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

[korolkov24]

Как бы по умолчании лично мне было всегда понятно, что никакие каскады вообще не должны перегружаться - думаю проблема надуманна.

[SAPR]

А что тут нового? Все это давно известно. Другой вопрос - не все "конструкторы" это учитывают - в результате динамические искажения возникают и в усилителях с неглубокой ООС. Посему - вопрос не в степени глубины ООС, а в грамотности разработчика. К примеру - усилители Акулиничева имеют очень глубокую ООС, но этой проблемы в них нет.

---------- Добавлено в 09:31 ---------- Предыдущее сообщение в 09:30 ----------

думаю проблема надуманна.

Да нет, кое-кому статья полезна будет.

[Mepavel]

Teoretic, о чём и речь. Я, например, считаю, что правильный путь увеличения глубины ООС - это повышение быстродействия выходного каскада (ВК) УМЗЧ. Другими словами надо стремиться повышать частоту полюса ВК. Первый каскад должен быть намного медленнее, чем второй. Тогда исключена перегрузка "внутри" усилителя с ростом частоты.
Но как мы видим (хоть на примере усилителя Nick*a ZD-50, да и любительских композитных УМЗЧ), что первый каскад делают на быстродействующем ОУ, а чуть ли не вторым каскадом выполняют коррекцию, отодвигая полюс последнего вниз по частоте. В результате получается на АЧХ участок со спадом вторым порядком (40 дБ/дек), а на ФЧХ не редко набег далеко за 180 градусов. Такой усилитель легко перегрузить даже малым сигналом ультразвукового диапазона.
Но такой подход вполне очевиден, ведь намного проще купить быстродействующий ОУ, чем сделать аналогичным ВК.
Тем не менее, если посмотреть зарубежную литературу по композитным усилителями, да и вообще схемы промышленных УМЗЧ, то можно увидеть, что быстродействие каскадов растёт при движении от входа к выходу.

[VVS_]

То что в статье написано решается и измеряется простым замером гармоник на верхней частоте диапазона. Большинство современных микросхем справятся с этой задачей и нарисуют синус 20 кГц. Но от феномена "транзисторного звука" это их никак не спасет. Поэтому ищем немного не там.
Мои собственные заметки на эту тему касаются только петли ООС не связанной с нагрузкой(например не с выхода, а с предвыходного каскада), тогда мыльность и резкость в звуке исчезает. А реальный Кг при этом может быть и вовсе 0.3%, на музыкальном сигнале пофигу, "мыла" это не добавляет.
Есть еще способы оградить петлю ОС от нагрузки.
1.ИТУН-ы с токовым шунтом под эмиттерами ВК, и нагрузкой подвешенной в коллекторной цепи, в воздухе вместе с подвешенным питанием.
2.Класс Д(НЕ UCD) с ООС до фильтра. Т.к. каждый момент времени открыт какой-либо ключ, сигнал реакции нагрузки шунтируется на питание через миллиомы ключа и в петлю ОС пройти не может.

Как именно реакция нагрузки влияет на петлю ООС мне не ясно, это лишь заметка, наблюдение, на нескольких разных усях.
Отсюда есть желание строить либо совсем безОСные либо с ОС до ВК. В ВК можно применить компенсацию гармоник описанную в соседней теме и получим усилитель поближе к музыкальному.
Так же можно двигаться по пути нарастания частоты в классе Д и работе на грани сквозняка. Субъективно, звучит ничуть не хуже.

[SAPR]

То что в статье написано решается и измеряется простым замером гармоник на верхней частоте диапазона.

Лучше подать меандр порядка 10 кГц (чтобы на выходе было перед клиппингом) - посмотреть сигнал в разных точках.
Тем более, в симуляторе это легко .

[VVS_]

Не.. Есть у меня LM1875. С меандром справляется легко, но на полном диапазоне звук все равно мыльный. Хотя лучше чем 7293.
По формальным параметрам 1875 просто супер, но музыке не прикажешь.
Что-то не так на стыке АС и петли ООС. Решения этой задачи я не знаю. Проще "отрубить", то есть убрать ООС с выхода.

[SAPR]

звук все равно мыльный.

Тут может быть совсем другая причина.

[Mepavel]

Лучше подать меандр порядка 10 кГц

Да можно и просто синус подать, так чтобы усилитель уходил в клиппинг. Результат будет аналогичный

---------- Добавлено в 10:24 ---------- Предыдущее сообщение в 10:23 ----------

либо с ОС до ВК.

Проводил я подобные эксперименты с УМ на LME49810. Что-то улучшения звучания не наблюдал.
Сейчас вот случаю усилитель Yamaha A-S300. Мыльным звук не назовёшь, скорее слух режет)))

[SAPR]

Да можно и просто синус подать, так чтобы усилитель уходил в клиппинг. Результат будет аналогичный

Нет, результат не будет аналогичным . Тут по любому (и в любом УМ с ООС) предвыходные каскады в перегруз уйдут.

[Mepavel]

Тут по любому (и в любом УМ с ООС) предвыходные каскады в перегруз уйдут.

Но у нормального УМ с ООС выход из клиппинга будет без подвозбудов и перерегулирования. В "неправильном" УМЗЧ при выходе из клиппинга порция ВЧ гармоник перегружает входные каскады.

[Johny]

эта тема внесет некоторую ясность в вопрос о глубокой ООС

При условии более корректного рассмотрения даже 2-х каскадного усилителя!
Динамические искажения возникают, в том числе, в однокаскадных повторителях напряжения и на БТ, и на ПТ.
Выводы в Вашей статье не совсем правильно описывают пути решения задачи.

---------- Добавлено в 10:45 ---------- Предыдущее сообщение в 10:43 ----------

у нормального УМ с ООС выход из клиппинга

неинтересен совсем, так как всегда можно создать условия "незахода" в клиппинг.

[SAPR]

Но у нормального УМ с ООС выход из клиппинга будет без подвозбудов и перерегулирования.

Вход в клип и выход из него - вообще-то отдельная тема. Усилитель может и не иметь динамических искажений, а в клип входить - выходить очень плохо.
Сталкивался с проблемой клипа в однокаскадном высокоскоростным УМ с мелкой осью (без всяких динамических искажений) - ну так проблема в другом была.

[Mepavel]

неинтересен совсем, так как всегда можно создать условия "незахода" в клиппинг.

А мне, например, не интересна установка компрессора или лимиттера по входу УМЗЧ (не хочу портить звук). Плюс "условия незахода в клиппинг" подразумевают использование усилителя не на полную мощность. А это говорит о низком КПД, что мне тоже не интересно.

---------- Добавлено в 11:02 ---------- Предыдущее сообщение в 10:53 ----------

Сталкивался с проблемой клипа в однокаскадном высокоскоростным УМ с мелкой осью (без всяких динамических искажений) - ну так проблема в другом была.

Скорее всего проблема в большом фазовом набеге при граничных значениях выходного напряжения.

[Johny]

использования усилителя не на полную мощность

В этой теме автор рассматривает как добиться высокоточного усиления.
Под полной мощностью имеется ввиду мощность при заданном уровне искажений, наверно, весьма малых.
Использование усилителя в качестве источника для нагревательных приборов, тут только и важен к.п.д., малоинтересно.

[SAPR]

неинтересен совсем, так как всегда можно создать условия "незахода" в клиппинг.

Тут я согласен, слушать музыку с заходом УМ в клип - это что-то (хотя кому то может и нравится).
Но правильный заход-выход в клип - по мне это непременное условие для хорошего усилителя.

[Mepavel]

В этой теме автор рассматривает как добиться высокоточного усиления.

Тем не менее это не мешает усилителю нормально обрабатывать клиппинг, меандр и иметь высокий КПД (усилители обогреватели мне не интересны). Например - LME49810 (49830) в какой-то мере обладает всеми этими преимуществами.

[Johny]

Но правильный заход-выход в клип - по мне это непременное условие для хорошего усилителя.

Зачем?

---------- Добавлено в 11:10 ---------- Предыдущее сообщение в 11:09 ----------

нормально обрабатывать клиппинг

Зачем?

---------- Добавлено в 11:12 ---------- Предыдущее сообщение в 11:10 ----------

Например - LME49810

Попробуйте измерить на ней TIM-test, возможно измените свое мнение.

[Mepavel]

Тут я согласен, слушать музыку с заходом УМ в клип - это что-то (хотя кому то может и нравится).

Музыка разная бывает и усилители можно использовать не только для тихого домашнего прослушивания.

Но правильный заход-выход в клип - по мне это непременное условие для хорошего усилителя.

Вот, к примеру, выкручиваешь LME49810 до выхода на небольшой клиппинг и звук остаётся вполне приемлемым. И сразу понимаешь, что в условиях прослушивания музыки с большой динамикой уровня громкости небольшие фрагменты уходящие в клиппинг не сильно портят впечатление об усилителе.

---------- Добавлено в 11:19 ---------- Предыдущее сообщение в 11:15 ----------

Johny, проблема мягкого клиппинга - тоже является одним из показателей качества усилителя. Т.е. до какой степени перегрузки (компрессии) усилитель сохраняет приемлемое звучание без существенных артефактов (свистов, провалов и рваного звучания).

[SAPR]

Offтопик:

Сообщение от SAPR
Но правильный заход-выход в клип - по мне это непременное условие для хорошего усилителя.
Зачем?

Тут причин много - тему отдельную можно организовать.
Например

Вот, к примеру, выкручиваешь LME49810 до выхода на небольшой клиппинг и звук остаётся вполне приемлемым.

Еще - от захода в клип никто не застрахован и если заход "кривой" - в некоторых случаях с УМ и дым пойти может.
Могу еще доводы привести, но это уже будет полный OFF.