Влияние баланса нуля в УНЧ

[scorpin]

Баланс выходного сигнала осуществляется как по цепям источников питания так и по ОС самого усилителя (коэффициент усиления). Не возникает ли такая коллизия, что УНЧ сбалансирован (разбалансирован) по источникам питания, а обратная связь сдвигает баланс в другую сторону. Таким образом возникают амплитудные искажения на выходе.
Тема для обсуждения.

[audiomun]

делается для того, чтобы не усиливать постоянку со входа в К раз.

А если сделать в твоей модельке по постоянке 100% - ную ООС, тогда изменится усиление дрейфа, или, будут те же 21 дБ ?

[misha88]

Я намеренно убрал из него все, не относящееся к предмету обсуждения.

Так это и не верно. Вот внизу упрощённая стандартная схема множества ОУ (для других схем усилителей законы похожи). Из-за большого усиления Q6 на базе Q5 малое напряжение (милливольты), т.е. на С1 падает всё выходное напряжение. Пусть у нас в УМ выходное макс. напряжение 20 Вэфф, т.е. 56 вольт полного размаха, а ёмкость С1=33пФ, тогда полный размах переменного тока через С1 будет примерно 232 мкА на 20 кГц, а поскольку этот ток С1 берёт от входного каскада, то ток через Q1 и Q2 будет колебаться с полным размахом в 116 мкА (он удваивается за счёт ТЗ). И заметьте, никакая глубина ООС не может повлиять на величину этого колебания, т.к. это определяет только выходное напряжение и импеданс коррекции на данной частоте. Пусть Q1 и Q2 идеально одинаковы и поэтому эти колебания тока будут совершенно одинаковы по амплитуде, но естественно противофазны по направлению. И тем не менее смещение меняется, потому что вольтамперная характеристика транзистора нелинейна, поэтому когда ток через Q1 увеличится на 116 мкА, а через Q2 уменьшится ровно на то же значение, напряжение БЭ у Q1 увеличится меньше, чем уменьшится у Q2, и компенсации изменения не происходит (и ООС никак не помогает), и это в идеальном симметричном ДК, а в схемах без входного ДК всё ещё плачевней (посмотрите даташиты токовых ОУ или послушайте на них басы). Более того, из-за изменения тока через входные транзисторы их температура становится неодинаковой и возникает изменение смещения из-за изменения напряжения БЭ от температуры (так называемые тепловые искажения, хотя это то же самое влияние смещения входного каскада), и опять же ООС помочь не может, а поможет только применение качественных микросборок (если говорим про УМ на отдельных транзисторах) и уменьшение размаха тока.

[Teoretic]

вы знаете ответ. Выходной компенсирует, но речь была о входе.

Итак.

Скрытый текст

1. Дрейф выходного каскада обратной связью уменьшается (судя по предыдущему ответу, возражений нет).

2. Выходной дрейф можно представить источником напряжения, включенным на выход.

3. Напряжение этого источника подавляется обратной связью в 1+bK раз (на выходе).

4. Источники помех можно эквивалентно переносить с выхода на вход (и обратно) поделив (умножив) их величину на коэффициент усиления соответствующих каскадов.

5. Возьмем любую схему из вашего примера, пусть первую. Эквивалентно перенесем источник дрейфа на выход. Его приведенное к выходу значение должно быть около 80 дБ.
Другими словами, без обратной связи дрейф на выходе с источником на выходе составил бы 80 дБ.

7. Эквивалентно возвращаем дрейф на вход. Его величина около 20 дБ.
Другими словами, без обратной связи дрейф на выходе с источником на входе составил бы 80 дБ.

[свернуть]

[_Сам_]

А если сделать в твоей модельке по переменке 100% - ную ООС

инвертор с К =-1? У него ошибка нуля вычитателя будет передаваться на выход с усилением 6 дБ.

А вот неинвертирующая схема, работающая повторитерелем на 0 Гц.

У неё усиление дрейфа получается 20.83 дБ по переменке и 0 дб по постоянке.

[Teoretic]

напряжение БЭ у Q1 увеличится меньше, чем уменьшится у Q2, и компенсации изменения не происходит (и ООС никак не помогает),
. . . . .
возникает изменение смещения из-за изменения напряжения БЭ от температуры (т.к. называемые тепловые искажения, хотя это то же самое влияние смещения входного каскада), и опять же ООС помочь не может,

Это смотря какой смысл Вы вкладываете в слова "ОС не поможет".
Если вы имеете в виду, что включение ОС не изменит режимов транзисторов, отдаваемого ими тока или нагрева из-за этого, или их нелинейности, то это так. ОС не меняет свойства отдельных элементов или каскадов.
Изменяются параметры охваченного ею усилителя (или каскада). Он искажает меньше. Именно этот смысл вкладывают в слова "ОС подавляет".

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


проверяем постулат: "помеха на входе элемента сравнения не снижается с помощью ООС".



Вообще-то, речь шла о нелинейных искажениях.

Имелось в виду, что помеха - суть коррелированная помеха, по другому - нелинейные искажения.

[misha88]

Он искажает меньше. Именно этот смысл вкладывают в слова "ОС подавляет".

Если брать только одну составляющую (она действительно наибольшая по влиянию, а выше 0.01% и вообще подавляющая), а именно нелинейность коэф. передачи каждого каскада, то Вы правы, ООС прекрасно уменьшает влияние этой нелинейности на выход усилителя, но как Выше показывал, надо учитывать и составляющие малого порядка (которые ООС не затрагивает), когда говорим об получении искажений ниже 0.001% в реальности.

[audiomun]

инвертор с К =-1? У него ошибка нуля вычитателя будет передаваться на выход с усилением 6 дБ.

Обрати внимание - а в модели инвертирующий вариант, генератор V1 правильно включён ??

[_Сам_]

Обрати внимание - а в модели инвертирующий вариант, генератор V1 правильно включён ??

а без разницы куда включать генератор ЭДС ошибки, что в положительный вход ОУ, что в отрицательный:

результат один и тот же: 20.75 дБ.

[audiomun]

а без разницы куда включать генератор ЭДС ошибки, что в положительный вход ОУ, что в отрицательный:

результат один и тот же: 20.75 дБ.

Генератор включи в разрыв между землей и левым выводом резистора 1 кОм, точку соединения резисторов ОООС - на отрицательный вход ОУ. При данных номиналах усиление инвертирующего варианта должно быть в 10 раз, или 20 дБ.

[Teoretic]

надо учитывать и составляющие малого порядка (которые ООС не затрагивает)

ОС затрагивает все составляющие, попавшие внутрь петли. За уменьшение отличия выходного сигнала от входного мы расплачиваемся усилением.

[_Сам_]

Генератор включи в разрыв между землей и левым выводом резистора 1 кОм, точку соединения резисторов ОООС - на отрицательный вход ОУ. При данных номиналах усиление инвертирующего варианта должно быть в 10 раз, или 20 дБ.

а зачем так делать? Меня не интересует усиление входного сигнала. Ясно дело, что оно равно соотношению резисторов 10 кОм / 1 кОм. Мне было нужно показать, как усилиться сигнал смещение нуля ДК. Эта ошибка возникает на переходе Б-Э. Потому генератор подключен к базе как V2 на картинке поста 14, т.е. ко входам ОУ после точки суммирования резисторов.

[misha88]

ОС затрагивает все составляющие, попавшие внутрь петли.

Вот в этом Ваше заблуждение, что Вы обобщаете. Правильно говорить, что ОС затрагивает все составляющие, попавшие внутрь петли, если эти составляющие изменяются под действием ОС (т.е. если рассматривать математически, то в описании этих составляющих есть член, связанный с ОС, напр., петлевое усиление), а те составляющие (я их приводил выше, включая примеры), которые не меняются от наличия или размера ОС, хотя и можно сказать, что внутри петли ОС, то естественно их ОС не затрагивает. Я вижу, что Вы относитесь к тем (напоминаете многих западных либералов), кому показывай, что стена белая, а он всё равно будет твердить, что чёрная, поэтому я со спором завязываю, конкретные примеры я привёл, думающие люди уже разобрались, кто прав.

[audiomun]

Мне было нужно показать, как усилиться сигнал смещение нуля ДК. Эта ошибка возникает на переходе Б-Э. Потому генератор подключен к базе

Генератор надо было обозначить не как сигнальный. Понял, тогда получается - проехались второй раз .....

[Teoretic]

Offтопик:

Вот в этом Ваше заблуждение, что Вы обобщаете. Правильно говорить, что ОС затрагивает все составляющие, попавшие внутрь петли, если эти составляющие изменяются под действием ОС

Ну, это только лично ваше мнение. Причем, непонятное. Что значит, изменяются под действием ОС?
Обратная связь не изменяет ни дрейфа, ни шумов, ни кривизны усилительных элементов. Она лишь позволяет уменьшить отличие выходного сигнала от входного, независимо от причины, вызывающей это отличие.

[misha88]

Она лишь позволяет уменьшить отличие выходного сигнала от входного, независимо от причины, вызывающей это отличие.

Можете повторять это как мантру миллион раз, но от этого это не станет верным. Вот график подавления помех с плюсовой шины питания в сильно упрощённой схеме ОУ, которую я приводил ранее (охватил параллельной ООС с коэф. передачи 10). Основным источником является эмиттер Q6 (выходной УН) и помеха далее проникает в петлю ООС и на выход. График построен для двух случаев, для сильной ООС (в эмиттере Q6 нет резистора, цвет синий) и для сильно ослабленной (в эмиттере Q6 резистор 1к, цвет красный), но результат практически одинаков, что-то не видно влияния ООС.

[EMiq]

Т.к. мы рассматриваем систему регулирования с ОС, то у нее есть статическая и динамическая ошибка слежения. Статическая остаточная ошибка определяется разомкнутым усилением по постоянному току и глубиной ОС, динамическая - параметрами запасов усиления (GBW) и динамическими параметрами цепи ОС. При этом точность в основном будет определяться параметрами дрейфа каскада сравнения входного сигнала и ОС. От стабильности характеристик этого каскада в основном все и зависит. Подавление помех по питанию и пролезание их на выход усилителя зависит от качества схемотехники преобразователей напряжения ток и ток- напряжение. Поэтому упрощенные генераторы тока в прецизионных ОУ не применяют. У них низкое значение PSRR ( подавление помех по питанию) и не обеспечивается достаточное подавление синфазного входного сигнала на выходе - CMRR . Все эти вопросы следует рассматривать на конкретной схемотехнике. Симулятор в помощь.

[Teoretic]

Можете повторять это как мантру миллион раз, но от этого это не станет верным

Меня утешает тот факт, что я не одинок:



Лурье Б. Я, Энрайт П. Дж. Классические методы автоматического управления, с.14.

График построен для двух случаев, для сильной ООС (в эмиттере Q6 нет резистора, цвет синий) и для сильно ослабленной (в эмиттере Q6 резистор 1к, цвет красный), но результат практически одинаков, что-то не видно влияния ООС.

Смотрите комментарий к примеру от _Сам_.
Чтобы ваше сравнение было корректным, источники помехи должны быть эквивалентными. А в вашем примере это
не так.
Перенесем эквивалентно источники помехи на выход в обоих усилителях, без резистора в эмиттере Q6 и с резистором. Ясно, что в первом случае эквивалентная помеха на выходе больше (умножаем на Ку каскада), и хотя
подавление тоже больше (на такую же величину!), результат выходит одинаковым (что и затуманивает суть дела).

[misha88]

Меня утешает тот факт, что я не одинок

Как я и предполагал, Вы начитались литературы с идеальными элементами (в приведённом Вами примере смеситель ОС идеальный и отсюда последующие рассуждения и формулы) и без рассмотрения реальных погрешностей реальных схем, тем более в книгах об САР, где не рассматривается специфика электронных схем, отличная от специфики других применений САР.

[Teoretic]

Offтопик:

Как я и предполагал, Вы начитались литературы

Ооо! Я вижу вы большой специалист в обратной связи. Куда там Лурье!
Снимаю шляпу!