Die Eigenheit eines Differenzverstärkers ist es, zwei Eingänge zu haben. Wenn man dasselbe Signal an beide Eingänge legt, bekommt man (im Idealfall) kein Ausgangssignal. Wenn man aber unterschiedliche Signale an die Eingänge eines Differenzverstärkers legt, verstärkt er die Differenz zwischen den Eingängen. Diese Eigenschaft wird in symmetrischen Audio-Systemen ausgenutzt, um diejenigen Brummeinstreuungen zu verringern, die auf den Verbindungsleitungen eines Systems induziert werden. Um das besser zu zeigen, betrachten wir Abbildung 1 mit einem einadrigen System.

Bild 1. Bei einem unsymmetrischen Leitungssystem wirkt sich induzierte Brummspannung störend aus.

Man sieht, daß jede induzierte Brummspannung um denselben Faktor verstärkt wird wie das Nutzsignal. Wenn die Verstärkung hoch ist, kann schon eine kleine Brummstörung - von einer Beleuchtungsanlage etwa - zu einem unerträglichen Problem werden. Wenn man dagegen in Abbildung 2 das symmetrische System betrachtet, sieht man, daß jeder aufgenommene Brumm denselben Betrag und dieselbe Phase in beiden Leitungsadern hat. Weil aber der Differenzverstärker nur die Unterschiede verstärkt, wird die Brummstörung unterdrückt.

Bild 2. Induzierte Brummspannungen machen sich in einem symmeirischen Leitungssystem nicht störend bemerkbar.

aus elrad 12/1985 Seite 79

 ... und so wird's gemacht!

Eine symmetrische Übertragungs-Leitung wird meist mit Hilfe von Transformatoren aufgebaut. Bild 3 zeigt das Prinzip. Die Spannungsquelle kann ein Mikrofon sein oder ein kleiner, ins Mikrofon integrierter Vorverstärker oder einfach der Ausgang eines Mischpultes oder eines anderen elektronischen Gerätes.      

Bild 3. Symmetrische Signalübertragung mit Ausgangs- und Eingangstrafo.

Die Quelle wird an die Primärwicklung eines Symmetrier-Trafos angeschlossen, die so ausgelegt ist, daß sie die Spannungsquelle mit der richtigen Impedanz abschließt. Die Sekundärseite dieses Trafos besteht üblicherweise aus einer bifilar gewickelten Sekundärwicklung; diese wird so angeschlossen, wie es in Bild 3 zu sehen ist. Ein ähnlicher Transformator wird am anderen Ende der Leitung verwendet, um das Differenzsignal so umzuwandeln, daß es in einem Vorverstärker mit unsymmetrischem Eingang verstärkt werden kann. Diese Technik hat den Vorteil, daß die Masse der Spannungsquelle nicht mit der Masse des Vorverstärkers verbunden sein muß - eine Besonderheit, die manchmal sehr nützlich sein kann, insbesondere beim Anschließen sehr vieler Kabel an einen gemeinsamen Punkt, wie es etwa ein Mischpult darstellt. Da die Massen der verschiedenen Spannungsquellen voneinander getrennt bleiben können, sind Brummschleifen völlig ausgeschlossen. Auf andere Weise wäre das kaum zu erreichen.

Vor- und Nachteile von Trafos

Natürlich weisen Transformatoren auch Nachteile auf. Zunächst einmal sind gute Ausführungen teuer, da sie sorgfältig gewickelt und gegen äußere Brummfelder abgeschirmt werden müssen. Ferner sollte der Frequenzgang keine Unregelmäßigkeiten aufweisen, um den gesamten NF-Bereich übertragen zu können. Aus diesem Grunde sind sie jedoch besonders empfindlich gegen Magnetfelder, die von Netztrafos usw. erzeugt werden. Es ist äußerst schwierig und manchmal sogar unmöglich, diese Transformatoren vor Brummeinstreuungen aus dem Netzteil zu schützen.

Man hört oft, daß Transformatoren Gleichtaktsignale weniger gut unterdrücken können als symmetrische Vorverstärker, wie z. B. der hier beschriebene. Dies ist zwar zutreffend, aber doch nicht so wichtig, wie es meistens behauptet wird. Gewöhnlich wird die Gleichtaktunterdrückung nämlich durch das abgeschirmte Kabel eingeschränkt, mit dem die Signalquellen angeschlossen werden. Selbst die besten Kabel ermöglichen selten Gleichtakt-Unterdrückungen von mehr als 60 dB, ein Wert, den die meisten Eingangstransformatoren deutlich übertreffen. Der Hauptvorteil von Differenz-Vorverstärkern gegenüber hochwertigen Transformatoren liegt im geringeren Preis und darin, daß sie vergleichsweise unempfindlich gegenüber Brummfeldern sind. Dadurch wird es wesentlich einfacher, den Vorverstärker so im Gerät zu montieren, daß keine Verschlechterung des Störabstandes durch Brummeinstreuungen erfolgen kann. Und ein weiterer Vorteil des Vorverstärkers gegenüber dem Transformator besteht darin, daß selbst die besten Trafos mehr Klirrfaktor erzeugen als eine symmetrische Eingangsschaltung mit Operationsverstärkern produziert.

Das Prinzip...

Bild 4. Einfacher, symmetrischer Eingangsverstärker

Der benötigte Differenzeingang läßt sich leicht mit Operationsverstärkern aufbauen, denn diese verfügen ja bereits über invertierende und nichtinvertierende Eingänge, d. h. über einen Differenzeingang 'von Haus aus'. Die einfachste denkbare Schaltung, die sich für den Anschluß von Mikrofonen auch tatsächlich eignet, sehen Sie in Bild 4. Diese Schaltung ist der Standard-Operationsverstärker mit Differenzeingängen und liefert bei Anschluß der meisten symmetrischen Spannungsquellen gute Ergebnisse. Der Widerstand zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse hat denselben Wert wie der Gegenkopplungswiderstand. So wird erreicht, daß die Verstärkung sowohl für den invertierenden als auch für den nichtinvertierenden Eingang gleich ist. Legt man den nichtinvertierenden Eingang an Masse, wird die Verstärkung der Stufe durch das Verhältnis der Widerstände R2/R1 bestimmt. Liegt der invertierende Eingang an Masse, so errechnet sich die Verstärkung des Operationsverstärkers mit Hilfe der Standardformel (R2 + R1)/R1.

Quelle: http://www.theimann.com/Analog/Misc_Tech/Sym_Elrad/