Veröffentlichung 01: Konverter asymmetrisch -> symmetrisc

[LarsDaniel]

Hallo NRGP,

hier veröffentliche ich endlich mal eine Schaltung, die wir 2005 entwickelt haben und bereits in mehreren Geräten Verwendung findet.

Bei der Entwicklung dieser Module (symmetrisch-asymmetrisch folgt bald), ging es uns hauptsächlich um Perfektion.
Ich danke hierbei Fritz nochmal für seine Layoutkünste und die lehrreiche Zeit :-)

Schaltplan:


Eagle-Download (Achtung, RASTNETZ ausführen):
http://rapidshare.com/files/102834366/a ... m.brd.html

Also, bei dieser Schaltung handelt sich um einen Konverter von asymmetrisch auf symmetrisch, allerdings mit einigen Kniffen.

Erstmal die echten Daten (Widerstände 1% Metall):
Aussteuerungsbereich: -120 dBu bis +23 dBu
Eingangspegel: +21,5 dBu @ 15 V, +23,5 dBu @ 17,5 V (danach beginnen die Schutzdioden im OpAmp-Eingang zu leiten und damit clippt das Signal)
Ausgangspegelverstärkung: +3 dBu (regelbar das Poti)
Eingangsimpedanz: 30 kOhm
Ausgangsimpendanz: 3,1 Ohm

Wie bitte? Eine Ausgangsimepdanz von 3,1 Ohm? Yop ... dank der Transistorstufe!
1R8 parallel 1R8 + 2R2 = 0R9 + 2R2 = 3,1 Ohm

Damit kann man auch lange Kabel ohne Höhenabfall anschließen oder Geräte mit niedriger Eingangsimpedanz ansteuern, ohne dass das Signal klippt.
Sogar Kopfhörer funktionieren!

Der Transistortreiber hat übrigens eine "Verstärkung" von 0,99 - hier muss also ebenfalls mit dem Poti gegengesteuert werden.
Wer kein Poti mag, kann natürlich auch einfach einen Festwiderstand (1%) reinsetzen.

Ansich schafft die Transistoren des Ausgangstreibers bis +31 dBu unverzerrt, aber die OPAs vertragen nicht soviel Spannung.
Mit diskreten OPAs sollte man das ganz ausnutzen können (siehe SPL).

Ein paar Gründe, wieso wir die SA/SCs verwendet haben:
1. sie sind weit besser "gematcht", also gleiche technische Daten für NPN und PNP; das ist bei BC-Typen leider gar nicht so!
2. sie können 50% mehr Strom liefern als BC550 & Co.
3. sie haben haargenau gleiche Frequenzgänge für PNP+NPN

Nun fragt Ihr Euch vielleicht, wie sich die Endstufe verhält, wenn die Klinkenstecker einen Kurzschluss verursachen:
Leider gar nicht gut ... die Transistoren würden durchknallen.

Abhilfe schafft hierbei die Vergrößerung der Ausgangswiderstände R8 + R29.

Wenn ihr also unbedingt Stereo-Klinkenstecker verwenden wollt, ersetzt R8 und R29 jeweils gegen einen 100 Ohm 5W Leistungswiderstand.
Bei einem Kurzschluss werden dann maximal 3,24 W in Wärme umgesetzt (ungrenzt kurzschlusssicher).

Nachteil: Die Ausgangsimpedanz steigt etwas an, auf 100,9 Ohm.
Vergleicht das mal zu kommerziellen Geräten :-)

Noch irgendwelche Fragen?
Viel Spaß damit :-)

ps: Die Leistungsendstufe, die Klinken- und XLR-Buchse (Neutrik) müsst ihr natürlich nicht bestücken. Ihr könnt anstatt der Buchsen z.B. einfach Kabel zur Buchse im Gehäuse führen - aber natürlich lieber das symmetrische und nicht das asymmetrische Signal.

[kubi]

Bei der Entwicklung dieser Module (symmetrisch-asymmetrisch folgt bald), ging es uns hauptsächlich um Perfektion.

Dann würde ich mal sagen: Entwicklungsziel weitestgehend verfehlt.

1. Ganz ehrlich, das ist einfach nur eine zweckfreie Anreihung bestehender Schaltungen, die ihr aus dem Internet zusammengesammelt hab und die zusammen keinen Sinn machen. Hättet ihr verstanden, was ihr da zusammenreiht, dann würde es ganz anders aussehen.
IC1A&B sind selber ein symmetrischer Ausgang, der darauf optimiert ist, ein symmetrisches Signal in wechselnd belastete Leitungen zu schicken, wie diese hier: http://www.forsselltech.com/downloads/s ... alOut1.pdf
Aber die von den beiden OPVs angeschobenen Leistungsstufen wechseln kaum die Last und sind außerdem sehr hochohmig am Eingang, also wozu das ganze? Hättet ihr wenigstens ansatzweise verstanden, was die drei Teile der Schaltung machen und wie sie wirken, hättet ihr sie nicht so einfach zusammenkopiert.

2. Die Schaltung wird bestimmt eine tolle Figur im Simulator abgeben, aber in der Realität mit "echten" fehlerbehafteten Komponenten ziemlich mies abschneiden.
Und wenn ihr sie schon gebaut habt - wo ich schon meine Zweifel habe - dann habt ihr sie noch nie richtig durchgemessen oder könnt sie mangels Verständnis und technischer Möglichkeiten gar nicht durchmessen.
Eine Leistungsstufe, die so nichtlinear ist wie eure, gehört in einen Rückkopplungspfad. Alles andere würde mit realen Komponenten kaum den Anspruch "Perfektion" erheben können.

3. IC2A ist doch vollkommen wirkungsneutral. Ja, im Simulator merkt man das nicht, hättet ihr die Schaltung aber wirklich mal gebaut...

[LarsDaniel]

Ach Darius, Du kannst mir viel an den Kopf werfen :-)
Schreibe Dir später eine Rückantwort, bin jetzt auf dem Weg zurück.

[matthias]

warum so kompliziert, wenn es auch einfach geht...

http://www.thatcorp.com/datashts/1600data.pdf

[LarsDaniel]

Bin jetzt in der Wohnung, schreibe die lange Rückantwort aber erst morgen.

@Matthias: Obige Schaltung wurde entwickelt, als es den THAT noch nicht gab.
Der THAT kostet um 3,50 EUR - ein paar 5532s hat jeder rumfliegen.

[olafmatt]

Es gab mal einen gewissen Tobias Wendorff im Mutterforum der hat auch an sowas gearbeitet. Features waren laut seiner Aussage folgende:

ich habe meine Symmetrie-Stufen (A/S und S/A) jetzt fertig ... die
Performance ist identisch mit denen von Trafos ...

klanglich TOP und sogar messtechnisch TOP ... hat lange gedauert

Vielleicht solltest Du Dich mal mit dem in Verbindung setzten, zumal er mir auf Nachfrage versicherte, dass seine Ausgangsstufe sogar galvanische Trannung kann: mit "X-Kondensatoren"!

Olaf

[LarsDaniel]

So, endlich mal Zeit, den Thread hier zu beantworten:

@kubi:
Ich denke mal nicht, dass es an Erfahrung zur Bewertung der Schaltung fehlt, aber Du scheinst solche Dinge ziemlich emotional herabzuwerten. Schade.

1. Auch Deine Ehrlichkeit scheint Grenzen zu kennen.
Die Leistungsstufe ist bewährt und funktioniert, ich kann Dir gerne das Ding alleine aufbauen und auf einer kleinen Platine schicken. Dann kannst Du die Stufe selber ausmessen.
Klar ist sie eigentlich unnütz, gerade im Bereich Studio mit kurzen Kabelwegen, aber im Live-Betrieb hat es schon seinen Sinn. Die 5532s schieben zwar mit unter 600 Ohm raus, aber die Dinger haben nunmal nicht genug Leistung.

2. Es ist natürlich klar, dass man 0.1% Widerstände und geeignete Kondensatoren einsetzen sollte (WIMA FKS etc.).
Die Industrie hat hier häufig Widerstandsnetzwerke verwendet, allerdings ist die Toleranz dort zu hoch.

3. IC2A ist ein Puffer für hochohmige Signale. Wir haben hier im Studio einen alten, aber sehr guten CD-Player, der eine Ausgangsimpedanz von 2k Ohm hat!
Klar, IC2A müsste nicht verwendet werden, wenn man eine Schaltung davor hat, die man kennt und die schon niederohmig angelegt ist, aber das Ding stellt eine Universalschaltung dar.

Mich wundert allerdings die Frage, wieso die Eingänge hochohmig gestaltet sind?!
Gerade dies ist doch höchst wünschenswert...

@olafmatt:
Es ging dort nicht um galvanische, sondern um Potentialtrennung!
X2-Kondensatoren in Verbindung mit Spulen dienen als Störungsfilter, gleichzeitig aber auch als 1:1 Übertrager

[AndreasS]

Die Leistungsstufe ist bewährt und funktioniert

Nun ja, eine Spannungsgegenkopplung über die Endstufe würde den Ausgangswiderstand noch weiter senken (Verstärkung ist ja ausreichend verfügbar) - und bitte an die DC-Stabilisierung des Ausganges denken...

IC2A ist ein Puffer für hochohmige Signale.

Da hatte ich ja schon geschrieben, daß die Paralleleinspeisung der Gegenkopplung den Eingangswiderstand senkt - wieviel, hängt von der Stellung des Regels ab. Vielleicht sollte man IC2A aus der Gegenkopplung herausnehmen - als Folger beim niedrigsten Pegel in der Schaltung bringt er kaum Verzerrungen ..., und selbst in der Gegenkopplung ist er mit seinem Verstärkungsfaktor von eins ohne Sinn.

Andreas

[LarsDaniel]

Nun ja, eine Spannungsgegenkopplung über die Endstufe würde den Ausgangswiderstand noch weiter senken (Verstärkung ist ja ausreichend verfügbar) - und bitte an die DC-Stabilisierung des Ausganges denken...

Geringer als 3,1 Ohm? Wie würdest Du die Stabilisierung umsetzen?

Da hatte ich ja schon geschrieben, daß die Paralleleinspeisung der Gegenkopplung den Eingangswiderstand senkt - wieviel, hängt von der Stellung des Regels ab. Vielleicht sollte man IC2A aus der Gegenkopplung herausnehmen - als Folger beim niedrigsten Pegel in der Schaltung bringt er kaum Verzerrungen ..., und selbst in der Gegenkopplung ist er mit seinem Verstärkungsfaktor von eins ohne Sinn.

Okay, ihn aus der Gegenkopplung rauszunehmen, erachte ich für sinnvoll. Vermutlich waren meine Quellen bislang alle okay, denn ich hatte noch nie Probleme damit.

Ebenfalls werde ich C2 gegen einen WIMA ersetzen und C2 sowie C3 "absichern" (DC Pfad), damit sie nicht weglaufen - aber damit hatte ich bislang auch keine Probleme ... naja, zwei Widerstände mehr und fertig :-)

[olafmatt]

Warum ist sind die Opamps IC1A und IC1B als "cross-coupled" geschaltet? Das macht man doch, damit bei Anschluß mit unsymmetrischem Gerät kein 6dB Pegelverlust auftaucht, wenn der eine Ausgangspin von nachfolgenden Gerät (oder dem Kabeladapter) auf Masse gelegt wird. Das hilft hier aber nix, weil man die Ausgänge nicht auf Masse legen kann, ohne KABOOM!

Kannst Du mir erklären, was Potentialtrennung ist und wie man das mit "X2-Kondensatoren in Verbindung mit Spulen" macht? (Meinst Du 2 Spulen so ineinander um einen Kern rum? Die nennen wir bei uns hier im Norden Transformatoren.) Oder soll ich lieber Tobias fragen?

Olaf

[LarsDaniel]

Warum ist sind die Opamps IC1A und IC1B als "cross-coupled" geschaltet? Das macht man doch, damit bei Anschluß mit unsymmetrischem Gerät kein 6dB Pegelverlust auftaucht, wenn der eine Ausgangspin von nachfolgenden Gerät (oder dem Kabeladapter) auf Masse gelegt wird. Das hilft hier aber nix, weil man die Ausgänge nicht auf Masse legen kann, ohne KABOOM!

Die 5532s sind kurzschlussfest, die Transistorstufe ist - wie beschrieben - mit einem 5W Widerstand kurzschlussfest (3,xx Watt werden als Wärme verbraten).

Kannst Du mir erklären, was Potentialtrennung ist und wie man das mit "X2-Kondensatoren in Verbindung mit Spulen" macht? (Meinst Du 2 Spulen so ineinander um einen Kern rum? Die nennen wir bei uns hier im Norden Transformatoren.)

Ich kann Dir leider kein Fachliteratur nennen, aber unsere Elektronik-Cracks hier sollten dies wissen. Zitat aus http://de.wikipedia.org/wiki/Potentialtrennung

Die Stromkreise können jedoch dennoch elektrische Leistung oder Signale austauschen. Dazu werden verschiedene galvanisch trennende Bauteile wie z. B. Transformatoren, Optokoppler oder auch Kondensatoren verwendet.

[[silent:arts]]

Trafo & Optocopler - richtig angewandt: ja.
Kondensatoren sind aber: falsch.

[AndreasS]

...Wie würdest Du die Stabilisierung umsetzen?

Sorry, ich hatte Dein Posting erst jetzt gesehen.

Was spricht dagegen, den Pufferverstärker am Ausgang mit in die Gegenkopplungsschleifen der davorgeschalteten 5532 einzubeziehen. Ich hätte darüberhinaus noch Sorge, an Deine Schaltung einen Eingangsübertrager anzuschließen (wegen eventuellem Offset oder gar Gleichspannung im Havariefall.

Andreas

[LarsDaniel]

Was spricht dagegen, den Pufferverstärker am Ausgang mit in die Gegenkopplungsschleifen der davorgeschalteten 5532 einzubeziehen.

Kann ich Dir nicht sagen, werde die Frage aber zur Beantwortung weiterreichen.

Ich hätte darüberhinaus noch Sorge, an Deine Schaltung einen Eingangsübertrager anzuschließen (wegen eventuellem Offset oder gar Gleichspannung im Havariefall.

Beziehst Du Dich auf die komplette Schaltung oder nur den Verstärker?
(Ist nicht "meine", siehe OP *G*)

[AndreasS]

Beziehst Du Dich auf die komplette Schaltung oder nur den Verstärker?

die Frage bezieht sich auf auf das gesamte Gerät: durch die galvanische Kopplung werden Gleichspannungsanteile der Quelle gnadenlos an den Ausgang weitergereicht - dazu addiert sich noch der Offset der vielen in der Schaltung verwendeten OPAs sowie des Puffers.

Andreas