Hallo Gemeinde, ihr habt mir bei meiner Schaltung schon sehr geholfen, nun habe ich eine weitere Frage an die Analogtechniker unter euch. Ich wandle ein Audiosignal über zwei Operationsverstärker (NE5532) in ein symmetrisches Signal um. Für die Spannungsversorgung der OPVs verwende ich folgenden DC/DC-Wandler: http://www.reichelt.de/Wandler-Module-DC-DC/TMH-0512D/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=121343;GROUPID=4956;artnr=TMH+0512D Dieser hat eine Restwelligkeit:150 mVpk-pk max. (20 MHz Bandbreite) Da hier keine Grenzfrequenzen genannt werden gehe ich mal von 0-20MHz aus. Nun frage ich mich ob und wie sich dieses Rauschen an das Signal, das über den OPV läuft überträgt. Würde sich diese Restwelligkeit hörbar auf das Signal auswirken? Immerhin befindet sich ein Teil des Rauschens an der Versorgung im hörbaren Bereich. Sollte man hier Entkoppelkondensatoren am OPV einsetzen? Wenn ja wo hin? Zwischen den Spannungen, oder jeweils gegen Masse? Oder beides?
Die Restwelligkeit kann man doch mit ordentlich Filterung raus bekommen. Kleine Spule in die Versorgungsleitung, paar dicke Kondensatoren dahinter und dann wird schon 'ne schöne Gleichspannung raus kommen. Elektromagnetische Einkopplungen verhinderst du damit aber nicht. Die Versorgungsspannungsunterdrückung ist im Datenblatt mit >80dB angegeben. Ich behaupte mal die 150mV hört man nicht (unabhängig vom Frequenzbereich).
>ist im Datenblatt mit >80dB angegeben.
Dieser Wert (PSRR, power supply rejection ratio ) ist in der Regel auf
niedrige Frequenzen bezogen, so einige hundert Herz. Im MHz Bereich ist
das viel weniger, im Tonfrequenzbereich mag es noch gut genug sein...
Wenn die Schaltung vernünftig ausgelegt ist, wirken sich Welligkeiten in der Versorgungsspannung nur unwesentlich auf das Audio-Signal aus. Die Gegenkopplung der Verstärkerschaltung bewirkt, dass die Ausgangsspannung präzise der Eingangsspannung folgt und dass die Höhe der Versorgungsspannung keine Rolle spielt. Hifi Endstufen (enthalten meisstens OP-Amps) werden in der Regel mit einer unstabilisierten Versorgungsspannung betrieben. Sie schwankt unter Last ganz beträchtlich, kann durchaus mehr als 10V Abweichung von der Leerlaufspannung sein. Ich persönlich betreibe auch Vorverstärker meistens mit einer ungeregelten Spannung (z.B. 12V Travo mit Gleichrichter und Glättungskondensator). Im Schaltungsdesign berücksichtige ich das natürlich: 1) Durch einsatz einer symmetrischen Spannungsversorgung, dann ist GND die Referenz. oder 2) Durch Erzeugen einer brummfreien Referenz-Spannung mit Hilfe einer LED oder Z-Diode und R/C Tiefpass.
In den Datenblättern von OPAmps gibt es ein dediziertes Maß für die Auswirkung von Versorgungsspannungsänderungen auf die Ausgangsspannung. Nennt sich "Power supply rejection ratio", kurz PSRR. Gibt auch einen Wikipedia-Artikel dazu.
Diese PSRR ist keine Zahl. es ist eine Funktion der Frequenz. Und diese Funktion ist im Datenblatt enthalten. Im Datenblatt des Herstellers, nicht zwingend im Datenblatt eines Trittbrettfahrers.
An sich sind OPs relativ unempfindlich gegen Restwelligkeit auf der Versorgung. Allerdings wird das mit zunehmender Frequenz schlechter, und die Störungen so eines DCDC Wandler sind eher so im Bereich 100 kHz - 1 MHz. Die Störungen sind auch deutlich oberhalb des Hörbereichs und werden so nur indirekt ggf. doch hörbar. Die meisten der Störungen kann man ganz gut mit LC Filtern loswerden - mit einem großen Kondensator muss man aber aufpassen - die DCDC Wandler haben ggf. ein Maximum für die Kapazität die man direkt dran hängen darf. Wichtiger ist bei den Frequenzen aber ohnehin das Layout und ESR des Kondensators. Also lieber ein paar µF als Keramik als ein 1000 µF Elko und dann bei den Spulen sparen. Sofern man die galvanische Trennung braucht, hat man aber ggf. Gleichtaktstörungen (eine Kapazitiv eingekoppelte Spannung zwischen den beiden Seiten), die sich schwer filtern lassen.
@ T. roll Ich habe nicht geschrieben, das es eine Zahl sei, sondern ein Maß. Und das Trittbettfahrer OPAmps herstellen ist mir neu. Quatschkopf.
Clans schrieb: > Hallo Gemeinde, > > ihr habt mir bei meiner Schaltung schon sehr geholfen, nun habe ich eine > weitere Frage an die Analogtechniker unter euch. > > Ich wandle ein Audiosignal über zwei Operationsverstärker (NE5532) in > ein symmetrisches Signal um. Wenn Du diesen Dual-Opamp benutzt, gehe ich davon aus, dass Rauscharmut eine wichtige Rolle spielt. Stimmt das? Es gäbe noch ein anderes Motiv. Der NE5534 bzw. NE5532 ist nicht schlecht in der Treiberleistung. So kann er eine Last von 600 Ohm bis auf ±10 V bei einer Betriebsspannung von ±15 VDC aussteuern. > Für die Spannungsversorgung der OPVs verwende ich folgenden > DC/DC-Wandler: > http://www.reichelt.de/Wandler-Module-DC-DC/TMH-0512D/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=121343;GROUPID=4956;artnr=TMH+0512D > Dieser hat eine Restwelligkeit:150 mVpk-pk max. (20 MHz Bandbreite) > Da hier keine Grenzfrequenzen genannt werden gehe ich mal von 0-20MHz > aus. > Nun frage ich mich ob und wie sich dieses Rauschen an das Signal, das > über den OPV läuft überträgt. Hast Du Dir auch das Datenblatt "D400-TMH_DE.pdf" angeschaut? Da steht nämlich noch mehr drin. Nämlich die PWM-Schaltfrequenz von 80 kHz. Hast Du selbst mal diese Rippelspannung mir dem Oszi angeschaut? Ich vermute, dass man eine Art Pseudo-Rechtecksignal mit den 80 kHz sieht. Die Amplitude davon ist vielleicht kleiner als diese 150 mVpp, jedoch die Flankenüberschwinger, die viel hochfrequenter sind, und man deshalb nur als Nadelimpulse sieht, die sind meist grösser. Im Datenblatt gibt es noch die "Ausgangsspezifikationen" und da liest man, dass man bei Dual-Ausgängen bis zu je 390 µF (Elko) anschliessen darf. Meine Empfehlung wäre: Schalte zu jedem Ausgang ein Elko mit 100 µF und parallel dazu ein Kerko mit 100 nF. Dann miss beim Kerko mit den Oszi erneut die Rippelspannung und dann erzähle uns hier bitte, was Du genau gemessen hast. > Würde sich diese Restwelligkeit hörbar auf das Signal auswirken? Diese 80 kHz wären nicht hörbar. Wenn aber diese relativ hohe Frequenz mit einer andern ebenfalls relativ hohen Frequenz (woher diese auch immer herkommt), kann es zu Interferenzen kommen und dies mischt womöglich diese beiden Frequenzen in eine die im hörbaren Bereich liegt. > Immerhin befindet sich ein Teil des Rauschens an der Versorgung im > hörbaren Bereich. > Sollte man hier Entkoppelkondensatoren am OPV einsetzen? Wenn ja wo hin? > Zwischen den Spannungen, oder jeweils gegen Masse? Oder beides? Diese Kerko (Keramik-Kondensatoren) von typisch 100 nF gehören generell immer bei allen analogen und digitalen ICs zwischen +U und GND und -Ub und GND. Es gibt dazu noch andere Gründe... Wie bereits von Salewsky beschrieben, ist die Powersupply-Rejection-Ratio bei höheren Frequenzen schlechter als bei niedrigen. Dies hat damit zu tun, weil bei höheren Frequenzen das Verhältnis von Openloop- zu Closed-Lopp-Gain drastisch abnimmt und dies hat eben zu Folge, dass jede Verstärkerschaltung einen induktiven Charakter aufweist. Mehr dazu kannst Du hier lesen, falls es Dich interessiert: "Ein DC-Spannungsregler ist auch eine Induktivität!" http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/uregindu.htm PS.: Das was hier über Spannungsregler zu lesen ist, gilt genauso für den Opamp. Es gilt immer dann, wenn eine analoge Verstärkerschaltung Teil der Schaltung ist. Ich hoffe, diese Informationen helfen Dir zu den andern Postings zusätzlich weiter. Gruss Thomas
Thomas Schaerer schrieb: > Diese Kerko (Keramik-Kondensatoren) von typisch 100 nF gehören generell > immer bei allen analogen und digitalen ICs zwischen +U und GND und -Ub > und GND. ...und zwar so dicht wie möglich an die IC-Beinchen. Im Zweifelsfall von unten direkt an die IC-Beinchen gelötet. Der Elko dagegen kann ruhig 1...2cm entfernt sitzen. Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Thomas Schaerer schrieb: > >> Diese Kerko (Keramik-Kondensatoren) von typisch 100 nF gehören generell >> immer bei allen analogen und digitalen ICs zwischen +U und GND und -Ub >> und GND. > > ...und zwar so dicht wie möglich an die IC-Beinchen. Im Zweifelsfall > von unten direkt an die IC-Beinchen gelötet. Der Elko dagegen kann > ruhig 1...2cm entfernt sitzen. > Gruss > Harald Ja, hallo lieber Harald. Schön, dass man sich auch hier trifft. Es ist unglaublich wieviel hier los ist in "Analoge Elektronik und Schaltungstechnik". In der Zwischenzeit, seit meinem Posting von heute morgen, sind 8 neue Themen entstanden und in einem Thema in "Oszilloskop Messung Reedkontakt" hat es bis jetzt 41 Antworten gegeben. Du hast natürlich mit Deinem Hinweis völlig Recht. Je schneller die ICs sind, ob digital oder analog, um so wichtiger ist es das befolgen wovon Du hier schreibst. Beim Elko ist es nach meiner Erfahrung so, dass dieser oft einmal auf einer Platine pro Betriebsspannung ausreicht. Gruss Thomas
Thomas Schaerer schrieb: > Je schneller die ICs > sind, ob digital oder analog, um so wichtiger ist es das befolgen wovon > Du hier schreibst. Grundsätzlich setze ich solche KerKos fast immer ein, selbst wenn sie vielleicht garnicht nötig sind. Sie kosten ja nur ein paar Cent und wenn später vielleicht eine Fehlersuche nötig ist, hat man eine Baustelle weniger, wo man nachsehen muss. > Beim Elko ist es nach meiner Erfahrung so Man beachte den Unterschied zwischen Elko und ElKo! :-) Gruss Harald
>Nun frage ich mich ob und wie sich dieses Rauschen an das Signal, das >über den OPV läuft überträgt. In einer hochwertigen Audioschaltung gehst du niemals mit einem DC/DC-Wandler direkt an einen OPamp. OPamps haben zwar eine recht hohe PSRR (power supply rejection ratio), aber nur für niedrige Frequenzen. Für sehr hohe Frequenzen im Bereich der UGB (unity gain bandwidth) schrumpft sie gänzlich zusammen. Die Harmonischen der Wandlerfrequenz können sich dann ungehindert an Unlinearitäten der internen Schaltung austoben. Dabei kommt es zu Demodulationseffekten, Interferenzen und Faltungen, die bewirken, daß hochfrequente Rauschanteile plötzlich im Audiobereich hörbar werden. Schlimmstenfalls kann der OPamp sogar instabil werden und schwingen. Deshalb verwendet man in Audioschaltungen immer ein Pi-Filter am Ausgang des DC/DC-Wandlers. Die Grenzfrequenz legt man auf rund 1/10 der Wandlerfrequenz. In deinem Falle würde man also beispielsweise ein Pi-Filter aus 47µF-Elkos und einer 10µH Drossel verwenden. Den Elkos schaltet man dann noch 100nF keramisch parallel. Achte bei der Drossel auf eine möglichst hohe Eigenresonanzfrequenz. Direkt an den Versorgungsspannungsanschlüssen müssen natürlich ebenfalls 100nF Caps nach Masse gelötet werden. In Audioschaltungen verwendet man dort gerne auch ein RC-Glied, beispielsweise aus 47R und 47µF, wieder mit einem 100nF Kerko parallel zum Elko.
Wenn Du einen Lautsprecher ansteuerst, dann kannst Du Dir auch evtl. überlegen den einfach mit 2 gegenläufigen Verstärkern anzusteuern, sprich quasi in einer Brückenschaltung. Idealerweise wirkt sich die Restwelligkeit auf beide gleich stark aus und fällt somit weg.
Harald Wilhelms schrieb: > Man beachte den Unterschied zwischen Elko und ElKo! :-) Nur ein Adept (Eingeweihter) vermag die Bedeutung Deines weisen Satzes zu erkennen und zu würdigen. Gruss Thomas
Hmm schrieb: > Und das Trittbettfahrer OPAmps herstellen ist mir neu. Du meinst, all die Nachbauten des µA741 wurden brav lizenziert?
Wow, danke für die Beiträge, hab nicht mit so viel gerechnet! Es stimmt dass ich das Signal-Rausch-Verhältnis so hoch wie möglich halten will. Die 80kHz Schaltfrequenz hab ich total überlesen. Diese stellt dann ja die Grundschwingung dar, sodass das Rauschen im Bereich >80kHz sein sollte. Dann werd ich also einen LC-Filter an den Ausgang des DC/DC-Wandlers hängen und zusätzlich noch an jeden OPV jeweils einen 100nF-Kondensator zwischen den Spannungen und Masse.
>Die 80kHz Schaltfrequenz hab ich total überlesen. Diese stellt dann ja >die Grundschwingung dar, sodass das Rauschen im Bereich >80kHz sein >sollte. Am Ausgang des DC/DC-Wandlers, ja. Aber wenn es an Unlinearitäten gefaltet wird, erscheint es teilweise im hörbaren Bereich. >Dann werd ich also einen LC-Filter an den Ausgang des DC/DC-Wandlers >hängen... Ein Pi-Filter sollte es sein. >...und zusätzlich noch an jeden OPV jeweils einen 100nF-Kondensator >zwischen den Spannungen und Masse. Oder besagtes RC-Glied. Dann machst du es wie die Profis.
Entscheidend ist doch auch was man mit dem Signal anfängt. Der Ripple ist ein relativ vorhersagbares gleichmäßiges auf und ab. Dies verursacht allenfalls einen ich nenne es mal Offsetfehler. Ob der relevant ist, hängt davon ab was mit dem Signal gemacht wird. Dann hat man noch die Oberwellen und die feinen Nadeln durch die Schaltflanken. Wieviel Energie tragen die? Geht das Signal in einen Lautsprecher, so bleibt davon nicht mehr viel, schon gar nicht im für uns hörbarem Bereich. Geht das Signal stattdessen weiter zur Digitalisierung, so schaue man sich an wie der Teil aufgebaut ist. Unter anderem sind da Koppelkondensatoren drin. Was dann noch durchkommt stelle man mal in Relation zum Quantisierungsfehler des ADC-Teils. Ich würde vermuten in diesem Kontext sind die unteren Frequenzen der Versorgung gut durch den OPV gut ausgeregelt und die oberen werden vom Ende der Nahrungskette gefressen. Interessant wird daher der Teil nahe der oberen Hörschwelle bzw der Samplingrate, auch wenn Samplingrate und Frequenz zu unterscheiden sind. Wenn es da der OPV nicht packt, kann man dafür passend die Versorgungsspannung filtern oder den OPV tauschen.
Carsten R. schrieb: > Geht das Signal stattdessen weiter zur Digitalisierung, ...könnte der Aliasing-Effekt zuschlagen. Gruss Harald
Was Frequenzen betrifft die oberhalb der halben Samplingrate liegen. Auf genau diesen Bereich wollte ich ja das Augenmerk richten, und diesen nicht ausschließen. ;-) Carsten R. schrieb: > Interessant wird daher der Teil nahe > der oberen Hörschwelle bzw der Samplingrate, auch wenn Samplingrate und > Frequenz zu unterscheiden sind.
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