Virtuelle OP-Masse schwingt

[Bjoern E. (bjoern_e)]

Hallo,

vor kurzem habe ich die Schaltung im Anhang aufgebaut.

Die Schaltung funktioniert sehr gut bis auf ein gravierendes Problem:
Die virtuelle Masse, die mit dem zweiten System im Gehäuse (Pins 5, 6, 
7) erzeugt wird, rauscht und schwingt vor sich hin, mit ca. 80mVss. 
Ansonsten liefert sie aber (im Mittel) die halbe Betriebsspannung.

Habe testweise alles mögliche abgeblockt, der OP hat direkt von Pin 8 
nach Pin 4 einen 100nF-Kerko (also von +Ub nach -Ub), die 
Betriebsspannung ist mit Elkos und Kerkos abgeblockt.
Woran könnte es also liegen?

Wenn man beide Eingänge von System 1 über ihre Cs auf Null legt, hat das 
auch keinen Einfluss.


Ansonsten mehr zur Entstehung der Schaltung bei Interesse in diesem 
Beitrag:
Beitrag "Zwei Fragen zu Mikrofonverstärker mit OP als Differenzverstärker"

[Florian (flori_n)]

Der NE5532 ist offensichtlich schonmal stabil bei Verstärkung von 1.
Mit welcher Frequenz schwingt er?
Ist das Eingangssignal stabil?

Die Netzspannung koppelt gerne mal ein. Bei 100 kΩ könnte das schon 
sein. Das würde ich zwar wegen des großen Kondensators als eher 
unwahrscheinlich ansehen, aber man sollte es durch Messung ausschließen.

Ist an Ua noch irgendwas angeschlossen?

[Max H. (nilsp)]

Viele Operationsverstärker mögen es nicht, wenn man direkt vom Ausgang 
eine kapazitive Last treibt.

Schau mal, was bei deiner virtuellen Masse an Kondensatoren gegen Ground 
geschaltet sind und nehme sie zum Test mal raus.

Eventuell reicht es auch schon, zwischen dem Ausgang der virtuellen 
Masse und den Rest der Schaltung einen kleinen Widerstand, z.B. 22 Ohm 
einzubauen. Dann sieht der Opamp die Kapazität nicht mehr so stark, das 
es zum Schwingen kommt.

[Luca E. (derlucae98)]

Bjoern E. schrieb:
> Habe testweise alles mögliche abgeblockt, der OP hat direkt von Pin 8
> nach Pin 4 einen 100nF-Kerko (also von +Ub nach -Ub), die
> Betriebsspannung ist mit Elkos und Kerkos abgeblockt.
> Woran könnte es also liegen?

Am Ausgang des NE5532-2 hängt hoffentlich kein Kondensator. Der könnte 
das Schwingen erklären.

[H. H. (hhinz)]

Die Stützkondensatoren, die du nicht eingezeichnet hast, sind zu viel 
kapazitive Last für den 5532.

[F. P. (fail)]

Selbst der TLE2426, der genau hierfür konstruiert wurde, schwingt für 
manche Lastkapazitäten und -ströme.

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

Der Sinn von symetrischer Übertragung ist ja,
es sollen Gleichtaktstörungen unterdrückt werden.
Dazu müssen die Eingangsimpedanzen der beiden Eingänge
aber auch gleich sein. Ist es hier aber nicht.
Der -Eingang hat 1 kOhm, und der +Eingang hat 23 kOhm.
Ich würde hinter den unteren 4,7µF Kondensator noch
ein Widerstand von 1,1 kOhm nach Masse schalten,
dann sind die Eingangsimpedanzen etwa gleich.
Oder vor beiden Eingängen einen nichtinvertierenden
Spannungfolger schalten.

[Mani W. (e-doc)]

Bjoern E. schrieb:
> vor kurzem habe ich die Schaltung im Anhang aufgebaut.

Es wäre gut, wenn Du bei Schaltplänen auch einen Punkt für
Verbindungen malst...

[Manfred K. (4for)]

Mani W. schrieb:
> einen Punkt

Brille?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Bjoern E. schrieb:
> Ansonsten mehr zur Entstehung der Schaltung
Dort steht, dass

Bjoern E. schrieb:
>>>> habe nur eine unsymmetrische Spannungsversorgung (+15V).

Warum verpasst du der Verstärkerschaltung dann nicht einfach einen 
Offset und verwendest diese unipolare Versorgung?

Gechickterweise verwendet man dann für R4 und R5 einen Widerstandswert 
aus der E-Reihe und für den R2 eine Parallelschaltung 2 der gleichen 
Widerstände.
Mit 44k2 aus der E96-Reihe wäre dann die gewünschte Verstärkung von 22 
wieder erreicht...

[Rainer W. (rawi)]

Manfred K. schrieb:
> Mani W. schrieb:
>> einen Punkt
>
> Brille?

Lupe

Bjoern E. schrieb:
> Woran könnte es also liegen?

Wie sieht die Stromversorgung aus?
Zeig einfach den Gesamtschaltplan.

[Michael B. (laberkopp)]

Lothar M. schrieb:
> Warum verpasst du der Verstärkerschaltung dann nicht einfach einen
> Offset und verwendest diese unipolare Versorgung

Macht er doch, aber nicht so irre wie du (volle Kopplung jeder winzigen 
Versorgungsspannungsstörung ins Eingangssignal) sondern klug.

Trotzdem: hohe Verstärkung reagiert halt schon allergisch auf 
Leiterbahnführung und bei ihm schwingt schon der Rail-Splitter.

Das kann mit kapazitiver Last zu tun haben, oder mit 
Versorgungsspannungseinkopplung.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Michael B. schrieb:
> Macht er doch, aber nicht so irre wie du (volle Kopplung jeder winzigen
> Versorgungsspannungsstörung ins Eingangssignal) sondern klug.
Egal, wie er es macht: er braucht eine stabile Versorgung oder eine 
stabile Referenz oder einen stabilen virtuellen GND.

Woher nehme ich den Offset?
Richtig: über einen Spannungsteiler aus der Versorgungsspannung.

Und woher nimmt dieser virtuelle GND seine "Referenz?
Richtig: über einen Spannungsteiler aus der Versorgungsspanung.

Und zumindest ich könnte diese "Offsetversorgung" nötigenfalls ohne 
weiteres von der 15V-Spannung so entkoppeln, dass da nichts mehr stört.

Über "klug" und "irre" und diese für dich bekannte rüpelhafte Wortwahl 
können wir dann mal getrennt diskutieren.

[Udo K. (udok)]

Lothar M. schrieb:
> Und zumindest ich könnte diese "Offsetversorgung" nötigenfalls ohne
> weiteres von der 15V-Spannung so entkoppeln, dass da nichts mehr stört.

Dann brauchst du aber sehr saubere 15 Volt.  Wenn das eine Batterie ist, 
dann geht das, sonst eher nicht.  Mit einem 50 Hz Trafo und 0815 Reglern 
mit 65 dB PSRR und kommst du auf ca. 10 mV 100Hz Brumm am Ausgang...

> Und woher nimmt dieser virtuelle GND seine "Referenz?
> Richtig: über einen Spannungsteiler aus der Versorgungsspanung.
und einem Glättungskondensator...

Aber woher kommt bei einem passiven Mikrofon überhaupt ein 
Gleichtaktstörsignal her?

[Michael B. (laberkopp)]

Lothar M. schrieb:
> Egal, wie er es macht: er braucht eine stabile Versorgung oder eine
> stabile Referenz oder einen stabilen virtuellen GND.
> Woher nehme ich den Offset?
> Richtig: über einen Spannungsteiler aus der Versorgungsspannung.
> Und woher nimmt dieser virtuelle GND seine "Referenz?
> Richtig: über einen Spannungsteiler aus der Versorgungsspanung

Du hast Grundlagen leider überhaupt nicht verstanden.

Das erzeugte Audiosignal wird über C3 des LTSpice Schaltplan auf die 
echte Masse der Versorgungsspannung verschoben.

Jede Störung der virtuellen Masse im Audiofrequenzbereich gegenüber 
dieser echten Masse wirkt sich direkt als Störgeräusch im Audiosignal 
aus.

Daher hat Björn in seiner Schaltung die 10uF drin.

In deiner Simulation ist alles tutti weil deine Versorgungsspannung 
perfekt glatt ist. Moduliere mal 0.1V Sinus drauf um das Drama am 
Ausgang zu sehen.

Es ist immer ein Problem, wenn die, die meinen antworten zu müssen, noch 
weniger von der Sache verstehen, wie diejenigen, die Fragen.

[Bjoern E. (bjoern_e)]

Hallo und Danke für die vielen Antworten! Hat leider etwas gedauert, bin 
grade viel im HF-Forum unterwegs.

Also, zwischen der virtuellen Masse und R4 hatte ich einen Streifen 
Platine umständlich verlegt. Den habe ich jetzt rausgeworfen und R4 
direkt und auf kürzestem Wege mit der virtuellen Masse verbunden (etwas 
anderes hängt ja nicht an der virtuellen Masse).
Dadurch hat sich das Prasseln/Schwingen/Rauschen/Zirpen von ca. 80mV auf 
20mV verringert, das ist ja schon mal ein kleiner Erfolg.

Max H. schrieb:
> Viele Operationsverstärker mögen es nicht, wenn man direkt vom Ausgang
> eine kapazitive Last treibt.

Danke Max, das war also schon mal eine gute Idee!
(übrigens waren keine extra Cs an der virtuellen Masse)


Florian schrieb:
> Die Netzspannung koppelt gerne mal ein. Bei 100 kΩ könnte das schon
> sein.

Um das auszuschließen habe ich die Schaltung testweise mit einem 
12V-Bleiakku betrieben und mit einer 9V-Blockbatterie. Das hat an der 
Prasseln/Schwingen/Rauschen/Zirpen-Problematik absolut nichts geändert, 
die Ursache muss eine andere sein.

Günter L. schrieb:
> Der Sinn von symetrischer Übertragung ist ja,
> es sollen Gleichtaktstörungen unterdrückt werden.
> Dazu müssen die Eingangsimpedanzen der beiden Eingänge
> aber auch gleich sein. Ist es hier aber nicht.
> Der -Eingang hat 1 kOhm, und der +Eingang hat 23 kOhm.
> Ich würde hinter den unteren 4,7µF Kondensator noch
> ein Widerstand von 1,1 kOhm nach Masse schalten,
> dann sind die Eingangsimpedanzen etwa gleich.
> Oder vor beiden Eingängen einen nichtinvertierenden
> Spannungfolger schalten.

Ja, da hast du völlig recht, das war mir auch schon aufgefallen. Das 
Problem müssen dann ja alle Differenzverstärker haben.

Mehr konnte ich hier leider noch nicht ausprobieren.


Mani W. schrieb:
> Es wäre gut, wenn Du bei Schaltplänen auch einen Punkt für
> Verbindungen malst...

Die sind tatsächlich etwas dünn geworden, sorry.


Rainer W. schrieb:
> Wie sieht die Stromversorgung aus?
> Zeig einfach den Gesamtschaltplan.

Die sieht man im Anhang.

Lothar M. schrieb:
> Und zumindest ich könnte diese "Offsetversorgung" nötigenfalls ohne
> weiteres von der 15V-Spannung so entkoppeln, dass da nichts mehr stört.

Das könnte man über ein RC-Glied machen, teste ich morgen, wenn ich 
Lothars Vorschlag getestet habe.


Udo K. schrieb:
> Aber woher kommt bei einem passiven Mikrofon überhaupt ein
> Gleichtaktstörsignal her?

Meistens wahrscheinlich über den Außenschirm der Leitung.


Lothar M. schrieb:
> Warum verpasst du der Verstärkerschaltung dann nicht einfach einen
> Offset und verwendest diese unipolare Versorgung?

Vielen Dank Lothar für die Simulation! Die Idee ist wirklich gut!
Dann braucht man keine virtuelle Masse mehr. Allerdings bin ich nicht 
ganz sicher, was dann mit System 2 im Gehäuse zu machen ist. Beide 
Eingänge (also + und -) auf null Volt des NT und den Ausgang nicht 
beschalten?

[Rick (rick)]

Bjoern E. schrieb:
> Beide
> Eingänge (also + und -) auf null Volt des NT und den Ausgang nicht
> beschalten?
Ja. Wobei ich die Eingänge nicht hart auf GND klemmen würde, sondern 
über 1kOhm..10kOhm.

[Christoph Z. (rayelec)]

Meine zwei Fragen wären:
1. ist der 5532 ein Original (Philips, Ti, JRC) oder aus zweifelhafter 
Quelle?
2. ist der 10uF am Spannungsteiler ein Elko?
Vielleicht mal einen etwas kleineren 100nF Folienkondensator oder MLCC 
X7R ausprobieren?

[Andrew T. (marsufant)]

Bjoern E. schrieb:
> Max H. schrieb:
>> Viele Operationsverstärker mögen es nicht, wenn man direkt vom Ausgang
>> eine kapazitive Last treibt.
>
> Danke Max, das war also schon mal eine gute Idee!
> (übrigens waren keine extra Cs an der virtuellen Masse)

Tja, dann bitte 100 Ohm direkt zwischen Ausgang vom OPV der für die 
virtuelle Masse geplant ist, und dann die Masse mit jeweils 100nF gegen 
Plus und Minus. Rückführung zum inv. Eingang des Virt. Masse OPV 
natürlich dann von diesme Punkt.

Du kannst dann ja mit dem Oszilloskop den (positiven) Einfluss dieser 
Aktion direkt überprüfen. Die V. Masse muss dann störungsfrei sein.

[Götz R. (darfnurdiefolgendenz)]

Als ich mal virtuelle Masse gemacht habe - mit A 2030 - hatte ich 
dasselbe Problem, bis ich merkte, dass ein Boucherot-Glied auch hier 
sinnvoll ist. Vielleicht probeweise 100n mit 10 Ohm in Reihe vom Ausgang 
an den richtigen Massepunkt?

[Michael B. (laberkopp)]

Götz R. schrieb:
> Als ich mal virtuelle Masse gemacht habe - mit A 2030 -

Der ist nicht gain 1 stabil, braucht also sowieso eine andere 
Beschaltung

Siehe unity gain im Datenblatt von ihm als OpAmp verkauft

https://www.st.com/resource/en/datasheet/cd00000052.pdf

oder LM675 Datenblatt

[Marcel V. (mavin)]

Götz R. schrieb:
> bis ich merkte, dass ein Boucherot-Glied auch hier sinnvoll ist.

Den TCA 365 gibt es zwar nicht mehr, aber auch damals hatte man schon 
ein Boucherot-Glied für virtuelle Massen, wegen der eventuellen 
komplexen Lasten, vorgesehen.

[Udo K. (udok)]

Marcel V. schrieb:
> Den TCA 365 gibt es zwar nicht mehr, aber auch damals hatte man schon
> ein Boucherot-Glied für virtuelle Massen, wegen der eventuellen
> komplexen Lasten, vorgesehen.

Nur dass das nichts nützt.  Du musst die Last vom OPV Ausgang isolieren, 
sonst bildet der Lastkondensator mit dem OPV Innenwiderstand einen 
zusätzlichen Tiefpass.  Bei Poweramps verwendet man gerne eine 1 µH 
Spule, bei Opamps üblicherweise 50-500 Ohm.  Das Boucherot Glied sorgt 
nur dafür, dass der Amp auch bei hohen Frequenzen (wo er gerne schwingt) 
eine ordentliche Last sieht, sodass die Schleifenverstärkung nicht zu 
hoch wird.  Das brauchst du bei OPV nicht, die sind ordentlich 
kompensiert.

Aber in der Schaltung vom TE hängt der Ausgang sowieso nur an einem 22 
kOhm Widerstand, der zum "+" Eingang geht.  Wenn ich nichts übersehen 
habe.  Da hat der OPV keine nennenswerte Last, und sollte auch nicht 
schwingen.
Das ist also nur eine Referenzspannung und kein echter virtueller GND.
Da gibt es keinen Grund, dass der schwingt, außer mieser Aufbau auf dem 
Steckbrett.

[Harald W. (wilhelms)]

Bjoern E. schrieb:

> Die virtuelle Masse, die mit dem zweiten System im Gehäuse (Pins 5, 6,
> 7) erzeugt wird, rauscht und schwingt vor sich hin, mit ca. 80mVss.

Mit welcher Frequenz?

[Udo K. (udok)]

Am Ausgang der Schaltung fehlt ein 10 µF Koppelkondensator, und der 
Ausgang muss sich auf den echten GND beziehen, sonst wird der OPV 
ziemlich sicher schwingen, wenn ein paar Meter Kabel dranhängen (Oszi 
Probe auf x10 stellen!).
Der NE5532 ist da relativ empfindlich und sowieso schon unglücklich mit 
nur 15 Volt.

[Bjoern E. (bjoern_e)]

Christoph Z. schrieb:
> Meine zwei Fragen wären:
> 1. ist der 5532 ein Original (Philips, Ti, JRC) oder aus zweifelhafter
> Quelle?
> 2. ist der 10uF am Spannungsteiler ein Elko?
> Vielleicht mal einen etwas kleineren 100nF Folienkondensator oder MLCC
> X7R ausprobieren?

zu 1.: Der, den ich verwende, hat ein S aufgedruckt. Von denen hatte ich 
mal 20 Stück bei einem Großhändler (RS?) geholt und viele in Verstärkern 
verbaut (meistens als invertierende NF-Vorverstärker oder 
nichtinvertierende Mischstufen) und hatte da nie Probleme.

zu 2.: ja, dort sitzt ein Elko. Tausch gegen 100nF X7R ändert nichts.


Andrew T. schrieb:
> ja, dann bitte 100 Ohm direkt zwischen Ausgang vom OPV der für die
> virtuelle Masse geplant ist, und dann die Masse mit jeweils 100nF gegen
> Plus und Minus.

Also, habe 100 Ohm eingefügt und dann einen C von 470nF X7R direkt nach 
Masse geführt. Am Schnittpunkt dieser beiden Bauteile sitzt nun R4 und 
das Rauschen ist danach fast verschwunden.
Eventuell könnte man die Gegenkopplung der virtuellen Masse auch an 
diesem Punkt ansetzen.
Das Prasseln und Zirpen ist leider geblieben.
Dann habe ich etwas experimentiert und rausgefunden, dass das Prasseln 
und Zirpen deutlich lauter wird, wenn man einen 10cm langen Draht in die 
Nähe von Pin2 und Pin3 hält (bes. bei Pin3 nimmt es zu).

Dann habe ich einfach den beiden symmetrischen Mikrofonleitungen 
Ferritperlen spendiert, was das Prasseln und Zirpen etwas reduziert hat.

Dann habe ich die 56pF-Cs direkt von Null an die OP-Eingänge Pin2 und 3 
gelegt, und dann ist das Prasseln und Zirpen wieder deutlich lauter 
geworden.


Harald W. schrieb:
> Mit welcher Frequenz?

Lässt sich mit dem Oszi nicht bestimmen, zu unregelmäßig.


Udo K. schrieb:
> Am Ausgang der Schaltung fehlt ein 10 µF Koppelkondensator

Da ist ein 4u7-C

> und der
> Ausgang muss sich auf den echten GND beziehen

tut er

> Der NE5532 ist da relativ empfindlich und sowieso schon unglücklich mit
> nur 15 Volt.

Glaube ich nicht, der läuft aus meiner Erfahrung auch noch mit 5V 
(+-2,5V), ein TL07x hat da längst aufgegeben.

[Bjoern E. (bjoern_e)]

Das Masse-Problem würde ich erst mal als gelöst ansehen, das Zirpen 
kommt von Pin2 und besonders von Pin3, wie es aussieht.

Ich überlege, R2 und R4 mit 47pF zu überbrücken (also so in der Art, wie 
es bei inv. und nichtinv. Verstärkern gerne gemacht wird)...

[H. H. (hhinz)]

Bjoern E. schrieb:
>> Der NE5532 ist da relativ empfindlich und sowieso schon unglücklich mit
>> nur 15 Volt.
>
> Glaube ich nicht, der läuft aus meiner Erfahrung auch noch mit 5V
> (+-2,5V), ein TL07x hat da längst aufgegeben.

Wenn es um Glauben geht, dann wende dich an einen Vertreter der von dir 
bevorzugten Religionsgemeinschaft.