OPV-Vorverstärker

[richi44]

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.
   
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.

[richi44]

In dieser zweiten Abteilung geht es um die Detailbeschreibung der Baugruppen. Und zwar mal um die Eingangsschaltungen.
Wie erwähnt ist der Vorverstärker im Grunde für symmetrische Geräte konzipiert. Entsprechend sind die Eingangsbuchsen ausgerüstet. Das folgende Bild zeigt die symmetrische Eingangsbeschaltung.
   
Mit dem Umschalter besteht die Möglichkeit, zwischen dem symmetrischen XLR und dem asymmetrischen Cinch zu wählen (da diese Schaltung nicht oft vorgenommen wird genügt ein einfacher Schiebeschalter). Die symmetrische Verbindung führt über zwei Widerstände von 15k, ebenso die asymmetrische Verbindung. Zusätzlich ist die Masse des Cinch über 1k mit der Vorverstärkermasse verbunden (rot eingezeichnet). Falls es vorteilhafter wäre, eine maximale galvanische Trennung zu verwenden, kann dieser Widerstand entfallen. Ist aber das treibende Gerät ebenfalls vollständig von einer Erdverbindung befreit, können sich statische Ladungen ergeben, sodass es sinnvoller ist, den markierten 1k gegen einen 1M auszutauschen. Damit ist zumindest das Problem der statischen Ladung gelöst, ohne dass nennenswerte und damit störende Erdströme fliessen könnten.

Die Alternative ist die rein asymmetrische Anschaltung. Dann sind die Cinch (die XLR entfallen) direkt mit Masse verbunden.
   
Entsprechend sieht die Beschaltung der Eingangsrelais anders aus. Hier erst mal die symmetrische Variante.
   
Hier ist ersichtlich, dass jeder Eingang über zwei Umschalter an die beiden Enden des Eingangstrafos des einen Kanals angeschlossen ist. Der zweite Kanal ist identisch aufgebaut. Das bedeutet pro Eingang pro Kanal 2 Umschalter. Ob entsprechende Reedrelais zur Verfügung stehen ist abzuklären.

Hier nun die asymmetrische Variante.
   
Die Relaisausgänge führen nun direkt an die Verstärkereingänge. Somit sind nur halb so viele Umschalter nötig als in der symmetrischen Variante. Hier nun der symmetrische
   
und der asymmetrische Eingangsverstärker.
   
Generell möchte ich darauf hinweisen, dass die Eingangsverstärker in sogenannter Nullohmtechnik arbeiten. Nach den zuführenden Widerständen (15k oder 22,1k) ist keine Spannung mehr messbar. Daher werden auch nicht die Eingänge an den Arbeitskontakt angeschlossen, sondern an den Wechsler und bei Nichtgebrauch geerdet. Folglich ist auf den Relaiskontakten nie eine Spannung vorhanden, sondern nur Strom und damit ist ein kapazitives Übersprechen nicht mehr möglich. Ausserdem bleibt die Last für die Quellgeräte unverändert, ob angewählt oder nicht.

Vergleichen wir mit dem Blockschaltbild der ersten Folge, so haben wir jetzt die Eingangsbuchsen symmetrisch und/oder asymmetrisch, dann die Relaisumschaltung und die Eingangsverstärker mit oder ohne Trafo.
Bei diesen Eingangsverstärkern sind wie vorgängig erwähnt Pegelsteller eingebaut, welche einen Pegelabgleich ermöglichen, um die Schaltung nicht zu übersteuern. Es wäre wie gesagt möglich, diese Pegelsteller in x-facher Ausführung einzusetzen und sie zusammen mit den Eingängen umzuschalten. Da dies aber mit erheblichem Aufwand verbunden ist, habe ich darauf verzichtet.


Ein Eingangsteil fehlt nun noch und das ist der Entzerrer-Vorverstärker für Plattenspieler. Hier das Detailschaltbild.
   
An dieser Stelle gleich ein paar allgemeine Bemerkungen:
Der Eingangsverstärker-IC ADA4899-1 darf mit maximal +/-12V betrieben werden. Es ist daher denkbar, im Entzerrer-Vorverstärker die Speisung mit Stabis von den sonst üblichen +/-15V auf +/-10V zu reduzieren. Es ist aber auch möglich (allerdings wegen der Übersteuerungsreserven nicht ratsam), den ganzen Verstärker mit +/-10V zu betreiben.
Und weiter verfügt dieser OPV über einen Steuereingang, der ihn ein- und ausschaltet. Dieser Steuereingang wird für normalen Betrieb nicht belegt. Dies ist nicht eingezeichnet. Und je nach Ausführung sind die Pins unterschiedlich belegt. Es lohnt sich daher unbedingt, das Datenblatt ( http://www.analog.com/static/imported-fi...4899-1.pdf ) zu konsultieren!
In diesem Teil wie auch in den anderen Gruppen sind grössere Kondensatoren (hier 82 Mikrofarad) verbaut. Nun ist es nicht so einfach, bei normalen Lieferanten Folien-Kondensatoren von über 10 Mikrofarad zu finden. Solche Bauteile sind aber in Lautsprecherweichen verbaut und daher im entsprechenden Handel erhältlich. Ich habe mich da mal auf die Firma Strassacker eingerichtet ( http://www.lautsprechershop.de/deutsch/index_hifi.htm ). Unter der Abteilung Bauelemente sind Kondensatoren aufgeführt und da gibt es die IT MKT- und MKP-Kondensatoren. Da findet man die entsprechenden Teile.
Weiter habe ich Operationsverstärker von Analog Devices ausgesucht, welche den Anforderungen am besten entsprechen und die bei Farnell ( http://de.farnell.com/ ) erhältlich sind. Ebenso sind dort die NE5532 AN von verschiedenen Herstellern zu haben. Die üblichen Kondensatoren sollten keine Toleranz grösser als 10% aufweisen und die Widerstände sind mit 1% Toleranz zu verwenden.

Jetzt gibt es eine generelle Überlegung. Die Analog Devices OPV sind in SMD-Technik gefertigt. Diese Bauteile zu verarbeiten bedingt Erfahrung, Übung und entsprechendes Werkzeug. Wer dies mitbringt, kann (bis auf die grossen Kondensatoren) alles in SMD herstellen und entsprechend die übrigen Bauteile ordern. Wer sich damit nicht auskennt, sollte die OPV auf einer Zwischenplatte in normale Grösse bringen und diese dann in einem normalen Print verarbeiten. Generell gilt natürlich, dass für dieses Projekt schon einiges an handwerklichem Geschick nötig ist, sonst wird das nichts!

Aber zurück zum Entzerrer-Vorverstärker.
Am Eingang ist ein Kondensator von 100p gegen Masse gelegt. Je nach System und Plattenspielerkabel sollte dieser Wert vergrössert oder verkleinert werden. Die Plattenspielerhersteller (oder Systemhersteller) geben meist neben der Eingangsimpedanz von 47k eine optimale Lastkapazität an. Diese setzt sich zusammen aus dem Anschlusskabel und den hier verbauten 100p. Daher ist allenfalls die Kapazität entsprechend zu verändern.
Der ADA4899-1 dient der ersten Vorverstärkung und ist daher hoch rauscharm. Und da der Teilerwiderstand der Gegenkopplung (150 Ohm) mit in diese Rauschrechnung eingeht, darf er nicht höher gewählt werden. Andererseits darf er auch nicht zu klein sein, da sonst die ganze Gegenkopplung den OPV-Ausgang ungünstig belastet.
Im Grunde bildet sich die Verstärkung aus den beiden Widerständen 150 Ohm plus 3,03k zu 150 Ohm. Dies ergibt im Bereich der hohen Frequenzen eine Verstärkung von 21,2 oder 26.53dB. Im Bassbereich wirkt der Kondensator von 0,1 Mikrofarad praktisch nicht mehr und damit wird die Verstärkung um die zusätzlichen 31,6k um weitere rund 20dB erhöht. Damit werden die beiden Zeitkonstanten von 3180 Mikrosekunden und 318 Mikrosekunden gebildet.
An diese Stufe schliesst sich ein zweiter OPV an, nämlich eine Hälfte des IC AD8512. Dieser weist ebenfalls eine Verstärkung von 20dB auf und wird durch die 2,2nF bei den höchsten Frequenzen in der Verstärkung reduziert. Die entscheidende Verstärkung liegt bei 1kHz bei rund 44dB und wird durch den zweiten OPV im symmetrischen Ausgang um weitere 6dB auf total 50dB angehoben. Damit erreicht man also im Mittel eine Ausgangsspannung von bis zu 3,17V

Falls das ganze Gerät konsequent asymmetrisch gebaut werden soll, kann jeweils auf den unteren OPV (blau markiert) verzichtet und dieser stattdessen im zweiten Kanal verwendet werden.
So weit mal die ganze Eingangsgeschichte.
Es ist natürlich auch möglich, den Entzerrer-Vorverstärker als alleiniges Gerät zu bauen und so z.B. bei einem Receiver ohne Entzerrer einsetzen.

[richi44]

In der ersten Folge ging es mal um die prinzipielle Übersicht, im zweiten Teil um die Eingänge. Hier nun ist das Thema die Zwischen- und Ausgangsschaltungen.
   
Dieser Vorverstärker ist (bei Bedarf) mit einem Aufnahmeausgang und einem „Tape Monitor“ ausgerüstet.
Generell gibt es zwei Möglichkeiten, die Sache anzugehen. Man kann einerseits wie hier einen Eingangswähler verwenden, mit welchem auch der Aufnahmezweig festgelegt wird und mit einem Umschalter wählen, ob man den Eingang direkt oder über das Aufzeichnungsgerät (Hinterband-Kontrolle) abhören möchte.
Die Alternative ist ein gesonderter Quellenumschalter für das Abhörprogramm und die Aufnahme. Damit muss nicht zwingend das aufzunehmende Programm abgehört werden. Für diese zweite Variante kann man aber nicht die hier eingesetzten Nullohmeingänge verwenden. Und damit steigt die Gefahr des Eingangs-übersprechens.

Schaut man sich das Übersichtsschaltbild an, so ist festzustellen, dass neben den normalen Eingängen (grün über gelb nach violett) ein eigener Eingang (hellblau) vorhanden ist, der auf einen symmetrischen (oder asymmetrischen) Eingangsverstärker arbeitet. Dies ist der spezielle Monitor-Eingang. Der Ausgang dieser Schaltung führt zum Umschalter im Lautstärkereglerteil (braun).

Der zweite Anschluss dieses Umschalters ist mit dem Ausgang des Haupt-Eingangsverstärkers verbunden (violett). Mit diesem Schalter kann also zwischen Normalbetrieb und Hinterbandkontrolle umgeschaltet werden.
An dieser Stelle gleich eine Überlegung. Baut man das Gerät mit einer Fernbedienung, so sollte bei einem Stromausfall die ganze Schalterei in den zuletzt angewählten Zustand gehen. Es ist also nötig eine Stützbatterie einzubauen oder bei einem Netzunterbruch unverzüglich die Daten in einem Speicherchip abzulegen oder sonst wie zu sichern.
Verzichtet man auf eine Fernbedienung kann die Umschaltung (die Ansteuerung der Relais) mit einem mechanisch haltenden Drucktastenaggregat oder einem Drehschalter gelöste werden. Diese Schalter bleiben mechanisch positioniert und brauchen somit keine „haltende“ Elektronik.

Wenn wir uns nun den Detailschaltungen zuwenden, so brauchen wir uns nur um die Ausgangsschaltung zu kümmern. Zuerst also der Aufnahme-Ausgang.
   
Der rot markierte untere Teil könnte bei asymmetrischer Beschaltung entfallen. Dann würde der obere OPV-Ausgang (nach R und C) an einer Cinchbuchse enden. Im symmetrischen Betrieb bleibt die Schaltung wie in der Übersicht gezeichnet.

Das nächste Kapitel in dieser Übersicht ist der braun markierte Balance- und Lautstärkesteller mit der Monoschaltung.
   
Dazu ganz wenig Theorie: Wenn man bei einer Elektronik zwei Signale zusammenführt, so erhöht sich der Pegel, weil es ja nichts anderes als eine mathematische Addition ist. Wenn man also bei einem nicht überlegt gebauten Gerät die Monotaste drückt, wird jedem Kanal ausser dem eigenen auch das andere Signal zugeführt, was letztlich die Lautstärke erhöht.
Sind die beiden Signale schon von Hause aus gleich, also ein Monosignal (Nachrichtensprecher), so nimmt die Spannung an jedem Kanalausgang um 6dB zu. Sind die Signale nicht identisch, so steigt der Pegel um jeweisl 3 dB, was einer Leistungsverdopplung entspricht. Dies kann man sich so vorstellen, dass ursprünglich zwei Sprecher in einem Raum stehen, nämlich der Linke und der Rechte. Und beide strengen sich an, um schön laut zu reden. Sie brauchen dafür Leistung und geben diese auch wieder in den Raum ab. Zwei Sprecher haben also die doppelte Leistung gegenüber einem. Beim Mono schalten ist es jetzt an jedem Lautsprecher, wie wenn die beiden Sprecher plötzlich besammen ständen. Dann sind sie an diesem Punkt auch lauter (3dB, doppelte Leistung).
Kurzum, da wir es normalerweise mit Stereosignalen zu tun haben müssen wir dafür sorgen, dass die Schaltung „aus Stereo mach Mono“ jeden Kanal 3dB leiser macht, um die Totallautstärke zu erhalten.

Betrachten wir das Detailschaltbild, so sehen wir nach dem ersten (Tape Monitor) Schalter einmal einen Abgang zum zweiten Kanal und danach einen Widerstand von 2,55k. Hier schliesst ein weiterer Schalter (Monotaste dieses Kanals) an. Mit diesem Umschalter wird entweder ein Signal des zweiten Kanals über 3.57k hinzuaddiert oder es wird ein weiterer Widerstand von 1,02k überbrückt. Bei Stereo (gezeichnete Stellung) ist also dieser Zusatzwiderstand überbrückt, sodass wir normale Lautstärke haben. Bei Mono wird durch diesen zusätzlichen Widerstand das kanaleigene Signal reduziert (der Widerstand beträgt nun 2,55 + 1,02k = 3,57k entsprechend Faktor 0,7 = -3dB) und ist somit gleich laut wie das Signal des zweiten Kanals, das ebenfalls über 3,57k zugeführt wird. Das bedeutet, dass die Lautstärke bei einem Stereosignal gleich bleibt. Bei einem Monisignal nimmt die Lautstärke um 3dB zu, bei einem Signal, das nur aus einem Kanal stammt, nimmt der Pegel um 3dB ab.

Dieses ganze Gemisch kommt nun an den Inverseingang des OPV. Er besitzt einmal eine feste Gegenkopplung durch die 7,15k und weiter eine variable Gegenkopplung durch die 0 bis 10k des Balancepotmeters.
Rechnet man diese Sache durch, so gehen wir erst mal von Mittelstellung des Reglers aus. Da haben wir einen Widerstand von 5k. Und parallel dazu die 7,15k. Dies ergibt total einen Wert von 2,94k. Die Verstärkung bei Stereo und Balance in der Mitte wird folglich 1,153 oder 1,2366dB.
Drehen wir die Balancein eine Endstellung, so ist der Widerstand Null und somit kann nichts aus dem Ausgang kommen. In der anderen Endstellung haben wir 10k (Pot) parallel 7,15k was einen Wert von 4,17k ergibt. Rechnen wir aus, wie viel grösser dieser Wert geworden ist gegenüber den zuerst berechneten 2,94k, so ist der Wert jetzt um den Faktor 1,418 grösser, was ungefähr Wurzel aus 2 entspricht.
Oder rechnen wir die Verstärkung jetzt aus, so ist sie 4,17 : 2,55 = 1,636 fach, was wiederum rund Wurzel 2 mal mehr ist als die 1,153 fache der ersten Rechnung. Und wenn wir die dB-Rechnung anstellen, so ist die Verstärkung jetzt 4,2757dB und damit um rund 3,04dB höher als bei Regler in Mittelstellung.
Diese ganze Rechnung zeigt, dass im Endanschalg ein Lautsprecher 3dB lauter ist als vorher (doppelte Leistung) der andere aber stumm = Null Leistung. Somit ist die Leistung im Raum konstant und damit auch die Lautstärke.

Jetzt mal genug der Rechnerei. An diese Mono- und Balancegeschichte schliesst sich der Lautstärkeregler an. Und damit man noch etwas Reserve hat, ist diesem ein OPV mit einer Verstärkung von 3dB nachgeschaltet. Vor allem aber trennt er den Lautstärkeregler von der hier folgenden Elektronik ab.


Der nächste Abschnitt enthält den Line-Ausgang, den Kopfhörerverstärker und vor allem den Klangregler. Wir könnten dammit beginnen, denn es ist auch die logische Fortsetzung laut unserer Übersicht. Nur, wenn man keinen Klangregler möchte, würde an den Lautstärketeil direkt der Line-Out anschliessen. Dies sähe dann wie folgt aus:
   
Hierbei wird der OPV des Lautstärkereglers zusätzlich als Ausgangsverstärker verwendet und der zweite Anschluss des XLR wird über den zusätzlichen OPV geführt.
Ist keine symmetrische Verdrahtung gewünscht, entfällt dieser zusätzliche OPV und auch die XLR-Buchse. Der OPV des Lautstärkereglers würde direkt mit der Cinchbuchse verbunden.

Wird der Klangregler eingesetzt, so bildet sein OPV den einen Ausgangsanschluss der XLR-Buchse, der Line Out-Teil bedient den zweiten Anschluss (hier schon eingezeichnet).


Aber jetzt wirklich zum Klangregler.
   
Am Eingang liegt ein Kondensator, der allfällige Restgleichspannungen abtrennt und verhindert, dass die Regler kratzen. Den selben Zweck erfüllt auch der 1,5 Mikrofarad Kondensator mitten in der Schaltung.
Bleiben wir gerade mal bei der Gleichspannung, so wird diese durch die Gegenkopplung ausgeglichen. Dazu sind die Widerstände 100k, 475k und 1k zwischen Ausgang und Inverseingang eingesetzt. Zwischen 100k und 475k ist ein Kondensator gegen Masse geschaltet, der verhindert, dass Ton in diesem Zweig wirksam würde.

Da der Noninversanschluss des OPV an Masse liegt kann auch am Inversanschluss nur eine winzig kleine Spannung wirksam sein. Es muss sich also immer zwischen dem Eingang der Schaltung und dem Ausgang ein Gleichgewicht bilden, das den Widerstandswerten der Potentiometer und der übrigen Widerstände entspricht. Betrachten wir den oberen (Bass-) Regler. Steht er links, also am Eingang, ergibt sich eine Teilung von 10k zu 110k Eingang zu Ausgang. Also muss das Ausgangssignal 11 mal grösser sein, um das Eingangssignal zu kompensieren. Im umgekehhrten Fall (steht er rechts) darf das Ausgangssignal nur ein Elftel des Eingangssignals sein. Durch die Kondensatoren von 68nF hat die ganze Geschichte nur Einfluss auf die tiefen Töne. Die mittleren und hohen werden durch diese Kondensatoren quasi am Regler vorbei geleitet.
Der untere (Höhen-) Regler stellt direkt das Verhältnis zwischen Ein- und Ausgang her. Allerdings geht es da nur um die Höhen und daher genügt ein einzelner Kondensator (4,7nF) zusammen mit den beiden 1k Widerständen, um die Regelung zu ermöglichen.

Der Vorteil dieser Schaltungsart ist die wirkliche Symmetrie der Regelcharakteristik. Und es wäre z.B. möglich, die Regler durch eine Kette von Widerständen zu ersetzen (14 mal 7,15k) und diese mit Relais anzuwählen, um absolut definierte Anhebungen und Absenkungen zu bekommen und diese fernbedienbar zu machen. Dass dies natürlich ein erheblicher Aufwand bedeutet, versteht sich. In diesem Bild ist der zweite OPV für den symmetrischen Ausgang direkt eingezeichnet, dieser könnte bei asymmetrischem Betrieb wie erwähnt entfallen.
   
Im Übersichtsschaltbild ist nun noch ein Umschalter eingezeichnet und ebenso ein Kopfhörerverstärker. Ob dieser eingesetzt werden soll, unterliegt der persönlichen Entscheidung. Wenn der Vorverstärker zusammen mit einer Stereoendstufe aufgestellt wird, kann deren Kopfhörerausgang verwendet werden. Sind aber die Endstufen in einigem Abstand aufgestellt oder werden Aktivboxen verwendet, so ist der Kopfhöreranschluss schon vorteilhaft.

In diesem Falle macht es auch Sinn einen eigenen (zusätzlichen) Lautstärkeregler für den Kopfhörer einzusetzen. Als Verstärker sind hier die OPV NE5532AN eingesetzt, wobei ein OPV als Eingangsverstärker dient (Verstärkung rund 10dB) und drei weitere OPV ansteuert, die alle drei parallel geschaltet sind. Um keine gegenseitigen Beeinflussungen zu bekommen sind die OPV gegeneinander mit je 100 Ohm entkoppelt. Da die Gegenkopplung jeweils erst nach diesenWiderständen abgenommen wird, ist der Ausgang der Schaltung recht niederohmig. Zur Anpassung und Vermeidung von Kurzschlüssen ist noch ein Widerstand von 34 Ohm eingesetzt.

Im Grunde fehlt jetzt noch das Netzteil. Dieses muss für die Verstärker eine stabilisierte Spannung von Plus und Minus (Doppelspeisung!) 15V (+/-10V für den RIAA-Entzerrer, sofern diese zusätzliche Spannung nicht in jenem Teil selbst erzeugt wird!) liefern. Der Stromverbrauch liegt bei Vollausrüstung bei knapp 400mA.

Ausserdem könnte man jetzt noch eine Steuerlogik zusammen mit Motorpotis und Fernbedienung entwickeln. Und es wäre auch denkbar, dem Ding einen geschalteten Netzausgang zu verpassen, der für 25A reichen sollte (obwohl sowas nicht zulässig wäre) und, und...

Was aber noch hinzu kommt sind die Relais der verschiedenen Audioumschaltungen. Das können z.B. SDS DR12 sein. Diese verfügen über jeweils einen Umschalter. Bei Vollausrüstung und 6 Eingängen (Monitor nicht mitgezählt) ergäbe dies 36 Relais, die zu einem Preis von rund 5.90€ angeboten werden und die pro Stück bei 12V Speisung rund 2,75mA Strom benötigen, was total rund 100mA ergibt. Da es natürlich auch andere Fabrikate gibt, ist deren Stromverbrauch entsprechend zu berücksichtigen. Eine komplette Aufstellung aller benötigten Teile macht hier wirklich wenig Sinn. Und es ist bereits aus dieser Relaiszahl und deren Preis ersichtlich, dass dieses Projekt nicht aus der Kaffeekasse zu finanzieren ist.

[richi44]

Noch ein kleiner Nachtrag: Ich habe mal den RIAA-Entzerrvorverstärker nachgerechnet und angenommen, die Kondensatoren hätten keine Toleranz, so wäre der Frequenzgang auf 0,04dB genau eingehalten.