Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Audioausgang(line/headphone) zu ADC mit Rail2Rail Opamps


von Scyte R. (scyte)


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Hallo,

die ist meine erste Schaltung mit einem OPV. Ich habe die Schaltung aber 
nicht einfach so zusammenkopiert, sondern versucht zu verstehen und dann 
selber entworfen.

Grundidee ist Stereo-Audio mit Line bis Kopfhörerpegel (0,5 bis 
teilweise 16V) an einen ADC im einem STM32F407VG (ADC bis 3V) 
anzupassen.

Ich habe das auch schon mal mit LTSpice (mit ts912) simuliert, da schien 
das zu klappen.


Oftmals habe ich noch einen 47nF parallel zu R4 bzw. R5 gesehen, dazu 
aber keine Erklärung gefunden, was hätte der für einen Zweck? In Spice 
machte es auf den ersten Blick kaum einen Unterschied.

Seht ihr große Schnitzer? Oder habt andere Verbesserungsvorschläge? Wenn 
ja dann bitte mit kurzer Erklärung warum, bzw. was das genau verbessert.

Gruß
Scyte

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Philipp B. schrieb:
> Oftmals habe ich noch einen 47nF parallel zu R4 bzw. R5 gesehen, dazu
> aber keine Erklärung gefunden, was hätte der für einen Zweck? In Spice
> machte es auf den ersten Blick kaum einen Unterschied.

47n parallel zu R4/R5 sind Quatsch. Mit dem unbekannten Innenwiderstand 
der Quelle gibt das einen unbekannten Tiefpass. Der ist mit bekannten 
Werten durch R12/C5 eh vorhanden.
Gedacht war das als Entkopplung von Störungen auf der Betriebsspannung, 
aber dann wäre er an R8 und R10 auch notwendig.
Ebenso sind die vier Teiler R2-R5, R7-R10 Verschwendung.
Mache einen 10k/10k-Teiler zwischen Vcc und GND, parallel zum unteren 
R einen größeren C nach GND und fahre dann mit vier Rs (22k ... 47k) die 
Punke an, die jetzt an den einzelnen Teilern liegen.

In Spice siehst du deswegen nichts, weil du eine ideale Quelle mit Null 
Innenwiderstand verwendet hast.

Ob der OPA den KH treiben kann? Im Datenblatt steht was von 600R bzw. 
100R Last.
Ein Entkopplungs-C an den OPA-Versorgungen fehlt auch.

von Harald W. (wilhelms)


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Philipp B. schrieb:

> Seht ihr große Schnitzer?

Der Lautstärkesteller ist recht seltsam angeordnet. Der wird
normlerweise als Spannungsteiler verschaltet.

von Εrnst B. (ernst)


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Verbesserungsvorschlag:

Bei vielen Audio-Quellen mit Kopfhörer-Ausgang (Händies, MP3-Player, 
Bluetooth-Module, ...) liegt der gemeinsame "Minus-Pin" des Kopfhörers 
nicht auf Geräte-Masse.

Kann dir egal sein, wenn die Geräte immer galvanisch getrennt versorgt 
werden, ansonsten schließt du die Hälfte des Audio-Signals kurz.

Deshalb: OpAmps als Differenz-Verstärker beschalten, Eingangs-Minus 
nicht auf GND, sondern bis zu den positiven OpAmp-Eingängen führen.

Kostet nur eine Handvoll Widerstände + Kondensatoren, macht die 
Schaltung aber viel universeller.

von Scyte R. (scyte)


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OK, danke für die Rückmeldungen, das hat schon mal sehr geholfen.

Ich gehe die mal von oben durch:

HildeK schrieb:
> Mache einen 10k/10k-Teiler zwischen Vcc und GND, parallel zum unteren R
> einen größeren C nach GND und fahre dann mit vier Rs (22k ... 47k) die
> Punke an, die jetzt an den einzelnen Teilern liegen.

Kann ich machen, sind aber dann genauso viele Bauteile. Ok, doch wenn 
man noch einen Kondesator || zum unteren R macht. Was hätte das für 
einen Vorteil, außer einen Kondensator gespart?

HildeK schrieb:
> Ob der OPA den KH treiben kann? Im Datenblatt steht was von 600R bzw.
> 100R Last. Ein Entkopplungs-C an den OPA-Versorgungen fehlt auch.

Der OPA soll nur den ADC-Eingang treiben.
Die Entkopplungs Cs habe ich links. Je einen für/zwischen GND/VDD, damit 
ich die dort nicht im Schaltplan reinfrickeln muss.

Harald W. schrieb:
> Der Lautstärkesteller ist recht seltsam angeordnet. Der wird
> normlerweise als Spannungsteiler verschaltet.

Mein Plan war den Innenwiderstand immer über einen bestimmten Schwelle 
zu halten. Der Steropoti steuert einfach den Verstärkungsfaktor. Der R 
zwischen - und Ausgang am OPA ist fest gewählt, damit er der Lowpass 
gleich bleibt.

Εrnst B. schrieb:
> Bei vielen Audio-Quellen mit Kopfhörer-Ausgang (Händies, MP3-Player,
> Bluetooth-Module, ...) liegt der gemeinsame "Minus-Pin" des Kopfhörers
> nicht auf Geräte-Masse.
>
> Kann dir egal sein, wenn die Geräte immer galvanisch getrennt versorgt
> werden, ansonsten schließt du die Hälfte des Audio-Signals kurz.
>
> Deshalb: OpAmps als Differenz-Verstärker beschalten, Eingangs-Minus
> nicht auf GND, sondern bis zu den positiven OpAmp-Eingängen führen.

Hab ich mir noch nicht angeschaut, aber scheint sehr sinnvoll. Werde ich 
noch mal umbauen. Für mein Verständniss: Wenn meine Schaltung galvanisch 
getrennt versorgt wird würde das so auch reichen, oder?

Ich werde mal eine Differenzverstärker-Version machen, nehme aber gerne 
noch andere Vorschläge entgegen!

Gruß
Scyte

von HildeK (Gast)


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Scyte R. schrieb:
> Ok, doch wenn
> man noch einen Kondesator || zum unteren R macht. Was hätte das für
> einen Vorteil, außer einen Kondensator gespart?

- In deiner Originalversion werden Schwankungen / Störungen auf VCC auch 
auf der geteilten Spannung auftreten. Um so mehr, wenn du nur bei R4/R5 
einen C nach GND hättest, denn dieser dämpft das zwar, aber dann koppeln 
die Schwankungen an den beiden Teilern zum +E der OPAs ein.  D.h., auch 
dort müssten noch zwei Cs verbaut werden.
- Dann hast du einen variablen Tiefpass, dessen Grenzfrequenz vom 
Innenwiderstand der Quelle abhängig ist - wie ich schon schrieb. Sollte 
die Quelle ein Ausgang eines OPAs sein: der mag u.U.  eine kapazitive 
Last nicht und neigt zum Schwingen.

Ich korrigiere mich zu meinem obigen Post:
Die beiden Teiler R2...R5 sind eigentlich komplett überflüssig. Das 
Potential auf der Leitung stellt sich über R12/R13 sowieso selbst ein.
Mach nur einen Teiler mit R7/R8, mit einem C parallel zu R8 und schließe 
die geteilte Spannung an beide +Eingänge der OPAs an. Dieser Teiler muss 
nur für den korrekten Arbeitspunkte der einseitig versorgten OPAs sorgen 
und ist ein sogenannter virtueller GND.
Dann hast du 6 Widerstände sowie etwas Strom eingespart und einen C 
spendiert.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Philipp B. schrieb:
> Seht ihr große Schnitzer?

Ja. Die Arbeitspunkteinstellung für die OPV ist komplett daneben. Wenn 
du sie als invertierende Verstärker betreiben willst, dann kommt die 
halbe Betriebsspannung an den nichtinvertierenden OPV-Eingang, wie du 
das mit R7/R9 (R9/R10) gemacht hast. Allerdings wird man dann den 
unteren Widerstand noch mit einem größeren Kondensator (Elko 100µ) 
überbrücken, um etwaige Störungen aus der Betriebsspannung wegzufiltern.

Der invertierende Eingang des OPV darf dann einen Gleichspannungspfad 
aber nur zum OPV-Ausgang haben. Das heißt, da muß ein 
Koppelkondensator hin wie un mit C1 (C2) schon hast. Aber R3/R4 (R2/R5) 
gehören da nicht hin.

von Harald W. (wilhelms)


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Scyte R. schrieb:

>> Der Lautstärkesteller ist recht seltsam angeordnet. Der wird
>> normlerweise als Spannungsteiler verschaltet.
>
> Mein Plan war den Innenwiderstand immer über einen bestimmten Schwelle
> zu halten. Der Steropoti steuert einfach den Verstärkungsfaktor. Der R
> zwischen - und Ausgang am OPA ist fest gewählt, damit er der Lowpass
> gleich bleibt.

Deine Schaltung kann dazu führen, das der OPV eine Verstärkung
von <1 hat. Dabei fangen viele OPVs an, zu schwingen.

von HildeK (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Deine Schaltung kann dazu führen, das der OPV eine Verstärkung
> von <1 hat. Dabei fangen viele OPVs an, zu schwingen.

Da gab es kürzlich einen anderen Faden, in dem deutlich wurde, das der 
invertierende Verstärker auch für v<1 nicht schwingt.

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