Глубокая ООС и динамические искажения в УМЗЧ

[Teoretic]

Динамические искажения.pdfНаверное, это надо было сделать намного раньше, но лучше поздно, чем никогда.
Надеюсь, эта тема внесет некоторую ясность в вопрос о глубокой ООС.

Сама заметка:
http://minus.com/lbwxxedETMAj0

Выкладываю в pdf, там формулы и рисунки.

Модели в MicroCap8:
http://minus.com/lbuW9uqjOJEmpQ
http://minus.com/lba5ivZ94guuqV

Вот плод коллективных трудов, исправленная заметка и модели.
tim2.cir
tim1.cir
Динамические искажения.pdf

[Johny]

Нет, просто я привожу разные причины, почему на входной каскад и дальше по схеме поступают сигналы с частотами большими, чем есть во входном сигнале от источника,...

А зачем так сложно?
Представьте, на мгновение, что усилитель от входа до выхода (и пока без ООС) весь линеен, каждый каскад имеет один полюс первого порядка, усилитель состоит из трех каскадов, и каждый предыдущий каскад легко выдает управляющее воздействие на последующий каскад не заходя в ограничение ни по току, ни по напряжению. Замыкаем ООС, коррекция однополюсная (для простоты), переходная характеристика апериодическая. В пределах выходного напряжения (напряжение питания за минусом 2...5 вольт) усилитель характеризуется только временем установления, в данном случае однозначно связанным с АЧХ.

Offтопик:
(Кто не верит, может ознакомиться с соответствующим параграфом любого учебника по теории линейных цепей)

Подаем на вход синус, сумму синусов, измеряем THD и IMD - получаем вполне приличные значения, например <0,01%.
Далее, запускаем тест на TIM-Distortion по Otala, или другой тест (это кому как нравится) - и наблюдаем лес гармоник.
Вот и TIM-Distortion во весь рост! И ухудшение звучания и прочие прелести.
А всего лишь в точке суммирования произошел выход за пределы линейной зоны, по заданному критерию, а не в насыщение или отсечку по скорости заряда всяких там конденсаторов (как тут считают разные "волюнтаристы"), к примеру входного диффера, о чем неоднократно писали и на этом форуме, например, "sia_2" и др..
Все эти прелести относятся к линейности передаточной функции в области малых времен. Мнимая часть передаточной функции может быть не простой, а именно она определяет поведение устройства в области малых времен. Поэтому, данный тип искажений и называется "Transient Intermodulation Distortion".

[Mepavel]

Подаем на вход синус, сумму синусов, измеряем THD и IMD - получаем вполне приличные значения, например <0,01%.
Далее, запускаем тест на TIM-Distortion по Otala, или другой тест (это кому как нравится) - и наблюдаем лес гармоник.
Вот и TIM-Distortion во весь рост! И ухудшение звучания и прочие прелести.
А всего лишь в точке суммирования произошел выход за пределы линейной зоны, по заданному критерию, а не в насыщение или отсечку по скорости заряда всяких там конденсаторов (как тут считают разные "волюнтаристы"), к примеру входного диффера, о чем неоднократно писали и на этом форуме, например, "sia_2" и др..
Все эти прелести относятся к линейности передаточной функции в области малых времен. Мнимая часть передаточной функции может быть не простой, а именно она определяет поведение устройства в области малых времен. Поэтому, данный тип искажений и называется "Transient Intermodulation Distortion".

Johny, ограничение по скорости нарастания, току и напряжению - имеют место в любом случае. А искажения растут не пропорционально спаду глубины ООС, потому что чем меньше глубина ООС, тем больше дифференциальное напряжение на входах ДК, тем больше его нелинейность (зависимость там близка к квадратичной). Поэтому вначале со спадом глубины ООС наблюдается пропорциональный рост искажений, до тех пор, пока на дифференциальных входах сигнал не станет такой большой амплитуды, что искажения начинают лимитироваться искажениями входного каскада. Вот потому и наблюдается непропорциональный рост искажений со спадом глубины ООС. Это можно, конечно, назвать перегрузкой входного ДК, как делает sia_2. Но мне кажется не все люди его поймут.

Offтопик:
Перегрузкой ДК я бы назвал заход его транзисторов в ограничение тока (следовательно и напряжения), обусловленное его собственным ИТ.

Следовательно для уменьшения динамических искажений нужно повышать линейность входного каскада при больших дифференциальных напряжениях, увеличивать глубину ООС, но при этом следить, чтобы не происходило перегрузок по току и напряжению в каскадах усилителя (для обеспечения заданной скорости нарастания). Кроме того, усилитель должен адекватно воспринимать ВЧ гармоники, которые являются продуктом искажений резко нелинейной части усилителя (в частности ВК).

[AS79]

Нет такого теста, есть DIM-30 и DIM-100.

Ну нет так нет, Вы же поняли о чем речь

[AS79]

Сегодня этого делать нет смысла - хорошая звуковая карточка + предусилитель (при необходимости) имеют лучшие характеристики во всех отношениях.

Надо только учитывать реакцию самой карточки на меандр 3.18 , вот пример для EMU0404PCI.

[Teoretic]

Кошмар. Вот такой ответ я и ожидал. Где самая эта теория линейных систем?
И покажите где же у интегратора на ОУ будет на ПХ линейно возрастающий участок перед выходом на стационарное состояние?

Я же сказал: ОУ. А вы берете усилитель с К = 10! Это что за ОУ у вас такие?

Покажите мне линейную систему, которая может преобразовать меандр в трапецию, как в реальных ОУ?

Срочно берем в руки учебник математики. И выясняем, что интеграл от меандра - это треугольник.

Кроме того, даже из курса электротехники известно, что RC-цепочка - не является математически точным интегратором, особенно если требуется интегрировать сигнал на участке времени больше постоянной времени RC.

Кроме того, известно, что для интегрирующей цепочки во всех учебниках указываются границы, в которых она является интегрирующей. Вы же с настойчивостью, достойной лучшего применения, эти границы постоянно пересекаете и удивляетесь: как же так? Теория не соответствует моей практике!
Специально для вас: RC цепь интегрирует на временах t << tau. Подайте на нее меандр с периодом, удовлетворяющим данному условию, и сможете увидеть интеграл из учебника математики.

[VVS_]

Старый дедовский метод построения синусоидального генератора. Два раза интегрировать меандр, получим синус. Меандр->треугольник->синус.

Тема вплотную подходит к разгадке разницы звучания ООС связанной и не связанной с нагрузкой(до или после ВК).

[korolkov24]

Вот как работает Ваш интегратор:

Павел, вы случайно изменили А с 200К на А=10.

[Nikolav]

TIM-Distortion по Otala,

Я тут немного отстал, скажите, что подавать и что смотреть?

[Johny]

Johny, ограничение по скорости нарастания, току и напряжению - имеют место в любом случае.

т.е. независимо от величины входного сигнала?
Обращаю внимание на то, что в этой теме рассматриваются усилители!
Усилитель характеризуется конечным значением модуля коэффициента передачи.
Входные сигналы имеют ограниченный спектр.
Например, меандр реально заменяется сигналом трапецеидальной формы с фронтами заданной длительности. Типичное значение 0,1 мкС.

[Teoretic]

Старый дедовский метод построения синусоидального генератора. Два раза интегрировать меандр, получим синус. Меандр->треугольник->синус.

К сожалению, математика говорит о том, что синус - не получится.
Вы удивитесь, но интеграл от линейной функции - парабола.

[VVS_]

Вы удивитесь, но интеграл от линейной функции - парабола.

А парабола это не четвертинка синусоиды?
Короче, в железе получается синус с очень малым числом гармоник.

[krulfa]

Подаем на вход синус, сумму синусов, измеряем THD и IMD - получаем вполне приличные значения, например <0,01%.
Далее, запускаем тест на TIM-Distortion по Otala, или другой тест (это кому как нравится) - и наблюдаем лес гармоник.

По методике Оталы, тестовый сигнал состоит из суммы меандра или треугольника и синуса, там изначально есть лес гармоник, который остается от меандра и треугольника, пусть и ослабленный ФНЧ. И он выходит далеко за область звуковых частот.

[Teoretic]

А парабола это не четвертинка синусоиды?
Короче, в железе получается синус с очень малым числом гармоник.

Да не получится синус вообще! Вы что, шутите так?
Синус это и близко не парабола.

В таких генераторах синус получают мягким ограничением треугольника.

[Johny]

там изначально есть лес гармоник

и заметьте, хорошо известный заранее!

[VVS_]

Да не получится синус вообще! Вы что, шутите так?
Синус это и близко не парабола.

Спор не имеет смысла ибо это очевидная штука. К сожалению нету симулятора под рукой, на работе линукс.
Сделайте этот простой эксперимент, получите синус, весьма качественный. Не забудьте по постоянке отбалансировать.
Я давно пользую такой формирователь 50 Гц для мощных синусоидальных выходов. Дешево и сердито.

[Teoretic]

Спор не имеет смысла ибо это очевидная штука. К сожалению нету симулятора под рукой, на работе линукс.

microcap8 прекрасно работает под вайном.
Девятый я еще попробовать не успел.
Покажете в симуляторе? Я еще ни разу чуда не видел. Очень хочется посмотреть.
Ладно, не надо. Если это вы считаете синусом, ну что ж...
Признаю, опять погорячился. Да, для некоторых применений похоже на синус.
Просто я сразу представил себе генератор синуса для измерительных целей, а на вашем "синусе" неустранимые изломы в точках сшивки парабол.

[.Васильев]

По методике Оталы, тестовый сигнал состоит из суммы меандра или треугольника и синуса, там изначально есть лес гармоник, который остается от меандра и треугольника, пусть и ослабленный ФНЧ. И он выходит далеко за область звуковых частот.

ну так я же график микрокапа по этой методе чуть выше показал . все наглядно
и кстати он,спект гармоник даже за пределы входного фнч прилично уходит

[krulfa]

Максимальная скорость нарастания входного сигнала по методике Оталы не отличается от максимальной скорости нарастания синуса или суммы синусов двух частот с одинаковой пиковой амплитудой, но количество наблюдаемых комбинационных частот намного больше, чем при классическом двухчастотном методе. Получается более широкий "срез", на котором выявляется больше особенностей.

[Johny]

Максимальная скорость нарастания входного сигнала по методике Оталы

А что это?

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


По моему, если УНЧ без искажений (практически без искажений) передает синусоиду максимальной звуковой частоты и с номинальным напряжением (номинальной мощностью), это и будет показателем отсутствия динамических искажений, и отсутствием помех, могущих привести к таким искажениям.



Вы написАли, зачем я дважды на свой пост указываю, а сейчас Вы в третий раз то же самое утверждаете. Так что, мне в третий раз указать свой пост, который несогласен с Вашими утверждениями и где я привожу примеры наличия в петле ООС частот значительно выше звуковых? Почему все зациклились на входном сигнале и забывают о сигналах в петле ООС, а ведь усилитель усиливает как входной сигнал, так и сигнал ООС.

Не вижу связи вашего возражения с моим утверждением. Ведь сказано, на ВЫХОДЕ (может надо было уточнить что сигнал подается на ВХОД, а не на первый усилительный элемент и не в обход ООС) сигнал без искажений, зачем мне рассматривать "наличие в петле ООС наличие более высоких частот" (ну пусть они присутствуют), если в самых жестких условиях по амплитуде и скорости нарастания на входе и выходе отсутствуют искажения? Ведь вопрос шел просто о тесте на наличие динамических искажений.

Если искажения отсутствуют , то и динамические процессы (пусть они присутствуют в любой части этого черного ящика) не приводят к неприемлемым результатом на выходе.

Другой вопрос, если Вы с упорством утверждаете (извините, не отношу это непосредственно к Вам), что данный тест недостаточен, т. к. "спектр входного сигнала хаотично - шумового характера, что может иногда привести к скорости нарастания больше ....", чем в упомянутом мною тесте, то эта попытка переубедить меня бесперспективна по причине моей упертости, ну никогда я в это не поверю, зная что в звукозаписывающей аппаратуре стоит ФНЧ, срезающий все что выше спектра звука.

Другой вопрос, если бы рассматривались уси для концертного применения, что там выдаст электрогитара, или супер голос певицы через супермикрофон ещё не известно.

Короче, я и не возражаю. что в точку суммирования могут попасть более высокие частоты, но если при самых жестких условиях (БЕЗ ФАНАТИЗМА) по входу и выходу усилитель линеен, значит эти более высокие частоты для данного уся не вредят.

Извините, Ваших доказательств в возможности появления внутри усилителя сверх звуковых частот (скоростей нарастания), ну не смотрел, т. к . вполне с этим согласен. Да и тема разрослась..., дальше некуда.

Анатолий.