Reduzierung des Rauschens im Audiokreis (optischer Tonabnehmer + Operationsverstärker)

Ich baue einen optischen Tonabnehmer mit einer Fotodiode, die an einen Operationsverstärker LM741 angeschlossen ist . Meine Schaltung ähnelt dieser:

Außer dass ich nach dem Ausgang des Operationsverstärkers einen passiven Hochpassfilter hinzugefügt habe, um Gleichstrom zu eliminieren (da ich 0 V und + 12 V als V- bzw. V + verwende). Ich benutze Rf = 500K Ohm (ist das zu viel?). Zusätzlich habe ich eine LED neben der Fotodiode, die als Lichtquelle dient. Die LED wird mit 5 V und der Operationsverstärker mit 12 V versorgt, beide über ein PC-Netzteil. Die Fotodiode und die LED werden über ein 2 m langes Gitarrenkabel ("PL") mit der Schaltung verbunden.

Die Schaltung funktioniert und erzeugt ein Audiosignal, wenn ich die Intensität des auf die Fotodiode strahlenden Lichts moduliere. Mein Problem ist jedoch, dass das Signal sehr verrauscht ist. Ich kann zwei Arten von Geräuschen hören / sehen:

1. Elektrisches Rauschen ähnlich einem lauten E-Gitarren-Tonabnehmer. Ich vermute, dass es von dem langen Kabel (oder der Spitze davon, an der die Fotodiode und die LED angeschlossen sind) stammt und elektromagnetisches Umgebungsrauschen sammelt. Dieses Rauschen ist ständig vorhanden, auch wenn kein Licht auf die Fotodiode scheint.
2. Ein anderes Rauschen ist nur vorhanden, wenn ein Signal erzeugt wird, dh nur, wenn ich die Lichtintensität moduliere. Ich vermute, dass dies auf die Verstärkung des thermischen Rauschens zurückzuführen ist, da meine Verstärkung sehr hoch ist.

Ich würde gerne wissen, was der beste Ansatz ist oder mit anderen Worten, wo ich anfangen soll, um den Lärm zu beseitigen:

• Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses an der Quelle, dh durch Optimierung der physikalischen Bedingungen (Umgebungslicht, Genauigkeit der Position der Fotodiode usw.).
• Verwenden einer anderen Schaltung - Ich habe viele Vorschläge im Web gesehen und mit der einfachsten begonnen.
• Verwendung eines anderen Operationsverstärkers, der sich besser als Audio-Vorverstärker eignet.
• Verbesserung der Abschirmung des Tonabnehmers selbst, um elektromagnetische Umgebungsgeräusche zu vermeiden.
• Verwenden von Batterien als Stromquelle anstelle der PC-Stromversorgung (ich denke, dass ein Teil des Rauschens vom Netz kommt).
• Wenn keine der oben genannten, was wäre Ihr Vorschlag?

Verschiedene Dinge:

1. Ein langes Kabel mit dem empfindlichsten Knoten im gesamten System ist eine schlechte Idee. Schirmen Sie den Verstärker vorsichtig ab und koppeln Sie ihn fest an den Tonabnehmer. Dann können Sie das Signal mit höherer Impedanz und niedriger Impedanz über das lange Kabel senden.

2. Ein 741 ist ein Witz in dieser Anwendung. Suchen Sie nach einem rauscharmen Operationsverstärker. Es gibt Verstärker speziell für Audioanwendungen, bei denen Rauschen eine große Rolle spielt. Selbst ein Allzweckgerät wie ein TL07x ist in Bezug auf Verstärkung und Bandbreite viel besser als ein 741.

3. Anwendungen, die eine gute Linearität und Frequenzantwort benötigen, verwenden normalerweise eine Fotodiode in Sperrvorspannungskonfiguration. Stellen Sie sich das als eine Diode vor, die proportional zum Licht austritt.

4. Versuchen Sie nicht, den gesamten Gewinn in einer einzigen Stufe zu erzielen, insbesondere nicht in der ersten. Die erste Stufe sollte das kleine Eingangssignal aufnehmen und eine stärkere und niedrigere Impedanz erzeugen, so dass es viel weniger anfällig für Rauschen ist. Der Verstärker der ersten Stufe kann dies besser, wenn er nicht in der Nähe seines Gain-Bandbreiten-Produkts läuft. Sie müssen sich nicht um die Offset-Spannung kümmern, da Audio zwischen den Stufen mit Wechselstrom gekoppelt werden kann. Die zweite Stufe kann dann ein schönes starkes Signal erzeugen, das über 2 m Draht gesendet werden kann.

Beim Design von Audio-Schaltkreisen geht es hauptsächlich darum, bei jedem Schritt sorgfältig über Rauschen nachzudenken. Die Bandbreite mag gering sein, aber das Signal-Rausch-Verhältnis muss sehr hoch sein.