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Hallo zusammen!
Ich habe folgendes Anliegen...
Mein Vorhaben ist eine Impedanzenanpassung einer Verstärkerstufe. Es soll über einen Messbaustein (den ich suche und mich frage ob es ihn überhaupt gibt) eine Impaedanz von 0-600 Ohm gemessen werden und auf ein Digitalpotentiometer übertragen werden, welches in der Rückkopplung eines OPV liegt. Das ganze soll über SPI oder I²C Bus laufen. Da ich leider nicht besonders fit in Sachen I²C oder dergleichen bin (Grundlagen allerhöchstens!) frage ich also ob dies überhaupt möglich ist und ob es einen solchen Messbaustein überhaupt gibt

Danke schon mal fürs lesen und evt. Antworten

Gruß,
Jens

» gibt) eine Impaedanz von 0-600 Ohm gemessen werden und auf ein
» Digitalpotentiometer übertragen werden, welches in der Rückkopplung eines
» OPV liegt. Das ganze soll über SPI oder I²C Bus laufen.

Sicher wird man einen passenden IIC Baustein finden können, wenn du uns verrätst, welche physikalische Größe der messen soll.

Ich vermute, du willst die Impedanz dynamisch im Betrieb messen?
Ausgangsimpedanz der Verstärkerstufe oder Eingangsimpedanz des Lautsprechers? (oder welcher Last sonst?)
Welcher Leistungsbereich, welcher Frequenzbereich?
Soll der erwähnte µC auch irgendwie die Frequenz und Leistung steuern?

Und die gemessene Impedanz soll nun ein "elektronisches Poti" beeinflussen?

Wenn du nicht weisst, wie IIC funktioniert, wie willst du das dann im µC programmieren, das dein "Mess IC" sowie das "elektronische Poti" per IIC gelesen / geschrieben wird?

hws

Also entschuldigung erstmal für die knappe Beschreibung.
Aber hast an sich fast alles richtig erkannt. Also meine Idee ist folgende:

Es handelt sich um ein einen Kopfhörerverstärker mit OPV und einer Leistungsstufe mit Bipolartransitoren. Das ganze arbeitet in Klasse A. Also OPV sowie auch die Transistorstufe. Meine Überlegung: Wird der KHV eingeschaltet, so soll bevor der Verstärker aktiv ist ein Messzyklus gestartet werden der direkt an der Kopfhörerbuchse (hast du richtig erkannt also Last) die Kopfhörerimpedanz misst. Ist der Wert erfasst, der sich zwischen 0-600 Ohm bewegen soll, so soll ein Digitalpoti in der Rückkopplung des OPV die passende maximale Spannungsverstärkung einstellen. Den Ruhestrom des OPV und der Ausgangstransistoren werde ich aber nicht verändern da ich mich sonst irgendwann außerhalb Klasse A bewegen könnte.
Ich hoffe die Beschreibung ist jetzt so in Ordnung.
Sinn der Sache ist hoffentlich klar. Es gibt ja KHV die teilweise "dB-Wahlschalter" besitzen. Somit kann die Verstärkung an den jeweiligen KH angepasst werden. Wäre z.B. die maximale Verstärkung aktiv um einen 600 Ohm KH zu betreiben so wäre alles in Ordnung. Schliesst man nun einen 250 Ohm KH an und vergisst die Verstärkung niedriger zu fahren (bei gleicher Volume- Einstellung) so könnte man sich einen ordentlichen Hörschaden holen.
Es sollsich einfach um eine automatische Anpassung halten nur muss dafür eben gemessen werden was für eine Last angepasst werden soll. Zudem ist eine "fast" stufenlose Anpassung idealer als eine 3 Stufige Anpassung ala "0-20-40 db".
Ich hoffe mal du stösst bei der Idee auf intresse und hilfst mir ein wenig dabei (wo wir wieder beim Baustein wären^^). An sich hast du das ja schon ganz gut erkannt.

Danke schonmal dafür

Gruß,
Jens


Edit:
Ach beim OPV handelt es sich um einen OPA 2134 von Burr Brown.
Und ich habs vergessen zu erwähnen. Während des Messzyklus ist natürlich die Transistorstufe abgekoppelt man soll ja nicht den Verstärker bzw. Teile davon mitmessen.

Ach und ich las grad, dass du vermutest das ich keine Ahnung von I²C haben soll. Naja ganz so schlimm ist es nicht weiss schon was der macht wie der grundlegend arbeitet und welche Rahmenbedingungen zu erfüllen sind. Aber ich weiss wie gesagt nicht unter den hunderten Basusteinen die es dafür gibt ob es einen solchen Messbaustein gibt.

» Ach und ich las grad, dass du vermutest das ich keine Ahnung von I²C haben
» soll.

Aus deinem Beitrag schloss ich das.

Gut, wie sieht das "Meßprogramm" für die Impedanzmessung des Endverstärkers aus?
1.) Statt Lautsprechereinen Lastwiderstad dran.
2.) Betriebsspannung einschalten.
3.) Meßeinrichtung statt Vor/Kopfhörerverstärker dran.
4.) Meßprogramm starten, Impedanz bei 50Hz, 100Hz, 1K, 5k, 10K, 20K messen (werden unterschiedliche Werte ergeben)

Und jetzt die Verstärkung wie einstellen? (Formel?)

Bist du sicher, dass du nicht Impedanzanpassung und Verstärkung durcheinanderbringst?

dB bezeichne üblicherweise eine Verstärkung und keine Impedanz.

» Ich hoffe mal du stösst bei der Idee auf intresse und hilfst mir ein wenig dabei

eher weniger, da ich den Sinn nicht erkenne. Das von dir geschilderte ließe mich eher an einen Lautstärkebegrenzer denken statt Impednzanpassung.

Aber gut - Erzeugung diverser Frequenzen und Impedanzmessung per gutem alten ohmschen Gesetz. Läuft auf einen AD-Wandler hinaus. Zusätzlich ein I/U Wandler für die Strommessung. Und dann ein passendes µC Programm, das das ganze steuert.

AD-Wandler mit IIC gibts.

hws

Hm ich dachte ich hätts so an sich verständlich erklärt. Also:
Es soll eine Schwingspulenimpedanz (eine reicht denn rechts und links bei einem Kopfhörer ist gleich) beim Einschalten des Verstärkers gemessen werden und zwar im abgekoppelten Zustand, d.h. es wird nur die Spule gemessen ohne Verbindung zu Klasse A Ausgangsstufe zu haben. also der nackte Kopfhörer wird gemessen. Das hat nicht mit "während des Betriebs" zu tun. Diese Impedanz soll über einen Baustein mit I²C Technik gemessen und umgesetzt werden. Die Werte die bei Kopfhörern üblich sind liegen bei ca. 16-600 Ohm (außer Stax aber die abrbeiten eh mit hoher spannung).
Nun es soll über diese Messung der dB Wert eingestellt werden. Normal könnte man ja alles über den Volumeregler machen aber es gibt KHV die eine meist 3- stufige zusätzliche dB Anpassung besitzen. diese muss man dann manuell je nach Kopfhörerimpedanz wählen um im idealen Arbeitsbereich zu liegen. Nur gerade dieses will ich über die Messung erreichen. Es soll automatisch passieren. kopfhörer einstecken , messen und automatisch angepasst. Das soll über ein digitalpotentiometer in der rückkoplung passieren also im Zweig des OPV. Mit dem kann ich ja die spannungsverstärkung je nach Bedarf im Rückkkopplungszweig ändern. Natürlich interessiere ich mich dafür wie man sowas elegant lösen kann.
Und dB Wert sage ich deshalb da am Ausgang also an der Kopfhörerbuchse ein verstärktes Sinussignal anliegt und die Amplitude hier doch meist in dB angegeben wird.
Anzumerken ist aber noch, dass der Messzyklus irgendwann auch mal beendet wird damit die Transistorstufe auf die Buchsenkontakte gelegt werden können. Ich mach mich ja grad schon ein wenig schlauer und lese diverse I²C Seiten durch und hoffe hier trotzdem auf ein wenig Unterstützung.
Hoffe du verstehst jetzt den Sinn in meiner Idee sonst weiss ich auch nicht weiter. Ich hoffe aber ich habs jetzt besser erklärt. Danke wie gesagt für die Mühe

Edit zu den Frequenzen im Messzyklus: Also ich denke 1KHz wäre sinnvoll denn das ist doch so die "Standardfrequenz" für Messungen im Audiobereich

ist das net ein wenig übertrieben?
Zum feststellen welcher Kopfhöhrer angeschlossen ist genügt wahrscheinlich eine Gleichspannungsmessung.
1 mA aufschlagen, Spannungsabfall messen und den µC die Verstärkung (nach einer Tabelle) einstellen lassen

» Hm ich dachte ich hätts so an sich verständlich erklärt.

Aus deiner Schilderung erschloss sich mir nicht, ob du Lautsprecher oder Ohrhorer messen willst, bzw Eingangsimpedanz des Endverstärkers. Oder ich hab's überlesen.

Wie auch immer, das vorher beschriebene Meßverfahren bleibt fast gleich. Wnn du's nicht selbst anpassen kannst, dann hier:

1.) Ohr-/Kopfhörer vom Verstärkerausgang trennen.
2.) - entfällt -.
3.) Meßeinrichtung an Kopfhörer anschalten.
4.) Meßprogramm starten, je nach Wunsch Gleichstrommessung, eine Meßfrequenz oder mehrere.

Meßvorrichtung: einen AD Wandler mit IIC Schnittstelle.
Strom und Spannung messen. Ist die Spannung der Meßvorrichtung immer gleich, reicht auch nur Strommessung aus.
Der AD Wandler wird per µC ausgelesen und nach Herrn Ohm der Widerstand bzw die Impedanz errechnet. Und dann das Stellglied (elektronisches Poti) per µC entsprechend programmieren.

Also such dir einen der vielen IIC AD-Wandler aus und schau dir die Applikationen dazu an.

Damit hätten wir die technische Realisierung.
Nur einen Sinn ergibt das bei mir immer noch nicht. Die Lautstärke ist eher von der Güte des Kopfhörers denn von seiner Impedanz abhängig.

» Diese Impedanz soll über einen Baustein mit I²C Technik gemessen

eben AD Wandler ...

» Nun es soll über diese Messung der dB Wert eingestellt werden.

Bitte realisiere mal, dass Impedanz und dB Wert was völlig unterschiedliches sind und nix miteinander zu tun haben.

» .. es gibt KHV die eine
» meist 3- stufige zusätzliche dB Anpassung besitzen.

Da wird aber nicht die unterschiedliche Kopfhörerimpedanz angepasst sonder die unterschiedliche Eingangsspannung von der Tonquelle.

» Nur gerade dieses will ich über die Messung erreichen.

Da setzt du an der falschen Stelle an. Höhe der Eingangsspannung messen und DANACH den Verstärkungsfaktor einstellen.

» .. die Amplitude hier doch meist in dB angegeben wird.
Nein, die Verstärkung wird in dB angegeben. Die Ausgangsamplitude kann man (wenn man die Impedanz weiss) in dBm oder dBµV angeben.

» Anzumerken ist aber noch, dass der Messzyklus irgendwann auch mal beendet
» wird

Ja, das muss dein µC machen, den du logischerweise passend programmieren musst.

» und hoffe hier trotzdem auf ein wenig Unterstützung.
Aha, und die kriegst du hier nicht?

» Hoffe du verstehst jetzt den Sinn in meiner Idee
Nein, die Idee macht im Grunde nicht viel Sinn. Die Lautstärke hängt nur unwesentlich von der Impedanz, dafür aber sehr von dem Pegel der Tonquelle ab.

» Ich hoffe aber ich habs jetzt besser erklärt. Danke wie
» gesagt für die Mühe

Ich versteh schon, was du willst. Aber das ist meiner Meinung nach ein Irrweg. Wenn du den trotzdem gehen möchtest, hab ich dir oben das Verfahren mit einem I²C AD Wandler erklärt.

» Edit zu den Frequenzen im Messzyklus: Also ich denke 1KHz wäre sinnvoll
» denn das ist doch so die "Standardfrequenz" für Messungen im Audiobereich

Das kannst du machen, wie du möchtest. Auch die Gleichspannungsmessung (siehe Thomas) kann man nehmen.

Dir ist schon klar, dass die ganze Abfolge der Messung, errechnen der Verstärkung, Programmieren des el. Potis nicht ohne einen µC geht und du den passend programmieren musst?
µC Kenntnisse vorhanden?

Da diese Kopfhörerimpedanz-Verstärkungseinstellung nicht gerade sinnvoll ist, wird es auch keine fertige Komplettlösung geben. Musste schon selbst machen!

hws

So vielen Dank erstmal für die Mühe

Also das mit der Gleichspannungsmessung hört sich interessant an!

Und nochmal zum Anpassverhalten. Nein es geht nicht um die Abschwächung des Eingangssignals. Ich habe schon einige Kopfhörerverstärker gebaut und auch da ist es (ist auf hunderten Seiten so) gängig, eine "Verstärkungsfaktoranpassung" im Rückkopplungspfad des OPV einzubauen.

Ich erkläre mal den Sinn darin.

Also manch einer fragt sich sicher warum ist die Spannbreite bei Kopfhörern von ca. 16-600 Ohm?

Nun allgemein bekannt sein dürfte, dass je hochohmiger ein Kopfhörer ist, er auch umso besser dem "originalen" Musiksignal folgen kann und damit originalgetreu wirkt. Das liegt daran, das die Spule so leicht wie möglich gehalten werden soll da alles was träge auf die Membran wirkt das Impulsverhalten und komplexe Musiksignale erheblich stört.
Also was muss her? Dünner Draht! Dünner Draht ist aber gleich auch "hochohmiger". Hochohmiger gleich mehr Spannung. Daher sind spannungsstarke Ausgänge für hochohmige Kopfhörer wichtig. Niederohmige haben dickeren Draht (leider träge und daher nicht besonders gut also es wird ein mechanischer Klirr entstehen) brauchen weniger Spannung (mit zuviel könnt man den Kopfhörer zerstören!) aber aufgrund des niedrigen Spulenwiderstands (R-L) mehr Strom. Also für niederohmige Kopfhörer braucht man meist Transistorstufen hinter dem OPV. Nun habe ich z.B. einen maximalen Verstärkungsfaktor ausgesucht, so könnte ich damit einen hochohmigen 600 Ohm Kopfhörer betreiben. Schliesse ich jetzt einen ca. 250 Ohm Kopfhörer an, welcher auch noch zu den hochohmigen Kopfhörern gehört so könnte das den Ohren und dem KH nicht besonders gut tun. Also das Vorhaben ist nix anderes als eine Verstärkungsanpassung an die Kopfhörerwiderstände. Natürlich wäre - ich hoffe ich denke richtig!- eine frequenzabhängige Messung von Vorteil die ich auf 1KHz setzen möchte. Die Gleichstrommessung hört sich gut an aber: Messe ich da nicht im übertragenen Sinne nur den Drahtwiderstand? Der induktive Blindwiderstand der Spule kommt nur bei Wechselsignalen zur Geltung?!. Ich denke der Ansatz ist nicht ganz ideal da die ganzen Hersteller sicher unendlich viele Techniken verwenden in Sachen Drahtmaterial und daher der Drahtwiderstand doch nicht unbdeingt in gleichen Verhältnissen zu Induktivität der Spule stehen müssen. Von daher denke ich doch eher dass die frequenzabhängige Messung besser wäre oder?

Korrigiert mich wenn ich falsch liege oder auf nem komplett falschen Dampfer liege


Und die Verstärkung (dB) steht doch wohl im Verhältnis zur Schwingspulenimpedanz. Je niedriger die Impedanz desto mehr kann ich den Verstärkungsfaktor runterschreuben. dB ist wenn ich nicht irre ein Ausdruck um die x-fache Verstärkung des Eingangsignals anzugeben. Also stehts ja immerhin doch irgendwie im Verhältnis zur Amplitude. Aber wie gesagt das Einganssignal hat damit nix zu tun! wenn ich dieses Abschwächen würde würde das den niederohmigen Kopfhörern auch nicht besonders zu gute kommen. Und zum Abschwächen ist ein Poti vorgeschaltet. Nicht umsonst bauen viele Hersteller ihre Verstärkungsfaktoränderung in die Rückkopplung ein.


Aber wenn dir das noch nicht reicht (nicht anstichelnt gemeint!) kann ich dir gerne ein paar Dokumente zukommen lassen oder links posten in denen was dazu steht

Wie man eine Impedanzmessung macht und davon abhängig den Verstärkungsfaktor änderst, hab ich schon zum zweiten mal geschrieben.
Ja, das kann man machen, wenn man möchte.

Damit Ende von Teil 1.

Teil 2: Diskussion ob das sinnvoll ist oder nicht.
Ob du das Eingangssignal abschwächst oder den Verstärkungsfaktor runterdrehst, kommt (im Prinzip) auf dasselbe raus. (Rauschen und andere Nebeneffekte mal rausgelassen).

Wenn du dein Verfahren durchziehen möchtest, dann tust du es eben. Egal, was ich persönlich darüber denke. Auch von blauer KFZ-Unterbodenbeleuchtung halt ich nix - sag aber trotzdem, wie man den Vorwiderstand berechnet

Impedanz messen (R=U/I) und davon irgendwas mit dem Verstärkungsfaktor machen.

hws

» Auch von blauer
» KFZ-Unterbodenbeleuchtung halt ich nix - sag aber trotzdem, wie man den



Sind wir schonmal 2^^


Na gut auch wenn du persönlich im Gegensatz zu vielen Herstellern nix davon hätlst will ih dir das nicht einrden. Nicht du willst das Teil bauen sondern ich. Und ich bin dir sehr dankbar für die Tips bezüglich der Umsetzungsmöglichkeiten. das ist ja genau das warum ich hier bin. Danke für die Mühe!

» Na gut auch wenn du persönlich im Gegensatz zu vielen Herstellern nix
» davon hätlst will ih dir das nicht einrden.

Ja, eine dB Einstellung ist sinnvoll. Aber nicht wegen Impedanzanpassung des Kopfhörers, sondern dem Eingangspegel.

Zu deinen Möglichkeiten der µC Programmierung hast du allerdings noch nichts gesagt. Der IIC - AD Wandler ist nur ein (kleiner) Teil der Lösung. Der muss auch ausgelesen werden, Widerstand berechnet, der Verstärkungsfaktor berechnet und in das Poti reingeschrieben werden. Natürlich auch das an/abschalten des Kopfhörers und aufschalten des Meßsignales.
Für mich wär das 2-3 Tage Arbeit - und ich mache Elektronik und µC programmieren beruflich.


hws