Pro Audio White Papers

Übersteuerungsfestigkeit, Dynamikbereich und Speisespannung
Autor: Gerd Jüngling - Copyright: Alle Rechte vorbehalten
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Hohe Speisespannung und integrierte Operationsverstärker

Die Verwendung hoher Speisespannungen macht den Einsatz von Integrierten Schaltungen und Operationsverstärkern praktisch unmöglich. Trotz ihres fälschlicherweise schlechten Rufs in der Pro Audio Szene, der in erster Linie durch Marktgeschrei und den Vergleich von Äpfeln mit Birnen zustande gekommen ist, sind integrierte Schaltungen auch in der professionellen Audiotechnik spätestens dann nicht mehr verzichtbar, wenn es an die Realisierung komplexer Funktionen, die eine Unzahl von Halbleitern erfordern, herangeht.

Man darf bei diesem Thema nicht übersehen, dass die 'diskrete' Schaltungstechnik zu Zeiten entstand, wo integrierte Schaltungen nicht verfügbar waren und dadurch alle Konstruktionen unter der Leitregel standen, mit einer möglichst geringen Anzahl von Halbleitern auszukommen. Die bei diskreten Schaltungen auftretenden Probleme sind lösbar, solange es sich um Schaltungen einfachster Machart handelt und solange ausreichend Platz auf den Leiterkarten zur Verfügung steht. Je komplexer jedoch eine Anwendung wird, umso größer werden die zu lösenden Probleme mit Toleranzen der Transistoren, Temperaturdrift, zu geringer Leerlaufverstärkung, Schutz gegen Kurzschlüsse, Platz, räumlicher Anordnung thermisch zu koppelder Bauteile und vielem mehr. Die meisten dieser Probleme treten bei integrierten Schaltung schlicht und ergreifend überhaupt nicht auf.

Allerdings ist es ebenso eine Binsenweisheit, dass nur ein extrem geringer Teil der existierenden Operationsverstärker überhaupt für Anwendungen im Pro Audio Bereich geeignet ist. Aus der Unzahl verschiedener Typen bleibt nach dem Aussortieren der Verstärker, die irgendwelche, für Anwendungen im Audio Bereich negative Auswirkungen haben ein lächerlich kleines Häuflein von IC's übrig, die für bestimmte Anwendungen verwendbar sein. Erstaunlicherweise sind die Typen, die von manchen Halbleiterhersteller als 'Audio Op-Amp' oder mit ähnlichen Prädikaten versehen angeboten werden, allesamt nicht in diesem Häuflein vertreten.

Ferner ist ein Operationsverstärker eines bestimmten Typs auch noch keine Gewähr für die einwandfreie Funktion. Vielmehr unterscheiden sich gleichbezeichnete IC's verschiedener Hersteller in allen möglichen Eigenschaften beträchtlich. Zusätzlich gibt es ebenso deutliche Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Fertigungsstätten. So kann man z. B. bei Op Amps der gleichen Typenbezeichnung von verschiedenen Herstellern und aus verschiedenen Halbleiterwerken mit bis zu 3 dB unterschiedlichen Rauschwerten rechnen; ebenso beträchtlich unterscheidet die Leistungsbandbreite bei hohen Frequenzen. An vielen, für besondere Eigenschaften wichtigen Einsatzpunkten kommt man um eine manuelles Aussuchen der IC's genau so wenig herum, wie dies bei diskreten Schaltungen mit Transistoren der Fall ist.

Insofern unterscheiden sich bei ernsthaftem Betreiben, beide Verfahren, diskret und integriert, in dieser Hinsicht nicht sonderlich hinsichtlich der erzielbaren technischen und klanglichen Qualitäten. Der große Vorteil bei der Verwendung geeigneter integrierter Operationsverstärker besteht jedoch im viel geringen Platzbedarf und den deutliche geringeren Problemen hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit.

Eine extrem große 'Rufschädigung' der integrierten Operationsverstärker hat sicherlich der Typ TL072 bewirkt, der über viele Jahre von allen möglichen Audioherstellern in Schaltungen eingesetzt wurde und wird. Dieser Operationsverstärker weist ein 12 bis 14 dB höheres Rauschen als vergleichbare, besser geeignete Typen auf und hat durch seine Sensibilität gegen kapazitive Belastungen ohne entsprechende Schaltungsmaßnahmen eine hohe Neigung zu hochfrequenter Schwingung, die sich dann in Intermodulationen mit dem Audiosignal äußert. Dies führt zu 'schmierigen' Klangbildern, dubiosen Knackstörungen und weiteren Effekten, deren Ursachen fast immer unklar bleiben.

Doch zurück zum eigentlichen Thema. Die meisten integrierten Operationsverstärker haben eine maximal zulässige Speisespanngung von 36 Volt. Zum Glück sind die meisten für die professionelle Audiotechnik verwendbaren IC's entweder für eine Speisespannung von 44 Volt ausgelegt oder in speziellen Versionen für diese Spannung verfügbar. Alles was über diesen Wert hinausgeht, kann nicht mit IC's realisiert werden. Zwar gibt es einige wenige Operationsverstärker die auch mit Spannungen bis über 100 Volt betrieben werden können, jedoch sind diese Typen für Audio nicht geeignet.

Fassen wir einmal kurz zusammen. Die Aussteuerbarkeit analoger Audiogeräte ist direkt von der Speisepannung abhängig. Bei 30 V ist sie auf Werte von etwa + 21.5 dBu begrenzt. Erhöht man die Spannung auf 44 Volt, so kann man Pegel von knapp + 25 dBu verarbeiten. Eine höhere Aussteuerbarkeit erfordert weitaus höhere Spannungen, bei denen integrierte Schaltungen nicht mehr verwendet werden können. Durch das geringe Angebot geeigneter Halbleiter mit hoher Spannungsfestigkeit die dieses Verfahren mit zahlreichen Problemen und hohen Kosten verbunden.

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