Zitat: "The single supply microphone pre-amplifier amplifies the output signal of an electret capsule microphone to audio line levels. An op amp is used as a trans-impedance amplifier to convert the output current from the microphone in to a signal level voltage."
Das klingt schon mal gut. Aber ist diese Schaltung so wirklich zu
empfehlen (also mit OP als Transimpedanz-Verstärker)?
Berny schrieb:> Aber ist diese Schaltung so wirklich zu> empfehlen (also mit OP als Transimpedanz-Verstärker)?
Die ist mMn besser als die Version mit hochohmiger Signalabnahme, also
nichtinvertierendem OPV dahinter. So wie gezeichnet arbeitet der JFET in
der Kapsel im virtuellen Ausgangskurzschluß, seine
Drain-Source-Wechselspannung ist praktisch =0 und daher wird das Signal
nicht durch den Early-Effekt verzerrt.
Berny schrieb:> Das klingt schon mal gut. Aber ist diese Schaltung so wirklich zu> empfehlen (also mit OP als Transimpedanz-Verstärker)?
Die Schaltung passt. Das Mikrofon wird dabei AC-mäßig im Kurzschluss
betrieben. Dadurch fließt 100% des Wechselstromes des Mikrofons in den
Verstärker.
Uausgang = Imikrofon * 75kOhm
Helmut S. schrieb:> Das Mikrofon wird dabei AC-mäßig im Kurzschluss> betrieben.
Nicht ganz. Es wird über 2,2 µF "kurzgeschlossen" und abhängig von
seiner Ausgangsimpedanz ergibt das einen Hochpass oder sogar einen
Differenzierer im Audiobereich. Z. B. bei 10 Ohm Ausgangsimpedanz
Hochpass ab 10 kHz(!) mit V = 7500, bei 1 kOhm Ausgangsimpedanz Hochpass
ab 100 Hz mit V = 75 (ziemlich wenig) und wenn es um Musik geht, darf
die Ausgangsimpedanz nur bei ca. 5 kOhm liegen, womit eine Verstärkung
von gerade mal 25 übrig bleibt. Nix mit "auf Line Level"...
Der Zahn der Zeit schrieb:>> Das Mikrofon wird dabei AC-mäßig im Kurzschluss>> betrieben.>> Nicht ganz. Es wird über 2,2 µF "kurzgeschlossen" und abhängig von> seiner Ausgangsimpedanz ergibt das einen Hochpass oder sogar einen> Differenzierer im Audiobereich. Z. B. bei 10 Ohm Ausgangsimpedanz> Hochpass ab 10 kHz(!) mit V = 7500, bei 1 kOhm Ausgangsimpedanz Hochpass> ab 100 Hz mit V = 75 (ziemlich wenig) und wenn es um Musik geht, darf> die Ausgangsimpedanz nur bei ca. 5 kOhm liegen, womit eine Verstärkung> von gerade mal 25 übrig bleibt. Nix mit "auf Line Level"...
Wenn dem so ist sollte man C3 vielleicht von 2,2uF auf 100uF
vergrößern?!?
In welchem Ausgangsimpedanzbereich liegen denn übliche EC-Mikros?
Berny schrieb:> In welchem Ausgangsimpedanzbereich liegen denn übliche EC-Mikros?
Nach alten Kennlinien von Datenbüchern (Telefunken, Valvo, Siemens)
waren die rauscharmen Transistoren für solche kleinen Signale auf
Rauschminimum bei 2kOhm Eingangsimpedanz ausgelegt. Das könnte damit
etwas zu tun haben, muss es aber nicht.
Berny schrieb:> (mit einem LM833, einen OPA172 habe ich leider nicht zur Hand)
Der OPA172 ist rail-to-rail am Ausgang, der LM833 ein stinknormaler
OpAmp der bei 9V (am Ende der Batterir 5.6V) 3V von der positoven und 3V
von der negtaiven Versorgung frisst, also 3V bis nix liefern kann.
Berny schrieb:> Wenn dem so ist sollte man C3 vielleicht von 2,2uF auf 100uF> vergrößern?!?
Nicht notwendig. Man kann durchaus annehmen, dass die die Impedanz der
Quelle hauptsächlich von R1 (10k) bestimmt wird, wodurch die untere
Grenzfrequenz bei ca. 7Hz liegt.
Robert M. schrieb:> Man kann durchaus annehmen, dass die die Impedanz der> Quelle hauptsächlich von R1 (10k) bestimmt wird, wodurch die untere> Grenzfrequenz bei ca. 7Hz liegt.
... was bedeuten würde, dass die Verstärkung des Vorverstärkers gerade
mal 7,5 wäre. Damit wird man wahrscheinlich nicht mal ein Signal dann
auf Line-Level bekommen, wenn das Mikro direkt vor der PA auf einem
Rockkonzert hängt...
Der Zahn der Zeit schrieb:> ... was bedeuten würde, dass die Verstärkung des Vorverstärkers gerade> mal 7,5 wäre. Damit wird man wahrscheinlich nicht mal ein Signal dann> auf Line-Level bekommen, wenn das Mikro direkt vor der PA auf einem> Rockkonzert hängt...
Meiner Meinung nach reicht die Verstärkung. Die Stromquelle
(genaugenommen Stromsenke) in der Kapsel muss nur etwa 4,3uA liefern
(aufnehmen) können damit am Ausgang des OPV Line-Level (0,32V) anliegt.
Eine Kleinigkeit für den in der Kapsel integrierten FET-Vorverstärker.
So, meinst du. So ist das mit Meinungen. Aber Zahlen können eventuell
besser überzeugen:
Ich habe mal ein eine durchschnittliche ECM-Kapsel gesucht, und zwar
eine CMEJ-4622-25-L082
(https://www.mouser.de/ProductDetail/CUI-Devices/CMEJ-4622-25-L082). Die
hat 2,2 kOhm Nennimpedanz und eine Empfindlichkeit von -36 dBV/Pa = 15
mV/Pa.
Das gibt bei der gewählten Schaltungsdimensionierung eine untere
Grenzfrequenz von 30 Hz (akzeptabel auch für Musik) und eine Verstärkung
von 34 = ~31 dB. (Am Verstärkerausgang also ~510 mV/Pa.)
Lt. Wikipedia (also nicht meiner Meinung) erzeugt ein Sprecher in 1 m
Abstand größenordnungsmäßig ca. 6 mPa. Aus dem Mikro kommen also
ungefähr 90 µV.
Die mit 34 verstärkt ergeben ~3 mV. Da fehlen noch 40 dB für Line-Level.
Dafür wäre schon ein Schalldruck erforderlich, der langfristig
Gehörschäden verursacht. Ok, "direkt vor der PA auf einem Rockkonzert",
wie ich oben schrieb, war um ca. 20 dB übertrieben - aber besser als 40
dB untertrieben.
So viel zu "Meinungen".
Das Prinzip der Schaltung sollte passen. Die Electretkapseln sollten
schon einen relativ hohen Ausgangswiderstand haben, eher deutlich höher
als die 10 K von R1. Vergleichbare JFETs liegen eher so im Bereich 100
K.
Damit bestimmt R1 im wesentlichen die untere Grenzfrequenz und etwas
über 7.5 Hz kommt schon hin.
Für die Verstärkung muss man da eher mit der normalen Schaltung mit etwa
5 K am Ausgang des Mikrofons vergleichen. Im Vergleich dazu hat man ein
etwa 25 fach höheres Ausgangssignal. Das könnte noch etwas knapp werden
für Line Level, aber die Richtung stimmt schon mal. Im Zweifelsfall kann
man eine 2. Verstärkerstufe dahinter schalten - je nach Anwendung will
man die Verstärkung auch noch anpassen.
Michael B. schrieb:> Berny schrieb:>> (mit einem LM833, einen OPA172 habe ich leider nicht zur Hand)>> Der OPA172 ist rail-to-rail am Ausgang, der LM833 ein stinknormaler> OpAmp der bei 9V (am Ende der Batterir 5.6V) 3V von der positoven und 3V> von der negtaiven Versorgung frisst, also 3V bis nix liefern kann.
Die Betriebsspannung kann problemlos auf 12V oder noch mehr erhöht
werden, habe nur neben LM833 und NE5532 keinen anderen rauscharmen OP in
der Bastelkiste.
Danke auch für die Überlegungen und Berechnungen zur Mikrophonimpedanz
und Verstärkung!
Ich werde die Schaltung einfach mit ein paar handelsüblichen ECMs
durchtesten.
Kann man, wen die Verstärkung zu gering ist, R2 (75k) noch weiter
vergrößern, um die Verstärkung noch mehr anzuheben oder verringert sich
dann die Bandbreite oder etwas ähnliches zu sehr im negativen Sinn?
je größer der Widerstand in der Gegenkopplung desto geringer wird die
Bandbreite ausfallen. Die 75 K im Schaltungsvorschlag sollten noch
passen, viel mehr wird dann aber ggf. ein Problem. Bei 50 facher
Verstärkung hat ein OP wie LM833 auch nur noch etwa 15 MHz/50 = 300 kHz
an Bandbreite, und nur noch einen loop gain vom 30 um bei 10 kHz
Nichlinearitäten auszugleichen.
D.h. für mehr Verstärkung eher eine 2. Stufe dahinter. Der LM833 /
NE5532 hat schließlich auch noch einen 2. OP.
Was willst du denn "hören", bzw. welche Empfindlichkeit soll es haben?
Sprache mit Mikrofon vor dem Mund (Headset)? Da würde man nicht so
viel mehr Verstärkung brauchen, schätzen mag ich das aber auch nicht
gerne. 75 kOhm entsprechend zu vergrößern wird gehen, aber nicht
unbegrenzt. Vielleicht bis 1 Meg.
Ehrlich gesagt, ich käme nicht auf die Idee, einen
Mikrofon-Impedanz-abbängigen TIA als VV zu nehmen. Es hat nur Nachteile.
Für Rauscharmut gibt es andere, wichtigere Kriterien, angefangen bei der
Kapsel, über die Dimensionierung der Gegenkopplung und der Auswahl des
(Operations-)Verstärkers.
Der Zahn der Zeit schrieb:> Was willst du denn "hören", bzw. welche Empfindlichkeit soll es haben?
Ich möchte gerne Umgebungsgeräusche mit dem Laptop aufnehmen. Wenn man
den Mikroeingang vom Laptop benutzt (wie ich es aktuell mache) und die
Aussteuerung hoch einstellt (wie ich es brauche), dann rauscht es schon
sehr.
Letztendlich möchte ich an beiden Line-In-Eingängen jeweils eine
Mikrofonkapsel mit Verstärker anschließen, einen Mikrokanal mit geringer
Aussteuerung und einen mit hoher Aussteuerung (sozusagen um die
Dynamikbreite zu erhöhen: der eine Kanal nimmt auch sehr leise Geräusche
auf und der zweite Kanal bleibt unverzerrt, selbst wenn der erste,
empfindlichere Kanal schon übersteuert). Die Geräusche sind
unterschiedlich laut und oft nur eine halbe Sekunde lang, deshalb denke
ich, das ein Dynamikkompressor nicht weiterhilft.
Mal was anderes: am Ein- & Ausgang C3/C5 sitzen Elkos 2u2/16 im
Signalweg. Wäre es nicht sinnvoller die beiden durch Folien-Cs zu
ersetzen? Oder spielt das für die Qualität des Signals keine Rolle?
Dann solltest du dir auf jeden Fall eine Kapsel mit geringen
Eigenrauschen aussuchen. Üblicherweise spielt der nachfolgende
Vorverstärker mit seinem Rauschen ohnehin eine untergeordnete Rolle,
denn der "Flaschenhals" ist das Eigenrauschen des Mikrofons. Aber völlig
ignorieren darf man natürlich nicht, was im VV passiert.
Bei der Auswahl der Kapsel ist das Verhältnis Empfindlichkeit zu
Eigenrauschspannung entscheidend. Es ist wahrscheinlich, dass der
Dynamikbereich, der dabei erreicht wird, nicht größer ist, als der der
üblichen ADCs in PCs. Sehr gute ADCs verfügen über einen Dynamikbereich,
der größer ist, als selbst der der teuersten Mikrofone. Das bedeutet,
dass, wenn es richtig gemacht wird, keine Einstellung der Vorverstärkung
mehr notwendig ist, weil durch rein digitales multiplizieren (=
"verstärken") der Störspannungsabstand nicht verschlechtert wird(!).
Das kann man anhand der technischen Daten und auch mit eigenen Messungen
alles gut durchrechnen und so bestimmen, wo die günstigsten
Arbeitsparameter liegen. Man muss nicht raten, Meinungen einholen oder
hoffen.
Nebenbei: Für deine Idee mit zwei Zweigen mit unterschiedlicher
Verstärkung brauchst du nur eine Kapsel.
Mohandes H. schrieb:> Oder spielt das für die Qualität des Signals keine Rolle?
Ich sehe das eher als High-End-Esotherik an.
Dieter schrieb:> Wenn es noch empfindlicher und rauscharm werden soll, dann denke darüber> nach mit zwei Verstärkern hintereinander das Signal auf die gewünschte> Amplitude zu bringen.
Hä? Rauschärmer??? Hast du dich vertippt?
Der Zahn der Zeit schrieb:> Hä? Rauschärmer??? Hast du dich vertippt?
Wenn R2 der Eingangsschaltung für hohe Verstärkung hochohmiger wird,
hast Du noch eine weitere Rauschquelle am Eingang.
Ach Du grüne Neune schrieb:> Er hat sich nicht vertippt. Das funktioniert schon. Hier ein Beispiel> mit einem zusätzlichen Transistor, allerdings für ein dynamisches> Mikrophon.>> Beitrag "Re: rauschen Dynamisches Mic (250 Ohm) am Differenzverstärker"
Das ist lediglich eine (vermutlich) rauschärmere Eingangsstufe für einen
Verstärker (was nicht schwer bei einer 741 ist). Nicht mehrere Stufen
hintereinander sind die Lösung - die erste Stufe muss die rauschärmste
sein, und solange die genügend verstärkt, spielt das Rauschen aller
folgenden Stufen keine Rolle mehr! Die können doch nicht das Rauschen,
das am Anfang der Kette entsteht, wieder entfernen...
Apropos Anfang der Kette: Geh davon aus, dass eine "normale" (billige)
ECM Kapsel mehr Rauschen erzeugt, als ein vernünftig gemachter,
nachfolgender Vorverstärker.
Dieter schrieb:> Wenn R2 der Eingangsschaltung für hohe Verstärkung hochohmiger wird,> hast Du noch eine weitere Rauschquelle am Eingang.
Erklär' das mal. Ich habe keine Erklärung dafür.
Das Rauschen von R2 ist relativ zum Ausgang. Ein größerer Widerstand
führt damit zu weniger Rauschen, wenn man es wie üblich auf den Eingang
bezieht.
Wenn man z.B. den Widerstandes verdoppelt, steigt das Rauschen des
Widerstandes um den Faktor 1.4 , die Verstärkung verdoppelt sich aber
und auf den Eingang bezogen hat man nur 70% des Rauschens vom
Widerstand.
In der Regel dürfte die Mikrofonkapsel die dominierende Rauschquelle
sein.
Die Schaltung als Transimpedanzverstärker ist ungewöhnlich, aber nicht
schlecht für eine Elektretkapsel.
Ob man für die Koppelkondensatoren große Folienkondensatoren oder Elkos
nutzt macht keinen wirklichen Unterschied im normalen Frequenzbereich.
Nichtlineare Effekte unter 10 Hz interessieren eher weniger. Die
Kondensatoren sehen erst unterhalb der Grenzfrequenz eine merkliche
Wechsel-Spannung und könnte da Fehler verursachen.
Lurchi schrieb:> Wenn man z.B. den Widerstandes verdoppelt, steigt das Rauschen des> Widerstandes um den Faktor 1.4 , die Verstärkung verdoppelt sich aber> und auf den Eingang bezogen hat man nur 70% des Rauschens vom> Widerstand.
Das hätte ich auch gerne geantwortet. Lurchi war schneller. Auch sonst
muss ihm Recht geben, außer - was ist den der Vorteil eines TIAs in
dieser Applikation? Abgesehen davon, dass es keine
Gleichtakt-Verzerrungen gibt, die ja wohl nur in extrem anspruchsvollen
Designs eine Rolle spielen?
Der Zahn der Zeit schrieb:> Abgesehen davon, dass es keine> Gleichtakt-Verzerrungen gibt, die ja wohl nur in extrem anspruchsvollen> Designs eine Rolle spielen?
Ich verbessere mich: Die Verzerrungen durch die Nichtlinearität eines
Spannungsausgangs, sei es, einer Emitter- bzw. Source-Schaltung oder
eines Emitter- bzw. Source-Folgers, sind hier zwar immer noch
vernachlässigbar, aber immer noch viel größer als die durch die
Gleichtakt-Verzerrungen eines Op-Amps verursachten und werden in einer
TIA-Schaltung vermieden.
Für das thermische Rauschen ist zu berechnen:
Widerstand Rges aus R1||R2||Rim (Rim: Innenwiderstand Mikro)
An diesem Faktor ändert R2 nicht viel, wenn dieser bereits schon ein
vielfaches von R1||Rim hat. Es wird aber nicht weniger!
Pro Volt angelegter Spannung tritt ein sogenanntes Stromrauschen von x
μV auf. Das gesamte Rauschen eines Widerstands kann man berechnen, indem
man dieses Stromrauschen auf Basis der Datenblattangaben berechnet und
zusätzlich nach das thermische Rauschen berechnet.
Das Stromrauschen tritt jedoch an R2 nur während einer Signalamplitude
auf. Ohne Signal nicht. (Das ist auch eine der Ideen beim
Transimpedanz-Verstärker.)
Bei einem Sinussignal ist das Stromrauschen am stärksten im
Scheitelpunkt. Bei Baßtönen läßt sich das Rauschen am besten hören, wenn
es stark genug ist.
Dieter schrieb:> Das gesamte Rauschen eines Widerstands kann man berechnen, indem> man dieses Stromrauschen auf Basis der Datenblattangaben berechnet
Die Angaben zum Stromrauschen (zusätzliches Rauschen durch Schwankungen
des Widerstandes) in den meisten Datenblättern sind eher dünn und grobe
obere Grenzen. Zur wirklichen Berechnung eines typischen Wertes taugen
zu Zahlen eher nicht.
Eine wesentliche Spannung sieht eigentlich nur R1, aber selbst da ist
die Spannung nicht so groß und beim Mikrofon ist man auch weniger an den
sehr niedrigen Frequenzen interessiert.
R1 dürfte auch beim thermischen Rauschen schon mehr Beitragen als R2.
Dieter schrieb:> An diesem Faktor ändert R2 nicht viel, wenn dieser bereits schon ein> vielfaches von R1||Rim hat. Es wird aber nicht weniger!
Ja, das stimmt. Es kommt allerdings zum gesamten Rauschen am Ausgang
noch das thermische Rauschen von R2 hinzu, das der Op-Amp kompensieren
muss.
Gesamte, durch thermisches Rauschen verursachte Ausgangsspannung =
(geometrische) Summe von U(R1||R2||Rim * Gain) und U(R2).
Zahlenwerte:
R1||Rim = 1,7 kOhm (~2,2 k || 10k) angenommen.
75 kOhm||R1||Rim = 1,6666... 1,7 kOhm -> 5.257 nV/√Hz
750 kOhm||R1||Rim = 1,6961 1,7 kOhm -> 5.303 nV/√Hz
75 kOhm: 73,53 nV/√Hz Rauschspannung am Ausgang
750 kOhm: 748,3 nV/√Hz Rauschspannung am Ausgang
Letzteres bei genau 10-facher Ausgangsspannung. Danach ist der
hochohmigere R2 ungünstiger.
Jetzt kommt noch R2 dazu:
75 kOhm: 35.26 nV/√Hz
750 kOhm: 111.5 nV/√Hz
Also:
√((35.26 nV/√Hz)² + (73,53 nV/√Hz)²) = 81,54 nV/√Hz
√((111.5 nV/√Hz)² + (748,3 nV/√Hz )²) = 756,56 nV/√Hz
also weniger, also weniger die 10-fache Rauschspannung während die
Verstärkung 10-fach ist. Danach ist der hochohmigere R2 günstiger.
(Rauschspannungen aus
https://www.beis.de/Elektronik/Nomograms/R-Noise/ResistorNoise.html)
Nächstes Thema: Rauschstrom. Normalerweise nennt man Rauschstrom den
Strom, der aus einem Verstärker-Eingang kommt und über einen
Quellwiderstand > 0 eine Rauschspannung (U = R * I) verursacht (Input
Noise Current). Den könnte man auch noch diskutieren.
Du meinst aber das, was auf
https://www.beis.de/Elektronik/ResistorCurrentNoise/WiderstandsStromrauschen.html
"Strominduziertes Widerstandsrauschen" genannt wird. Das ist sehr stark
von der Bauart des Widerstands abhängig. Was sich dabei ergibt und ob
sich überhaupt etwas dabei ergibt, ist im Abschnitt "Abhängigkeit vom
Widerstandswert" zu sehen. Die Kurven dort sind bei konstantem Strom,
nicht bei konstanter Spannung aufgenommen. Danach ist es wahrscheinlich,
dass ein hochohmigerer Widerstand weniger Rauschstrom verursacht als ein
niederohmigerer.
So, das musste ich selber erst einmal durchrechnen, um zu sehen, was nun
wirklich passiert.
Der Zahn der Zeit schrieb:> Zahlenwerte:> R1||Rim = 1,7 kOhm (~2,2 k || 10k) angenommen.> 75 kOhm||R1||Rim = 1,6666... 1,7 kOhm -> 5.257 nV/√Hz> 750 kOhm||R1||Rim = 1,6961 1,7 kOhm -> 5.303 nV/√Hz> 75 kOhm: 73,53 nV/√Hz Rauschspannung am Ausgang> 750 kOhm: 748,3 nV/√Hz Rauschspannung am Ausgang> Letzteres bei genau 10-facher Ausgangsspannung. Danach ist der> hochohmigere R2 ungünstiger.
Jetzt nehme ich mal an, das Eingangssignal sei so groß gewesen, dass der
OP genau im ersten Fall 73,53mV ausspuckt. Dann ist das S/N 1000:1.
Im zweiten Fall spuckt der OP 735.3mV für das Signal aus. Dann ist das
S/N 1000:1.0176
Also nur minimal ungünstiger bei hochohmigeren R2.
Damit ist die Berechnung schon am Ende für Pin 4 des OP.
Nicht doppelt berechnen.
Im folgenden hast Du die Rauschspannung berechnet die R2 an dem Pin 1
des noch einbringt berechnet. Korrekterweise ist diese Rauschspannung
aber als R2||R4 zu berechnen (und Ri_Output des OP müßte auch noch
berücksichtigt werden). Und diese wäre mit 1/Verstärkungsfaktor auf den
Eingang zurückzuübertragen. Aber das macht man nicht mehr, weil das
nicht mehr ins Gewicht fällt.
Du hast mich ganz schön ins Grübeln gebracht. Aber am Schluss muss ich
dir Recht geben. Asche auf mein Haupt. Ich sollte es wissen, denn
prinzipiell gilt: Je hochohmiger das Gegenkopplungsnetzwerk, desto mehr
thermisches Rauschen am Eingang. So einfach ist das, es ist mir seit
langer Zeit vollkommen bewusst, es gilt auch hier, und warum ich das
nicht gleich so gesehen habe, obwohl es so offensichtlich ist, ist mir
auch nicht ganz klar. Allerdings ahne ich es - aber das führt hier zu
weit.
Das es nur minimale Unterschiede sind, es hier aber um die prinzipiellen
Zusammenhänge geht, ist ja auch klar.
Bleibt mein Einwand: Op-Amps spucken nicht - schon gar nicht in diesen
Zeiten:-)
Alles halb so wild. Und mit Deinen Berechnungen hast Du uns hier eine
ganze Menge an Arbeiten abgenommen.
Der TO muss halt jetzt das Datenblatt für sein Mikro ECM suchen und
nachsehen, was für Rauschwerte dort angegeben sind. Je nach dem lohnt
sich der Aufwand oder ist sinnlos.
IMG_20200425_102027.jpg:
- nur Spannungsverstärkung (Vss > 5V),
- für Eingänge mit ca. 50k oder mehr Eingangswiderstand.
- niedriger Stromverbrauch (gleicher Strom für Mikro und Schaltung)
- niedriges Rauschen.
Diese ist aber nicht als Vorverstärkerschaltung für einen
Transimpedanzverstärker geeignet. Dafür müsste noch eine zweite Stufe
mit einem weiteren Transistor ergänzt werden.
Ich denke, das wird nicht klappen, weil die Kapsel nur ~0,6 V
Betriebsspannung bekommt.
Generell frage ich mich, wie ECMs intern aufgebaut sind. Bislang habe
ich auf die Schnelle nur gefunden:
Wikipedia: "Man unterscheidet zwischen zweipoligen und dreipoligen
Kapseln. Dreipolige Kapseln werden vorzugsweise in Drainschaltung
betrieben, während zweipolige Kapseln nur in Sourceschaltung (siehe
Bild) betrieben werden können."
Die Verhaltensweisen sind ja prinzipiell unterschiedlich: In
Source-Schaltung ist der Arbeitswiderstand für die Verstärkung über die
Steilheit des FETs im Arbeitspunkt entscheidend. Gekoppelt mit einem TIA
wirkt der Gegenkopplungswiderstand des TIAs als Arbeitswiderstand und
würde, z.B. in diesem Fall, die Verstärkung um 75k : 10k erhöhen. Also
ziemlich wenig. Vernachlässigt habe ich hier die Ausgangsimpedanz des
FETs. Wenn die mit 2,2k angegeben ist, wäre sie natürlich entscheidend,
und wir kämen auf 75k : 2,2k.
2,2k scheint mir aber eine arg niedrige Ausgangsimpedanz für einen
N-JFET.
Ich sehe nicht ein, warum zweipolige Kapseln nur in Sourceschaltung
betrieben werden können. Mit einem P-JFET geht es auch zweipolig in
Drain-Schaltung als Source-Folger, der externe Widerstand ist dann der
Source-Widerstand. Dann wäre die Ausgangsimpedanz viel kleiner, da
kommen mir 2,2k wieder arg hoch vor.
In einigen Datenblättern habe ich dazu nichts besseres als das auf dem
Bild gefunden. Das kann beides sein. Vielleicht sind P-JFETs in solchen
Anwendungen ja prinzipiell ungeeigneter.
Soweit ich weiß haben die 2 poligen Kapseln den Kondensator mit Elektret
für die "Vorspannung" zwischen Source und gate. Der Leckstrom am Gate
sorgt auch für die DC Vorspannung, sonst ist da ggf. noch ein sehr
hochohmiger Widerstand parallel. Durch die Interne Schaltung ist quasi
vorgeben eine Source-schaltung zu nutzen. Wenn man das Mikrifon anders
herum polt passe die DC Spannung nicht mehr so richtig. Im Prinzip
könnte man aber wohl noch ein Signal sehen.
Die Ausgangsimpedanz der Kapseln sollte auch deutlich höher als die
genannten 2.2 K sein (eher so 100 K - 1 Meg). Die 2.2 K sind ggf.
relevant weil für einen ähnlichen Widerstand die Empfindlichkeit
angegeben ist. Man würde auch mit einem größeren Widerstand bei der
normalen Schaltung noch mehr Signal bekommen. Allerdings überwiegt dann
ggf. irgendwann die Kapazitive Last. Auch muss der Strom ja irgendwo her
kommen. D.h. viel mehr als die 10 K gehen nicht um etwa 0.5 mA zu
bekommen.
Der Zahn der Zeit schrieb:> Generell frage ich mich, wie ECMs intern aufgebaut sind. Bislang habe> ich auf die Schnelle nur gefunden:
Hallo ZdZ, es gibt ein paar Seiten mit Mikrophon-"Teardowns", z.B.
http://www.firstpr.com.au/rwi/mics/2009-09-a/ . Dort werden ein paar der
verbauten JFETs identifiziert (bzw. erraten): z.B. n-Typen: 2SK1109,
2SK596. Beim 596 dürfte Ron eher im Bereich 20k liegen (Idss@5V ~ 250uA,
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/2SK596S-D.PDF).
Beim FG-23629 von Knowles (JFET unbekannt) messe ich ca. 22k von Out zu
GND. Bei einem Kapseldurchmesser von 2.6mm scheint mir ein Teardown
wenig aussichtsreich :-)
Der Link ist informativ. Wenn ich mal davon ausgehe, dass alle 2-poligen
so gebaut sind (also Source-Schaltung), und die Transistordaten wie die
vom K1109 sind, dann müsste die DC-Ausgangsimpedanz des FETs bei 250
kOhm liegen, also eine reine Konstantstromsenke sein. Allerdings dürfte
die Verstärkung der gesamten Schaltung durch den Miller-Effekt bestimmt
(Cdg/Ccaps) sein, und damit eine erhebliche Gegenkopplung bei höheren
Frequenzen im Audio-Bereich entstehen, die die Ausgangsimpedanz der
gesamten Schaltung wiederum senkt - was die mir zuvor schleierhaften
2,2k erklärt. Mit ganz wenigen pF für Cdg (Drain-Gate) zu ~15pF für
Ccaps wird die Ladung, die sonst in 15pF entsteht, jetzt in wenige pF
übertragen, wodurch die Spannung höher ist. Nebenbei: Der FET wirkt bei
Audio-Frequenzen also auch als TIA.
(Bleibt die unwichtige Frage, ob es nicht auch 2-polige Kapseln mit
P-JFET als Source-Folger gibt, oder warum nicht.)
Bei Youtube hat jemand ein Video zum Thema "Elektret Mikrofonkapsel
umbauen auf 3 Polig, Sourceschaltung und Drainschaltung" eingestellt:
https://www.youtube.com/watch?v=VdGFPjPq5mw
Der Zahn der Zeit schrieb:> Vielleicht sind P-JFETs in solchen> Anwendungen ja prinzipiell ungeeigneter.
P-Fets und PNP-Transistoren haben bei gleichem Aufbau grund-
sätzlich schlechtere Daten als gleichgrosse N-Ausführungen.
Das ist physikalisch bedingt und deshalb wird man normaler-
weise keine P-Typen verwenden, wenn es schaltungstechnisch
nicht notwendig ist.
Harald W. schrieb:> Der Zahn der Zeit schrieb:>>> Vielleicht sind P-JFETs in solchen>> Anwendungen ja prinzipiell ungeeigneter.>> P-Fets und PNP-Transistoren haben bei gleichem Aufbau grund-> sätzlich schlechtere Daten als gleichgrosse N-Ausführungen.> Das ist physikalisch bedingt und deshalb wird man normaler-> weise keine P-Typen verwenden, wenn es schaltungstechnisch> nicht notwendig ist.
Das ist gerade in Bezug auf Rauschen und PNP-Transistoren grundfalsch.
Interessante p-Fets sind ausgestorben.
Gruß, Gerhard
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