Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Umschalter für Phono-pre: Ralais oder Halbleiter?


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von Steffen (Gast)


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Guten Morgen, liebes Forum!

Für einen Phono-Vorverstärker möchte ich eine einstellbare 
Eingangsimpedanz mit Kapazität || Widerstand nach der E6-Reihe aufbauen. 
R und C liegen parallel zwischen Eingang und Masse, bevor das Signal die 
Verstärkerschaltung erreicht. Bisher habe ich die Umschaltung per Relais 
vorgesehen, möchte aber gerne auf kostengünstigere Mosfets umstellen.

Beispiel: Siehe Anhang

Was haltet ihr davon hier Halbleiter einzusetzen?
Gibt es eventuell durch die Diode im inneren der Mosfets Probleme bei 
Wechselspannung/Audiosignalen?

Relais
--------------
+ Als Wechsler ausgeführt keine floatenden Pfade
+ Sichere Masseverbindung beim Durchschalten (~0 Ohm)
- Teuer


Vorteile Mosfet
---------------
+ Günstiger
+ Verschließfrei
- Kann nur durchschalten (floatet, wenn offen)

Habe ich vielleicht noch etwas vergessen?
Gibt es vielleicht noch andere Lösungen (z.B. ICs)?

Liebe Grüße
Steffen

von Vka (Gast)


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Bei der Mosfet Lösung muss das Signal immer positiv bleiben, ist das so 
vorgesehen?
Es gibt noch Analogschalter als IC: 74HC4066

von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Es gibt dafür eigens konzipierte Analogschalter a la 4066 und Konsorten.
Ob du mit den resultierenden Verzerrungen und ggf. Übersprechen (je nach 
Chip) leben kannst musst du wissen.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Ich habe da Bedenken wegen der Ausgangskapazität der BS170 (und 
ähnlichen): Lt. Datenblatt (Vishay 2N7000/2N7002, VQ1000J/P, BS170) ist 
die Coss bei 0 V Uds ca. 50 pF, bei mehreren parallel schaltbaren 
Kapazitäten wird es viel zu viel. Mit einer Art Kaskade könnte man das 
vermutlich deutlich reduzieren, aber ganz durchdacht habe ich mir das 
noch nicht, zumal selbst die einfache Coss schon zu hoch ist.

Ich vermute, dass es auch andere, viel kapazitätsärmere, aber exotische 
Transistoren gibt, aber zumindest mit z. B. einer 74HCT4051 sieht es 
schon viel besser aus. Die hat nur 5 pF Kanalkapazität, kann auch die 
leicht negativen Spannungen des Tonabnehmers schalten, wenn sie keine 
negative Betriebsspannung bekommt. Und es sind 8 Schalter in einem 
Gehäuse.

5 pF fände ich immer noch etwas hoch und würde jetzt mal die anderen 
CMOS-Logikreihen prüfen, bevor ich nach Exoten suche.

Die ohmschen Nichtlinearitäten und Restwiderstände der Transistoren 
spielen jedenfalls keine Rolle.

DZDZ

von Steffen (Gast)


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Genau da habt ihr den wunden Punkt getroffen. Das Signal schwingt um GND 
(typischerweise +-2,4mV).
Danke für den Tipp mit dem 4066! allerdings möchte auch der gerne ume 
ine positive Spannung schwingen (laut Datenblatt ca 1/2 Vcc). Außerdem 
erscheit mir ein Ron von 100 Ohm bei einem zugeschalteten Widerstand von 
1k mit 10% schon recht groß...

von Phasenschieber S. (phasenschieber)


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Warum machst du das nicht mit Pin-Dioden?

von Michael B. (laberkopp)


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Steffen schrieb:
> Was haltet ihr davon hier Halbleiter einzusetzen?

Steffen schrieb:
> Relais
> --------------
> + Als Wechsler ausgeführt keine floatenden Pfade

Spielt keine Rolle.

- bei so kleinen Spannugnen und Strömem nur dauerhaft betriebssicher als 
quecksilbebenetzes Relais (mercury wetted) und die dürfen dank RoHS 
nicht mehr hergestellt werden, also braucht man eBay-Altbestände.

> Vorteile Mosfet
> ---------------
> - Kann nur durchschalten (floatet, wenn offen)
Jein, eine Diode leitet negative Spannung nahc Masse ab, aber bei so 
kleinen Spannungen egal.

- hohe eigene Kapazität.
- Restströme im Mikroamperebereich wirken wie Widerstände.

1. Frage: Warum nicht einfach Dreh- oder Schiebeschalter, oder 
Drehkondensator und Poti ? Zu einfach ? High End lebt doch von einfachen 
Lösungen ohne viele Bauteile.

2. Frage: Gewünschter Kapazitätsbereich. So weit ich weiss, geht das bei 
4.7pF los. Da haben viele MOSFETs schon ausgeschaltet eine höhere 
Kapazität.

3. Frage: Gewünschter Widerstandsbereich (müsste passen).

Die Kapazität lässt sich eventuell über die Vorspannung einer in 
Sperrichtung betriebenen (Kapazitäs-)Diode wie BB212 sogar stufenlos 
anpassen.

: Bearbeitet durch User
von georg (Gast)


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Steffen schrieb:
> Außerdem
> erscheit mir ein Ron von 100 Ohm bei einem zugeschalteten Widerstand von
> 1k mit 10% schon recht groß...

Das ist ein typisches Entweder-Oder: ein dicker MOSFET hat weniger als 1 
Ohm, aber dafür eine viel zu hohe kapazitive Belastung - das ist ein 
Widerspruch, den man nicht wirklich auflösen kann (beides wird von der 
Chipfläche bestimmt), man kann sich nur einen bestimmten Kompromiss aus 
dem Bereich wählen.

Ausserdem egal was du an Halbleitern nimmst, die Werte von Reedrelais 
sind unerreichbar, sowohl im An- als auch im Auszustand.

Georg

von Harald W. (wilhelms)


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Steffen schrieb:

> Außerdem erscheit mir ein Ron von 100 Ohm bei einem zugeschalteten
> Widerstand von 1k mit 10% schon recht groß...

Dann bau doch einen 900-Ohm Widerstand ein.

von huh (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Steffen schrieb:
>
>> Außerdem erscheit mir ein Ron von 100 Ohm bei einem zugeschalteten
>> Widerstand von 1k mit 10% schon recht groß...
>
> Dann bau doch einen 900-Ohm Widerstand ein.

???

von Achim B. (bobdylan)


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Phasenschieber S. schrieb:
> Warum machst du das nicht mit Pin-Dioden?

Warum machst du das nicht mit Jumpern, welche du nach Systemwechsel 
umjumperst? Oder wenn dir das zu anstrengend ist: machs mit nem 
Mäuseklavier.

Also so, wie es Schickimickihersteller von RIAA-Preamps seit ewigen 
Zeiten zur relativ überflüssigen Anpassung des Systems an die Senke 
handhaben?

Hat den Vorteil, dass du R und C getrennt voneinander switchen kannst, 
was zwar vollkommen dämlich im Sinne von Überflüssig ist, aber auch 
nicht schaden kann.

von hinz (Gast)


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Ich würde ehr was aus der HF-Ecke nehmen, z.B. BF999.

von Steffen (Gast)


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Michael B. schrieb:
> 1. Frage: Warum nicht einfach Dreh- oder Schiebeschalter, oder
> Drehkondensator und Poti ? Zu einfach ? High End lebt doch von einfachen
> Lösungen ohne viele Bauteile.

Ich habe bisher an eine digitale Lösung gedacht, weil ich damit mehrere 
Kapazitäten / Widerstände kombinieren kann (z.B. 100pF + 150pF + 220pF = 
470pF -> Kondensator 470pF incl. zusätzlichem Schalter gespart). 
Außerdem muss ich dann nicht die kleinen Signale durch das ganze Gehäuse 
zur Frontplatte führen.

Michael B. schrieb:
> 2. Frage: Gewünschter Kapazitätsbereich. So weit ich weiss, geht das bei
> 4.7pF los. Da haben viele MOSFETs schon ausgeschaltet eine höhere
> Kapazität.

Da hast du allerdings recht. Mir bekannte Geräte (z.B. der Yamaha C4) 
bieten 100pF - 470pF / 33k - 100k (nach E6-Reihe) der C4 sogar noch 
100Ohm (?!?!) macht 10 Bit damit die verbleibenden 6-Bit nicht 
verschenkt werden hatte ich daran gedacht mit weiteren Bauteilen in 
Parallelschaltung den Bereich auf 47pF - 470pF / 1k - 100k zu erweitern.

von Steffen (Gast)


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Der Grund, warum ich überhaupt an eine Solche Schaltung denke ist der, 
dass ich zwei Laufwerke hier stehen habe und diese über eine gemeinsame 
Endstufen-Lautsprecher-Kombi spielen. Da ich nun gerne unkompliziert 
zwischen den Geräten umschalten möchte, soll die EIngangsimpedanz 
möglichst einfach angepasst und abgerufen werden können -> AVR mit pro 
Kanal gespeicherten Werten.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Steffen schrieb:
> Danke für den Tipp mit dem 4066! allerdings möchte auch der gerne ume
> ine positive Spannung schwingen (laut Datenblatt ca 1/2 Vcc). Außerdem
> erscheit mir ein Ron von 100 Ohm bei einem zugeschalteten Widerstand von
> 1k mit 10% schon recht groß...

Genau da hast du den wunden Punkt getroffen: So ist das, wenn man 
weitere Spezifikationen und Randbedingungen erst hinterher bekannt gibt.

Lt. deiner Schaltung liegt als DC an der Signalleitung?

huh schrieb:
>> Dann bau doch einen 900-Ohm Widerstand ein.
>
> ???
Ja, natürlich. Der Kanalwiderstand ist dann weitgehend kompensiert.

Und wenn man nicht so eine unterqualifizierte CD4066 einsetzt (hohe 
Kapazität, hoher Kanalwiderstand), kommt man auf Kanalwiderstände << 100 
Ohm, mit denen sich die 1 kOhm auf fast 1% genau realisieren lassen. 
Oder eine 74LVC1G3157 mit einem Kanalwiderstand << 10 Ohm bei ebenfalls 
typ. 5 pF I/O-Kapazität (eigentlich immer noch zu viel).

von Steffen (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Lt. deiner Schaltung liegt als DC an der Signalleitung?

In der Schaltung liegt am Eingang direkt die Spule des TAs an (kein 
zwischengeschalteter Kondensator). Daran angeschlossen ist direkt der 
Halbleitereingang der Verstärkerstufe.

von Vka (Gast)


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Muss das denn so frei kombinierbar sein? Ich denke grade an ein Konzept 
mit z.B. 4 Steckplätzen. Da rein kommt ein gut abgestimmtes R/C Modul 
pro Zuspieler. Der AVR schaltet dann jeweils den passenden Filter an das 
Signal, wozu dann 4 Relais reichen.
Das ist nur leider nicht so flexibel..

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Steffen schrieb:
> In der Schaltung liegt am Eingang direkt die Spule des TAs
Sorry, ich hatte falsch gelesen. Es war der 4066, der gerne um VCC/2 
schwingen möchte... Ja, möchte er, er kann aber auch, wie alle anderen 
Multiplexer, bis wenige 100 mV über beide Betriebsspannungsanschlüsse 
hinaus. Dann sind die Multiplexer auch besonders niederohmig, es wäre in 
deiner Anwendung also optimal.

Nebenbei: Weißt du, wozu diese Einstellungen da sind bzw. was genau sie 
bewirken?

von militanter Zeilensparer (Gast)


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Steffen schrieb:
> Genau da habt ihr den wunden Punkt getroffen. Das Signal schwingt
> um GND (typischerweise +-2,4mV).

Echt jetzt 2.4 milli Volt? Dann besser vor dem Umschalten die Endstufe 
ausschalten, die einfachen Analogschalte-ICs produzideren 
Umschaltknackser ("charge injection"). Zum Trost vertragen sie auch 
symmetrische Versrgung, z.B. ±3.3V.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Steffen schrieb:
> Der Grund, warum ich überhaupt an eine Solche Schaltung denke ist der,
> dass ich zwei Laufwerke hier stehen habe und diese über eine gemeinsame
> Endstufen-Lautsprecher-Kombi spielen. Da ich nun gerne unkompliziert
> zwischen den Geräten umschalten möchte, soll die EIngangsimpedanz
> möglichst einfach angepasst und abgerufen werden können

Ich vermag nicht so recht zu erkennen, was daran einfach sein soll. 
Wenn ich so ein Problem hätte, dann hätte ich einfach zwei Phono- 
Vorverstärker, angepaßt an das jeweilige Laufwerk.

Mir ist (als gelerntem DDR-Bürger) sowieso schleierhaft, warum man den 
Vorverstärker nicht einfach in das Laufwerk eingebaut hat (wie bei 99% 
aller Plattenspieler in der DDR). Warum sollte man die empfindlichen 
Signale über vergleichsweise lange Leitungen und Steckverbinder führen 
wollen? Ein eingeauter Vorverstärker hat IMNSHO nur Vorteile. Er kann 
optimal an das Abtastsystem angepaßt werden, die Kabellänge (Kapazität!) 
spielt keine Rolle mehr und am Vorverstärker braucht man keinen 
Spezialeingang, sondern nimmt einfach einen der Line-Eingänge.

Wäre wohl zu einfach gewesen.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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militanter Zeilensparer schrieb:
> die einfachen Analogschalte-ICs produzideren
> Umschaltknackser ("charge injection")
Interessanter Aspekt, der interessiert mich. Ich hätte es als wenig 
tragisch eingeschätzt, aber schätzen gilt nicht. Also habe ich 
simuliert: 5 nC (typische Charge Injection) auf einen MM-Tonabnehmer 
eingespeist, 47k / 220p Last, RIAA-Verstärker mit Gain = 1 bei 1 kHz 
dahinter, danach A-Bewertung.

Ergebnis:
Blau: Kurzer Puls mit 25 mV. Von dem bleiben aber nach dem Entzerrer nur 
noch
Grün: ca. 4 mV, fast eine 12 kHz Sinuswelle, so dass für das Ohr nur 
noch
Rot: ein ca. kleiner 1 µs-Puls mit nur 40 µs Dauer bleibt. Zweifellos 
hörbar, aber sicherlich harmlos.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Jetzt nur noch die Grafik...

von Manfred (Gast)


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Gibt es die Panasonic / NAIS Relais "RS" noch? Mit deren RS-12 habe ich 
früher Relaismatrizen für Meßplätze von Tonstudiotechnik gebaut, bei 
deutlich hohen Störabständen.

Man sollte aber beachten, dass die eine signifikante kapazitive Kopplung 
vom Kontakt zur Erregerspule haben.

Bei solch kleinen Signalen würde ich Halbleiterschalter von vornherein 
ablehnen.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Manfred schrieb:
> Bei solch kleinen Signalen würde ich Halbleiterschalter von vornherein
> ablehnen.
Hmmm... warum nicht? Ich kenne Gründe, für solch kleine Signale Relais 
von vornherein abzulehnen. Ich meine, dass der Effekt, dass manchmal 
eine Mindestspannung (und wohl auch ein Mindeststrom) an mechanischen 
Kontakten anliegen muss, damit winzige Isolationen überwunden werden, 
"Fritten" ist. Es mag sein, dass für moderne, mit hermetisch 
versiegelten Kontakten (Reed-Kontakten) ausgestattete Relais, das nicht 
gilt. Aber wo soll das Problem mit Halbleitern sein?

von georg (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Es mag sein, dass für moderne, mit hermetisch
> versiegelten Kontakten (Reed-Kontakten) ausgestattete Relais, das nicht
> gilt

Dafür nimmt man quecksilberbenetzte Relais, da existiert das Problem 
nicht (dafür andere).

Georg

von Andreas B. (bitverdreher)


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Steffen schrieb:
> Der Grund, warum ich überhaupt an eine Solche Schaltung denke ist
> der,
> dass ich zwei Laufwerke hier stehen habe und diese über eine gemeinsame
> Endstufen-Lautsprecher-Kombi spielen. Da ich nun gerne unkompliziert
> zwischen den Geräten umschalten möchte.....

Dan bau Dir Zwischenstecker an die Ausgänge der Laufwerke, wo Du die 
passende RC Kombination reinlötest.
Und fertig ist die Kiste.

von Steffen (Gast)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Nebenbei: Weißt du, wozu diese Einstellungen da sind bzw. was genau sie
> bewirken?

Vereinfacht: Die Spule des TAs stellt mit dem angeschlossenen 
Vorverstärker einen Schwingkreis dar. Um den optimalen Klang zu 
erreichen muss also der Schwingkreis auf die Spule abgestimmt werden.

militanter Zeilensparer schrieb:
> Echt jetzt 2.4 milli Volt? Dann besser vor dem Umschalten die Endstufe
> ausschalten, die einfachen Analogschalte-ICs produzideren
> Umschaltknackser ("charge injection").

Den Effekt finde ich sehr interessant.
Der wird sich doch am ehesten durch muten des Signals (schaltbarer 
Spannungsteiler gegen Masse) umgehen lassen?!

Andreas B. schrieb:
> Dan bau Dir Zwischenstecker an die Ausgänge der Laufwerke, wo Du die
> passende RC Kombination reinlötest.
> Und fertig ist die Kiste.

Das wäre doch zu einfach. Und außerdem sind wir doch alle irgendwo 
Spielkinder und Bastler ;-)

von Peter D. (peda)


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Steffen schrieb:
> Das Signal schwingt um GND
> (typischerweise +-2,4mV).

Steffen schrieb:
> Der Grund, warum ich überhaupt an eine Solche Schaltung denke ist der,
> dass ich zwei Laufwerke hier stehen habe

Da würde ich ganz einfach 2 Phonoentzerrer aufbauen und dahinter 
umschalten.
Optimal ist natürlich den Entzerrer gleich mit in die Zarge einzubauen. 
Dann spart man sich die Leitungskapazität (150..250pF/m) und 
Störeinkopplungen in das empfindliche Signal.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Steffen schrieb:
> Das wäre doch zu einfach. Und außerdem sind wir doch alle irgendwo
> Spielkinder und Bastler ;-)

Ah, ok, dann eine useless machine mit Raspbery? Wenn, dann aber schon 
mit den 3+. ;-)
Ich bastle ja auch gerne. Aber irgendein Nutzen muß da schon erkennbar 
sein.

von Steffen (Gast)


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Meine Ideen neigen manchmal dazu etwas aus zu arten :-D
Ich habe mich dazu entschlossen auf der Gehäuserückseite zwei Kanäle als 
Phonoeingänge vorzusehen. Jeder Kanal bekommt eine eigene Modulkarte mit 
Impedanzanpassung, die mit jeweils einem 2x6-Drehschalter für Kapazität 
und Widerstand bestückt wird. Anschließend wird das Signal auf einen 
gemeinsamen Vorverstärker weitergeleitet.
Danke für die Hilfe!

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