Definition und Funktion von Operationsverstärkern im Hifi-Einsatzbereich

Hi Eckhard,

ts..ts..ts - bitte überarbeite den Titel!

Ein OPA ist ein auf seine Anwendung optimiertes Konglomerat von diskreten Bauelementen auf einem Chip - mit u.a. der Möglichkeit, die Verstärkung in Maßen anzupassen.
Mit HiFi hat das aber erst mal gar nichts zu tun!

Allerdings erleichtert so ein Chip den Entwurf von HiFi-gerechten Schaltungen

:-) Detlef

Ich wollte euch auch nur mal testen.
Nix für ungut.

lens2310 schrieb:

Ich wollte euch auch nur mal testen. Nix für ungut.

... Du bist aber auch ein Schelm!

Detlef

Moin,
ein idealer Operationsverstaerker definiert sich durch:
- einen unendlich hohen Eingangswiderstand
- einen sehr kleinen Ausgangwiderstand
- eine unendlich grosse Bandbreite
- eine unendlich hohe Leerlaufverstaerkung
- eine unendlich hohe Gleichtaktunterdrueckung (Einfluss der Betriebsspannung).

Diese Idealvorstellungen werden natuerlich in der Praxis nicht erreicht, aber man kommt ihnen ausreichend nahe.

Ein OPV soll _nur_ Verstaerkung liefern. Die Eigenschaften, die er in seiner Anwendungsschaltung bekommt, erhaelt er nur durch seine aeussere Beschaltung.
Daher ist es reichlich unsinnig, den OPV zu tauschen, wenn der vorhandene die Anforderungen erfuellt, der neue wird sich genauso verhalten.
Die Ausnahme ist das Rauschverhalten des Verstaerkers, so ziemlich der einzige Punkt, wobei man etwas verbessern koennte.

Dazu kommt noch, dass ein "superschneller Wunder-OPV" in der Umgebung, wo vorher ein "kreuzlahmer" steckte, oft nicht arbeitet. Er schwingt dann naemlich, was durch Aenderungen an seiner Beschaltung verhindert werden muss.

73
Peter

Ich sehe gerade, da gibts nen neuen Dual Audio-OP :
Einen LM 4562

Dazu den einfachen LME 49710 und den vierfachen LME 49740.

Ach, sehe gerade, gibts schon länger, die Teile.

Wie mißt man denn Klirr mit 4 Nullen hinterm Komma ??

lens2310 schrieb:

Wie mißt man denn Klirr mit 4 Nullen hinterm Komma ??

Weder mit dem Ohr, noch mit nem Multimeter. Da brauchts schon was "feineres".

Da muß der Sinusgenerator aber mindestens noch eine Null mehr hinterm Komma haben. Wahnsinn !
Diese Geräte müssen ein Vermögen kosten.

1% = -40 dB
0,1% = -60 dB
0,01% = -80 dB und ab jetzt wohl irrelevant
0,001% = -100 dB und ab jetzt definitiv irrelevant!

Moin, ein idealer Operationsverstaerker definiert sich durch: - einen unendlich hohen Eingangswiderstand - einen sehr kleinen Ausgangwiderstand - eine unendlich grosse Bandbreite - eine unendlich hohe Leerlaufverstaerkung - eine unendlich hohe Gleichtaktunterdrueckung (Einfluss der Betriebsspannung). Diese Idealvorstellungen werden natuerlich in der Praxis nicht erreicht, aber man kommt ihnen ausreichend nahe. Ein OPV soll _nur_ Verstaerkung liefern. Die Eigenschaften, die er in seiner Anwendungsschaltung bekommt, erhaelt er nur durch seine aeussere Beschaltung. Daher ist es reichlich unsinnig, den OPV zu tauschen, wenn der vorhandene die Anforderungen erfuellt, der neue wird sich genauso verhalten. Die Ausnahme ist das Rauschverhalten des Verstaerkers, so ziemlich der einzige Punkt, wobei man etwas verbessern koennte. Dazu kommt noch, dass ein "superschneller Wunder-OPV" in der Umgebung, wo vorher ein "kreuzlahmer" steckte, oft nicht arbeitet. Er schwingt dann naemlich, was durch Aenderungen an seiner Beschaltung verhindert werden muss. 73 Peter

... na ja, das ist schon eine sehr vereinfachte Darstellung, aber vielleicht ausreichend. Es gibt noch eine ganze Reihe von Parametern, die durchaus relevant sein koennen. Neben den (ganzh) oben genannte kommt auf jeden FAll das dynamische Verhalten hinzu (Bandbreite, ...).Auf jeden Fall eignet sich nicht jeder OPA als Audio-Verstaerker, da OPA's typ. fuer einige Parameter optimiert werden und andere Parameter dabei schlechter wegkommen.
Was man ausserdem unterstreichen kann ... einen "Kaefer" mit gleicher Pinbelegung einfach austauschen, kann komplett schief gehen!

Was man ausserdem unterstreichen kann ... einen "Kaefer" mit gleicher Pinbelegung einfach austauschen, kann komplett schief gehen!

... und teuer ist NICHT gleich besser!

;-) Detlef

Richtig,
darum habe ich auch immer noch TL 071 und NE 5534 im Einsatz.

Moin Eckhard,

ich fände es sehr gut, wenn dieser Thread den Titel "Wie definiert man die Audio-Eigenschaften eines OPV" o.ä. bekommen würde.

DAS würde dann allen weiterhelfen!

:-) Detlef

hf500 schrieb:

- einen sehr kleinen Ausgangwiderstand

- durch eine Ausgangimpedanz = 0

hf500 schrieb:

- eine unendlich hohe Gleichtaktunterdrueckung (Einfluss der Betriebsspannung).

- eine unendlich hohe Gleichtaktunterdrückung -> Verstärkung eines Signals, das an beiden Eingängen gleich anliegt, gleich null.

- eine unendlich hohe Betriebsspannungsunterdrückung -> Signale auf den Versorgungsspannungen tauchen nicht in der Ausgangsspannung auf.

Gruß

Thomas

detegg schrieb:

ich fände es sehr gut, wenn dieser Thread den Titel "Wie definiert man die Audio-Eigenschaften eines OPV" o.ä. bekommen würde.

Die Audio-Eigenschaften eines OPs kann man nicht definieren. Man kann höchstens die Audio-Eigenschaften der fertigen Schaltung in ihrem Umfeld (Verstärkung, Quellimpedanz, Lastimpedanz, Pegel) beschreiben.

Gruß
Thomas

Moin,
danke fuer die Korrektur der Gleichtaktunterdrueckung.
Falsche Gedankenschublade aufgezogen ;-)

73
Peter

paschulke2 schrieb:

Die Audio-Eigenschaften eines OPs kann man nicht definieren. Man kann höchstens die Audio-Eigenschaften der fertigen Schaltung in ihrem Umfeld (Verstärkung, Quellimpedanz, Lastimpedanz, Pegel) beschreiben.

... andererseits beschreiben hier User den Klang ihres Equipments nach dem Tausch eines "alten" NE5534 gegen einen pinkompatiblen "neuen" OPA2134 auch ohne Änderung der Peripherie als "erfrischend, nicht wieder zuerkennen, Vorhänge werden ..., usw."

Wo liegen die Stärken /Schwächen der gängigen OPV-Typen für Audioanwendungen - und wie sollten sie optimal beschaltet sein?

:-) Detlef

Ich habe in der Steinzeit mal versucht, ein Millivoltmeter mit einem 709 zu bauen. Der Zeiger wackelte wie ein Hundeschwanz, wenn man eine Wurstscheibe an den Eingang desselben hält.

Im den Hoch- und Tiefpässen für Bass- und Mittelhochton-Kanal meiner Anlage sitzen 741, wenn man voll aufdreht, rauschelt es ein wenig (Trotz V=1, über alles) Allerdings würden bei normalem Eingangs-Signal dann auch schon die Membranen aus dem Körbchen hüpfen.

Was sagt uns das? Daß ein rechte Antwort auf die Eingangsfrage nicht möglich ist, die Anwendung / Beschaltung bringt's.

Grüße, Hmeck

detegg schrieb:

Wo liegen die Stärken /Schwächen der gängigen OPV-Typen für Audioanwendungen - und wie sollten sie optimal beschaltet sein?

Wenn man sich mal den Artikel von Samuel Groner zu Gemüte führt, wird einem schon einiges klarer werden. Den guten alten Walt Jung wollen wir auch nicht vergessen.

Kurz und knapp:

• Beide Eingänge sollten nach Möglichkeit niedrige oder wenigstens symmetrische Impedanzen sehen. (Das verringert auch die Probleme mit DC-Offsets durch Biasstrom.)
  
• Invertierende Beschaltung vermeidet einige Typen von Verzerrungen (ist aber natürlich nicht ideal, wenn hohe Eingangsimpedanz und minimales Rauschen gefragt sind!).
  
• Dem Ausgang verlangt man besser nicht gar zuviel Strom ab, nötigenfalls sollte eine (integrierte oder diskrete) Pufferstufe her.
  

Das geht natürlich nicht immer alles so in dem Maße. Man denke z.B. an den klassischen Cmoy-Kopfhörerverstärker mit seinem Lautstärkepoti am Eingang und der nichtinvertierenden OP-Schaltung. Je nach Lautstärkeeinstellung variiert die Impedanz am nichtinvertierenden Eingang doch ganz ordentlich.

Als recht gutes Beispiel für die Anwendung der obigen Punkte kann z.B. die Ausgangsstufe in Sonys Oberklasse-CD-Playern CDP-X505ES und CDP-X779ES / CDP-X707ES aus der 1. Hälfte der 90er Jahre gelten (Service-Doku siehe Hifiengine). Diese steuert laut The Audio Critic #23 auch bei Vollaussteuerung praktisch keinen eigenen Klirr bei. Gezaubert wird da nicht, es sind lediglich recht niederohmig beschaltete 5532er vorhanden und es gibt eine nette Class-A/AB-MOSFET-Pufferstufe.

Hi,

Im Grunde genommen ist er doch wie ein normaler HiFi-Verstärker wo man die Verstärkung selbst einstellen kann, oder

Der Verstärker macht innerhalb des Arbeitsbereiches eine konstante Verstärkung schon ohne überalles-Gegenkopplung.
Ein OP macht zunächst einmal vieles nur keine lineare Verstärkung im Audiobereich. Ohne Gegenkopplungsnetzwerk ist es viel mehr ein Integrator mit abartig hoher Verstärkung zu tiefen Frequenzen hin. Erst die Überalles-Gegenkopplung prügelt den Haufen Transistoren halbwegs auf Spur.
Das ist bei Phono-Stufen und DC-Servos (Integrator), bei denen solch ein fallender Frequenzgang (niedrige Bandbreite) mit hohen Verstärkungsfaktoren unten herum gewünscht ist ganz praktisch und funktioniert gut, aber sonst???

DerESELman

Hallo,

ESELman schrieb:

..., aber sonst???

ebenso. Jedenfalls bei vernünftiger Auslegung in den allermeisten Fällen ausreichend.
THD -100dB @ 1MHz und -110dB @ 100kHz sind ohne Probleme erreichbar, das Rauschen bekommt man auch unter -120dB in dem Bereich, wer braucht mehr für Audioanwendungen?
Wohlgemerkt: mit reichlich Gegenkopplung.

tiki schrieb:

Wohlgemerkt: mit reichlich Gegenkopplung

Die ist aber doch böse und "klingt nicht" und kann überhaupt immer Fehler nur zu spät korrigieren, wenn sie schon aufgetreten und gehört sind - Achilles konnte die Schildkröte ja auch nicht überholen, obwohl er doch angeblich so viel schneller war.

Seufz ...

Thomas

Hi,

@Tiki.
reichlich Gegenkopplung hat auch ein einfacher Emitterfolger/Sourcefolger. Was soll ein Transistorgrab eigentlich besser können, das so zusammengeschaltet ist, daß es für die Anwendung eigentlich total untauglich wird und erst durch externe Signalrückführung erst wieder halbwegs das macht, was der Emitter-/Sourcefolger von sich aus macht????
Es ist ja nicht generell "die Gegenkopplung" schlecht, im Gegenteil. Es sind Ausführungen davon, die problematisch werden können.

DerESELman

@ESELman
Die Frage ist, was passiert, wenn man mal eben aus dem Arbeitsbereich herauskommt ... so ohne Gegenkopplung (deshaqlb ist sie "generell nicht schlecht").
Die Gegenkopplung korrigiert natuerlich nur eine Abweichung, die bereits aufgetreten ist, aber nicht erst, wenn gehoert (dazu sind die Transistorgraeber viel zu flott).

Es sind Ausführungen davon, die problematisch werden können.

Eine schlechte Schaltungstechnik kann man dem Bauteil nichtb in die Schuhe schieben.

ESELman schrieb:

Was soll ein Transistorgrab eigentlich besser können ...?

- (Fast) kein Offset.
- Deutlich geringere nichtlineare Verzerrungen.
- Deutlich niedrigerer Ausgangswiderstand.

Wenn der Emitterfolger in die Nähe von -90dB THD+N kommen soll (z.B. als Ausgangtreiber an 2kOhm Last):
- Weniger Bauteile.
- Die OP-Lösung (z.B. NE5534 - ich weiß: gaaanz übel!) ist deutlich billiger.

Gruß
Thomas

Hallo ESELman,
wenn ich mir gelegentlich (seltener werdende) Innenschaltungen von OPAs ansehe, sind in häufig just die Linearisierungsmaßnahmen als lokale Gegenkopplungen realisiert, die (meist viel) später auch Puristen in ihre diskreten Lösungen einbauen. Nur funktioniert dies im beengten Gehäuse oft besser, weil sich Parasitäranimositäten in Form unerwünschter L-/C-/R-Anteile verringern/vermeiden lassen.
Es ist mir völlig klar, dass sich zu der jeweiligen konkreten Anwendung oft eine verbesserte diskrete Schaltung(!) finden läßt, ob die komplette Baugruppe in Summe das bessere Übertragungsverhalten hat? Für hilfreicher halte ich die Zusammenführung beider Welten, um z.B. einem DC-TIA (mal nicht Audio) geringen Offset (für gute Linearität auch bei geringer Aussteuerung) bei niedrigem Rauschen anzuerziehen. Mein "Letzter" mißt schon mit reichlich OPAs und 0603ern 100cm², diskret schlicht nicht sinnvoll realisierbar.

Hi,

@celectronic
Ich meinte verschiedene Arten von Gegenkopplung. Eine lokale Stromgesteuerte verhält sich anders als eine über alles Spannungsgesteuerte.

@paschulke2
inwiefern tangieren die genannten Beispiele das Hörergebnis?
Seit 30 oder mehr Jahren wissen wir, daß die einfachen statischen Klirrmessungen nicht mit dem Klangeindruck korrellieren. Was bringt eine 0 hinter dem Komma dann mehr fürs Ohr?
Wie stellt ein Offset ein Problem fürs Ohr dar? In einer Kette, in der es womöglich vor Koppelkondensatoren nur so strotzt?
Welchen hörbaren Vorteil bringen 10mOhm Ausgangswiderstand gegenüber 50Ohm bei NF-Verbindungen an deren Enden dann >10kOhm sitzen?

@Tiki
stimme Dir voll zu. Man sollte nicht mit Scheuklappen oder Dogmen an die Sache herangehen. Weder in Richtung diskret, noch in Richtung IC. Eine Kombination aus verschiedenen Welten könnte gerade die vorteilhafteste Lösung sein (siehe Hybrid-ESEL )

DerESELman

ESELman schrieb:

@paschulke2 inwiefern tangieren die genannten Beispiele das Hörergebnis?

Der OP macht einfach weniger Fehler im Hörbereich. Das kann man z.B. mit "statischen" Klirrmessungen nachvollziehen.

Vom Mikro bis zum Lautsprecher durchläuft das Signal ziemlich viele Verstärker/Puffer. Wenn ich da die Wahl zwischen 0.1-1% Klirr ("einfacher Emitterfolger") oder 0.001-0.01% (OP) in jeder Stufe habe, dann fällt mir die Entscheidung leicht. Ich glaube aber auch nicht an High-End-Voodoo, das dem "einfachen Emitterfolger" irgendwelche magischen, nicht messbaren Eigenschaften zuschreibt, die man dummerweise auch nicht mit einfachen, aber glaubwürdigen Hörtests (blind oder besser doppelblind) nachweisen kann.

Komischerweise sehen das fast alle Hersteller sowohl auf der Aufnahme- als auch auf der Wiedergabeseite genauso ...

Gruß
Thomas

Hi,

es gibt sicher ne Menge Voodoo da draußen, aber grundsätzlich alles was sich schlechter misst als ein OP als Voodoo und unhörbar abzutun halte ich für deutlich zu kurz gedacht.
Wenn z.B. ein langjähriges Projekt wie an der RWTH Aachen/Uni Leuwwen mit blinden Menschen läuft und jene in den Hörsitzungen eindeutig Unterschiede feststellen, dann ist das m.A.n um Einiges aussagekräftiger als die eher praxisfernen und mit eigener Problematik versehenen "Blindtests", die keinesfalls und generell als glaubwürdig angesehen werden.
Die Hörerfahrungen sehr vieler Menschen einfach zur Seite zu schieben und sie quasi als Einbildung abzustempeln ist m.A.n nicht nur nicht zulässig und steht Niemandem zu.

Es stimmt ebenfalls nicht, daß "fast alle Hersteller" Deine Meinung teilen. In die Entscheidung eines Herstellers, welches Bauteil er an welcher Stelle einsetzt spielen viele Faktoren mit ein. Unter den wichtigsten sind Preis und Aufwand. Ein Op kostet nur ein paar Cent und die Schaltung drumherum ist in 2 Minuten aus dem Handgelenk geschüttelt oder gleich der Applikationsschrift entnommen. An dem Objekt lassen sich dann auch mit einfachen Mitteln tolle Prospektdaten messen, die jedoch keine Relevanz für das klangliche Verhalten aufweisen

derESELman
ps. weil weiterer Austausch hierüber den Thread zu sehr OT macht und in persönliche Geschmacksrichtung abdriftet sollte das vielleicht hier enden und zum eigentlichen Thema zurückkehren.

ESELman schrieb:

grundsätzlich alles was sich schlechter misst als ein OP als Voodoo und unhörbar abzutun halte ich für deutlich zu kurz gedacht.

Das ist vollkommen richtig. Wenn das "schlechter" allerdings gewisse Grenzen überschreitet, wird es hörbar; ob das nun aus einem OPV, einem Fet oder woher auch immer kommt, ist wurscht. Was hat das mit Voodoo zu tun?

Warum sollten "Blindtests" mit Blinden aussagekräftiger sein, als sauber durchgeführte Blindtests mit Sehenden?

An dem Objekt lassen sich dann auch mit einfachen Mitteln tolle Prospektdaten messen, die jedoch keine Relevanz für das klangliche Verhalten aufweisen

Dann sage doch bitte, welche Daten denn Relevanz für das klangliche Verhalten aufweisen?

Oder sollte das heißen, dass es geheimnisvolle unmessbare Parameter gibt, die nur das Ohr erfassen kann?
Dann würde sich allerdings jede weitere Diskussion erübrigen.

Grüße - Manfred

Hi,

ESELman schrieb:

...Wenn z.B. ein langjähriges Projekt wie an der RWTH Aachen/Uni Leuwwen mit blinden Menschen läuft und jene in den Hörsitzungen eindeutig Unterschiede feststellen, dann ist das m.A.n um Einiges aussagekräftiger als die eher praxisfernen und mit eigener Problematik versehenen "Blindtests",...

Das ist interessant ,
hast Du mal einen link?

Gruss,
Michael

Hi,

einen Link habe ich direkt nicht. Hr. W. Kistemann betreut seit 1997 das Projekt "Hörtest mit von Geburt an blinden Menschen" der RWTH Aachen und des Uni-Klinikums Leuven und ich seh ihn öfters auf Messen.
Das Projekt ist m.W.n aus EU-Töpfen finanziert und somit völlig unabhängig von Sponsoring.

DerESELman

ESELman schrieb:

Hr. W. Kistemann betreut seit 1997 das Projekt "Hörtest mit von Geburt an blinden Menschen" der RWTH Aachen und des Uni-Klinikums Leuven und ich seh ihn öfters auf Messen.

Vielleicht liegt's ja an mir, aber ich kann den Herren und sein Forschungsprojekt nicht finden. Die Webseiten der beiden Unis scheinen nichts darüber zu wissen. Wenn das Projekt schon so lange läuft dann muß inzwischen jede Menge Papier produziert worden sein. Wo muß ich suchen um da etwas Aussagefähiges zu finden?