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
Das scheint ein ungünstiger Aufbau zu sein. Ich hege den Verdacht, dass der Kopfhörerverstätker nach dem Klass-D Pronzip arbeitet.
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)
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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.
Schon einen Blick auf die Schaltung eines Praezisionsgleichrichters geworfen? Zusaetzlich mus davor ein Differenzverstaerker fuer Messschaltungen.
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.
Wenn Spannung und Strom digitalisiert werden, da kann man in der Software den Einfluß der Gleichtaktstörung kompensieren, oder sehe ich das falsch?
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.
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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.
https://www.analog.com/en/products/ad215.html Ich überlege mir ob der Chip was sein könnte für diese Anwendung, ich habe nur bedenken das der DCDC Wandler in den Analogteil stört.
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.
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