Homodyne Detektion bei Vorverstärkern?

[WoisthierdasKlo]

Hallo,

wird im Sound-Bereich eigentlich, um das SNR zu erhöhen, homodyne Detektion mit Lock-in-Verstärkung angewandt? Dafür müsste das Mikro ja eine eingebaute Frequenz haben, mit der das Signal moduliert wird, und die müsste dann irgendwo angegeben sein, sodass man den Lock-In-Verstärker darauf einstellen/triggern kann...?

 

[ghecko]

Ja und nein.
Vorverstärker für Symmetrische Signale funktionieren "ähnlich", allerdings rein Analog, ohne irgend eine Art von Signaldetektion.
Hierfür wird das Signal in zwei gespiegelten Phasen erzeugt, übertragen und am Ziel durch einen Differenzverstärker wieder in eine einzelne Phase überführt.

Das passiert ebenfalls rein analog, die beiden Phasen werden entweder passiv durch das Mikrofon selbst erzeugt oder ein separater Verstärker erzeugt das gespiegelte Signal mit dem Hauptsignal als Referenz.
Der Differenzverstärker am Empfänger wird dann Störungen durch Induktion, die in beiden Phasen gleichschenklig auftreten ignorieren und nur das eigentliche, gespiegelte Signal separieren.

Das SNR wird damit nur bedingt erhöht, das passiert eher durch die allgemein höhere Signalspannung. Hauptsächlich geht es hier darum, Einstreuungen elektromagnetischer Natur in den Übertragungsweg zu nullifizieren.

 

[WoisthierdasKlo]

Verstehe. Danke für die Antwort. Kommt die Skizze von Dir? Das ist ein Wellenleiter, richtig? Da gibt es noch viele Fragen, die ich hätte, will den Thread aber nicht zu einem Physik-Thread machen...^^

Wie erreicht man eine höhere Signalspannung?

 

[lamer11]

Hallo @WoisthierdasKlo,
ich sehe nicht dass homodyne Detektion irgendwie in diesem Bereich angewendet werden kann. Ich kenne es nur aus der Interferometrie.
Eine höhere Signalspannung erreicht man durch einen Verstärker (Google: Operationsverstärker Schaltungen). Mit solchen (differentiellen) Operationsverstärkern kann man dann auch eine differentielle Signalübertragung erreichen, die unempfindlich(er) gegenüber äußeren Störeinflüssen ist. Im Privatsektor ("3.5mm Klinke", "Cinch") findet das aber kaum Anwendung.
@ghecko,
ich sehe nicht was differentielle Signalübertragung mit homodyner Detektion zu tun hat?

 

[ghecko]

Kommt die Skizze von Dir?

Beide kommen von Wikipedia, bei dem Tauchspulenmikrofon habe ich zum besseren Verständnis die beiden Phasen eingefügt.

Wie erreicht man eine höhere Signalspannung?

Bei Kondensatormikrofonen durch Phantomspeisung. Oder durch stumpfes Verstärken des Signals direkt nach der Erzeugung, vor der Übertragung. Da der Differenzverstärker die Differenz der Amplituden addiert, ist das Nutzsignal nach der Differenzierung doppelt so hoch wie die beiden Einzelphasen bei der Übertragung.

Ergänzung (11. Mai 2020)

ich sehe nicht was differentielle Signalübertragung mit homodyner Detektion zu tun hat?

Grundsätzlich erst mal nichts. Allerdings kann man die Ähnlichkeit der Interferometrie zur Differenziellen Signalübetragung nicht von der Hand weisen. Beide arbeiten mit Auslöschungen aus einem Signalpaar zur Separierung eines Signals.

Das ist ein Wellenleiter, richtig?

Nein, in diesem Frequenzbereich befindet man sich hier noch lange nicht. Bei der Übertragung von Frequenzen unterhalb 25Khz kommt man ganz gut mit klassischen Leitern aus. Man hat also zwei klassische, verdrillte Litzen ummantelt von einem geerdeten Schirm.

 

[WoisthierdasKlo]

ich sehe nicht dass homodyne Detektion irgendwie in diesem Bereich angewendet werden kann. Ich kenne es nur aus der Interferometrie.

Ich auch. Bei Röntgenstrahlen nutzt man z.B. einen Chopper-Verstärker. Ich frage mich nur, warum man so ein simples Prinzip nicht auch auf Mikros anwenden könnte. Ich vermute, das liegt daran, dass ein großer Teil vom Rauschen schon vom Mikro selbst kommt, und nicht von der Übertragungsstrecke durch elektromagnetisches Rauschen. Da bringt dann ein Chopper ja auch nicht mehr viel... aber man hat ja offenbar bereits, wie anhand des Beispiels von XLR zu sehen, sich dazu Gedanken gemacht.

Eine höhere Signalspannung erreicht man durch einen Verstärker (Google: Operationsverstärker Schaltungen).

Ich muss sagen, diesen Hinweis fand ich nicht so hilfreich: Ich habe danach gegooglet, und habe wenig bis gar nichts verstanden. Hast Du da irgendwo eine gute Erklärung, wo man wirklich, ohne dutzende Begriffe und Schaltbilder vorauszusetzen, versteht, wie so ein OPV funktioniert? Alternativ: Gute Elektroniklehrbücher?

 

[ghecko]

Hast Du da irgendwo eine gute Erklärung, wo man wirklich, ohne dutzende Begriffe und Schaltbilder vorauszusetzen, versteht, wie so ein OPV funktioniert?

Kannst du gut englisch?

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Operationsverstärker sind die Schweizer Taschenmesser aller Analogschaltungen. Der einfachste Aufbau eines Operationsverstärker hat einen Ausgang, zwei Eingänge und eine Spannungsversorgung.

Die beiden Eingänge des Operationsverstärker sind so konstruiert, das quasi kein Strom in sie hineinfließen kann. Sie reagieren also fast nur auf Spannungspotentiale.
Ein Eingang ist immer Nichtinvertiert (+) Wenn dort eine Positive Spannung anliegt, reagiert der Ausgang des Operationsverstärkers mit einer positiv gerichteten Reaktion.
Der andere Eingang ist Invertiert (-). Wenn dort eine positive Spannung angelegt wird, ist die Reaktion am Ausgang darauf negativ.
Alle Operationsverstärker haben ein Ziel, und das ist die Spannung zwischen den beiden Eingängen auf dasselbe Potential bringen. Je nach externer Beschaltung kann man so das Verhalten des Operationsverstärkers auf gewisse Eingangszustände steuern.

Einfachste Konfiguration: Impedanzwandler

Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem negativen Eingang gekoppelt. Wenn wir nun nach dem gesetz gehen, dass der Operationsverstärker die Spannung zwischen beiden Eingängen immer gegen 0 regeln möchte, wird beim anlegen einer Spannung am Positiven Eingang diese mit einem Gain=1, also 1-1 am Ausgang ausgegeben. Somit hat der negative Eingang dasselbe Potential wie der Positive: Schaltung ausgeregelt. Und der Operationsverstärker hält diesen Zustand aufrecht.
Diese Schaltung wird verwendet, um Belastungssensitive Spannungswerte zu verstärken, ohne die Spannungswerte durch eine Ableitung von Strom zu verfälschen. Denn in die Eingänge eines Op-Amps geht quasi kein Strom.

Die nächste Schaltung ist der nichtinvertierte Verstärker:

Hier ist im Gegensatz zum Buffer ein Spannungsteiler in den Feedback eingebaut, der die Rückgekoppelte Spannung um einen linearen Wert dem Teiler entsprechen reduziert. Hierbei wird dann das Eingangssignal am nicht invertierten Eingang am Ausgang ausgegeben, aber da am negativen Eingang aufgrund des Spannungsteilers weniger Spannung ankommt, muss der Verstärker das Ausgangssignal erhöhen, damit an beiden Inputs wieder dieselbe Spannung ansteht. Jetzt hat man einen simplen, linearen Verstärker für Signale, dessen Verstärkung man durch den Spannungsteiler festlegen kann.

Und Operationsverstärker können je nach Eingangsbeschaltung so ziemlich alles, selbst rechnen oder Analog/Digitalwandlung.
Der deutsche Wikipediaartikel zeigt hier viele weitere Beispiele (auch den Differenzverstärker, den man bei XLR benutzt um die Störungen zu filtern), ist lesenswert wenn man sich dafür interessiert.
Und wer noch tiefer in die Materie einsteigen will, dem sei diese Seite nahegelegt:
https://www.elektronik-kompendium.de/

 

[lamda]

Ich verstehe nicht worauf du hinaus willst und was ein Chopper-Verstärker oder super(homodyne) hier bringen soll?

Erstens brauchst du für Mixer Analoge multipliziere das ist schon nicht trivial
selbst wen du das Signal ideal mixen könntest was würde dir das bringen?

Die idee bei einem Chopper-Verstärker ist ja automatisch den DC ofsett Auszugleichen.
Aber der DC Anteil interessiert normal herzlich wenig... (bei einem normalen Mikrofon).
Ansonsten nennt man das Barometer

 

[lamer11]

Ich muss sagen, diesen Hinweis fand ich nicht so hilfreich: Ich habe danach gegooglet, und habe wenig bis gar nichts verstanden. Hast Du da irgendwo eine gute Erklärung, wo man wirklich, ohne dutzende Begriffe und Schaltbilder vorauszusetzen, versteht, wie so ein OPV funktioniert? Alternativ: Gute Elektroniklehrbücher?

Dem super Post von @ghecko kann ich nur noch hinzufügen: Die "Bibel" der Elektronik ist vermutlich https://artofelectronics.net/.

 

[WoisthierdasKlo]

Dem super Post von @ghecko kann ich nur noch hinzufügen: Die "Bibel" der Elektronik ist vermutlich https://artofelectronics.net/.

Den Post lese ich mir nochmal genauer durch, aber auf Deinen Beitrag bezogen: Das Buch habe ich bei mir im Regal, aber finde es nicht sonderlich informativ. Die Sachen, die da stehen, sind einfach unheimlich speziell, und überhaupt nicht geeignet, um irgendetwas zu verstehen, eher als Nachschlagewerk...