Operationsverstärker- Alles was leise rauscht
Verfasst: 23.09.2017, 11:53
Nein, nicht schon wieder ein OP-Amp Thread, welches das Forum in 20 Lager spalten könnte, aber es muß mal wieder sein.
Für meine BM6 Lautsprecher im Vorstellungsthread, die ich nun so gut wie fertig renoviert habe, geht es mir im nächsten Schritt um Verbesserungen. Auf der Suche nach Erfahrungen von bereits Geschriebenen auf diesem Gebiet stach dabei das Thema Operationsverstärker immer wieder hervor.
Die BM 6 (und vermutlich auch die anderen der Classic-Serie) haben zwei unterschiedliche Op-Amps verwendet. Das ist zum einen für die Aktiv-Regelung der berühmte NE5534 und zum anderen der TL074 (wird später betrachtet) für die Frequenzweichen. Für die galt es einen würdigen Ersatz zu finden. Die Suche im Forum ergaben wiederkehrend die folgende Empfehlungen für den NE5534: Der LME49710 sowie der OPA637.
Da Rauschen bei mir immer ein Augenmerk ist, habe ich Datenblätter gewälzt und möchte hier weitere OP vorstellen, welche diesen Aspekt stärker hervorheben. Die OPs sind sicherlich auch hier nicht unbekannt und wurden auch schon „getestet“ Daher würde ich mich über euren Feedback freuen.
Über das Wesen des Rauschens ist zu sagen, das über die Kette aller Verstärker das Rauschen von Stufe zu Stufe aufaddiert wird. Da ist es natürlich wichtig, besonders auf den ersten Stufen rauscharme Ops zu bekommen, wähend „hinten“ am Ausgang andere Parameter, wie z.B. die Slew Rate oder Offset vorzug finden.
Ein weiteres Wesen des Rauschen ist (neben dem thermischen Rauschen) die als 1/f-Rauschen bezeichnete Komponente, welche von 0Hz mit 3 dB abfallend ist und ab einer bauteiltypischen Eckfrequenz (Datenblatt) keine Rolle mehr spielt. In meiner Betrachtung schließe ich die 3dB Eckfrequenz des 1/f Rauschens mit ein. Eckfrequenzen die bei weniger als 30-40Hz liegen (für die BM6 durchaus abbildbar) dürfen es schon sein.
Auf dem Zug der rauscharmen OPs ist der genannte NE5534 gar nicht mal so schlecht und wird wohl in den 80ern der Stern am Himmel gewesen sein. Die heute zumindest erhältliche überarbeitete (bessere) Version NE5534A als direkter Nachfolger zu tauschen, sollte kein Fehler sein. Für das 1/f Rauschen findet man bei unterschiedlichen Anbietern abweichende Angaben. Hier muß man genauer schauen. Der OP von Texas Instrument scheint eine niedrigere (also bessere) 3db Eckfrequenz von ca 50 Hz zu haben. Andere Datenblätter weisen die Eckfrequenz sogar mit bis zu 200Hz aus, welches ein deutlich höheren Rauscheintrag im Bass mit sich bringt. Ein Austausch des alten NE5534 gegen einen neuen NE5534A kann also schon lohnen, ohne das man die Schaltung überarbeiten muß. Es ist ein überschaubarer Aufwand den vorhandenen IC gegen einen anderen zu wechseln.
In der Rangfolge der Selektion steht also für meine Tabelle das Rauschen und die 1/f-Eckfrequenz vorne, gefolgt von der Slew Rate und dem Offset. Andere Parameter werden bestenfalls als drittes Kriterium herangeführt. Keine Rolle spielt die Bauform. DIL-Gehäuse bevorzugt, aber auch SOT ist OK, wenn die elektrischen Werte stimmen. Es gibt zu hauf Adapterplatinen für DIL-SOT.
Das Datengrab:
NE5534A
Rausch (nV/sqrHz): 3,5
1/f (Hz): 50-200 (Hersteller beachten)
SlewRate(V/us): 13
Offset: 5mV (neuere deutlich besser)
OP37
Rausch (nV/sqrHz): 3,2
1/f (Hz): 3 (in Worten: drei !)
SlewRate(V/us): 17
Offset: 30uV
LT1037
Rausch (nV/sqrHz): 2,5
1/f (Hz): 2 !!
SlewRate(V/us): 15
Offset(uV): 20uV
LT1028
Rausch (nV/sqrHz): 0,85 !
1/f (Hz): 3,5
SlewRate(V/us): 15
Offset: 20-40 uV
OPA228P
Rausch (nV/sqrHz): 3
1/f (Hz): 5
SlewRate(V/us): 11
Offset: 10uV
OPA134 (Achtung, ist ein FET)
Rausch (nV/sqrHz): 8
1/f (Hz): 15
SlewRate(V/us): 20 !
Offset: 0,5mV
OPA637
Rausch (nV/sqrHz): 5,2
1/f (Hz): 40
SlewRate(V/us): 100 !
Offset(uV): 40-250uV
AD797 (Achtung, ist ein FET)
Rausch (nV/sqrHz): 0,9 !
1/f (Hz): 80
SlewRate(V/us): 20
Offset: 20uV
AD811
Rausch (nV/sqrHz): 1,9 !
1/f (Hz): 25
SlewRate(V/us): 400 !
Offset: 0,5mV
LME49710
Rausch (nV/sqrHz): 2,5
1/f (Hz): 50
SlewRate(V/us): 20 !
Offset: 50uV
Aus diesen nüchternen Datenzahlen heraus fliegt der OPA 134 gleich schon mal raus, da dieser mit seinen FET-Eingängen mitunter größere Anpassungen an den gegebenen Schaltungsentwurf vorraussetzt, um das Rauschen nicht am Ende mehr werden zu lassen. Darüber hinaus liegt bei diesem Typ das Rauschen ohnehin höher als beim NE5534. Die Messerspitze mehr an Slew Rate kann mich da nicht vom Ofen weglocken. Auch der AD797 als JFET-Typ ist raus aus dem Rennen, trotz seiner ansonsten schönen Werte.
Besser bis deutlich besser im Rauschen, mit besserer Slew Rate und deutlich niedrigere 1/f-Eckfrequenz liegen:
OP37, LT1028, LT1037, LME49710,
Zu den OP37 sollte man auch den Hersteller prüfen, hier weichen die Datenblätter stark ab, auch der Preis schwankt hier erheblich.
Ausnahmen in der Reihe bilden die Typen OPA637, welcher stärker rauscht als der NE5534 und der AD811, welcher mit einer unnötig hohen brutalst-Slew Rate von 400 V/us aufwartet. Der AD ist für Videoanwendungen optimiert worden. Daher ist dieser möglicherweise gar nicht so optimal, obwohl das Rauschen sehr gering ausfällt.
Die Frage, ob eine starke Slew Rate mehr bringt (so wie bei Autos, Hubraum lässt sich nur durch mehr Hubraum ersetzen ) erschließt sich mir nicht so ganz. Natürlich, zu wenig ist nicht gut, da es die obere Grenzfrequenz in meiner Verstärkung beeinflusst. Bei einer gegebenen Verstärkung und einer bekannten höchsten vorkommenden Audiofrequenz ist das „mehr“ von ausreichend viel nicht entscheidend. Daher ist aus meiner bescheidenen Sicht der OPA637 als Edelrauschquelle nicht im jeden Design das heilbringende Wunder. (so, wer hebt den Handschuh auf? )
Was ist noch offen? Die Entscheidung, welche ich noch nicht getroffen habe. Im Bereich LME49710, OP37, LT1028 oder LT1037 wird es aber liegen. Hier freue ich mich auf eure Erfahrungen. Ebenso würde ich mich über andere Betrachtungsweisen freuen.
Gruß,
René
Für meine BM6 Lautsprecher im Vorstellungsthread, die ich nun so gut wie fertig renoviert habe, geht es mir im nächsten Schritt um Verbesserungen. Auf der Suche nach Erfahrungen von bereits Geschriebenen auf diesem Gebiet stach dabei das Thema Operationsverstärker immer wieder hervor.
Die BM 6 (und vermutlich auch die anderen der Classic-Serie) haben zwei unterschiedliche Op-Amps verwendet. Das ist zum einen für die Aktiv-Regelung der berühmte NE5534 und zum anderen der TL074 (wird später betrachtet) für die Frequenzweichen. Für die galt es einen würdigen Ersatz zu finden. Die Suche im Forum ergaben wiederkehrend die folgende Empfehlungen für den NE5534: Der LME49710 sowie der OPA637.
Da Rauschen bei mir immer ein Augenmerk ist, habe ich Datenblätter gewälzt und möchte hier weitere OP vorstellen, welche diesen Aspekt stärker hervorheben. Die OPs sind sicherlich auch hier nicht unbekannt und wurden auch schon „getestet“ Daher würde ich mich über euren Feedback freuen.
Über das Wesen des Rauschens ist zu sagen, das über die Kette aller Verstärker das Rauschen von Stufe zu Stufe aufaddiert wird. Da ist es natürlich wichtig, besonders auf den ersten Stufen rauscharme Ops zu bekommen, wähend „hinten“ am Ausgang andere Parameter, wie z.B. die Slew Rate oder Offset vorzug finden.
Ein weiteres Wesen des Rauschen ist (neben dem thermischen Rauschen) die als 1/f-Rauschen bezeichnete Komponente, welche von 0Hz mit 3 dB abfallend ist und ab einer bauteiltypischen Eckfrequenz (Datenblatt) keine Rolle mehr spielt. In meiner Betrachtung schließe ich die 3dB Eckfrequenz des 1/f Rauschens mit ein. Eckfrequenzen die bei weniger als 30-40Hz liegen (für die BM6 durchaus abbildbar) dürfen es schon sein.
Auf dem Zug der rauscharmen OPs ist der genannte NE5534 gar nicht mal so schlecht und wird wohl in den 80ern der Stern am Himmel gewesen sein. Die heute zumindest erhältliche überarbeitete (bessere) Version NE5534A als direkter Nachfolger zu tauschen, sollte kein Fehler sein. Für das 1/f Rauschen findet man bei unterschiedlichen Anbietern abweichende Angaben. Hier muß man genauer schauen. Der OP von Texas Instrument scheint eine niedrigere (also bessere) 3db Eckfrequenz von ca 50 Hz zu haben. Andere Datenblätter weisen die Eckfrequenz sogar mit bis zu 200Hz aus, welches ein deutlich höheren Rauscheintrag im Bass mit sich bringt. Ein Austausch des alten NE5534 gegen einen neuen NE5534A kann also schon lohnen, ohne das man die Schaltung überarbeiten muß. Es ist ein überschaubarer Aufwand den vorhandenen IC gegen einen anderen zu wechseln.
In der Rangfolge der Selektion steht also für meine Tabelle das Rauschen und die 1/f-Eckfrequenz vorne, gefolgt von der Slew Rate und dem Offset. Andere Parameter werden bestenfalls als drittes Kriterium herangeführt. Keine Rolle spielt die Bauform. DIL-Gehäuse bevorzugt, aber auch SOT ist OK, wenn die elektrischen Werte stimmen. Es gibt zu hauf Adapterplatinen für DIL-SOT.
Das Datengrab:
NE5534A
Rausch (nV/sqrHz): 3,5
1/f (Hz): 50-200 (Hersteller beachten)
SlewRate(V/us): 13
Offset: 5mV (neuere deutlich besser)
OP37
Rausch (nV/sqrHz): 3,2
1/f (Hz): 3 (in Worten: drei !)
SlewRate(V/us): 17
Offset: 30uV
LT1037
Rausch (nV/sqrHz): 2,5
1/f (Hz): 2 !!
SlewRate(V/us): 15
Offset(uV): 20uV
LT1028
Rausch (nV/sqrHz): 0,85 !
1/f (Hz): 3,5
SlewRate(V/us): 15
Offset: 20-40 uV
OPA228P
Rausch (nV/sqrHz): 3
1/f (Hz): 5
SlewRate(V/us): 11
Offset: 10uV
OPA134 (Achtung, ist ein FET)
Rausch (nV/sqrHz): 8
1/f (Hz): 15
SlewRate(V/us): 20 !
Offset: 0,5mV
OPA637
Rausch (nV/sqrHz): 5,2
1/f (Hz): 40
SlewRate(V/us): 100 !
Offset(uV): 40-250uV
AD797 (Achtung, ist ein FET)
Rausch (nV/sqrHz): 0,9 !
1/f (Hz): 80
SlewRate(V/us): 20
Offset: 20uV
AD811
Rausch (nV/sqrHz): 1,9 !
1/f (Hz): 25
SlewRate(V/us): 400 !
Offset: 0,5mV
LME49710
Rausch (nV/sqrHz): 2,5
1/f (Hz): 50
SlewRate(V/us): 20 !
Offset: 50uV
Aus diesen nüchternen Datenzahlen heraus fliegt der OPA 134 gleich schon mal raus, da dieser mit seinen FET-Eingängen mitunter größere Anpassungen an den gegebenen Schaltungsentwurf vorraussetzt, um das Rauschen nicht am Ende mehr werden zu lassen. Darüber hinaus liegt bei diesem Typ das Rauschen ohnehin höher als beim NE5534. Die Messerspitze mehr an Slew Rate kann mich da nicht vom Ofen weglocken. Auch der AD797 als JFET-Typ ist raus aus dem Rennen, trotz seiner ansonsten schönen Werte.
Besser bis deutlich besser im Rauschen, mit besserer Slew Rate und deutlich niedrigere 1/f-Eckfrequenz liegen:
OP37, LT1028, LT1037, LME49710,
Zu den OP37 sollte man auch den Hersteller prüfen, hier weichen die Datenblätter stark ab, auch der Preis schwankt hier erheblich.
Ausnahmen in der Reihe bilden die Typen OPA637, welcher stärker rauscht als der NE5534 und der AD811, welcher mit einer unnötig hohen brutalst-Slew Rate von 400 V/us aufwartet. Der AD ist für Videoanwendungen optimiert worden. Daher ist dieser möglicherweise gar nicht so optimal, obwohl das Rauschen sehr gering ausfällt.
Die Frage, ob eine starke Slew Rate mehr bringt (so wie bei Autos, Hubraum lässt sich nur durch mehr Hubraum ersetzen ) erschließt sich mir nicht so ganz. Natürlich, zu wenig ist nicht gut, da es die obere Grenzfrequenz in meiner Verstärkung beeinflusst. Bei einer gegebenen Verstärkung und einer bekannten höchsten vorkommenden Audiofrequenz ist das „mehr“ von ausreichend viel nicht entscheidend. Daher ist aus meiner bescheidenen Sicht der OPA637 als Edelrauschquelle nicht im jeden Design das heilbringende Wunder. (so, wer hebt den Handschuh auf? )
Was ist noch offen? Die Entscheidung, welche ich noch nicht getroffen habe. Im Bereich LME49710, OP37, LT1028 oder LT1037 wird es aber liegen. Hier freue ich mich auf eure Erfahrungen. Ebenso würde ich mich über andere Betrachtungsweisen freuen.
Gruß,
René