CCD - Piezos verstärken

[Gast 2617]

Neulich hatte ich mir eine neue Piezo-Brücke von Schaller gekauft. Leider funktionierte sie nicht: auf zwei von vier Saiten kam erst gar kein Ton raus. Der Tausch gegen ein gebrauchtes, anderes Modell funktionierte.

Typisches Problem: die eingelassenen Böckchen klemmen, und das Piezo kann nicht arbeiten. Das passiert gerne auf der weniger stark gespannten E-Saite. Lösung: Das Böckchen hochschrauben, und die "action" durch einen "shim" unter dem Hals wieder ausgleichen. Ich hatte dasselbe gleich an zwei Bässen ganz unterschiedlicher Hersteller.

Ein anderes Problem ist die dann immer noch mangelhafte Tiefstton-Ausbeute. Das liegt an den eher ungeeigneten Anschlusswiderständen im Vorverstärker um 1Meg oder noch darunter. Zudem sind die Kabelkapazitäten störend, sie klauen schlicht Pegel.

Als Alternative zum "passiven" Betrieb bietet sich ein Ladungsverstärker an. Hier ein typisches Schaltbild:

V1/2/4/5 zuzüglich C3/4/5/6 stellen die Piezo-Sensoren dar.

Die Verstärkung des OpAmp ist invertierend, in der Ggk liegen C2 und R3. C2 legt die ( ggf. schaltbare) Gesamtverstärkung fest, R3 dient zur Stabilisierung des Arbeitspunktes, und kann mit FET-OpAmps einige 10 MegaOhm betragen - je nach dem, wie sauber man die Platine nach dem Löten bekommt.

R6 wird benötigt, wenn die Verstärkung - bezogen auf einen einzelnen Sensor - in die Gegend von oder unter "1" gesetzt werden soll. Piezos sind verglw. sehr laut - man wird eher eine deutliche Abschwächung wollen! Mit typischen high-speed OpAmps sollte der angg. Wert für R6 passen.

Durch Einfügen von Anpassungs-Cs wie C9 kann der Pegel der Saiten zueinander abgestimmt werden.

 

[Jenzz]

Moin .-)

Sollte R6 wie im Schaltbild 220R sein wird das aber nicht klappen. Dann arbeiten die Piezos ja nur auf diese 220R. Der invertierte Eingang des OpAmps stellt ja quasi eine virtuelle Masse dar, also hast Du zwar viel Verstärkung (220R gegen 22M), aber eben nur die 220R Eingangswiderstand für die Piezos.

Jenzz

 

[Gast 2617]

Moin .-)

Sollte R6 wie im Schaltbild 220R sein wird das aber nicht klappen. Dann arbeiten die Piezos ja nur auf diese 220R. Der invertierte Eingang des OpAmps stellt ja quasi eine virtuelle Masse dar, also hast Du zwar viel Verstärkung (220R gegen 22M), aber eben nur die 220R Eingangswiderstand für die Piezos.

Jenzz

Hi Jenzz, danke für die Beachtung

Der Trick beim Ladungsverstärker ist aber, dass sich eben die Ströme ausgleichen - im Grunde könnte man Vu = Z1/Z2 = (1 / C1) // (1 / C2) rechnen, gerade so wie mit Widerständen. Die Simulation mit LTSpice bestätigt das. Ausserdem funktioniert es auch praktisch

 

[Jenzz]

Moin .-)

Hm, mit Spice usw. kenne ich mich nicht aus, bin nur Praktiker ;-). Ich würde aber meinen, dass die Schaltung nur mit einer echten symmetrischen Versorgung funktioniert, nicht aber mit einer virtuellen Masse (UB/2). Für Audio / AC liegt ja UB/2 über C1 quasi am Minus-Pol der Stromversorgung, nicht mehr an UB/2....

Jenzz

 

[Gast 2617]

Für Audio / AC liegt ja UB/2 über C1 quasi am Minus-Pol der Stromversorgung, nicht mehr an UB/2...

Soweit - wenn es grundsätzlich nicht funktionieren würde, warum gibt dann die Simulation das heraus, was ich auch höre? Bass mit Macht. Magnetos klingen dagegen nur mau, leer, saftlos.

 

[Jenzz]

Moin .-)

Funktionieren tut es so schon, aber man sieht ja auch am Frequenzgang, dass ja auch 'nur' Bässe rauskommen, sonst wenig. Das würde ich bei der Schaltung auch erwarten, wegen des 2,5 nF / 22M Netzwerks in der Gegenkopplung.

Jenzz

 

[Gast 2617]

Moin .-)

Funktionieren tut es so schon, aber man sieht ja auch am Frequenzgang, dass ja auch 'nur' Bässe rauskommen, sonst wenig. Das würde ich bei der Schaltung auch erwarten, wegen des 2,5 nF / 22M Netzwerks in der Gegenkopplung.

Jenzz

Hi Jenzz, die Linie die Du siehst ist ein gewisser Sockel aus der Fourier-Analyse. Die Kurvenform rechts wurde mathematisch in einen Frequenzgang umgewandelt, dabei wurde nicht auf Kante abgeschnitten und so weiter. Mach Dir um den Störpegel < -100dB keine Sorgen. Worauf es ankommt sind die feinen Linien um -20dB, das sind die "Töne" (40, 60 ..).

Das ganze habe ich - als Simulationsergebnis - nur deshalb eingestellt damit Du siehst, das ist nicht krumm, sondern "normal". Zum "Ladunsgverstärker" gibt es auch im Internet einiges zu lesen ( zB https://de.wikipedia.org/wiki/Ladungsverstärker). Ich habe den sicher nicht erfunden

Ein bisschen tricky ist dieser 220Ohm-Widerstand (R6), den richtigen Hinweis gab es erst bei Texas Instruments Um ganz sicher zu gehen, dass das immer ganz glatt läuft, kann man den auch auf 1..2kOhm setzen, ohne das Rauschen zu verschlimmern.

Die Kapazitäten von 680pF in Serie zu den Generatoren entsprechen denen, die ich selbst an der alten Schaller-Brücke gemessen habe.

Und die Schaltung läuft ja auch bestens, und ich bin sehr kritisch

 

[elkulk]

... Ich würde aber meinen, dass die Schaltung nur mit einer echten symmetrischen Versorgung funktioniert, nicht aber mit einer virtuellen Masse (UB/2). Für Audio / AC liegt ja UB/2 über C1 quasi am Minus-Pol der Stromversorgung, nicht mehr an UB/2 ...

Hi,

diese Art der virtuellen Masse UB/2 ist für viele Vorverstärker in aktiven Instrumenten und auch für Bodeneffektgeräte typisch und funktioniert "immer".

Gruß Ulrich