richi44
22.09.2009, 15:30
Da dieses Thema etwas umfangreicher werden wird, ist es zwangsläufig wieder mal in mehrere Abschnitte unterteilt. Und diese werden nach und nach geliefert...
Rund um den Vorverstärker
Ein Vorverstärker soll in erster Linie mal die Auswahl verschiedener Signalquellen bieten. Weiter soll er die Möglichkeit zumindest der Lautstärkeeinstellung erlauben.
[attachment=580]
Der folgende Bauvorschlag zeigt einen recht komfortablen Vorverstärker hoher Qualität, der aber auch in bescheideneren Varianten zu bauen wäre.
Hier mal eine Übersicht. Links oben (rot) der RIAA-Entzerrer. Ob dieser nötig ist oder ob man darauf verzichten kann/will hängt davon ab, ob ein Plattenspieler betrieben werden soll.
Darunter ist in grün ein Eingang gezeichnet. Der Vorverstärker ist im Grunde für symmetrischen Betrieb vorgesehen. Damit ist es folglich möglich, Studiogeräte mit diesem Ding zu betreiben.
Am Eingang sieht man, dass sowohl ein XLR-Anschluss als auch eine Cinchbuchse vorhanden ist. Mit einem Umschalter kann zwischen den beiden Anschlussarten gewählt werden. Bei Cinch ist dessen Masse mit 1k mit der Gerätemasse verbunden. Es wäre möglich, auf diese Widerstände zu verzichten, um eine völlig erdfreie Anschaltung zu ermöglichen. Dies kann aber im Extremfall zu statischen Ladungen führen, wenn das Quellgerät ebenfalls absolut erdfrei betrieben wird. Ein Kompromiss ist der Ersatz des 1k-Widerstandes durch einen 1M, sodass praktisch keine Brummströme fliessen können, eine statische Ladung aber sicher abgeführt wird.
Neben dem Plattenspieleranschluss sind 2 weitere Anschlüsse eingezeichnet. Es ist aber je nach Bedarf möglich, deren Anzahl beliebig zu erhöhen.
Der „hellblaue“ Eingang ist als Monitoreingang von einem Tonbandgerät vorgesehen. Er entspricht dem grünen Eingang mit der zugehörigen violetten Elektronik.
Die Umschaltung der Eingänge geschieht vorzugsweise mit Reed-Relais. Oft sind diese nur als einfache Umschalter erhältlich, im Maximum als 2 polige Umschalter, wie hier (gelb) gezeichnet. Das bedeutet, dass pro Gerät und Kanal je ein zweipoliger Umschalter nötig ist.
Violett ist der Trafo-Eingangsverstärker eingezeichnet. Durch die gewählte Schaltungsart ist mit sehr geringem Klirr und gutem Frequenzgang zu rechnen. Der Trimmer 47k erlaubt die Anpassung der Verstärkung. Man könnte nun weiter gehen und diesen Trimmer in der Anzahl der Eingänge einbauen und mit einem weiteren Relais bei jeder Eingangsumschaltung mit schalten. Damit könnten die Pegel der einzelnen Geräte individuell angepasst werden. Hier wird man sich einfach auf ein Mittelmass einigen.
Der Ausgang dieser Schaltung führt einerseits an die nachfolgende Lautstärkeeinstellung, andererseits aber auch an den Aufnahmeausgang (dunkelblau).
Das braune Gebiet stellt den Balance- und Lautstärkeregler dar. Am Eingang sitzt ein Umschalter welcher zwischen dem Eingangsteil mit Wahlschalter und dem Monitoreingang wechselt. Es sind noch zwei Verbindungen zum zweiten, nicht gezeichneten Kanal angedeutet. Mit dem damit angesteuerten Umschalter kann zwischen Mono und Stereo gewählt werden. Das Pot über dem ersten OPV dieser Sektion dient der Balanceeinstellung (ein Stereopot, linear!), das nachfolgende Pot ist für die Lautstärke zuständig.
Im hellgrünen Bereich ist ein Klangregler eingezeichnet, dessen Ausgang zu einem Umschalter im violetten Ausgangskreis führt. Mit diesem Umschalter wird der Ausgang aktiviert oder es wird die gelbe OPV-Schaltung betrieben, welche den Anschluss eines Kopfhörers ermöglicht.
Mit diesen Einheiten ist ein kompletter Vorverstärker schon problemlos zusammen zu stellen. Es fehlt einzig noch die Stromversorgung. Doch bevor wir zu dieser Abteilung kommen, noch einiges Grundsätzliches.
Dieser Vorverstärker ist mit drei verschiedenen Sorten von Operationsverstärkern aufgebaut, die den unterschiedlichen Anforderungen entsprechend ausgewählt sind.
Ein Operationverstärker ist zunächst mal ein integrierter Baustein (Käfer) mit je nach Ausführung einer unterschiedlichen Zahl an „Beinchen“. Im Innern sind winzig kleine Transistoren verbaut. Diese kleinen Dinger können ein Signal verstärken. Es ist also möglich, aus einer kleinen Spannung eine wesentlich grössere zu machen. Oder bei anderen Ausführungen können auch höhere Leistungen abgegeben werden, mit welchen man Kopfhörer oder gar Lautsprecher antreiben kann.
Ein Merkmal ist das Rauschen. Je nach Aufbau kann dieses Rauschen extrem klein gehalten werden, wobei man ein minimales Rauschen nicht unterschreiten kann. Dieses Rauschen spielt dann eine Rolle, wenn man es mit sehr kleinen Spannungen zu tun hat. Bei einem Plattenspieler liefert das System (das „hinter“ der Nadel) ein Signal, das bis zu rund 0,00001 Volt klein sein kann. Das wären dann so die leisesten Passagen auf einer neuen Platte, die nicht selbst schon rauscht und kratzt. Logisch, dass da der Verstärker kein grosses Rauschen verursachen darf, ohne dass es hör- und störbar würde! Im ersten Abschnitt für die Plattenspieler-Wiedergabe ist ein extrem rauscharmes Teil verbaut.
Ein Operationsverstärker ist wie gesagt mit Transistoren aufgebaut. Und Transistoren sind von Hause aus unlinear. Dies hat IMMER Verzerrungen zur Folge. Jetzt kann man einerseits die Schaltung so zusammenfügen, dass diese Verzerrungen minimiert werden. Dann bekommt man aber andere Nachteile. Oder man wählt eine relativ übliche Schaltung und erhöht die Verstärkung und die Schnelligkeit des Verstärkers. Damit sind zwar die Probleme nicht verschwunden, aber man bekommt sie gut in den Griff. Hat so ein Verstärker eine Verstärkung von einer Million, so kann man das Ausgangssignal zurückführen und mit dem Eingangssignal vergleichen (Gegenkopplung). Damit reduziert man zwar die Verstärkung auf etwa einhundert fach, aber die Verzerrungen werden um das zehntausendfache verringert und bleiben somit garantiert unhörbar.
Man muss nämlich beachten, dass das Ohr nicht beliebig gut hört. Wenn ein lautes Ereignis statt findet (Musik), so ist ein anderes Geräusch (Rauschen, Verzerrungen) bis höchstens einem Tausendstel der Musik feststellbar. Das ist jetzt etwas vereinfacht dargestellt, aber die Empfindlichkeit liegt in etwa dieser Grössenordnung. Also wird die Verzerrung, die nur noch einen Zehntausendstel des Nutzsignals beträgt bei einer Empfindlichkeit von einem Tausendstel nicht mehr wahrgenommen.
Man kann sich jetzt aber vorstellen, dass so eine Gegenkopplung nicht schlau ist und damit nicht weiss, was demnächst passiert. Sie ist folglich immer zu langsam und re-agiert, statt zu agieren. Jetzt gibt es aber in der Digitaltechnik kein „unendlich schnell“. Und auch bei analogen Schallplatten ist da immer eine Grenze gesetzt. Selbst bei einem Sprung in der Platte könnte die Nadel nicht unendlich schnell reagieren. Und das System könnte nicht unendlich schnell Spannung liefern. Wenn man nun einen Operationsverstärker mit hoher Verstärkung hat ist es besser, wenn er möglichst schnell reagiert, um nicht bei jedem Impuls zu spät zu kommen. Wäre dem nämlich so, würde sich der Verstärker bei solchen Impulsen „verschlucken“ und wäre kurzzeitig blockiert. Darum sind in unserem Gerät im Bereich der mittleren Verstärker (wo rauschen nicht mehr die zentrale Rolle spielt) extra schnelle Dinger eingesetzt. Und die ganze Schaltung wird dann so konzipiert, dass das, was wir hören können und was die CD anbietet, ungehindert verarbeitet wird, schnellere und kritischere Impulse werden aber so übertragen, dass sie diese Verstärkerbausteine nicht überfordern.
Jetzt sind im Kopfhörerausgang noch andere Verstärker eingesetzt, die bei geringer Verstärkung genügend Leistung bringen können, um einen normalen Kopfhörer anzutreiben. Hier ist Rauschen kein Thema mehr. Und Verzerrungen bleiben auch deutlich unter der Hörschwelle.
Soviel mal zum allgemeinen Verständnis. Ich möchte noch ergänzen, dass man natürlich auch andere „Käfer“ verbauen könnte. Nur ist es wenig sinnvoll, einfach irgendwelches Zeug einzubauen, weil dies ein „Tuningspezialist“ empfiehlt und auch tut. In der Regel (und auch hier) kann man davon ausgehen, dass der Entwickler sehr wohl weiss, was er tut. Andere Bausteine können nämlich so konstruiert sein, dass sie in diesen Schaltungen nicht oder nur bedingt funktionieren. Und dessen sind sich richtige Fachleute bewusst, nicht aber irgendwelche Geräteverbastler.
Und gleich noch etwas Allgemeines: Ich habe als Umschalter für die verschiedenen Funktionen Relais vorgesehen (gekapselte Reedrelais!). Dies in erster Linie, weil man damit auf beinahe ewig störungsfrei schalten kann, was bei normalen Schaltern nicht gegeben ist. Zweitens kann man die Schalter im Gerät dort unterbringen, wo sie elektrisch Sinn machen und nicht an der Bedienungsebene. Und letztlich ist es möglich, solche Relais über eine Fernbedienung anzusteuern.
Wer nun die Absicht hat, eine Fernbedienung zu verwirklichen, kann dies mit diesem Konzept tun. Nur gehört dazu eben auch eine fenbediente Lautstärke. Und da ist ein Motorpotentiometer fast unumgänglich. Es gibt zwar auch Potentiometer, die in so einem Käfer eingebaut sind und sich über digitale Steuersignale beeinflussen lassen. Es können da aber im Extremfall Störungen auftreten, die es bei einem reinen Potentiometer nicht gibt. Zweitens können die Steuersignale in das Nutzsignal einstreuen, was wiederum unbrauchbar ist. Allerdings bräuchte man hier bei voller Fernbedienung neben der Lautstärke auch die Balance und die Klangregler. Und Motorpotentiometer hoher Qualität sind nicht gerade billig.
Rund um den Vorverstärker
Ein Vorverstärker soll in erster Linie mal die Auswahl verschiedener Signalquellen bieten. Weiter soll er die Möglichkeit zumindest der Lautstärkeeinstellung erlauben.
[attachment=580]
Der folgende Bauvorschlag zeigt einen recht komfortablen Vorverstärker hoher Qualität, der aber auch in bescheideneren Varianten zu bauen wäre.
Hier mal eine Übersicht. Links oben (rot) der RIAA-Entzerrer. Ob dieser nötig ist oder ob man darauf verzichten kann/will hängt davon ab, ob ein Plattenspieler betrieben werden soll.
Darunter ist in grün ein Eingang gezeichnet. Der Vorverstärker ist im Grunde für symmetrischen Betrieb vorgesehen. Damit ist es folglich möglich, Studiogeräte mit diesem Ding zu betreiben.
Am Eingang sieht man, dass sowohl ein XLR-Anschluss als auch eine Cinchbuchse vorhanden ist. Mit einem Umschalter kann zwischen den beiden Anschlussarten gewählt werden. Bei Cinch ist dessen Masse mit 1k mit der Gerätemasse verbunden. Es wäre möglich, auf diese Widerstände zu verzichten, um eine völlig erdfreie Anschaltung zu ermöglichen. Dies kann aber im Extremfall zu statischen Ladungen führen, wenn das Quellgerät ebenfalls absolut erdfrei betrieben wird. Ein Kompromiss ist der Ersatz des 1k-Widerstandes durch einen 1M, sodass praktisch keine Brummströme fliessen können, eine statische Ladung aber sicher abgeführt wird.
Neben dem Plattenspieleranschluss sind 2 weitere Anschlüsse eingezeichnet. Es ist aber je nach Bedarf möglich, deren Anzahl beliebig zu erhöhen.
Der „hellblaue“ Eingang ist als Monitoreingang von einem Tonbandgerät vorgesehen. Er entspricht dem grünen Eingang mit der zugehörigen violetten Elektronik.
Die Umschaltung der Eingänge geschieht vorzugsweise mit Reed-Relais. Oft sind diese nur als einfache Umschalter erhältlich, im Maximum als 2 polige Umschalter, wie hier (gelb) gezeichnet. Das bedeutet, dass pro Gerät und Kanal je ein zweipoliger Umschalter nötig ist.
Violett ist der Trafo-Eingangsverstärker eingezeichnet. Durch die gewählte Schaltungsart ist mit sehr geringem Klirr und gutem Frequenzgang zu rechnen. Der Trimmer 47k erlaubt die Anpassung der Verstärkung. Man könnte nun weiter gehen und diesen Trimmer in der Anzahl der Eingänge einbauen und mit einem weiteren Relais bei jeder Eingangsumschaltung mit schalten. Damit könnten die Pegel der einzelnen Geräte individuell angepasst werden. Hier wird man sich einfach auf ein Mittelmass einigen.
Der Ausgang dieser Schaltung führt einerseits an die nachfolgende Lautstärkeeinstellung, andererseits aber auch an den Aufnahmeausgang (dunkelblau).
Das braune Gebiet stellt den Balance- und Lautstärkeregler dar. Am Eingang sitzt ein Umschalter welcher zwischen dem Eingangsteil mit Wahlschalter und dem Monitoreingang wechselt. Es sind noch zwei Verbindungen zum zweiten, nicht gezeichneten Kanal angedeutet. Mit dem damit angesteuerten Umschalter kann zwischen Mono und Stereo gewählt werden. Das Pot über dem ersten OPV dieser Sektion dient der Balanceeinstellung (ein Stereopot, linear!), das nachfolgende Pot ist für die Lautstärke zuständig.
Im hellgrünen Bereich ist ein Klangregler eingezeichnet, dessen Ausgang zu einem Umschalter im violetten Ausgangskreis führt. Mit diesem Umschalter wird der Ausgang aktiviert oder es wird die gelbe OPV-Schaltung betrieben, welche den Anschluss eines Kopfhörers ermöglicht.
Mit diesen Einheiten ist ein kompletter Vorverstärker schon problemlos zusammen zu stellen. Es fehlt einzig noch die Stromversorgung. Doch bevor wir zu dieser Abteilung kommen, noch einiges Grundsätzliches.
Dieser Vorverstärker ist mit drei verschiedenen Sorten von Operationsverstärkern aufgebaut, die den unterschiedlichen Anforderungen entsprechend ausgewählt sind.
Ein Operationverstärker ist zunächst mal ein integrierter Baustein (Käfer) mit je nach Ausführung einer unterschiedlichen Zahl an „Beinchen“. Im Innern sind winzig kleine Transistoren verbaut. Diese kleinen Dinger können ein Signal verstärken. Es ist also möglich, aus einer kleinen Spannung eine wesentlich grössere zu machen. Oder bei anderen Ausführungen können auch höhere Leistungen abgegeben werden, mit welchen man Kopfhörer oder gar Lautsprecher antreiben kann.
Ein Merkmal ist das Rauschen. Je nach Aufbau kann dieses Rauschen extrem klein gehalten werden, wobei man ein minimales Rauschen nicht unterschreiten kann. Dieses Rauschen spielt dann eine Rolle, wenn man es mit sehr kleinen Spannungen zu tun hat. Bei einem Plattenspieler liefert das System (das „hinter“ der Nadel) ein Signal, das bis zu rund 0,00001 Volt klein sein kann. Das wären dann so die leisesten Passagen auf einer neuen Platte, die nicht selbst schon rauscht und kratzt. Logisch, dass da der Verstärker kein grosses Rauschen verursachen darf, ohne dass es hör- und störbar würde! Im ersten Abschnitt für die Plattenspieler-Wiedergabe ist ein extrem rauscharmes Teil verbaut.
Ein Operationsverstärker ist wie gesagt mit Transistoren aufgebaut. Und Transistoren sind von Hause aus unlinear. Dies hat IMMER Verzerrungen zur Folge. Jetzt kann man einerseits die Schaltung so zusammenfügen, dass diese Verzerrungen minimiert werden. Dann bekommt man aber andere Nachteile. Oder man wählt eine relativ übliche Schaltung und erhöht die Verstärkung und die Schnelligkeit des Verstärkers. Damit sind zwar die Probleme nicht verschwunden, aber man bekommt sie gut in den Griff. Hat so ein Verstärker eine Verstärkung von einer Million, so kann man das Ausgangssignal zurückführen und mit dem Eingangssignal vergleichen (Gegenkopplung). Damit reduziert man zwar die Verstärkung auf etwa einhundert fach, aber die Verzerrungen werden um das zehntausendfache verringert und bleiben somit garantiert unhörbar.
Man muss nämlich beachten, dass das Ohr nicht beliebig gut hört. Wenn ein lautes Ereignis statt findet (Musik), so ist ein anderes Geräusch (Rauschen, Verzerrungen) bis höchstens einem Tausendstel der Musik feststellbar. Das ist jetzt etwas vereinfacht dargestellt, aber die Empfindlichkeit liegt in etwa dieser Grössenordnung. Also wird die Verzerrung, die nur noch einen Zehntausendstel des Nutzsignals beträgt bei einer Empfindlichkeit von einem Tausendstel nicht mehr wahrgenommen.
Man kann sich jetzt aber vorstellen, dass so eine Gegenkopplung nicht schlau ist und damit nicht weiss, was demnächst passiert. Sie ist folglich immer zu langsam und re-agiert, statt zu agieren. Jetzt gibt es aber in der Digitaltechnik kein „unendlich schnell“. Und auch bei analogen Schallplatten ist da immer eine Grenze gesetzt. Selbst bei einem Sprung in der Platte könnte die Nadel nicht unendlich schnell reagieren. Und das System könnte nicht unendlich schnell Spannung liefern. Wenn man nun einen Operationsverstärker mit hoher Verstärkung hat ist es besser, wenn er möglichst schnell reagiert, um nicht bei jedem Impuls zu spät zu kommen. Wäre dem nämlich so, würde sich der Verstärker bei solchen Impulsen „verschlucken“ und wäre kurzzeitig blockiert. Darum sind in unserem Gerät im Bereich der mittleren Verstärker (wo rauschen nicht mehr die zentrale Rolle spielt) extra schnelle Dinger eingesetzt. Und die ganze Schaltung wird dann so konzipiert, dass das, was wir hören können und was die CD anbietet, ungehindert verarbeitet wird, schnellere und kritischere Impulse werden aber so übertragen, dass sie diese Verstärkerbausteine nicht überfordern.
Jetzt sind im Kopfhörerausgang noch andere Verstärker eingesetzt, die bei geringer Verstärkung genügend Leistung bringen können, um einen normalen Kopfhörer anzutreiben. Hier ist Rauschen kein Thema mehr. Und Verzerrungen bleiben auch deutlich unter der Hörschwelle.
Soviel mal zum allgemeinen Verständnis. Ich möchte noch ergänzen, dass man natürlich auch andere „Käfer“ verbauen könnte. Nur ist es wenig sinnvoll, einfach irgendwelches Zeug einzubauen, weil dies ein „Tuningspezialist“ empfiehlt und auch tut. In der Regel (und auch hier) kann man davon ausgehen, dass der Entwickler sehr wohl weiss, was er tut. Andere Bausteine können nämlich so konstruiert sein, dass sie in diesen Schaltungen nicht oder nur bedingt funktionieren. Und dessen sind sich richtige Fachleute bewusst, nicht aber irgendwelche Geräteverbastler.
Und gleich noch etwas Allgemeines: Ich habe als Umschalter für die verschiedenen Funktionen Relais vorgesehen (gekapselte Reedrelais!). Dies in erster Linie, weil man damit auf beinahe ewig störungsfrei schalten kann, was bei normalen Schaltern nicht gegeben ist. Zweitens kann man die Schalter im Gerät dort unterbringen, wo sie elektrisch Sinn machen und nicht an der Bedienungsebene. Und letztlich ist es möglich, solche Relais über eine Fernbedienung anzusteuern.
Wer nun die Absicht hat, eine Fernbedienung zu verwirklichen, kann dies mit diesem Konzept tun. Nur gehört dazu eben auch eine fenbediente Lautstärke. Und da ist ein Motorpotentiometer fast unumgänglich. Es gibt zwar auch Potentiometer, die in so einem Käfer eingebaut sind und sich über digitale Steuersignale beeinflussen lassen. Es können da aber im Extremfall Störungen auftreten, die es bei einem reinen Potentiometer nicht gibt. Zweitens können die Steuersignale in das Nutzsignal einstreuen, was wiederum unbrauchbar ist. Allerdings bräuchte man hier bei voller Fernbedienung neben der Lautstärke auch die Balance und die Klangregler. Und Motorpotentiometer hoher Qualität sind nicht gerade billig.