Optischer Trennverstärker, taugt das was? Ein paar Messungen!

[Jan_K]

Manchmal bekommt man das Problem sich eine Brummschleife einzufangen, das kennen wohl viele. HiFi Anlage an TV angeschlossen der über die Antenne geerdet ist, PC an HiFi Anlage angeschlossen gibt oft eine schöne große Schleife über den Schutzleiter. Um das Problem zu lösen kann man das Signal galvanisch trennen, klassisch über einen Übertrager. Sowas wie hier:

https://www.audiosciencereview.com/forum...mer.24104/

Wie man sehen kann hat ein Übertrager aber seine Problemchen, der verlinkte Jensen gehört schon zu den besseren. Ich hatte vor Jahren mal mit den Lundahl LL7401 gespielt, ein Klirrfaktor von 0.05% lies sich da erreichen. Zu tiefen Frequenzen steigen die Verzerrungen normalerweise stark an, auch mit steigendem Pegel erhöht sich der Klirr unschön. Bei richtig tiefen Frequenzen ist so ein Übertrager fast wie ein Kurzschluss, irgendwann begrenzt praktisch nur noch der DC Widerstand der Wicklung. 

In meinem Fall ging es nur indirekt um eine Brummschleife, ich habe einen alten Röhrentuner (McIntosh MR71) den man auch mit einem Mantelstromfilter hätte trennen können. Da das Gerät recht alt ist fand ich die Idee aber garnicht schlecht das das Gehäuse indirekt geerdet ist, wer weiß wie die Isolierung nach bald 60 Jahren so ist.

Für knappe 40€ hat ELV eine alternative, einen Optischen Trennverstärker OTV100.
Das Prinzip ist sehr einfach, ein spezieller Linearer Optokoppler (IL300) enthält 2 Fotodioden die möglichst gleiche Eigenschaften aufweisen. Die Schaltung gibt es hier:

https://www.mikrocontroller.net/attachme...er_elv.pdf

Die Sendediode ist mit einer (Servo)Fotodiode in der Gegenkopplungsschleife eines OPVs, der Strom durch die Servodiode wirkt auf seinen Eingang. Der Ton moduliert die Sendediode, dadurch das an der Servodiode die Gegenkopplung realisiert ist werden Nichtlinearitäten der Sendediode ausgeglichen. Die zweite Fotodiode arbeitet mit einem IU-Wandler, ihr Strom führt zu einer Spannung am Ausgang vom OPV die der Signalspannung am Eingang entspricht.

Meine Version des OTV100 ist neuer, die OPVs sind NE5532 und es gibt keinen Trafo mehr sondern einen DCDC Wandler der die Schaltung sekundär versorgt. Der rest ist praktisch gleich, nur halt in SMD. Das Kunststoffgehäuse mochte ich nicht, ich habe deshalb alles in ein Druckgussgehäuse gesteckt. Sieht man später nicht aber die halbe Stunde extra Aufwand war mir das wert. 




Die beiden Widerstände die frei in der Luft hängen sind dafür da den Eingang auf meinen Tuner anzupassen, der liefert 2.5V Signalspannung. Der OTV100 Eingang möchte aber nur bis 1.5V sehen. Die LED auf der Platine musste bestückt werden, sie dient als Spannungsreferenz.

THD+N über Frequenz bei 1V am Eingang:




...Und bei 2.5V am Eingang:




Ein Kanal deutlich schlechter, das liegt am IL300. Wer mag (und messen kann) bestellt viele davon und selektiert sie. Besser als es ELV angibt (0.05-0.15%)

Frequenzgang:




Es fehlen 0.4dB bei 20kHz, das ist nicht schlecht. 

zuletzt FFT, 2.5Veff am Eingang:




Die Netzstörungen kommen von meinem Steckernetzteil, am Linearen Labornetzteil ist das weg. 

Fazit: Taugt durchaus wenn man Tuner oder TV an die Anlage bringen möchte. Viele Röhrengeräte verzerren mehr, die Nachteile von Übertragern entfallen teilweise. Klirr ist vergleichbar mit sehr guten Übertragern. Nachteil ist, beim Ein/Ausschalten gibt es einen kurzen DC-Anteil am Ausgang. Das Budget für ein Relais war wohl bei 40€ Bausatzpreis nicht drin. Ist aber harmlos, der 1kOhm widerstand begrenzt den Strom dabei auf <2mA. 

Gruß,
Jan

[scope]

Info zur Messung des Amplitudenfrequenzgangs:

Referenzpegel 1KHz, dann Taste F4 drücken.

Danach ist die Skalierung bei 0dB 1KHz, so wie es sein soll.

[Jan_K]

Referenzpegel  1KHz, dann Taste F4 drücken.

Danach ist die Skalierung bei 0dB  1KHz, so wie es sein soll.

Danke für den Tipp 

[oldiefan]

Der optische Trennverstärker ist sicherlich eine exzellente Lösung. Leider braucht er wieder eine Stromversorgung. In dem Punkt haben die passiven Massetrenn-Übertrager einen Vorteil (auch bei Langlebigkeit).

Der verlinkte Jensen für 140 € ist sicher eine "Referenz", was Audioübertrager für Massetrennung angeht. Lundahl spielt in der gleichen Liga - leider auch beim Preis. Solche Preise sind eine Ansage!

Es geht nämlich sehr viel günstiger bei fast ähnlich guter Audioqualität (Klirrfaktor, Frequenzgang): Behringer HD400, für nur 25 €. Der arbeitet bei mir zwischen PC-Ausgang und Stereoanlage und verhindert dort das sonst auftretende Brummen. Klang bei mir ist superb!
(In einem anderen Forum anderseitig mal berichteter "dünner Bass" ist für mich gar nicht nachvollziehbar. Natürlich muss man beachten, dass man weder Kabel noch Geräte an solche Trafoübertrager anhängt, die eine substantielle kapazitive Last darstellen bzw. höherohmig kapazitiv ankoppeln. Das kann aufgrund möglicher Wechselwirkung mit den Induktivitäten der Übertragertrafos zu Problemen führen.)

Natürlich steigt auch hier THD zu kleinen Frequenzen ähnlich an, wie bei Jensen, Lundahl. Aber für 25,- € ist die Performance beachtlich.

Behringer HD400, geöffnetes Vollmetallgehäuse:


HD400 Frequenzgang:


HD400 THD (bei 1 Veff):


20 Hz Rechteck HD400 (oben immer Eingang; unten Ausgang):


1 kHz Rechteck HD400:


10 kHz Rechteck HD400:



Von den "Billigdingern", die ähnliches versprechen und für 10-20 € als "Massetrennfilter", Ground-Loop Isolator, Noise-Killer usw. angeboten werden, muss ich aber warnen, Dabei gibt es viele ausgesprochen schlechte, aber auch einige mittelmässige. Habe bei denen aber keinen gefunden, der an den Behringer HD400 rankommt.

Ein Super-Gau war dieser: Audioproject A366 (in der Anpreisung hiess es dazu sogar "HiFi-Audio" - ein Schmarrn!
Ein- und Ausgang koppeln miteinander - Katastrophe! Kein Wunder, so nahe, wie die Trafos stehen und wie sie orientiert sind. Ausserdem sind die Wicklungen und das Kernmaterial hier Schrott (darin steckt das Übertrager know-how: bifilar, geschachtelt, usw.), dadurch der extreme Klirranstieg (Sättigung).

Zum Vergleich A366 (links) neben Behringer HD400 (rechts)


A366 THD bei 1 Veff:


20 Hz Rechteck A366:

Man sieht gut, wie der Ausgang auch den Eingang beeinflusst (koppelt).

1 kHz Rechteck A366:


10 kHz Rechteck A366:


Gruß
Reinhard

[Jan_K]

Interessant, danke für die Messungen!

Hattest Du mal versucht was passiert wenn man den Quellwiderstand erhöht, z.B. auf 1kOhm? Ich schätze das der Abfall im Tiefton bzw. im Hochton dann deutlich stärker ausfällt. 

Ich hatte ja wie gesagt mal mit 2 Lundahl LL7401 gespielt die ich für keine 50€ aus Ebay geschossen habe, das ist kein normaler 1:1 Übertrager sondern er soll mit der "mixed Feedback" Schaltung aus dem DB verwendet werden. Also leider auch nicht passiv. Leider finde ich die Messungen nicht mehr, sind wohl noch auf meinem alten PC. 
Der Kern ist extrem groß für so einen line Übertrager, das führt dazu das man ihn mit bis zu 10Veff aussteuern kann ohne große Sättigungseffekte. Zu kleinen Pegeln ist der Klirr super der Erinnerung nach, das Problem ist das man einen steilen Hochpass am Eingang braucht, zu tiefen Frequenzen zerrt es bei gewissen Pegeln böse weil der Treibende OPV nicht genug Strom in die Wicklung bringt. 

Das Teil von Audioproject ist wirklich eine Katastrophe 

Gruß Jan

[oldiefan]

Hallo Jan,

bei meinen Messungen hatte der Generator eine Ausgangsimpedanz von 150 Ohm und der Ausgang der Trennübertrager lag an 20 kOhm Eingangsimpedanz des Audio-Interface. Ich habe keine höhere Quell-Ausgangsimpedanz getestet.

Gruß
Reinhard