Differenz-Nf-Vorverstärker SSM 2016

 

Der SSM 2016 ist ein Differenzverstärker mit ausgezeichneten Eigenschaften, der sich nicht nur als Mikrofonvorverstärker mit hoher Verstärkung eignet, sondern auch als Summierverstärker, als Differenzleitungsempfänger oder auch als Symmetrierver- stärker für symmetrische Eingänge.

Der Betriebsspannungsbereich des SSM 2016 beträgt ±9...±36V. Die Ausgangsstufe kann maximal 40 mA abgeben bzw. aufnehmen, ein Steckfeld kann somit beispielsweise gut angesteuert werden. Durch die spezielle Gehäusekonstruktion beträgt die maximale Verlustleistung 1,5 W. Die auf den Eingang bezogene Rauschspannung beträgt typisch 800   , wodurch sich bei einer Eingangsimpedanz von 150 Ω eine Rauschzahl von 1 dB ergibt.

Hier die Eigenschaften des SSM 2016 in Kurzform:Hier die Eigenschaften des SSM 2016 in Kurzform:Extrem geringes Eigenrauschen (800 ); hohe Bandbreite (500 kHz bei v = 1000);hohe Anstiegsgeschwindigkeit (I0 ); <sehr geringe Eigenverzerrungen (0,01% bei v= 1000); volle Gleichspannungskopplung;echte Differenzeingänge; hohe Gleichtaktunterdrückung (typisch 100 dB);1/f-Rauschen kleiner als 5 Hz; keine Übernahmeverzerrungen; symmetrische Anstiegsgeschwindigkeiten.

Der SSM 2016 arbeitet als echter Differenzverstärker, wobei die Gegenkopplung unmittelbar an den Emittern der Eingangsstufen-Transistoren erfolgt. Das IC bietet bei einer hohen Eingangsimpedanz eine optimale Rauschzahl und ausgezeichnete Gleichtaktunterdrückung. Ein interner Servo-Verstärker dient zur Steuerung des Stromes der Eingangsstufe, der unabhängig von der Gleichtaktspannung ist. Der Ausgang des Servo-Verstärkers ist über Anschluß 12 herausgeführt. Normalerweise ist Anschluß 12 mit den Anschlüssen 4 und 5 durch die Widerstände R3 und R4 verbunden (Bild 2).

 

 

Bild 1. Anschlußbelegung und Blockschaltbild des SSM 2016.

 

Bild 2. Typische Schaltung eines Vorverstärkers.

 

Die nominelle Verstärkung des SSM 2016 läßt sich durch folgende Gleichungen bestimmen: v = (R1 + R2)/Rg + (R1 + R2)/(R3 + R4)+1, oder v = 10 kΩ/Rg + 3,5 für R1 =R2 = 5 kΩ und R3 = R4 = 2 kΩ.

Zur Erzielung bester Resultate sollten R1 und R2 einen Wert von jeweils 5 kΩ aufweisen. Hier ist es angebracht, Widerstände sehr guter Qualität zu verwenden, da Widerstände minderer Qualität (insbesondere Kohleschichtwiderstände) beachtliche Verzerrungen und manchmal auch niederfrequentes Rauschen hervorrufen können. Sämtliche Eigenschaften des SSM 2016 bleiben bei Verstärkungsfaktoren bis herunter zu 3,5 voll erhalten. Der Verstärkungsbereich läßt sich durch Vergrößern von R3 und R4 zwar noch erweitern, man erhält dann aber eine schlechtere Gleichtaktunterdrückung.

 

 

Verstärkungsfaktoren kleiner als 2,5 sind nicht ratsam, es sei denn, man vergrößert die negative Betriebsspannung.

Es ist zu beachten, daß die Toleranzen der Widerstände R1...4 unmittelbar Verstärkungsfehler hervorrufen; außerdem ist eine genaue Übereinstimmung der Werte von R1...4 sehr wichtig für eine hohe Gleichtaktunterdrückung.Die internen 1-kΩ-Widerstände wurden vorgesehen, um R3 und R4 in unkritischen Anwendungen zu ersetzen, wenn z.B. die Verzerrungen eine untergeordnete Rolle spielen. Die Toleranz der internen Widerstände beträgt immerhin ±30%.

Der interne Servoverstärker ist mit C3 frequenzkompensiert, während C1 und C2 den Gesamtverstärker kompensieren. Die angegebenen Werte garantieren eine hohe Bandbreite mit einer guten Symmetrie der Anstiegsgeschwindigkeiten. Die Bandbreite läßt sich durch Vergrößern des Wertes von C1 verringern.

Der SSM 2016 ist für Quellimpedanzen unter 1 kΩ optimiert und erzielt unter diesen Bedingungen Rauschwerte, die den besten Entwicklungen mit diskreten Bauteilen entsprechen. Bei Mikrofonen mit einer Impedanz von 150 Ω beträgt z.B. die Rauschzahl typisch 1 dB, so daß bei den meisten praktischen Anwendungen der SSM 2016 nahezu keinen Einfluß auf den Übertragungskanal hat. Man muß jedoch sehr aufpassen, um das gute Rauschverhalten nicht zu verschlechtern. Bei höheren Quellimpedanzen erhöht sich die Rauschzahl des SSM 2016, so daß für hochohmige Quellen die Bausteine SSM 2015 oder SSM 2011 geeigneter sind. Etwas problematischer wird die Verschlechterung der Rauschzahl durch Einflüsse der Verlustleistung, da bei einer Temperaturerhöhung durch die grundlegende Halbleiter-Physik auch die Rauschzahl vergrößert wird. Dieser Effekt tritt bei hohen Verstärkungsfaktoren noch mehr in den Vordergrund. Zur optimalen Wärmeableitung verwendet der SSM 2016 ein Gehäuse mit Kupferrahmen. Dennoch werden die besten Rauschzahlen grundsätzlich bei geringer Betriebsspannung und bei geringer Ausgangsbelastung erzielt.

Der SSM 2016 enthält eine Kleinleistungs-Endstufe, die in der Lage ist, ein Steckfeld anzusteuern. Bei einer Betriebsspannung von ± 18V und einer Lästimpedanz von 600 Ω kann der SSM 2016 immerhin eine (effektive) Sinusspannung von 10V abgeben. Betriebsspannungen von +20V oder mehr sind dann empfehlenswert, wenn etwas mehr Aussteuerungsreserve benötigt wird. Man muß nur dafür sorgen, daß die zulässige Verlustleistung bei höheren Betriebsspannungen nicht überschritten wird.

Da die Eingänge des SSM 2016 massefrei sind, muß man besondere Sorgfalt für die Eingangs-Vorspannungserzeugung walten lassen, um sie innerhalb des zulässigen Gleichtaktbereiches zu betreiben. Die übliche Methode besteht darin, eine Seite des Eingangsverstärkers an Masse zu legen (Bild 3a). Eine weitere Möglichkeit ist damit gegeben, die Eingänge massefrei zu halten und zwei Widerstände zu verwenden, um die Vorspannung einzustellen (Bild 3b). Der Wert dieser Widerstände kann in der Größenordnung um 10 k liegen. Sie sollten aber so klein wie möglich bleiben, um das Gleichtaktrauschen zu begrenzen. Die von den Widerständen erzeugte Rauschspannung ist dann vernachlässigbar, da sie durch die Eingangsimpedanz unterdrückt wird. Symmetrische Eingänge bieten die besten Rauschunterdrückungs-Eigenschaften, sie lassen sich unmittelbar mit symmetrischen Spannungsquellen zusammenschalten (Bild 3c).

 

Bild 3. Drei Varianten für die Eingangsbeschaltung des SSM 2016.

 

Eine typische Schaltung zur Phantomspeisung von Kondensatormikrofonen ist in Bild 4 dargestellt. Normalerweise liegen am Eingang der Mikrofonvorverstärker Z-Dioden, um Spannungsspitzen zu unterdrücken, wenn die Mikrofone an die Vorverstärker angeschlossen oder abgeklemmt werden. Der SSM 2016 verfügt über eine interne Begrenzung, so daß zusätzliche Begrenzungs-Beschaltungen nur notwendig sind, falls Stromspitzen von mehr als 40 mA auftreten können.

 

Bild 4. Phantomspeisung mit dem SSM 2016.

 

Der Verstärkungsfaktor des SSM 2016 wird ausschließlich durch den Widerstand Rg bestimmt. Es sind allerdings noch drei andere Abgleich-Möglichkeiten vorhanden: Offset-Abgleich bei hoher Verstärkung, Offset-Abgleich bei geringer Verstärkung, Abgleich der Gleichtaktunterdrückung. Alle drei Möglichkeiten sind in Bild 5 dargestellt.

 

Bild 5. Abgleich des SSM 2016.

 

VR2 dient dem Offset-Abgleich bei hoher Verstärkung, VR3 dem Offset-Abgleich bei geringer Verstärkung und VR1 dem Abgleich der Gleichtaktunterdrückung. Für die Einstellung der Gleichtaktunterdrückung legt man eine sinusförmige Spannung von 8V (Spitze-Spitze) mit einer Frequenz von 50 Hz parallel an beide Eingänge und justiert VR1 auf minimale Ausgangsspannung. Die gegenseitige Beeinflussung beim Offset-Abgleich wird vermindert, wenn man zunächst den Offset bei hoher Verstärkung abgleicht, dann die Gleichtaktunterdrückung und zum Schluß den Offset-Abgleich bei geringer Verstärkung vornimmt. Da gegenseitige Beeinflussungen nicht total auszuschließen sind, muß diese Prozedur gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden, um beste Ergebnisse zu erzielen. Durch die Verwendung gängiger Widerstandswerte bei den Potis wird die Gesamtverstärkung geringfügig reduziert.

Geliefert wird das IC von der Firma ‘Ingenieurbüro Seidel’, 4950 Minden.