Massefuehrung bei digitalen Bussystemen

[Martin Klaiber]

Thomas Kurth <thomas.nospam@gmx.net> wrote:

In de.sci.electronics, Martin Klaiber said...

Ich habe drei Spannungen (+12, +5, +3.3V) und die Massen dazu. Es gibt
ja nun mehrere Möglichkeiten, wie man das führen kann. Derzeit plane
ich es so (64poliger VG-Stecker, A+C):

[snip]

warum konzentrierst Du die so auf einer Seite des Steckers...

Weil ich auch noch Analogbauteile auf manchen Karten habe, und beide
Spannungsversorgungen trennen will. Auf der anderen Seite des Steckers
liegen also die 'analogen' Spannungen (+/- 12..15V). Das muss man so
nicht machen, aber ich finde diese räumliche Trennung übersichtlicher
und elektrisch schadet es sicher nicht.

Martin

 

[Martin Klaiber]

jetmarc <jetmarc@hotmail.com> wrote:

Wenn ich auf jeder Karte einen lokalen Bezugspunkt habe, auf den ich
mich jeweils beziehe, wofür brauche ich dann eine eigene Masseleitung
zu jeder Steckkarte? Wenn die Eingangsbuchse und die Masse des ADC
sich auf diese lokale Bezugsmasse beziehen, ist ihnen doch egal, was
zwischen der Karte und dem Netzteil passiert, oder?

Wenn Du die Karten komplett isolieren kannst, ja. Allerdings gibt es
zwei Probleme: zum einen externe Verbindungen (zB ein 6-kanal Eingang
aus 3 Stereo ADC Karten "basteln" -> externe Verbindung der 3 Karten).

Im Regelfall werden die Karten keine externe Verbindung haben. Aber es
ist nicht auszuschließen, dass z.B. zwei Karten an einem Objekt messen.
In dem Fall wären die Massen beider Steckkarten tatsächlich miteinander
verbunden.

Es sei denn, ich verwende doch echte Differenzeingänge. Also z.B. einen
OpAmp als Differenzverstärker beschaltet, aber auf der Karte selbst geht
es massebezogen weiter in den ADC. Müsste so machbar sein, oder?

Zum anderen ist die Spannungsversorgung aus dem gemeinsamen Regler
ein globales "analoges Signal" - bereits der erste Kandidat der die
Forderung nach Isolation verletzt.

Was meinst Du hier mit Isolation?

Je mehr die Masse einer Karte von der des Netzteils abweicht, desto
gestoerter erscheint die Versorgung (selbst wenn sie stabil ist wie
ein Stein).

Warum gestörter? Was mir einleuchtet ist, dass selbst wenn ich die
Spannungen auf der Karte mit Elkos abblocke, ich vermutlich keine
wirklich symmetrischen Spannungen mehr erhalte, da ja die Masse jetzt
gegenüber der Netzteilmasse verschoben ist. Ich weiß nicht, wie
tolerant z.B. OpAmps darauf reagieren. Meinst Du das mit 'gestört'?

Was mir auch noch als Lösung einfällt, was aber ziemlich aufwendig
wäre, ist, die Spannungen für die analogen Bauteile auf der Karte
selbst zu erzeugen. Wenn der Stromverbrauch nicht hoch ist, sollte
das machbar sein, aufwendig wäre es dennoch.

Merkliche Auswirkungen erwarte ich aber erst wenn man Verbraucher mit
Sensoren kombiniert, zB eine Verstaerkerkarte oder sowas.

Ich werde maximal eine Karte mit Signalgenerator haben, und die werde
ich gleich neben dem Netzteil platzieren.

Martin

 

[Martin Klaiber]

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:

Beide Geräte sind über die Netzleitung mit Erde verbunden
(Schutzleiter). Dabei ist jedes Gerät so ausgelegt, daß die Signalmasse
an einem einzigen Punkt im Gerät mit der Gehäusemasse und damit mit Erde
verbunden ist. Wir haben jetzt eine Masseschleife.

Eine Option wäre, dass man diese Erde-Masse-Verbindung bei einem der
Geräte auftrennbar macht. Die Erde-Gehäuse-Verbindung bleibt natürlich
bestehen. Ist so etwas nach VDE erlaubt?

Eine sehr wichtige Variante hängt mit der Kabelschirmung zusammen. Diese
sollte man in der Regel an beiden Enden mit der Gehäusemasse verbinden,

Warum denn an beiden Enden? Über den Schirm soll doch gar kein Strom
fließen, zumindest nicht von Gerät zu Gerät. Um Störungen abzuleiten,
reicht es doch, wenn der Schirm einseitig mit dem Gehäuse verbunden
ist. Das müsste eigentlich auch die von Dir oben skizzierten Masse-,
bzw. Brummschleifen vermeiden.

Dadurch wird noch nicht zuverlässig verhindert, daß die Signalmassen
zweier Geräte auf verschiedenen Pegeln liegen, insbesonders wenn sie
nicht in unmittelbarer Nähe zueinander stehen. Das geht eigentlich
überhaupt nicht. Selbst wenn man Supraleiter verwenden würde, hätten die
immer noch eine Leitungsinduktivität. Man kommt also unter Umständen
nicht drumherum, den Unterschied irgendwie zu kompensieren. Dazu braucht
man entweder im sendenden Gerät oder im empfangenden Gerät einen
Differenzverstärker oder Übertrager, um die Signalmassen nicht
miteinander verbinden zu müssen -- falls man nicht gleich komplett
differenziell arbeitet.

So aufwendig muss es nicht sein. Meine Signalquellen werden zu 99%
Mikrofone sein. Der Mikrofonverstärker kommt entweder in den Griff
des Mikrofons oder auf die Karte. Auf jeden Fall ist kein Mikrofon
mit einem anderen galvanisch verbunden. Ganz selten werde ich evtl.
mit zwei Karten an einem Objekt messen (z.B. Strom und Spannung an
einem Bauteil). Für solche Fälle bräuchte ich dann Differenzeingänge.

Mit vier Widerständen kann man ja aus einem normalen OpAmp einen
Differnzverstärker machen. Würde das für solche Zwecke reichen, oder
bräuchte ich dafür ein Spezialbauteil?

Martin

 

[Stefan Heinzmann]

Martin Klaiber schrieb:

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:


Beide Geräte sind über die Netzleitung mit Erde verbunden
(Schutzleiter). Dabei ist jedes Gerät so ausgelegt, daß die Signalmasse
an einem einzigen Punkt im Gerät mit der Gehäusemasse und damit mit Erde
verbunden ist. Wir haben jetzt eine Masseschleife.


Eine Option wäre, dass man diese Erde-Masse-Verbindung bei einem der
Geräte auftrennbar macht. Die Erde-Gehäuse-Verbindung bleibt natürlich
bestehen. Ist so etwas nach VDE erlaubt?

Ja, solange keine berührbaren Teile im Fehlerfall spannungsführend
werden können, ohne daß eine Sicherung ansprechen würde. Mit anderen
Worten, es dürfen aus dem Gehäuse keine nicht-geschützten Teile
herausragen, z.B. Stecker.

Man muß sich allerdings darüber im Klaren sein daß im Gerät zwischen
Gehäuse und Schaltung eine beträchtliche Koppelkapazität vorhanden ist.
Je höherfrequent die Störung ist, desto weniger wird die Auftrennung der
Masse bringen. Für Netzbrumm ist das allerdings recht effektiv.

Eine sehr wichtige Variante hängt mit der Kabelschirmung zusammen. Diese
sollte man in der Regel an beiden Enden mit der Gehäusemasse verbinden,


Warum denn an beiden Enden? Über den Schirm soll doch gar kein Strom
fließen, zumindest nicht von Gerät zu Gerät. Um Störungen abzuleiten,
reicht es doch, wenn der Schirm einseitig mit dem Gehäuse verbunden
ist. Das müsste eigentlich auch die von Dir oben skizzierten Masse-,
bzw. Brummschleifen vermeiden.

Da die Signalmasse doch verbunden werden muß würde dennoch eine
Masseschleife entstehen, und der Fehlerstrom würde diesmal über die
Signalmasse fließen. Das ist noch schlechter.

Die Schirmung an einer Seite aufzutrennen wird oft bei differenzieller
Signalübertragung gemacht. Manche Leute machen sogar eine Regel daraus,
den Schirm nur an einer Seite anzuschließen (one-end-only rule), wobei
dann immer die Diskussion losgeht, an welcher. Wie im Fall oben kann man
dadurch den Netzbrumm recht gut unterdrücken. Die Sache ist aber nicht
besonders effektiv bei hochfrequenten Störungen, z.B. bei
danebengelegtem Handy oder bei Einkopplung von Radiosendern. Im
Gegenteil, man kann so durchaus ein Problem durch ein anderes ersetzen.
Im HF-Bereich wird man kaum irgendwo ein Kabel finden, bei dem der
Schirm an einer Seite abgetrennt wurde. Wer diese Kur anwenden will,
sollte wenigstens durch einen Kondensator (z.B. 10nF) am offenen Ende
die HF zum Gehäuse ableiten, und zwar auf möglichst kurzem Weg.

Dadurch wird noch nicht zuverlässig verhindert, daß die Signalmassen
zweier Geräte auf verschiedenen Pegeln liegen, insbesonders wenn sie
nicht in unmittelbarer Nähe zueinander stehen. Das geht eigentlich
überhaupt nicht. Selbst wenn man Supraleiter verwenden würde, hätten die
immer noch eine Leitungsinduktivität. Man kommt also unter Umständen
nicht drumherum, den Unterschied irgendwie zu kompensieren. Dazu braucht
man entweder im sendenden Gerät oder im empfangenden Gerät einen
Differenzverstärker oder Übertrager, um die Signalmassen nicht
miteinander verbinden zu müssen -- falls man nicht gleich komplett
differenziell arbeitet.


So aufwendig muss es nicht sein. Meine Signalquellen werden zu 99%
Mikrofone sein. Der Mikrofonverstärker kommt entweder in den Griff
des Mikrofons oder auf die Karte. Auf jeden Fall ist kein Mikrofon
mit einem anderen galvanisch verbunden. Ganz selten werde ich evtl.
mit zwei Karten an einem Objekt messen (z.B. Strom und Spannung an
einem Bauteil). Für solche Fälle bräuchte ich dann Differenzeingänge.

Mit vier Widerständen kann man ja aus einem normalen OpAmp einen
Differnzverstärker machen. Würde das für solche Zwecke reichen, oder
bräuchte ich dafür ein Spezialbauteil?

Das würde im Normalfall reichen (es sei denn man braucht sehr hohe
Eingangswiderstände, dann muß es ein Instrumentierverstärker sein). Die
Gleichtaktunterdrückung hängt dabei davon ab, wie genau die Widerstände
übereinstimmen. 1%-Widerstände sollten schon sein, damit kann man ohne
weitere Trimmung um die 45dB Gleichtaktunterdrückung erreichen. Wenn's
noch genauer sein muß, dann kann es günstiger sein, auf integrierte
Differenzverstärker zurückzugreifen, z.B. Instrumentierverstärker, aber
wenn sowas nötig ist, dann hat man's entweder mit extrem empfindlichen
Signalen zu tun, oder mit zu viel Störsignal auf dem Leiterpaar, so daß
ich mir überlegen würde, ob nicht was Anderes faul ist, was man vorher
beheben sollte.

Die Eingangsimpedanz des normalen Differenzverstärkers ist übrigens
nicht gleich an beiden Eingängen. Bei besonders langen Kabeln, höheren
Signalfrequenzen und/oder Übertragung mit definierter, angepaßter
Impedanz mag es erforderlich sein, daß auch die Eingangsimpedanz
symmetrisch ist. Das erreicht man entweder mit Übertragern, mit
Instrumentierverstärkern, oder mit der SuperBal-Schaltung.

Ein Mikrofon ist schon von Haus aus eine differenzielle Signalquelle.
Das paßt wunderbar zu differenzieller Übertragung. Bei Gesangsmikrofonen
ist der Kabelschirm mit dem Metallgehäuse verbunden. Dadurch ist bei
korrekter Masseverkabelung das Metallgehäuse mit der Erde verbunden. Das
führt dazu, daß bei unzureichender Schutzleiterverkabelung Kriechströme
auftreten können, die bei Berührung mit den Lippen ziemlich unangenehm
werden können. Bei Lifeauftritten ist das immer wieder ein Problem,
wegen der oft chaotischen Verkabelung. Auch werden da oft Brummschleifen
ad-hoc durch (manchmal ziemlich planloses) Auftrennen von
Masseverbindungen behoben. Wenn man dabei die Erdung von Geräten
auftrennt, kann man das Leben der Musiker aufs Spiel setzen. Es hat da
schon üble Zwischenfälle gegeben.

Mikrofone sind recht niederohmige, niederpegelige Signalquellen. Das
Hauptproblem wird da die Rauscharmut des Vorverstärkers sein und die
Unterdrückung von HF-Einstreuungen.

Gruß
Stefan

 

[Martin Klaiber]

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:

[OpAmps als Differenzverstärker beschalten]

Ein Mikrofon ist schon von Haus aus eine differenzielle Signalquelle.
Das paßt wunderbar zu differenzieller Übertragung.

Es handelt es sich um eine Electret-Messkapsel von Sennheiser (genauen
Typ müsste ich nachschauen, KHE irgendwas IIRC). Die Kapsel braucht
einen FET möglichst dicht am Ausgang, vermutlich zur niederohmigen
Auskopplung. Danach ist das Signal jedenfalls nicht mehr symmetrisch,
vorher war es das vermutlich auch nicht. Aber das Kabel zu den ADC-
Einschüben ist nicht lang, im Schnitt etwa zwei Meter.

Worüber ich mir noch nicht ganz klar bin ist, ob ich die Verstärker
in das Mikrofongehäuse einbaue. Der Vorteil wäre, dass die Schaltung
im ADC-Einschub einfacher ausfallen könnte (weniger Verstärkung) und
ich weniger Störungen auf dem Kabel einfange. Der Nachteil wäre, dass
ich für andere Messungen im NF-Kleinsignalbereich noch einen weiteren
(externen) Vorverstärker bräuchte. Nur ist bisher noch nicht klar, ob
und wie häufig ich solche Messungen machen werde.

Mikrofone sind recht niederohmige, niederpegelige Signalquellen. Das
Hauptproblem wird da die Rauscharmut des Vorverstärkers sein und die
Unterdrückung von HF-Einstreuungen.

Ich werde erstmal mit den als Differenzverstärker beschalteten OpAmps
experimentieren. Auf welche Parameter achte ich am Besten, wenn ich
einen für Messzwecke geeigneten Typ suche?

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert. Das wäre vielleicht auch ein
Argument dafür, den Mikroverstärker und den Differenzverstärker im
Eingang der Karte (der nicht so hoch verstärken muss) als getrennte
Baugruppen zu behandeln. So könnte man jedenfalls ihre Eigenschaften
optimieren.

Wie sind denn die Eingangsstufen von Oszilloskopen aufgebaut? Nimmt man
dafür spezielle OpAmps oder wird das diskret gemacht? Diese Bandbreite
bräuchte ich zwar nicht, aber die übrigen Eigenschaften wie Offset,
Verstärkung und Linearität wären schon eine feine Sache.

Martin

 

[Norbert Hahn]

On Tue, 27 Jan 2004 22:40:40 +0100, Martin Klaiber
<martinkl@zedat.fu-berlin.de> wrote:

Es handelt es sich um eine Electret-Messkapsel von Sennheiser (genauen
Typ müsste ich nachschauen, KHE irgendwas IIRC). Die Kapsel braucht
einen FET möglichst dicht am Ausgang, vermutlich zur niederohmigen
Auskopplung. Danach ist das Signal jedenfalls nicht mehr symmetrisch,
vorher war es das vermutlich auch nicht. Aber das Kabel zu den ADC-
Einschüben ist nicht lang, im Schnitt etwa zwei Meter.

Da reicht unsymmetrische Verbindung, wenn die Umwelt da nicht völlig
verseucht ist.

Worüber ich mir noch nicht ganz klar bin ist, ob ich die Verstärker
in das Mikrofongehäuse einbaue.

Der Impedanzwandler muss in jedem Fall zur Kapsel. Und wenn man da
ohnehin einen FET einbaut, kann man auch noch 20 dB verstärken.

Der Vorteil wäre, dass die Schaltung
im ADC-Einschub einfacher ausfallen könnte (weniger Verstärkung) und
ich weniger Störungen auf dem Kabel einfange. Der Nachteil wäre, dass
ich für andere Messungen im NF-Kleinsignalbereich noch einen weiteren
(externen) Vorverstärker bräuchte.

Ja. Oder alles im Mikro verstärken, Verstärkung ggf. Umschaltbar
machen, um Übersteuerungen zu vermeiden.

Nur ist bisher noch nicht klar, ob
und wie häufig ich solche Messungen machen werde.

Mikrofone sind recht niederohmige, niederpegelige Signalquellen. Das
Hauptproblem wird da die Rauscharmut des Vorverstärkers sein und die
Unterdrückung von HF-Einstreuungen.

Ich werde erstmal mit den als Differenzverstärker beschalteten OpAmps
experimentieren. Auf welche Parameter achte ich am Besten, wenn ich
einen für Messzwecke geeigneten Typ suche?

Was soll da gemessen werden? Frequenzbereich? Maximaler Pegel?
Minimaler Pegel? OpAmps, z.B. AD 797, LT 1028, evtl. reicht ein
NE5534.

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Das schaffen die o.g. OpAmps locker, aber das Mikro?

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert.

Ein Mikro ist kein Barometer. Wenn es als Druckempfänger aufgebaut
ist, hat es Bohrungen zum Ausgleich von Luftdruckschwankungen, die
die untere Grenzfrequenz festlegen. Wenn es als Druckgradienten-
empfänger aufgebait ist, ist die untere Grenzfrequenz ohnehin höher.

Norbert

 

[Martin Klaiber]

Norbert Hahn <hahn@hrz.tu-darmstadt.de> wrote:

On Tue, 27 Jan 2004 22:40:40 +0100, Martin Klaiber
martinkl@zedat.fu-berlin.de> wrote:

Ich werde erstmal mit den als Differenzverstärker beschalteten OpAmps
experimentieren. Auf welche Parameter achte ich am Besten, wenn ich
einen für Messzwecke geeigneten Typ suche?

Was soll da gemessen werden?

Mit dem Mikrofon: Frequenzgang, Impulsverhalten, Nachhallzeiten, usw.

Frequenzbereich? Maximaler Pegel? Minimaler Pegel? OpAmps, z.B. AD 797,
LT 1028, evtl. reicht ein NE5534.

Also die üblichen Teile.

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Das schaffen die o.g. OpAmps locker,

Auch bei 60dB Verstärkung?

aber das Mikro?

Das muss natürlich nicht bis 100kHz auflösen können. Aber ich will
vermeiden, dass der OpAmp den Frequenzgang unnötig früh beschneidet.

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert.

Ein Mikro ist kein Barometer.

Das bezog sich auf die Messungen ohne Mikrofon. Stell Dir die Kiste vor
wie ein Oszilloskop mit Einschüben, nur dass es keinen Bildschirm hat,
sondern die Daten digitalisiert und an einen PC geschickt werden. Und
es muss nicht die Bandbreite eines Oszilloskops haben, 100kHz reichen,
da es nur für NF-Zwecke, und in erster Linie für akustische Messungen
mit einem oder mehreren Mikrofonen genutzt wird. Aber manchmal wird es
auch direkte Messungen an Bauteilen geben, und dann wäre es angenehm,
man könnte auch Gleichspannungen messen.

Martin

 

[Stefan Heinzmann]

Martin Klaiber schrieb:

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:

[OpAmps als Differenzverstärker beschalten]


Ein Mikrofon ist schon von Haus aus eine differenzielle Signalquelle.
Das paßt wunderbar zu differenzieller Übertragung.


Es handelt es sich um eine Electret-Messkapsel von Sennheiser (genauen
Typ müsste ich nachschauen, KHE irgendwas IIRC). Die Kapsel braucht
einen FET möglichst dicht am Ausgang, vermutlich zur niederohmigen
Auskopplung. Danach ist das Signal jedenfalls nicht mehr symmetrisch,
vorher war es das vermutlich auch nicht. Aber das Kabel zu den ADC-
Einschüben ist nicht lang, im Schnitt etwa zwei Meter.

Hm, Elektret-Mikrofone haben üblicherweise den FET schon drin. Sonst
wäre der Quellwiderstand so hoch daß schon ein bißchen Kabelkapazität
einen merklichen Tiefpaß ergibt. Muß man bei dem Sennheiser-Mikro den
FET extern dazubauen? In diesem Fall interessiert Dich vielleicht das:
http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3507

Bei nur 2m sollte auch unsymmetrisch kein Problem sein, solange Du
Signalmasse und Gehäusemasse nicht verwechselst ;-)

Worüber ich mir noch nicht ganz klar bin ist, ob ich die Verstärker
in das Mikrofongehäuse einbaue. Der Vorteil wäre, dass die Schaltung
im ADC-Einschub einfacher ausfallen könnte (weniger Verstärkung) und
ich weniger Störungen auf dem Kabel einfange. Der Nachteil wäre, dass
ich für andere Messungen im NF-Kleinsignalbereich noch einen weiteren
(externen) Vorverstärker bräuchte. Nur ist bisher noch nicht klar, ob
und wie häufig ich solche Messungen machen werde.


Mikrofone sind recht niederohmige, niederpegelige Signalquellen. Das
Hauptproblem wird da die Rauscharmut des Vorverstärkers sein und die
Unterdrückung von HF-Einstreuungen.


Ich werde erstmal mit den als Differenzverstärker beschalteten OpAmps
experimentieren. Auf welche Parameter achte ich am Besten, wenn ich
einen für Messzwecke geeigneten Typ suche?

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Beim Rauschen spielt die Quellimpedanz eine entscheidende Rolle. Davon
hängt auch die Wahl des OpAmps ab. Siehe z.B.
http://www.linear.com/pdf/dn140.pdf

Dann muß das Gain-Bandwidth-Product (GBW) einfach hoch genug sein.

In bestimmten Fällen braucht man hochohmige Differenzeingänge, dann
läuft's auf einen Instrumentierverstärker hinaus.

Für Audio sind schließlich noch geringe harmonische Verzerrungen
interessant.

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert. Das wäre vielleicht auch ein
Argument dafür, den Mikroverstärker und den Differenzverstärker im
Eingang der Karte (der nicht so hoch verstärken muss) als getrennte
Baugruppen zu behandeln. So könnte man jedenfalls ihre Eigenschaften
optimieren.

Gleichspannung ist was ganz anderes als Audio. OpAmps, die ideal für
Audio sind, versagen u.U. bei DC. Ein bekanntes Beispiel ist der NE5532.
Das ist ein reinrassiger Audio-OpAmp, der keine Kompromisse für
DC-Anwendungen macht.

Einen universellen Verstärker für alles zu konstruieren ist nicht so
einfach. Das größte Problem dabei ist daß man für jedes Problem die
passende Bandbreite und Eingangsimpedanz wählen sollte. Zu viel
Bandbreite ist schlecht, weil man sich nur zusätzliches Rauschen und
größere Empfindlichkeit für Störungen einhandelt.

Auch A/D-Wandler sind üblicherweise für das eine oder das andere
optimiert. Auch an der Stelle würde ich nicht damit rechnen, eine gute
Universallösung zu bekommen. Schließlich muß man noch darauf achten, daß
der verwendete OpAmp zum Signaleingang des A/D-Wandlers paßt. Das ist
wieder eine Impedanzfrage. Es gibt auch etliche Wandler mit
symmetrischem Eingang.

Wie sind denn die Eingangsstufen von Oszilloskopen aufgebaut? Nimmt man
dafür spezielle OpAmps oder wird das diskret gemacht? Diese Bandbreite
bräuchte ich zwar nicht, aber die übrigen Eigenschaften wie Offset,
Verstärkung und Linearität wären schon eine feine Sache.

Meinst Du? Ich finde die absolute Genauigkeit nicht besonders gut. Bei
einem Oszi spielen 2% Fehler keine große Rolle. Den Offset kompensiert
man mit dem Positionsknopf. Die Linien driften sowieso während den
ersten 5 Minuten nach dem Einschalten in der Gegend herum. Die
Linearität und die Pulsantwort ist extrem wichtig bei Oszis. Früher als
man noch Schaltpläne für die Geräte bekam waren diese Verstärker mit
diskreten Bauteilen, oder gemischt aufgebaut. Heute ist das
wahrscheinlich in kundenspezifischen Chips integriert, über die nur der
Hersteller Bescheid weiß. Tektronix hatte mal eine Buchreihe in den 60er
Jahren wo die Schaltungstechnik im Detail beschrieben wurde (die
Concepts-Serie). Mit etwas Glück kannst Du vielleicht Gebrauchtexemplare
auftreiben (schick' mir 'ne Kopie von allem was Du kriegen kannst, ich
bin interessiert!).

--
Cheers
Stefan

 

[Norbert Hahn]

Martin Klaiber <martinkl@zedat.fu-berlin.de> wrote:

Was soll da gemessen werden?

Mit dem Mikrofon: Frequenzgang, Impulsverhalten, Nachhallzeiten, usw.

Frequenzbereich? Maximaler Pegel? Minimaler Pegel? OpAmps, z.B. AD 797,
LT 1028, evtl. reicht ein NE5534.

Also die üblichen Teile.

Ja, die sind heute üblich.

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Das schaffen die o.g. OpAmps locker,

Auch bei 60dB Verstärkung?

Ich habe für Mikrofonverstärker bisher gerne den SSM 2017 benutzt, der
wird zwar seit einiger Zeit nicht mehr produziert, aber ich habe noch
einige davon. Wenn ich mich richtige erinnere, wurde der Nachfolger
nie in nennenswerten Stückzahlen produziert, aber der hat ja auch wieder
einen Nachfolger, den SSM 2019, vgl.
http://www.analog.com/Analog_Root/sitePage/sectionSiteMap/

Die haben die von die gewünschte Bandbreite auch noch bei 60 dB
Verstärkung.

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert.

Das ist eine völlig andere Baustelle. Ich hatte früher mal einen
Breitbandverstärker, der auch Gleichspannungen verstärkte, der hatte
am Eingang eine Frequenzweiche, zerhackerstabilisierte Gleichspannungs-
verstärker, parallel dazu dann Breitbandverstärker und am Ausgang
ebenfalls eine Weiche zum Summieren. Ich weiß jetzt nicht, ob man das
heute noch so macht/machen muss.

Zusätzlich brauchte man noch eine Gleichspannungskompensation für
Thermospannungen u.ä. Unangenehmes.

Norbert

 

[Martin Klaiber]

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:

Muß man bei dem Sennheiser-Mikro den FET extern dazubauen?

Nein, Du hast recht, er ist schon in der Kapsel verbaut. Ich hatte das
falsch in Erinnerung.

Beim Rauschen spielt die Quellimpedanz eine entscheidende Rolle. Davon
hängt auch die Wahl des OpAmps ab. Siehe z.B.
http://www.linear.com/pdf/dn140.pdf

Danke, eine sehr interessante Übersicht.

Dann muß das Gain-Bandwidth-Product (GBW) einfach hoch genug sein.

Bei 100kHz und 60dB wären das also 100MHz GBW. Das ist schon ziemlich
viel. Spielt da nicht auch noch die Slew-Rate mit rein? Ein OpAmp, der
eine hohe Verstärkung bei niedrigen Frequenzen hat, hat ja dennoch eine
obere Grenzfrequenz, auch wenn die Verstärkung nur Eins beträgt. Oder
kann man das tatsächlich so gegeneinander in Beziehung setzen, dass
man also sagen kann, dass ein Typ, der bei 1Hz 120dB verstärken kann,
bei einer Verstärkung von 1 eine Bandbreite von 1MHz hat?

In bestimmten Fällen braucht man hochohmige Differenzeingänge, dann
läuft's auf einen Instrumentierverstärker hinaus.

So extrem hochohmig muss es in meinem Fall wohl nicht sein. 1MegOhm
sollte für die meisten Fälle reichen.

Für Audio sind schließlich noch geringe harmonische Verzerrungen
interessant.

Tja, das wäre in meinem Fall auch nicht uninteressant, da ich auch
Klirrfaktoren messen können will.

Einen universellen Verstärker für alles zu konstruieren ist nicht so
einfach. Das größte Problem dabei ist daß man für jedes Problem die
passende Bandbreite und Eingangsimpedanz wählen sollte. Zu viel
Bandbreite ist schlecht, weil man sich nur zusätzliches Rauschen und
größere Empfindlichkeit für Störungen einhandelt.

Die Bandbreite liegt durch die Beschränkung auf den NF-Bereich fest.
100kHz sollte dicke reichen.

Außer beim Mikro ist die Quellimpedanz der Signalquellen unbekannt.
Eigentlich dachte ich an 1MegOhm Eingangsimpedanz, aber was ist, wenn
ich mal eine hochohmige Röhrenschaltung als Prüfling habe? Ich denke,
ich werde dem Mikrofon einen eigenen Verstärker im Gehäuse spendieren
und die Eingangsschaltung auf der Karte vorerst einfach halten.

Wenn ich irgendwann doch noch was Spezielles brauche, muss ich es mir
halt dazubauen. Sonst wird das eine endlose Planungsphase, wenn ich
alle Eventualitäten berücksichtigen will. Mich kostet, als Bastler,
die Planungszeit zwar nichts, aber so langsam will ich auch mal mit
dem Bauen anfangen.

Meinst Du? Ich finde die absolute Genauigkeit nicht besonders gut. Bei
einem Oszi spielen 2% Fehler keine große Rolle.

Ach so, ich dachte die Ungenauigkeit liegt an der Röhre.

Tektronix hatte mal eine Buchreihe in den 60er Jahren wo die
Schaltungstechnik im Detail beschrieben wurde (die Concepts-Serie).
Mit etwas Glück kannst Du vielleicht Gebrauchtexemplare auftreiben
(schick' mir 'ne Kopie von allem was Du kriegen kannst, ich bin
interessiert!).

Sind das diese Röhrengeräte auf Laborwagen mit externem Netzteil (oben
das Oszi unten das Netzteil)? Ich kannte mal jemanden, der hat alles
nur mit Röhren gebaut und konsequenterweise auch nur röhrenbestückte
Messgeräte verwendet, z.B. diese Tektronix-Oszilloskope.

Keine Ahnung, ob ich ihn noch/wieder ausfindig machen könnte. Berlin
ist manchmal etwas unübersichtlich. Wenn man jemanden aus den Augen
verloren hat, kann es Jahre dauern, ihn wiederzufinden.

Martin

 

[Martin Klaiber]

Norbert Hahn <hahn@hrzpub.tu-darmstadt.de> wrote:

Ich habe für Mikrofonverstärker bisher gerne den SSM 2017 benutzt, der
wird zwar seit einiger Zeit nicht mehr produziert, aber ich habe noch
einige davon. Wenn ich mich richtige erinnere, wurde der Nachfolger
nie in nennenswerten Stückzahlen produziert, aber der hat ja auch wieder
einen Nachfolger, den SSM 2019, vgl.
http://www.analog.com/Analog_Root/sitePage/sectionSiteMap/

Die haben die von die gewünschte Bandbreite auch noch bei 60 dB
Verstärkung.

Das hört sich sehr gut an. Danke!

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert.

Das ist eine völlig andere Baustelle. Ich hatte früher mal einen
Breitbandverstärker, der auch Gleichspannungen verstärkte, der hatte
am Eingang eine Frequenzweiche, zerhackerstabilisierte Gleichspannungs-
verstärker, parallel dazu dann Breitbandverstärker und am Ausgang
ebenfalls eine Weiche zum Summieren. Ich weiß jetzt nicht, ob man das
heute noch so macht/machen muss.

Zusätzlich brauchte man noch eine Gleichspannungskompensation für
Thermospannungen u.ä. Unangenehmes.

Ich habe mich inzwischen entschieden, dem Mikrofon einen eigenen VV
im Mikrogehäuse zu spendieren. Damit kann ich auf der ADC-Karte einen
Typ verwenden, der eher auf geringen Eingangsoffset, DC-Betrieb u.ä.
optimiert ist, und muss nicht noch viel verstärken.

Martin

 

[Norbert Hahn]

On Fri, 30 Jan 2004 22:50:03 +0100, Martin Klaiber
<martinkl@zedat.fu-berlin.de> wrote:

Ich habe mich inzwischen entschieden, dem Mikrofon einen eigenen VV
im Mikrogehäuse zu spendieren. Damit kann ich auf der ADC-Karte einen
Typ verwenden, der eher auf geringen Eingangsoffset, DC-Betrieb u.ä.
optimiert ist, und muss nicht noch viel verstärken.

Das was dann hinter dem Mikrofon(verstärker) kommt, ist unkritisch.

Aber: Der Mikrofonverstärker muss in der Verstärkung umschaltbar oder
reproduzierbar einstellbar sein, denn in der richtigen Welt gibt es
ganz verschiedene Schallpegel. Beispiel:

Mein Selbstbau-Mikrofonverstärker sind zwischen 10 und 60 dB bzw.
20 und 70 dB in 10 dB-tufen umschaltbar. Das leiseste Musikereignis,
das ich bisher aufgenommen hatte, war der Beginneines Stücks, wo der
Schlagzeuger solo die Snare mit den Fingerkuppen gestrichen hat.
Das Lauteste war, dass ich ein Mikro in ein Klavier hängen musste,
weil das Instrument für den Raum, in dem sich 100 Menschen drängten,
zu klein war. Da hatte ich bei einem dynamischen Mikro nur 20 dB Ver-
stärkung gebraucht, bei einem Kondensatormikro hätte ich wahrschein-
ich direkt in Line-In gehen können.

Norbert

 

[Stefan Heinzmann]

Martin Klaiber schrieb:

Stefan Heinzmann <stefan_heinzmann@yahoo.com> wrote:
[...]
Dann muß das Gain-Bandwidth-Product (GBW) einfach hoch genug sein.


Bei 100kHz und 60dB wären das also 100MHz GBW. Das ist schon ziemlich
viel. Spielt da nicht auch noch die Slew-Rate mit rein? Ein OpAmp, der
eine hohe Verstärkung bei niedrigen Frequenzen hat, hat ja dennoch eine
obere Grenzfrequenz, auch wenn die Verstärkung nur Eins beträgt. Oder
kann man das tatsächlich so gegeneinander in Beziehung setzen, dass
man also sagen kann, dass ein Typ, der bei 1Hz 120dB verstärken kann,
bei einer Verstärkung von 1 eine Bandbreite von 1MHz hat?

Im Prinzip schon. Nicht so viele OpAmps haben allerdings eine
Leerlaufverstärkung von über 120 dB. Die Slew-Rate begrenzt nicht die
Verstärkung, sondern die maximale Ausgangsamplitude bevor's verzerrt.
Oder - andersrum gesehen - die maximale Bandbreite für Vollaussteuerung.
Dann gibt's auch OpAmps, bei denen andere Regeln gelten. Beispiel:
Current-Feedback-Amplifier.

In bestimmten Fällen braucht man hochohmige Differenzeingänge, dann
läuft's auf einen Instrumentierverstärker hinaus.


So extrem hochohmig muss es in meinem Fall wohl nicht sein. 1MegOhm
sollte für die meisten Fälle reichen.

Das betrachte ich schon als hochohmig. Ein normaler Differenzverstärker
für Audio hätte eher so etwa um die 10kOhm Eingangswiderstand. Du hast
selbst schon von Oszilloskopen geredet. Die haben auch
Eingangswiderstände von 1MOhm, und Du weißt daß man da schon die
Tastköpfe an die Eingangskapazität anpassen muß, um Verzerrungen zu
vermeiden. Da geht's um ein paar Pikofarad, und das Testsignal ist eine
1kHz Rechteckschwingung. Eine Daumenregel, um das Gefühl für die
Verhältnisse zu verbessern: Bei 100kHz wirken 1.6pF wie 1MOhm.

[...]

Die Bandbreite liegt durch die Beschränkung auf den NF-Bereich fest.
100kHz sollte dicke reichen.

Außer beim Mikro ist die Quellimpedanz der Signalquellen unbekannt.
Eigentlich dachte ich an 1MegOhm Eingangsimpedanz, aber was ist, wenn
ich mal eine hochohmige Röhrenschaltung als Prüfling habe? Ich denke,
ich werde dem Mikrofon einen eigenen Verstärker im Gehäuse spendieren
und die Eingangsschaltung auf der Karte vorerst einfach halten.

Wenn ich irgendwann doch noch was Spezielles brauche, muss ich es mir
halt dazubauen. Sonst wird das eine endlose Planungsphase, wenn ich
alle Eventualitäten berücksichtigen will. Mich kostet, als Bastler,
die Planungszeit zwar nichts, aber so langsam will ich auch mal mit
dem Bauen anfangen.

Das meine ich eben. Versuche nicht, einen "Universalverstärker" zu
bauen. Das wäre eine harte Nuß, und irgendwelche Kompromisse wären immer
nötig. Stattdessen wäre meiner Ansicht nach ein "hochpegeliger" Eingang
auf der Karte sinnvoll (dafür reicht ein einfacher Differenzverstärker),
je nach Signalquelle muß man dann u.U. spezielle Vorverstärker
davorschalten. Das kann entweder extern oder als Aufsteckmodul auf der
Karte sein. Gut fände ich es, wenn man auf der Karte noch einen
konfigurierbaren Bandpaß hätte, mit dem man den interessanten
Frequenzbereich herausfiltern kann. Konfigurierbar heißt dabei nicht,
daß er durch Software einstellbar ist, sondern daß man die passenden
Bauteile einlötet/einsteckt. Aber das ist nur meine Meinung, Du mußt
letztendlich selber wissen, was am besten für Dich ist.

Meinst Du? Ich finde die absolute Genauigkeit nicht besonders gut. Bei
einem Oszi spielen 2% Fehler keine große Rolle.


Ach so, ich dachte die Ungenauigkeit liegt an der Röhre.

Das auch, aber eben deswegen braucht der Verstärker auch nicht besser zu
sein.

Tektronix hatte mal eine Buchreihe in den 60er Jahren wo die
Schaltungstechnik im Detail beschrieben wurde (die Concepts-Serie).
Mit etwas Glück kannst Du vielleicht Gebrauchtexemplare auftreiben
(schick' mir 'ne Kopie von allem was Du kriegen kannst, ich bin
interessiert!).


Sind das diese Röhrengeräte auf Laborwagen mit externem Netzteil (oben
das Oszi unten das Netzteil)? Ich kannte mal jemanden, der hat alles
nur mit Röhren gebaut und konsequenterweise auch nur röhrenbestückte
Messgeräte verwendet, z.B. diese Tektronix-Oszilloskope.

Ja, zum Beispiel. Aber es geht auch um Transistorschaltungen; in den
60er Jahren sind die Röhren praktisch überall durch Transistoren ersetzt
worden. Im übrigen gab's auch Röhrengeräte mit eingebautem Netzteil. Das
externe Netzteil war nur bei besonders üppig ausgestatteten Geräten
nötig (z.B. Tektronix 555 mit über 100 Röhren). Die Dinger waren
ausgesprochen gut konstruiert und funktionieren oft heute noch
problemlos. Sind auch gute Laborheizungen ;-)

Keine Ahnung, ob ich ihn noch/wieder ausfindig machen könnte. Berlin
ist manchmal etwas unübersichtlich. Wenn man jemanden aus den Augen
verloren hat, kann es Jahre dauern, ihn wiederzufinden.

Das wird an der Größe liegen, vermute ich

Wie dem auch sei, wenn Du zufällig an so ein Concepts-Buch rankommen
solltest, laß es mich wissen! Die haben inzwischen Sammlerwert.

--
Cheers
Stefan