen 
Aufwand hielt. Das mit Vcc an R16 stimmt natürlich, da wird der ganze 
Müll mit reingemischt. Also doch stabilisierte VCC/2.

Karl B. schrieb:
> Vergleiche doch mal Deine Schaltung mit:

Hm ja, hier wird der Gain nicht über ein logarithmisches Stereo-Poti 
geregelt sondern über ein Mono-Poti. Allerdings hat der Gain hier ein 
reziprokes Verhältnis zur Potistellung. Das sah ich ursprünglich als 
Nachteil an, da ich befürchtete, dass die Gain-Einstellung am Potiknopf 
sich dann nicht linear verhält. Wenn ich jedoch das Poti so anschließe, 
dass der Widerstandswert bei Drehung nach rechts kleiner wird dann habe 
ich ein umgekehrt reziprokes Verhältnis. Das dürfte sehr einer 
exponentiellen Kurve ähneln. Logarithmiere ich das ganze für die 
dB-Darstellung dann dürfte ja wieder ein halbwegs linearer Zusammenhang 
zwischen Potistellung und Gain in dB rauskommen.

MaWin schrieb:
> 100k rauschen halt wie 100k, passen aber zum TL074. 100k bringen 6uV
> also -102dB S/N.

Dass 100k Widerstände zu Rauschphänomenen führen können dachte ich mir 
auch schon. Vor allem bei +50dB Gain. Ob sich das in der Praxis wirklich 
hörbar störend auswirkt werde ich eher empirisch ermitteln und dann ggf. 
korrigieren.

Ich bastel die Schaltung nun mal um. Danke bisher!

: Bearbeitet durch User
Autor: Paul H. (powl)
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Dabei fällt mir auf, wenn ich anstelle von R18 ein Poti nehme und 
anstelle von R7 und R17 Festwiderstände, dann bekomme ich die 
Verstärkung der Schaltung gar nicht auf den Bereich von +0..50dB sondern 
muss immer ein paar dB Verstärkung in Kauf nehmen, sonst müsste der 
Wert des Potis gegen unendlich gehen.

Angenommen ich nehme die Mindest-Verstärkung in Kauf und lege diese 
sagen wir mal auf +6dB fest, wird auch das Rauschen der Eingangsstufe 
permanent mitverstärkt und ich muss das Signal später wieder 
herabsetzen.

Spricht etwas dagegen, die Gain-Stufe in den IC7D zu integrieren und den 
Instrumentenverstärker fest auf einen Gain von +0dB zu setzen?

Autor: markus (Gast)
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MaWin schrieb:
> 100uF Elkos hätten 10 Sekunden Zeitkonstante, brauchen also mehrere
> Minuten bis der Einschaltplopp abklingt.

hi MaWin,

könntest du das evtl. etwas genauer erklären? Hatte kürzlich eine 
ähnliche schaltung (line-in-umschalter), die mehrere minuten nach 
einschalten geploppt hat, dannach war ruhe. dachte auch, dass es etwas 
mit den koppel-c's zutun hat, konnte mir aber keine reim darauf 
machen... danke!
gruess markus

Autor: Paul H. (powl)
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Für mich stellt sich grade auch die Frage, wie sich der Ladevorgang der 
Koppel-Elkos verhält. So lange noch kein Audiogerät am Eingang 
angeschlossen ist hängen die Elkos ja in der Luft, können sich also 
nicht aufladen. Wenn ich nun ein Gerät anschließe das einen hohen 
Gleichstrominnenwiderstand hat dann laden sich die Elkos über diese 
Innenwiderstände sehr sehr langsam auf.

Entspricht die Ladeschaltung der Elkos dann nicht aus einer 
Reihenschaltung des Ladewiderstandes vom Elko auf dessen + Seite sowieso 
des Innenwiderstandes des angeschlossenen Gerätes? Was passiert zum 
Zeitpunkt, während der Elko noch nicht vollständig geladen ist? Es wird 
ein Strom durch das Gerät fließen der den Elko läd. Die Spannung des 
Elkos ist noch niedrig, d.h. der Gleichspannungsoffset ggü. GND wird 
noch sehr gering sein. D.h. sobald man erstmals ein Gerät anschließt 
wird der Elko erst mal eine Weile brauchen, um sich zu laden. Folglich 
steht erst nach einiger Zeit der maximale Headroom für die 
Signalamplitude zur Verfügung, ohne dass das Signal am OpAmp in den 
negativen Bereich kommt und clippt.

Ist das richtig so? Wie behilft man sich dagegen? Noch ein paar 
Widerstände zwischen Eingangsbuchse und Elkos gegen GND? Oder gar ein 
Transistor, der die Eingänge für die ersten paar Sekunden zum Vorspannen 
der Elkos auf GND legt?

: Bearbeitet durch User
Autor: Karl B. (gustav)
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Paul H. schrieb:
> Ist das richtig so? Wie behilft man sich dagegen? Noch ein paar
> Widerstände zwischen Eingangsbuchse und Elkos gegen GND? Oder gar ein
> Transistor, der die Eingänge für die ersten paar Sekunden zum Vorspannen
> der Elkos auf GND legt?

Hi,
gerade bei Tonbandgeräten hatte man "FET-Kurzschliesser" in
die NF-Vorstufen mit eingebaut, die beim Umschalten von
Aufnahme auf Wiedergabe das "Umschalt-Krachen" austasten
sollen - es kann sonst sogar den angeschlossenen
Endverstärker regelmässig ins "Overload" ziehen. (Das wurde schon
berichtet.)

Muting Trigger-Kontakt ist gegen Masse geschaltet.

ciao
gustav

Autor: MaWin (Gast)
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Paul H. schrieb:
> Ist das richtig so?

Im wesentlichen. Zudem laden sich nicht beide gleich auf, sondern 
unterschiedlich schnell und derweil ergibt sich eine Spannungsdifferenz 
die verstärkt wird, also hängt es meist am headroomanschlag.

Autor: Paul H. (powl)
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So, zurück aus dem Urlaub, weiter gehts.

Ich habe die Schaltung mal ein wenig modifiziert:

- Das Lautstärkepoti ist jetzt ein lineares mono-Poti. Die nun gegenüber 
der Potistellung reziproke Verstärkung ist der logarithmischen Kennlinie 
ja recht ähnlich, das dürfte sich ganz passabel anfühlen. Die +6dB 
dauerhafte und unumgängliche Verstärkung nehme ich mal so in Kauf, das 
sollte schon passen. Die Werte muss ich noch ausrechnen. Das Poti 
bekommt noch einen Widerstand in Reihe spendiert um den Minimalwert 
festzulegen.
- Die Eingangsstufe hat nun an der einen Seite der Koppelkondensatoren 
einen Widerstand nach Masse und an der anderen wie gewohnt auf VCC/2 
spendiert bekommen, um die Koppelkondensatoren am Anfang vollständig 
vorzuladen. Die Zeitkonstante beträgt 1/5s, d.h. nach 1s sind die Dinger 
geladen. Der Eingangswiderstand sinkt auf 50kOhm aber das sollte ok 
sein. Muss ich mal mit einem realen Instrument testen. Grenzfrequenz 
liegt bei 1,6Hz.
- Das Lautstärkepoti hat einen Koppel-Kondensator gegen den Gleichstrom 
bekommen.

Rechts gehts dann weiter zu einem Addierer.

Gibt es noch Verbesserungsvorschläge, welche der Praxistauglichkeit der 
Schaltung zuträglich sind? :-)

lg

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Autor: Klaus R. (klara)
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Paul H. schrieb:
> Gibt es noch Verbesserungsvorschläge, welche der Praxistauglichkeit der
> Schaltung zuträglich sind? :-)

Ich weiss nicht ob das schon angesprochen wurde. Der TL074 hat eine 
Offsetspannung von bis zu 8 mV die hier bei bis zu 50 dB Verstärkung 
stören könnte. Die über R39 eingespeiste virtuelle Masse sollte deshalb 
regelbar sein, um den Offset kompensieren zu können.

8 mV x 316 = 2,528 V

Wenn Du Pech hast, laufen beide Inputkanäle auseinander und Du hast 
5,056 V Offset.

Bei +/-15 V Versorgungsspannung spielt dies u.U. keine grosse Rolle. Der 
Offset schränkt aber die Aussteuerbarkeit ein.

Der TL071 hat eine Möglichkeit zur Offsetkompensation. Idealer Weise 
sollte man in der Eingangstufe zwei TL071 einsetzen und dort direkt, je 
IC kompensieren. Danach genügt ein TL072.

Noch eins. Der TL074 hat eine Unity Gain von 3 MHz. Bei 50 dB 
Verstärkung hast Du noch eine Bandbreite von etwas unter 10 kHz. Ich 
würde die erste Stufe auch dementsprechend etwas noch in der Bandbreite 
kompensieren. Sehe zumindest an R40 und R41 Platz für kleine 
Kondensatoren vor.


mfg Klaus

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Autor: voltwide (Gast)
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Mit einem Ausgangsserien-Widerstand von 10k (warum soviel?) wird der 
Ausgangspuffer überflüssig und könnte stattdessen für die Pufferung der 
virtuellen Masse verwendet werden.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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voltwide schrieb:
> Mit einem Ausgangsserien-Widerstand von 10k (warum soviel?)

Leider verrät der TO ja nicht, wo diese Schaltung seinen Einsatz finden 
soll.
Vermutlich wird es mehrere dieser Module geben und über diesen 
Widerstand werden die Kanäle gemischt.

Die konkrete Dimensionierung lässt auf ein Batterie betriebenes Gerät 
schließen. Bei Netzversorgung würde ich symetrische Spannungsversorgung, 
kleinere Widerstände und NE5532/5534 erwarten.
Man könnte damit Problemen an etlichen Stellen aus dem Weg gehen.


Gruß

Jobst

Autor: Mark S. (voltwide)
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Jobst M. schrieb:
> Vermutlich wird es mehrere dieser Module geben und über diesen
> Widerstand werden die Kanäle gemischt.

Das ist unbenommen - in jedem Fall kann ein 10kOhm-Poti mit einem max 
möglichen Quellwiderstand von 2,5kOhm ungepuffert einen 10k-Widerstand 
treiben.

Autor: Paul H. (powl)
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Klaus R. schrieb:
> Ich weiss nicht ob das schon angesprochen wurde. Der TL074 hat eine
> Offsetspannung von bis zu 8 mV die hier bei bis zu 50 dB Verstärkung
> stören könnte.
>
> 8 mV x 316 = 2,528 V
>
> Wenn Du Pech hast, laufen beide Inputkanäle auseinander und Du hast
> 5,056 V Offset.
>
> Bei +/-15 V Versorgungsspannung spielt dies u.U. keine grosse Rolle. Der
> Offset schränkt aber die Aussteuerbarkeit ein.

Das ist in der Tat ein Problem, jedoch muss es ja nicht unbedingt so 
kommen, dass der Offset in beiden Richtungen gegenläufig den im 
Datenblatt angegebenen maximalwert erreicht. Sind andere Audiotauglichen 
OpAmps hier besser? Versorgung ist übrigens 12V asymmetrisch, d.h. um 
die virtuelle Masse herum +-6V

Ich denke ich gehe mit dem Gain von +50dB auf maximal +40dB herunter, 
das reicht auch. Damit habe ich nur maximal 0,8V Offset.

Klaus R. schrieb:
> Noch eins. Der TL074 hat eine Unity Gain von 3 MHz. Bei 50 dB
> Verstärkung hast Du noch eine Bandbreite von etwas unter 10 kHz. Ich
> würde die erste Stufe auch dementsprechend etwas noch in der Bandbreite
> kompensieren. Sehe zumindest an R40 und R41 Platz für kleine
> Kondensatoren vor.

In wie fern kann man das denn kompensieren? Ich dachte die Unity Gain 
gibt bei gegebenem Gain an, welche Grenzfrequenz gerade noch wie gewollt 
verstärkt werden kann?

Jobst M. schrieb:
> Leider verrät der TO ja nicht, wo diese Schaltung seinen Einsatz finden
> soll.

Pardon. Die Schaltung dient als Eingangsstufe eines Mixers in einer 
mobilen Musik mit 12V-Spannungsversorgung. Man soll Mikrofon und Gitarre 
anschließen könnten.

Jobst M. schrieb:
> Vermutlich wird es mehrere dieser Module geben und über diesen
> Widerstand werden die Kanäle gemischt.

Korrekt :-)

Mark S. schrieb:
> Das ist unbenommen - in jedem Fall kann ein 10kOhm-Poti mit einem max
> möglichen Quellwiderstand von 2,5kOhm ungepuffert einen 10k-Widerstand
> treiben.

Wenn ich mehrere Kanäle (5 sollen es werden) ohne Impedanzwandler passiv 
zusammenmische brauche ich halt überall niederohmige Potis und muss die 
passive Mischerstufe eher hochohmig auslegen. Letzendlich wäre aber auch 
das wohl vertretbar, das kann ich mir ja mal überlegen aber das soll 
jetzt auch gar nicht der Hauptaspekt werden :-)

Autor: Paul H. (powl)
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Ich habe mir das noch mal durch den Kopf gehen lassen. Das mit der Input 
Offset Voltage sollte seitens des Aussteuerungsbereichs kein Problem 
sein. Maximal bilden sich hier 1,6V Offset bei maximaler Verstärkung von 
40dB am Ausgang des Differenzverstärkers (Ausgang von IC8C).

Der Offset hängt also vom eingestellten Gain ab, ist also variabel. d.h. 
ich bekomme den auch nicht weg, indem ich R39 einmalig justiere. Das 
Ausgangssignal an der CLIP1-Leitung ist dann also die verstärke 
Differenz der beiden Eingangssignale + Offset.

Die CLIP1-Leitung führt übrigens zum ADC eines AVRs wo sie periodisch 
abgetastet wird. Kommt die Spannung hier in die Nähe von GND oder VCC 
geht dies zwangsläufig mit Clipping einher, welches noch vor dem 
Volume-Poti (R22) entsteht. Das kann dann durch eine rote LED 
signalisiert werden.

Den Addierer, der nach R25 kommt und die Signale aller 4 gleichartig 
aufgebauten Eingangsstufen zusammenmischen soll muss ich dann halt auch 
so auslegen, dass er den Gleichspannungsanteil nicht mitaddiert sondern 
nur den Wechselspannungsanteil. Klappt das so wie im Bild dargestellt? 
Damit addiere ich VCC/2 und alle Wechselspannungsanteile der 
Eingangsstufen. Dadurch fliegt der Offset gleichzeitig auch wieder raus.

Geht das mit dem Volume-Poti (R22) gut? Es ist immerhin über C13 nur für 
Wechselspannung angekoppelt. C13 dürfte sich ja irgendwann auf den 
Gleichspannungsanteil des Ausgangs von IC8C aufladen. D.h. Ich kriege 
hier keine Probleme mit unerwünschten Spannungen am Ausgang der 
Eingangsstufe wenn ich am Poti drehe?

Gruß, Paul

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