Roast my balanced (Audio) Eingangsverstärker Design

[Paul H. (powl)]

Hi,

ich versuche gerade eine neue Elektronik für die Musikbox für einen 
Kumpel zu designen, die ich ihm vor Jahren mal gebastelt habe. Er ist 
Musiker und schließt daran gerne mal Mikrofon und Gitarre an. Hier geht 
es um den Eingangsverstärker für symmetrische Eingangssignale (oder auch 
mal asymmetrische Signale) am 4-Kanal Mixer.

Das Design hat sich grundsätzlich bereits bewährt. Eingangswiderstand 
ist 24kOhm, was für Gitarren gerade noch so in Ordnung gehen sollte, 
eventuell kann man das auf 100k erhöhen (zulasten der Störfestigkeit). 
VCCA/2 wird über einen Spannungsteiler erzeugt und per OpAmp 
stabilisiert.

Neu hinzugekommen ist der Offset-Trim. Der TL074 hat bis zu +-5mV 
Gleichtakt-Offsetspannung, was dazu führt, dass am Ausgang des 
Differenzversärkers eine nicht zu verachtende Offset-Spannung bekomme. 
Die wird zwar per Koppelkondensator von der nachfolgenden Stage 
entkoppelt aber wenn ich am Lautstärke-Poti J4 herumdrehe oder den +30dB 
Gain-Knopf SW4 betätige, braucht es kurz, um den Koppelkondensator 
umzuladen. Um das zu verhindern möchte ich mittels Trimmer RV2 eine 
Korrekturspannung in oberen Zweig einspeisen.

Durch das Trimmer-Netzwerk verringert sich die Eingangsimpedanz im 
oberen Zweig von 100k auf ca. 91kOhm, daher habe ich im unteren Zweig 
eine 91kOhm Widerstand gewählt.

Aktuell versuche ich noch, auszurechnen, wie sich die einzelnen 
Widerstandswerte exakt auf den Eingangswiderstand auswirken und dem 
Trimmer noch Vorwiderstände in Richtung VCC und GND zu spendieren um den 
Trimmbereich einzuschränken.

Ist das ein tauglicher Ansatz? Welche Tipps aus der Praxis könnte ich 
noch implementieren?

Grüße, Paul

[Luca E. (derlucae98)]

Paul H. schrieb:
> Neu hinzugekommen ist der Offset-Trim. Der TL074 hat bis zu +-5mV
> Gleichtakt-Offsetspannung, was dazu führt, dass am Ausgang des
> Differenzversärkers eine nicht zu verachtende Offset-Spannung bekomme

Nimm einen besseren Opamp.

[Mark S. (voltwide)]

Ich sehe da einen Eingangswiderstand von 100k||100k||1M0, also ca 
40kOhm.
Deutlich zu wenig für eine passiv verschaltete E-Gitarre.
Es ist Unsinn den Eingangswiderstand besonders niedrig anzusetzen um 
Störungen zu minimeren. Damit minimierst Du Störungen und das 
Nutzsignal, unter dem Strich verlierst Du also nur Verstärkung.
Einen 30dB-Vorverstärker baut man nicht mit DC-Kopplung auf und hat dann 
auch keine DC-Offset-Probleme.
Der TL074 als Feld-Wald-und Wiesen Teil ist nun auch nicht sooo 
schlecht, für viele Anwendungen reicht er völlig hin.
just my 3cent incl VAT+Tax

[Paul H. (powl)]

Mark S. schrieb:
> Ich sehe da einen Eingangswiderstand von 100k||100k||1M0, also ca
> 40kOhm.
Korrekt, war ein Denkfehler, da ich ja beide Zweige separat betrachten 
muss.

> Deutlich zu wenig für eine passiv verschaltete E-Gitarre.
Bisher gabs keine Beschwerden aber nach einigem Einlesen hast du wohl 
Recht und ich sollte da eher Faktor 4 oder mehr ansetzen. Mit DI-Box 
relativiert sich das ganze dann allerdings wieder.

> Es ist Unsinn den Eingangswiderstand besonders niedrig anzusetzen um
> Störungen zu minimeren. Damit minimierst Du Störungen und das
> Nutzsignal, unter dem Strich verlierst Du also nur Verstärkung.
> Einen 30dB-Vorverstärker baut man nicht mit DC-Kopplung auf und hat dann
> auch keine DC-Offset-Probleme.

Du meinst die AC-Kopplung direkt in den Differenzverstärker einbauen 
anstatt davor?

Luca E. schrieb:
> Nimm einen besseren Opamp.

Auch eine valide Option. Spontan ein paar Vorschläge, bevor ich mich auf 
die Suche begebe?

[Jobst M. (jobstens-de)]

Paul H. schrieb:
> Spontan ein paar Vorschläge, bevor ich mich auf
> die Suche begebe?

Zunächst der Klassiker, wenn es um Audio geht: NE5534A bzw. NE5532A, 
rauscharm, sehr günstig, jedoch kein FET-Eingang.

Mit FET-Eingängen: OPA1641/1642/1644  - besser aber auch etwas teurer

Schau Dir auch mal den OPA1632 an! Ich sehe gerade, dass es mit dem 
nicht sonderlich hochohmig am Eingang wird. Aber schau ihn Dir dennoch 
mal an!


Gruß
Jobst

[Mark S. (voltwide)]

Paul H. schrieb:
> Du meinst die AC-Kopplung direkt in den Differenzverstärker einbauen
> anstatt davor?

Kannst Du machen. Das führt allerdings zu relativ großen 
Kapazitätswerten.
Bei 30dB Verstärkung ist der offset ja noch nicht groß, da genügt es 
auch AC-mäßig auszukoppeln.
Bevor es an das beliebte Spiel Op-Amps-rolling geht, bring erst mal die 
Schaltung zu Ende, teste sie und dann kannst Du überlegen ob es das 
überhaupt braucht.

[Jobst M. (jobstens-de)]

So, ich habe mir das gerade nochmal genauer angesehen.

So richtig passende OPVs (FET, geringer Offset, Audiotauglich und dann 
noch erschwinglich) gibt es hierfür leider nicht.

Man könnte nun mit 2x OPA827 und dann 1x OPA1611 draufhauen. Kostet dann 
aber so 25€

Man könnte auch mit dem OPA2182 herumprobieren, aber ich bin mir nicht 
sicher, ob der für Audio wirklich geeignet ist.


Mark S. schrieb:
> Paul H. schrieb:
>> Du meinst die AC-Kopplung direkt in den Differenzverstärker einbauen
>> anstatt davor?
>
> Kannst Du machen. Das führt allerdings zu relativ großen
> Kapazitätswerten.

Man könnte eine aktive Offsetkorrektur mit OP27 einbauen.
Den OP27 könnte man auch durch einen OPA387 mit zusätzlicher eigener 
Versorgung ersetzen. Der verträgt nur 5V hat aber eine sehr sehr geringe 
Offsetspannung.


Gruß
Jobst

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Jobst M. schrieb:
> So richtig passende OPVs (FET, geringer Offset, Audiotauglich und dann
> noch erschwinglich) gibt es hierfür leider nicht.

'Erschwinglich' ist etwas ungenau. Aber der ältere OPA2134 und der neue 
OPA2141 haben alles was du brauchst.

[Klaus R. (klausro)]

Paul H. schrieb:
> Mark S. schrieb:
>> Deutlich zu wenig für eine passiv verschaltete E-Gitarre.
> Bisher gabs keine Beschwerden aber nach einigem Einlesen hast du wohl
> Recht und ich sollte da eher Faktor 4 oder mehr ansetzen.

Eher in Höhe von 500k-1MOhm. Aber: fast alle Akustikgitarren haben z.B. 
einen PreAmp mit Impedanzwandler und viele E-Gitarren werden auch über 
einen Multieffekt angeschlossen. Dann stört die niedrige 
Eingangsimpedanz nicht.

An eine Fullrange-"Gesangsbox" über den Mikroeingang schließt man eh 
keine E-Gitarre direkt an...

Trotzdem würde ich einen zweiten, unabhängigen Kanal unsymmetrisch mit 
hohen Eingangswiderstand für die Gitarre nehmen, da kannst du dann auch 
den TL072 nehmen.

[Luca E. (derlucae98)]

Ich werfe noch den INA849 in den Ring. Da hat man den 
Instrumentenverstärker direkt in einem Chip und einen sehr geringen 
Offset.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Matthias S. schrieb:
> 'Erschwinglich' ist etwas ungenau.

Mag sein, ist aber dennoch ein Punkt, wenn statt der ursprünglichen 
TL074 der 100-fache Preis für die Anschaffung von OPVs aufgerufen wird.

> der ältere OPA2134

Dann bitte in der single-Variante (OPA134), so dass man auch die 
Offset-Anschlüsse bekommt.

Luca E. schrieb:
> Ich werfe noch den INA849 in den Ring.

... und wenig Rauschen und Klirr.
Finde ich gut!


Gruß
Jobst