Недавно я закончил разработку ультралинейного УН

[Uni&Vers]

недавно я закончил разработку ультралинейного УН. Усилитель имеет очень низкие искажения, характерные для систем с обратной связью, но построен он без обратных связей и кроме того в нем отсутствуют тепловые искажения. Полоса частот 2 Мгц. Выход -десятки вольт.
Тема измерений заинтересовала меня потому что при попытке измерять параметры усилителя искажения звуковой карты оказались сравнимы с искажениями усилителя и достоверные измерения просто не удается провести. Уровень искажений порядка -100дб, -90 дб. Особенно при больших напряжениях, 1 В с выхода карты и еще зависит от этого напряжения. На этом уровне карта вносит не меньше усилителя. Конечно можно заняться поисками очень хороших карт. Но это не вызывает большого энтузиазма, потому что на уровне -120 дб легко получить ошибку по причинам не связанным непосредственно с картой.
Проблему я решил с той картой которая есть, без применеия дополнительного железа, дополнительных элементов или фильтров.
Не хватает только некоторого софта. Костя Мусатов упоминал амплитуды и фазы,
может быть он и подскажет. Заранее спасибо за совет всем.
Нужен простой софт, который будет анализировать вав файл и как результат выдавать табличку со списком гармоник их амплитудами и обязательно фазами. Графический интерфейс не обязателен, но если это есть в каком-то пакете, то тоже можно. Обязательно нужны фазы кроме амплитуд.
Подскажите.

[Л. Зуев]

Коротко не смогу, я не против изложить, но надо развернуто и последовательно. Я использовал звуковую карту и свой софт.

Михаил, надеюсь расскажете.

Сам сигнал любой, желательно шум, или музыкальный, файл длиной 300-500кб и для уточнения параметров записи второй файл с синусом 1кгц длиной где-то 100-200кб. Тем у кого измерения на ходу, записать фалы будет не сложно.

Синус для учета нелинейности карточки?
Должен быть записан на оба канала?
Какие требования к его искажениям?

[Серый Мыш]

TRANTOR, поставь питание под 30 Вольт, чтоб на коллекторах транзисторов не ниже 4В относительно эмиттеров опускалось.

Я тоже проверял, в SIMetrix 5.1, обратная проблема - и без компенсации искажений ну очень мало. Линейные модели?

[TRANTOR]

Uni&Vers
Заложил Вашу схему (на картинке). Получилось:

*********************************
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUTPOS,OUTNEG)

DC COMPONENT = -2.366999E+01

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.000E+03 6.580E+00 1.000E+00 -5.968E-03 0.000E+00
2 2.000E+03 8.947E-03 1.360E-03 -9.008E+01 -9.007E+01
3 3.000E+03 2.298E-03 3.493E-04 1.895E-01 2.074E-01
4 4.000E+03 3.656E-04 5.557E-05 8.959E+01 8.962E+01
5 5.000E+03 6.854E-05 1.042E-05 1.706E+02 1.706E+02
6 6.000E+03 2.056E-05 3.125E-06 4.434E+01 4.437E+01
7 7.000E+03 1.382E-05 2.101E-06 -1.095E+02 -1.095E+02
8 8.000E+03 1.946E-05 2.958E-06 6.233E+01 6.238E+01
9 9.000E+03 2.759E-05 4.193E-06 -1.191E+02 -1.190E+02
10 1.000E+04 1.065E-05 1.619E-06 -1.238E+02 -1.237E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.405109E-01 PERCENT

********************************
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUTPOS2,OUTNEG2)

DC COMPONENT = -2.683550E+01

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.000E+03 4.983E+00 1.000E+00 -5.533E-03 0.000E+00
2 2.000E+03 6.583E-04 1.321E-04 9.034E+01 9.035E+01
3 3.000E+03 2.291E-05 4.597E-06 1.384E+01 1.386E+01
4 4.000E+03 4.475E-06 8.981E-07 6.736E+01 6.738E+01
5 5.000E+03 9.151E-06 1.836E-06 6.795E+01 6.798E+01
6 6.000E+03 2.397E-05 4.811E-06 6.243E+01 6.246E+01
7 7.000E+03 1.132E-05 2.272E-06 -1.195E+02 -1.195E+02
8 8.000E+03 1.438E-05 2.886E-06 6.166E+01 6.170E+01
9 9.000E+03 2.085E-05 4.185E-06 -1.191E+02 -1.190E+02
10 1.000E+04 8.062E-06 1.618E-06 -1.236E+02 -1.235E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.324152E-02 PERCENT

********************************
Не два, но один порядок компенсации есть, спасибо! Я, правда, всегда для времени расчета беру 16 периодов входного сигнала. Может попробуете - как у Вас получается с 16 или больше периодами?

Линейные модели?

Определенно. :)

[Серый Мыш]

Я обычно беру синус 20кгц, 2 периода (200us), вывод с начала второго периода (100us ), макcимальный шаг 20ns.
ну или 2 кгц, и все параметры в 10 раз увеличить.

[klass A]

TRAHTOR
Получается что при усилении более 1 эффект компенсации уменьшается.?
или я чтото не понял.

[TRANTOR]

Серый Мыш
По моим наблюдениям, 2 все же маловато. Какие-то слишком оптимистичные результаты получаются. Я раньше порой радовался, что искажений в схемках мало, а потом, когда попробовал периодов побольше брать, а шаг поменьше, то все стало на свои места. ;) Опытным путем, в итоге, выяснил, что периодов не меньше 16 и шаг не больше = период/4000

klass A
Я сам пока не понял. :)

[Серый Мыш]

2 все же маловато

Попробовал на 20 периодах и модели bc547C от филипса.
Ура - автор был прав.
без коррекции 0.317% искажений
с коррецией 0.0043%
резисторы 100Ом и 520Ом , 332Ом и 1.66к соттветственно
смещение на входе 4.9В питание 37В

Извиняюсь - без коррекции сигнал снял с той же схемы, но с коллектора второго транзистора. реально надо бы резистор 520Ом исключить.
тогда искажения 0.316%, то есть там же

Правда усилительный каскад на одном транзисторе дает 0.04% искажений
( первый транзистор выброшен и оба его резистора, смещение на входе 4В ток 10ма )

[klass A]

Извиняюсь - без коррекции сигнал снял с той же схемы, но с коллектора второго транзистора. реально надо бы резистор 520Ом исключить. тогда искажения 0.316%, то есть там же Правда усилительный каскад на одном транзисторе дает 0.04% искажений

очень интересно
чтото не сходится

[Серый Мыш]

чтото не сходится

А куда копать?

[Uni&Vers]

Не два, но один порядок компенсации есть, спасибо! Я, правда, всегда для времени расчета беру 16 периодов входного сигнала. Может попробуете - как у Вас получается с 16 или больше периодами?

Определенно.

я беру один период, точно, и после первого расчета уменьшаю шаг. Если пошаговой точности достаточно, второй рассчет совпадет с первым, если нет - уменьшаю еще. От этого сильно зависит результат, если ожидаемые искажения маленькие. Расчет по большему числу периодов с большим шагом должен быть тем же самым, но есть еще и особенности разных симуляторов, наверно. Мелкий шаг просто считается дольше.

Для идеальной модели транзистора искажения одного эмиттерного повторителя в этих условиях 0.15-0.2%. Определяется без симулятора. Если получается меньше - неправильный счет.

И самое главное - задумка в этих каскадах не в том что бы убрать искажения до нуля! (но я не против)
Если нужны просто низкие искажения - надо взять хороший ОУ и все.
Задумка - устранить основную часть "немузыкальных", транзисторных искажений и сохранить простые каскады.
Ведь сами же всегда говорите что искажения и звук не одно и то же

[Л. Зуев]

Если нужны просто низкие искажения - надо взять хороший ОУ и все.
Задумка - устранить основную часть "немузыкальных", транзисторных искажений и сохранить простые каскады.

Михаил, поподробнее пожалуйста. В чем по Вашему разница между "низкими" и "немузыкальными" искажениями?

[TRANTOR]

я беру один период, точно, и после первого расчета уменьшаю шаг. Если пошаговой точности достаточно, второй рассчет совпадет с первым, если нет - уменьшаю еще. От этого сильно зависит результат, если ожидаемые искажения маленькие. Расчет по большему числу периодов с большим шагом должен быть тем же самым, но есть еще и особенности разных симуляторов, наверно. Мелкий шаг просто считается дольше.

А может, все же, поробуете расчитать с мелким шагом и с 16 периодами? Я конечно понимаю, что это долго будет считаться, но все же? Ну пажалста-пажалста-пажалста! :) Очень интересно сравнить.

И самое главное - задумка в этих каскадах не в том что бы убрать искажения до нуля! (но я не против:))

Ой, а так хотелось бы! :)

Если нужны просто низкие искажения - надо взять хороший ОУ и все.

Конечно же "не просто". ;)

Задумка - устранить основную часть "немузыкальных", транзисторных искажений и сохранить простые каскады. Ведь сами же всегда говорите что искажения и звук не одно и то же:)

Согласен - разные весчи. :) Лично я придерживаюсь постоянства спектра гармоник vs частота vs амплитуда.

[Серый Мыш]

Для идеальной модели транзистора искажения одного эмиттерного повторителя в этих условиях 0.15-0.2%.

А у меня получается в симуляторе при одном транзисторе при +-30% девиации тока около 0.06% искажений в эмиттере и около 0.05% в коллекторе при Ку=5
то есть резисторы Rэ = 332Ома , Rk=1.66k, смещение 3.9В на входе, cигнал - синус 20кгц 1 Вольт амплитуды , питание 30В
TRANTOR, сравни пожайлуста.
а книжки по теории доставать не хочется, уж извините

[PSV]

Для идеальной модели транзистора искажения одного эмиттерного повторителя в этих условиях 0.15-0.2%

При каком коэфф. модуляции тока коллектора?

[ADDED=PSV]1137073584[/ADDED]

Михаил, поподробнее пожалуйста. В чем по Вашему разница между "низкими" и "немузыкальными" искажениями?

Присоединяюсь к вопросу Леонида.

[Uni&Vers]

Михаил, поподробнее пожалуйста. В чем по Вашему разница между "низкими" и "немузыкальными" искажениями?

отвечу, и на тот вопрос что выше, вечером смогу

Для Trantor
А может, все же, поробуете расчитать с мелким шагом и с 16 периодами?
Получается только лучше в 0.277788/0.000819=340 раз

Я тоже вижу, что этот расчет не совсем совпадает с предидущим. Но есть отличие в питании и возможно переходный прцесс на первом периоде. Но самое главное что я и не пытаюсь добиться от симулятора истинной правды Эти различия меня не волнуют, потому что я измерял праметры и в реальных измерениях получил нужные параметры.

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 4.881e+00 1.000e+00 180.00° 0.00°
2 2.000e+03 1.327e-02 2.719e-03 89.99° -90.01°
3 3.000e+03 2.717e-03 5.566e-04 -179.99° -359.99°
4 4.000e+03 5.765e-04 1.181e-04 -90.00° -270.00°
5 5.000e+03 1.280e-04 2.623e-05 -0.03° -180.03°
6 6.000e+03 2.890e-05 5.921e-06 90.05° -89.95°
7 7.000e+03 6.545e-06 1.341e-06 -179.70° -359.70°
8 8.000e+03 1.487e-06 3.046e-07 -90.77° -270.77°
9 9.000e+03 2.829e-07 5.795e-08 -6.83° -186.83°
Total Harmonic Distortion: 0.277788%


Fourier components of V(out2)
DC component:29.201

Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 4.989e+00 1.000e+00 180.00° 0.00°
2 2.000e+03 4.539e-06 9.097e-07 -57.92° -237.92°
3 3.000e+03 3.977e-05 7.971e-06 -179.67° -359.67°
4 4.000e+03 8.053e-06 1.614e-06 -90.59° -270.59°
5 5.000e+03 1.863e-06 3.734e-07 -0.03° -180.02°
6 6.000e+03 3.960e-07 7.937e-08 81.22° -98.78°
7 7.000e+03 1.512e-07 3.031e-08 179.65° -0.35°
8 8.000e+03 4.000e-08 8.017e-09 -84.10° -264.10°
9 9.000e+03 1.625e-08 3.257e-09 -140.94° -320.94°
Total Harmonic Distortion: 0.000819%

[TRANTOR]

TRANTOR, сравни пожайлуста.
а книжки по теории доставать не хочется, уж извините

Схема на картинке. Время - 800мкс, шаг - 5нс. Получилось:

*****************************************
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUTPOS,OUTNEG)

DC COMPONENT = -1.410152E+01

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 2.000E+04 4.920E+00 1.000E+00 -5.475E-02 0.000E+00
2 4.000E+04 7.811E-04 1.588E-04 -1.164E+02 -1.163E+02
3 6.000E+04 4.816E-04 9.789E-05 5.759E+00 5.924E+00
4 8.000E+04 4.083E-05 8.299E-06 1.458E+02 1.461E+02
5 1.000E+05 4.127E-05 8.388E-06 -1.771E+02 -1.768E+02
6 1.200E+05 2.925E-05 5.945E-06 1.799E+02 1.802E+02
7 1.400E+05 2.422E-05 4.922E-06 1.782E+02 1.786E+02
8 1.600E+05 2.112E-05 4.292E-06 1.784E+02 1.789E+02
9 1.800E+05 1.875E-05 3.811E-06 1.783E+02 1.788E+02
10 2.000E+05 1.684E-05 3.423E-06 1.781E+02 1.786E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.871750E-02 PERCENT

******************************************

Получается только лучше в 0.277788/0.000819=340 раз

Вах! А если 64 периода взять? Может вообче искажения пропадут? 8-)

[Серый Мыш]

1.871750E-02%

Так у тебя еще лучше, чем у меня ? .019% искажений?
мой PSpice 9.1 нарисовал 0.07% при тех же условиях, но транзистор BCP52-16

[ADDED=Серый Мыш]1137075721[/ADDED]
шаг 5нс - у меня при таком шаге в PSPICE возникали смешные вещи, возможно ошибки округления увеличивались.
я на 20кГц от 10нс до 50нс пробую - если результы похожи, то считаю расчет правдоподобным

[TRANTOR]

Так у тебя еще лучше, чем у меня ? .019% искажений?
мой PSpice 9.1 нарисовал 0.07% при тех же условиях, но транзистор BCP52-16

9.1 староват и глючноват, на мой взгляд. Хотя... :) Там глюки были при рисовании схем, точно помню. А вот с симуляцией - не могу сказать. Будет время, выложу Cadence SPB 15.5 + заплатка. Правда это утомительная задачка - 1.3 гига.

шаг 5нс - у меня при таком шаге в PSPICE возникали смешные вещи, возможно ошибки округления увеличивались.
я на 20кГц от 10нс до 50нс пробую - если результы похожи, то считаю расчет правдоподобным

Схема та же, шаг 10нс, триод :) - BCP52 (Infineon), полярность, понятное дело, другая, результат похожий:

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 8.100007E-02 PERCENT

Все дело в транзисторе. :) А так же при малых искажениях нужно стремиться повышать точность расчета, опция RELTOL. Она зависит еще от используемых амплитуд, надо смотреть для каждого случая отдельно.

[Uni&Vers]

Михаил, надеюсь расскажете.

Синус для учета нелинейности карточки?
Должен быть записан на оба канала?
Какие требования к его искажениям?

требований никаких, синус в той же конфигурации подключения, что и сигнал. Что бы не путаться с частотой оцифровки и просто для контроля

Какие искажения могут быть у простого транзисторного каскада. Нелинейность, например 0.2% (при модуляции 30%). Высокие гармоники спадают как обычно, на слух такие искажения не заметны. Нет никаких изломов на передаточной характеристике, класс А.
Но могут быть и другие - кода преобразование Лапласа не прменимо, как было справедливо замечено. Что бы не быть голословным -рисунок где мощность на коллекторе меняется на 4 мВт, а напряжение на два вольта. Пол милливольта скачок вначале - это Эрли. Дальше за время от 0 до 40 мкс изменения напряжени база-емиттер 0.3 мв. Меняется конечно и дальше, до низких частот.

При усилении 5 раз 2 вольта выхода это 400 мв на входе. Ток реально больше и изменеия Ube больше.

Примерно:
1mV/400mV=0.25%
болтанки в выходном сигнале от тепла. Дальше можно уточнять линейную часть этого дела, подбирать транзисторы (на рисунке видно что они бывают очень разных типов), и т.д.
А можно сразу скомпенсировать в сто раз и забыть

[Серый Мыш]

уточнять линейную часть

пока мы уточнили симуляторы, чтоб устранить методическую ошибку , а если в реале искажения под 0.2% - тем хуже для реала или модели надо править....