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Ich habe Sennheiser KE 4-211-2 Elektretmikrofone[1] und möchte einen kompakten Vorverstärker bauen, der die Empfindlichkeit der Mikrofone (10mV/Pa) um den Faktor 6 verstärkt. Der Audio-Vorverstärker SSM2019[2] von AD erschien mir nach den Angaben im Datenblatt dafür gut geeignet. Für den Prototypen habe ich die Schaltung im Anhang verwendet. Die Stromversorgung der Mikrofone und des Verstärkers läuft über zwei 12V-Batterien. Ich habe versucht, mich bei der Beschaltung möglichst nah an den Datenblättern von Mikro und SSM2019 zu halten. Die Entkopplung des SSM2019 mit 1μ-Kondensatoren steht nicht im Datenblatt, ist aber hier beschrieben: https://ez.analog.com/thread/40047 Wenn ich einen Funktionsgenerator an Signal_In/GND anschließe scheint alles in Ordnung. Wenn ich jedoch das Elektretmikrofon anschließe, messe ich einen unerwarteten DC-Offset am Ausgang des Verstärkers (ich weiß leider gerade den genauen Wert nicht mehr). Da ich leider noch lange kein Experte für solche Verstärkerschaltungen bin: Ist meine Schaltung richtig aufgebaut, oder fehlt da irgendetwas? [1]: Datenblatt Sennheiser KE 4-211-2: https://www.distrelec.de/Web/Downloads/01/00/03010100.pdf?mime=application%2Fpdf [2]: Datenblatt SSM2019: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/SSM2019.pdf
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ich denke Verbindung von PIN2 zu PIN4 muß doch getrennt sein oder? Siehe Beispiel im Datenblatt auf Seite 7 Figur 4. GND ist doch nicht mit negativer Betriebsspannung verbunden.
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Vielen Dank, das stimmt natürlich, da ist mir gerade beim Anpassen des Schaltplans für das Forum eine Leitung verrutscht, die Verbindung ist in der gebauten Prototypenschaltung getrennt. Im Anhang ist die korrigierte Version.
Der nichtinvertierende Eingang scheint da lustig rumzufloaten. Leg da mal einen 22k-220k über C2, um dem Eingang ein definiertes Potenzial zu verpassen. Das macht AD in seinem Datenblatt auch.
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Besten Dank für die Antwort! Um sicher zu gehen, dass ich es richtig verstanden habe: Einen zusätzlichen Widerstand parallel zu C2, also zwischen PIN2 und PIN3?
Timo N. schrieb: > Einen zusätzlichen Widerstand parallel zu C2, also > zwischen PIN2 und PIN3? So isses. Der Widerstand kann hochohmig sein, damit er das Mikro nicht belastet (obwohl da ja sowieso schon ein 22k parallel liegt), sorgt aber für definiertes Potenzial am (+) Eingang. Wenn du dir das mal im Datenblatt anschaust, siehst du, das Analog Devices das auch immer macht, bis auf die letzte Schaltung, die ja auch eher ein Prinzipschaltbild darstellt. Wenn du diesen R zufügst, wird am Ausgang des Opamps nur der unvermeidliche Offset anstehen, also sehr nahe an null Volt sein.
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Danke. Ich werde es probieren.
Ich war mir nicht ganz sicher, wie das Datenblatt (Figure 3 und der
dazugehörige Text) zu verstehen ist. Ich war bisher davon ausgegangen,
dass ich Konfiguration a. (single-ended) wie im Datenblatt beschrieben,
aufgebaut habe (" The usual method of achieving this is to ground one
side of the transducer as in Figure 3a.")
PIN3 des Mikros und der invertierende Eingang des Verstärkers liegen ja
auf GND
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Timo N. schrieb: > PIN3 des Mikros und der invertierende Eingang des Verstärkers liegen ja > auf GND Ja, allerdings nimmt der nichtinvertierende Eingang erstmal einen Pegel an, der hauptsächlich durch den Input Bias des Opamps und den Leckstrom des Koppelkondensators bestimmt wird. Beides sind kleine Ströme, aber werden durch den Opamp verstärkt und sind dann als DC-Offset am Ausgang sichtbar. Ein hochohmiger Widerstand leitet den Leckstrom und den Input Bias dann gegen GND ab, so das dann wirklich nur noch der Offset zwischen (+) und (-) Eingang verstärkt am Ausgang erscheint. Das Problem kann man noch durch hochwertige Koppelkondensatoren verringern, wenn wirklich drauf ankommt, also eine gute Folie oder Styroflex - ruhig für 35V gedacht oder mehr. Timo N. schrieb: > of the transducer Dieser Tranducer ist ja eine Spule und hat deswegen DC-mässig an beiden Enden GND. Das ist bei deinem Mikrofon nicht so, es hat am Ausgang einen DC Pegel, der deutlich über GND liegt.
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Ich habe zwischen PIN2 und PIN3 nun einen 44k-Widerstand eingesetzt. (Insgesamt messe ich mit dem Multimeter zwischen PIN2 und PIN3 14.6k, da 22k || 44k). Der aktualisierte Schaltplan ist im Anhang. Solange das Mikro nicht angeschlossen ist, liegt der Verstärkerausgang wie erwartet bei 0V. Schließe ich das Mikro an, messe ich direkt am Mikro +3V DC (+Sinusschwingung bei Pfeifen, Mikro funktioniert also) und am Ausgang des Verstärkers 12V DC. Direkt an den Eingängen des Verstärkers messe ich ebenfalls +3V DC Differenz. Die will ich da ja nicht haben, wenn ich dich richtig verstanden habe, wo liegt der Fehler? (Wenn die 3V dann 6-fach verstärkt wird lande ich logischerwese am Ausgang bei der Versorgungsspannnung) Wenn ich außerdem den Gainwiderstand R2 entferne (=> Gain = 1), zeigt der Ausgang wie erwartet genau das Mikrofonsignal an, also +3V DC + Sinusschwingung.
ArnoR schrieb: > C1 ist kurzgeschlossen. Vielen Dank du hattest Recht. Jetzt schaut es schon viel besser aus, das Signal wird verstärkt. Ich habe am Ausgang bei 6-facher Verstärkung einen DC-Offset von etwa -0.8V, ist das normal? Ach Du grüne Neune schrieb: > R1 (22k) kann entfernt werden. Warum? 22k ist als Lastwiderstand bei 12V Betriebsspannung für das Mikro im Datenblatt angegeben.
Timo N. schrieb: > Warum? Du hast Recht. Der 22k muss drinbleiben. Aber wieso wird C1 kurzgeschlossen? Timo N. schrieb: > Jetzt schaut es schon viel besser aus Was hast Du verändert? Wie kann ein Kurzschluss beseitigt werden, wenn kein Kurzschluss vorhanden ist. Oder habe ich da was nicht verstanden?
Ach Du grüne Neune schrieb: > Was hast Du verändert? Wie kann ein Kurzschluss beseitigt werden, wenn > kein Kurzschluss vorhanden ist. Oder habe ich da was nicht verstanden? Im Schaltplan ist kein Kurzschluss drin, aber in meinem Aufbau war einer. Den habe ich jetzt beseitigt.
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Timo N. schrieb: > aber in meinem Aufbau war > einer. Ach soo. Dann kann ich ArnoR nur gratulieren, dass er aus der Ferne heraus gleich die richtige Diagnose geliefert hat (guter Mann).
Timo N. schrieb: > Ich habe am Ausgang bei 6-facher Verstärkung > einen DC-Offset von etwa -0.8V, ist das normal? Ja. Der SSM2019 hat typ. 3µA Biasstrom, die erzeugen an 44k 132mV, die 6-fach verstärkt werden. Weil die biasinduzierte Offsetspannung nur an einem Eingang entsteht, ist es eine Differenzeingangsspannung und sie hebt sich nicht mit einer gleich großen Spannung am anderen Eingang auf.
Du könntest, wenn du den 44k nicht mit GND, sondern mit dem Schleifer eines (Präzisions-)Trimmer verbindest, und die beiden Enden des Potis über Widerstände an +/- 15V verbindest, den Offset kompensieren. Du würdest leicht an Austeuerbarkeit gewinnen, aber ob das die Mühe lohnt, ist die andere Frage, vor allem, weil die injizierte Offsetkompensation sauber sein muss.
Matthias S. schrieb: > über Widerstände an +/- 15V verbindest Die Widerstände kann Der TO weglassen. Einfach einen 50k Spindeltrimmer an +12V und -12V und den Schleifer über einen 47k an Pin 3.
Ach Du grüne Neune schrieb: >> über Widerstände an +/- 15V verbindest > > Die Widerstände kann Der TO weglassen. > Einfach einen 50k Spindeltrimmer an +12V und -12V und den Schleifer über > einen 47k an Pin 3. Das ergibt eine recht ungenaue Mittelspannung.
Besten Dank an ArnoR für die gute Erklärung und die weiteren hilfreichen Antworten. Die Kompensation lohnt die Mühe nicht, von daher lasse ich sie weg.
Bist du sicher, daß das Mikrofon direkt an Vs hängen soll? Ich bin an dieser Stelle Vorwiderstände gewohnt. Außerdem würde ich die Versorgung des Mikrofons midestens durch einen Tiefpass vom Rest der Schaltung entkoppeln.
1 | 1k 3,9k |
2 | Vs o--------[===]----+---[===]---> Versorgung des Mikrofons |
3 | | |
4 | GND o---+----|>|-----+ |
5 | | Zener 5,6V | |
6 | | | |
7 | +----||------+ |
8 | | 100µF | |
9 | +----||------+ |
10 | 100nF |
Stefan U. schrieb: > Bist du sicher, daß das Mikrofon direkt an Vs hängen soll? In der Beispielschaltung im Datenblatt hängt es direkt an Vs, daran habe ich mich orientiert. Stefan U. schrieb: > Außerdem würde ich die Versorgung des Mikrofons midestens durch einen > Tiefpass vom Rest der Schaltung entkoppeln. Das klingt sinnvoll.
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Na wenn das im Datenblatt so empfohlen wird, dann wird es wohl richtig sein.
Ach Du grüne Neune schrieb: > Einfach einen 50k Spindeltrimmer an +12V und -12V und den Schleifer über > einen 47k an Pin 3. Es geht um 132mV Offsetspannung, das ist bei einem Zehngangtrimmer mit 24V an den Enden etwa eine 1/18tel Drehung. Wenn man da überhaupt was reissen will, sollte man den fraglichen Bereich schon so weit dehnen, wie es überhaupt geht - zumal auch Spindel- oder Cermettrimmer nur eine endliche Auflösung haben. Aber der TE schreibt ja, das er drauf verzichten kann.
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Die meisten Elektretmikrofone haben einen Ausgangswiderstand im KOhm bereich. Dafür der der SSM2019 nicht wirklich gut geeignet, weil er zu viel Stromrauschen hat. Der ist etwas für Quellen unter etwa 300 Ohm. Für hochohmigere Quellen gibt es bessere Alternativen, die auch weniger Strom benötigen. Es reicht eigentlich ein einfacher OP, denn die Differenzverstärkung eines Instrumentenverstärkers braucht man eher nicht. So etwas wie ein OP27 / LT1007 sollten ausreichen. Ein OPA209 wäre etwas sparsamer im Stromverbrauch. So super niedrig sollte das Rauschen am Ausgang auch nicht sein. Dort ist intern ein kleiner JFET im Mikrofon und man muss entsprechend mit Rauschen von wenigstens 10 nV/Sqrt(Hz) rechnen - eher mehr. Wenn es ein Instrumentenverstärker sein soll, würde der AD620 wohl ausreichen.
>Rauschen am Ausgang auch nicht sein. Dort ist intern ein kleiner JFET im >Mikrofon und man muss entsprechend mit Rauschen von wenigstens 10 >nV/Sqrt(Hz) rechnen - eher mehr. Das ist ja eigentlich das Hauptproblem. Dadurch, daß das Elektretmikrofon bereits einen internen Verstärker hat, bestimmt dieser bereits das Grundrauschen. Irgendwelche Versuche, mit nachfolgenden extrem rauscharmen Verstärkerstufen irgendwas bezwecken zu wollen, geht eigentlich eher ins Leere. Es sei denn, der interne Mikrofonverstärker ist so rauscharm, daß die nachfolgende Stufe wirklich noch was bewirkt, wenn die grottenschlecht ist.
In der Tat, hier wird schnell mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Handelsübliche Elektret-Kapseln haben eine Ersatzlautstärke (aka Eigenrauschen) um die 40dB. Meine diesbezüglichen Untersuchungen zeigten, dass hier ein popeliger LM358 völlig ausreicht.
Ich hatte (im Zuge einer Produktüberführeung) als Ersatz eines TLV2231 im Mikrofonvorverstärker (S-Bahn Berlin) einen LMV771 herangezogen. Problem war bei mir die niedrige Betriebsspannung. DAS war dann schon ein erheblicher Unterschied. Der LMV771 war nicht zu hören, der TLV2231 war hingegen "lästig dominant". Aber ich habe dann nach einigen Gesprächen mit dem Anwenderkreis wieder den rauschenden TLV verbaut, weil diese es so gewohnt waren und dachten, das Mikrofon wäre defekt: wenn man es einschaltet und nicht bespricht, war mit dem LMV771 Ruhe/Stille. Das kannte man nicht :) Wenn der S-Bahn-Fahrer nicht zu verstehen ist, bin ICH schulz. (Ich muss immer grinsen, wenn der da vorn ne Durchsage macht, alle wundern sich - isso) :)) StromTuner EDIT: war jetzt aber auch wieder Birne/Apfel von mir, sry In den Mikrofonen sind handgewickelte(!) Peiker Tauchspulmikrofonkapseln mit 200Ω im Eingang symmetrisch verbaut. StromTuner
Lurchi schrieb: > Die meisten Elektretmikrofone haben einen Ausgangswiderstand im > KOhm > bereich. Dafür der der SSM2019 nicht wirklich gut geeignet, weil er zu > viel Stromrauschen hat. Der ist etwas für Quellen unter etwa 300 Ohm. Vielen Dank, wieder was gelernt. Die verwendeten Mikrofone (siehe auch Datenblatt im ersten Post) sind mit einer Impedanz von 1 kΩ @ 1000 Hz angegeben. > Dort ist intern ein kleiner JFET im > Mikrofon und man muss entsprechend mit Rauschen von wenigstens 10 > nV/Sqrt(Hz) rechnen - eher mehr. > > Wenn es ein Instrumentenverstärker sein soll, würde der AD620 wohl > ausreichen. Das Eigenrauschen beträgt 27db(A), was im Vergleich mit anderen Mikrofonen auch nicht wenig ist. Von daher treffen deine Annahmen in diesem Fall wohl zu.
Nach meiner Erfahrung (schon bald 20 Jahre her) sind die KE4-211 schon recht rauscharm. Der interne Verstärker ist ein Sourcefolger, gibt also nur eine Impedanzwandlung und am Ausgang nicht so viel Rauschen. Das interne Rauschen hat vor allem 1/f ähnlichen Verlauf. Für die wirklich niedrigen Frequenzen könnte ein LM358 wohl vom Rauschen ausreichen, zu höheren Frequenzen eher nicht - und das nicht nur wegen der üblen Cross-over Verzerrungen des LM358. Ein bisschen besser kann der Verstärker schon sein. Nach meiner Erinnerung gab ein OP27 im Vergleich zu einem LF356 noch leichte Verbesserungen, wenn auch nicht viel und wohl mehr bei eher höheren Frequenzen. Ein OP27 oder AD620 wären vollkommen ausreichend. Die Frage ist noch ob man beim der Anwendung wirklich bis an die Grenzen des Mikrofons kommt. Ich vermute eher nicht. Da dürften Umgebungsgeräusche dominieren.
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Für den hausgebrauch war ich bisher mit der angehängten Schaltung immer zufrieden. Mehr Details dazu: http://stefanfrings.de/mikrofon_vorverstaerker/index.html
Stefan U. schrieb: > Für den hausgebrauch war ich bisher mit der angehängten Schaltung immer > zufrieden. Wenn er verfügbar ist, nehme ich in so einer Schaltung aber dann doch den BC549 oder BC550. Für Anfänger könntest du mal die Polung der Elkos einzeichnen.
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Stefan U. schrieb: > Für den hausgebrauch war ich bisher mit der angehängten Schaltung immer > zufrieden. Auf deiner Seite schreibst du: "Jemand schrieb mir, daß auch der BC549C geeignet sei - habe ich allerdings nicht ausprobiert." Ich denke, der ist sogar die bessere Wahl, weil er rauschärmer ist. Grundsätzlich funktioniert die Schaltung mit vielen Kleinleistungstransistoren. Ein paar Bemerkungen möchte ich noch anbringen: - Die Spannungsquelle würde ich bei R2 anschließen und dann zwischen R1 und C5 noch einen Widerstand (paar hundert Ohm) in die Versorgung machen. Ev. sogar zweifach: auch zwischen R1 und R2 eine RC-Kombination - die Notwendigkeit hängt aber von der Güte der Quelle ab (Innenwiderstand, Rauscharmut). - C1 und R6 haben eine zu hohe Grenzfrequenz, da erhältst du Hochpassverhalten bei einigen hundert Hertz. Wenn du die Verstärkung mit R6 brauchst, dann sollte C1 mindestens 22µ haben, um einiges unter 100Hz zu kommen. - C2 am Eingang müsste nicht so groß sein. Ich denke, 1µ reicht da gut. Er schadet natürlich nicht, aber mit 1µ kannst man ev. sogar eine Folie einsetzen. Ansonsten gefällt mir das gut. Mit meiner Modifikation macht sie immer noch rund 50dB Verstärkung mit C1/R6 zu 10µ / 470Ω gewählt.
> Für Anfänger könntest du mal die Polung der Elkos > einzeichnen. Steht im Text > dann sollte C1 mindestens 22µ haben, um einiges unter 100Hz zu kommen. Steht auch im Text. Ich habe auch den Grund und Anwendungsbereich angegeben, für den die aktuelle Bauteilwahl gilt.
@Axel R. (axelr) >Ich hatte (im Zuge einer Produktüberführeung) als Ersatz eines TLV2231 >im Mikrofonvorverstärker (S-Bahn Berlin) einen LMV771 herangezogen. >Problem war bei mir die niedrige Betriebsspannung. >DAS war dann schon ein erheblicher Unterschied. Der LMV771 war nicht >zu hören, der TLV2231 war hingegen "lästig dominant". Ein TLV2231 mit 15nV/sqrt(Hz) soll lästig dominant gewesen sein, während 7nV/sqrt(Hz) des LMV771 absolute Ruhe versprechen? Kaum zu glauben, wie man mit Halbierung des Rauschens gleich absolute Stille hervorzaubern kann. Der TLV2231 scheint in der Tat grottenschlecht zu sein. Nicht unbedingt im kHz-Bereich, sondern beim Rumpelrauschen, da aber auch nur um Faktor <3 schlechter als der LMV771. Reicht also zum kompletten Eliminieren des Rauschens leider auch nicht.
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