Opamp-Tester Für Audio- und andere Anwendungen

Das Angebot an Operationsverstärkern ist enorm vielfältig. Üblicherweise erfolgt die Vorauswahl für einen bestimmten Zweck zunächst anhand von technischen Daten - zum Beispiel auf den Webseiten von Halbleiter-Distributoren. Bleiben dann mehrere Kandidaten in der engeren Auswahl, muss man unter Umständen selbst weitere Messungen vornehmen, da man nicht immer alle relevanten Parameter unter den geplanten Einsatzbedingungen aus Datenblättern ersehen kann. Genau dafür eignet sich der folgende Tester.

Hat man eine Auswahl möglicher Kandidaten getroffen, bleibt oft nichts anderes übrig, als sich Muster zu bestellen und diese Opamps dann auf Herz und Nieren zu prüfen. Beispielsweise die harmonischen Verzerrungen sind vom Eingangspegel, der Verstärkung, dem Ausgangspegel, der Last sowie der Frequenz abhängig. In Datenblättern finden sich diese Werte oft nur für bestimmte Parameter, die nicht alle Einsatzfälle abdecken und zudem zwischen Herstellern nicht immer wirklich vergleichbar sind. Um die notwendigen Tests verschiedener Opamps unter gleichen Randbedingungen durchführen zu können, wurde die folgende kleine Testplatine entwickelt. Mit Hilfe dieses Testers kann man zudem ICs leicht auf Gleichheit auswählen oder aber die besten Exemplare herausfinden.

Prinzip

Die Einfachheit der Schaltung erübrigt ein Blockschaltbild. Die Schaltung von Bild 1 zeigt zwei Dual-Opamps im DIL-Gehäuse. Die Beschaltung von IC1 ist für den nichtinvertierenden und die von IC2 für den invertierenden Betrieb ausgelegt. Die Eingänge von IC1A und IC1B werden mit Hilfe von R1 beziehungsweise R6 auf eine definierte Eingangsimpedanz von rund 50 kΩ gebracht, da die nichtinvertierenden Eingänge der beiden Opamps ja hochohmig sind. R3 ist bei IC1A nicht bestückt. Aus diesem Grund beträgt hier die Verstärkung +1. Bei IC1B hingegen hat die Verstärkung aufgrund des Verhältnisses von (R8 + R9) / R8 einen Wert von +10. Die jeweiligen Verstärkungen können aber leicht durch andere Werte oder Bestückung von R3 an eigene Bedürfnisse angepasst werden.

Bei IC2A beträgt die Verstärkung aufgrund des Verhältnisses von R12 / R13 genau -1. Die Werte von R16 und R17 führen bei IC2B zu einer Verstärkung von -10. Man bekommt in dieser Testschaltung also mit zwei Dual-Opamps vier Testschaltungen mit invertierender und nichtinvertierender und einfacher und zehnfacher Verstärkung. Die in der Schaltung von Bild 1 angegebenen Werte eignen sich für typische Audioanwendungen. Zu beachten ist bei den invertierenden Beschaltungen, dass hier die Eingänge mit etwa 3 kΩ bei IC2A und rund 1 kΩ bei IC2B deutlich niederohmiger ausfallen als bei IC1A und IC1B.

Jeder Opamp-Ausgang ist an jeweils zwei Steckverbinder angeschlossen. An die zweipoligen Steckverbinder wird über einen 220-Ω-Widerstand das Messgerät angeschlossen. Diese Serienwiederstände sollen Überschwingen bei kapazitiven Lasten (zum Beispiel durch die typische Kapazität von ≥30 pF am Eingang eines Oszilloskops) verhindern. Der konkrete Wert ist unkritisch und sollte im Bereich von 50…1.000 Ω liegen - im Wesentlichen soll er das Schwingen des Opamp bei kapazitiven Lasten verhindern. An die vierpoligen Steckverbindungen können Lasten gesteckt werden, womit unterschiedliche Betriebsbedingungen generiert werden können. Damit ist die Schaltung ausreichend beschrieben.

Außerdem

Die Spannungsversorgung erfolgt symmetrisch via JP13. Zwei Elkos und je zwei 100-nF-Kondensatoren pro IC dienen der Entkopplung. Es wurde bewusst auf Spannungsregler verzichtet, damit man das Verhalten der Opamps bei verschiedenen Versorgungsspannungen überprüfen kann.

Die Layout-Dateien meiner Platine können von der Elektor-Webseite zu diesem Artikel heruntergeladen werden (Bild 2). Für die Opamps sind hochwertige „gedrehte“ DIL-Sockel vorgesehen, damit sich verschiedene ICs schnell und lötfrei wechseln lassen. Für ICs in SMD-Ausführung braucht es sogenannte BoBs (Breakout Boards), die man selbst anfertigt oder kauft. Bild 3 zeigt eine bestückte Platine mit solchen SMD-BoBs. Bei meinen Experimenten konnte ich keinen messbaren Einfluss dieser Adapterplatinchen feststellen.

Will man Opamps für Audioanwendungen testen, empfiehlt sich ein möglichst rauscharmer Aufbau. Alle Widerstände müssen daher Metallfilm-Ausführungen sein. Bild 3 zeigt rechts unten eine gesteckte Last in Form eines auf eine vierpolige SIL-Buchsenleiste gelöteten Widerstands. Man kann so leicht unterschiedliche steckbare Lasten realisieren, die mit unterschiedlichen Widerständern und/oder Kapazitäten bestückt sind.

Zum Messen von kleinen Verzerrungen braucht man entsprechenden Messgeräte. Von mir sind im Laufe der Jahre schon viele Artikel zum Thema Messtechnik in Elektor erschienen . Mein Review des QA403 der Firma QuantAsylum beschreibt einen interessanten Audio-Analyzer . Weiter bieten bestimmte Filter die Option, den Messbereich Richtung kleinster Verzerrungen zu erweitern. Ein Beispiel ist unter zu finden.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel erscheint in Elektor November/Dezember 2024.