Коробочка для измерения КГ повторителя

[A.R.]

Занимает меня сейчас эта тема. Есть ряд мыслей, они же вопросы для обсуждения, прошу, уважаемые коллеги, высказать мнения.

1. Если мерить компьютером, то иного варианта, кроме как подавать некие сигналы на оба входа карты, потом мерить их разность -- не представляется. Слишком велики помехи и искажения. Кстати получается, что чем дерьмовей карта, чем она "одночиповей", тем в этом плане лучше. Т.е. оба АЦП ближе друг к другу, больше процент синфазной помехи между каналами карты. Дальше буду опираться на этот тезис.

2. Надо подготовить входные сигналы для компьютера. Видится два пути: первый -- подавать на один вход выходной сигнал повторителя,а на другой -- входной. Естественно, через делители, чтобы сделать поправку на выходное сопротивление повторителя и ограничить амплитуду входного сигнала. Сразу отпадает, слишком большая синфазная составляющая, бесполезная для измерений. Второй путь: заранее вычесть из выхода вход, отмасштабировать и подать разностный сигнал на один вход карты, а его инверсию -- на другой. Дальше идем по этому пути.

3. Возьмем за основу схемку номер 2 с http://0hz.nm.ru/instruments/measurements.htm, которая для повторителей. Как получается разностный сигнал, почти понятно. Как сделать его инверсию? На выходе трансформатор, так что просто снимаем сигнал с обоих концов вторичной обмотки, а землю имеем общую с коробочкой. Правда теряем отвязку от компа по земле, что должно компенсироваться при вычитании каналов. Теперь пошли вопросы:

Почему на схеме с 0хз сначала стоит каскад усиления на транзисторах, а потом на операционнике? Понятно, что имеет место ФВЧ второго порядка, но почему не сделать оба каскада на половинках операционника? Я бы так и сделал и не парился с рассыпухой. Я не прав?

И второй вопрос. На входе синфазный трансформатор на ферритовом кольце. Я не силен в их расчете, но получается, что на частотах выше 1кГц сопротивление обмотки из 7 витков уже достаточно, чтобы не перегрузить выход повторителя? Ведь параллельно ей еще будет R нагрузки. Может побольше витков намотать?

Если вы дочитали до этого места и не заснули, значит вам пора в книгу Гиннеса

[Uni&Vers]

скорее всего второй вариант тоже не заработает. Вычитание действительно должно быть точным. Точность обеспечивают трансформатор или резисторный сумматор. ОУ в цепи внесет свою задержку и искажения которые будут большими. -120 дБ это серьезная величина. На этом уровне все имеет значение, -140, -160 тем более.
На рисунке добавлен усилитель в один канал, а второй соединен с землей. Когда добавочные искажения возникают в самой карте, они скомпенсируются. Но сигнал надо обрабатывать максимально деликатно, желательно пассивными цепями.

[A.R.]

скорее всего второй вариант тоже не заработает. Вычитание действительно должно быть точным. Точность обеспечивают трансформатор или резисторный сумматор. ОУ в цепи внесет свою задержку и искажения которые будут большими. -120 дБ это серьезная величина. На этом уровне все имеет значение, -140, -160 тем более.

Совершенно согласен, обратите только внимание, что у меня вычитание получается за счет привязки земли коробочки (2) к выходу повторителя. ОУ уже усиливают чистый сигнал ошибки, их роль -- расширение динамического диапазона и фазоинверсия.

Давайте рассуждать: очевидно, что Кг ОУ представляет собой относительную погрешность. То же для АЦП. По теории погрешностей, при умножении неточных величин, относительные погрешности складываются. Если принять для всех трех звеньев Кг=0.01%, а это вполне реально, то суммарная относительная погрешность не превысит 0.03% (-70дБ). Это означает, что если мы намеряем 1мВ ошибки, то можно уверенно сказать, что абсолютная погрешность не превысит 1мкВ. Что касается фазовых искажений, то на таких уровнях точности уже надо с проводами что-то делать. Или наплевать, потому что при анализе спектра фазовая информация все равно потеряется.

На рисунке добавлен усилитель в один канал, а второй соединен с землей. Когда добавочные искажения возникают в самой карте, они скомпенсируются. Но сигнал надо обрабатывать максимально деликатно, желательно пассивными цепями.

Это вполне понятно, но лучше, мне кажется, чтобы оба канала АЦП возбуждались симметричными сигналами.

[Uni&Vers]

Совершенно согласен, обратите только внимание, что у меня вычитание получается за счет привязки земли коробочки (2) к выходу повторителя. ОУ уже усиливают чистый сигнал ошибки, их роль -- расширение динамического диапазона и фазоинверсия.

я действительно не обратил внимания на 1,2.

В выходном трансформаторе земля 2 (слева) коротит выходы ОУ как и в первом варианте. И постоянное смешение ОУ создаст ток в левой обмотке из-за низкого сопротивления постоянному току.
Если земля оторвана, то функционально получается аналог коробочки Димы, но с улучшением в разводке на два канала.
В основном разностное измерение нужно для проверки и измерений с сигналом произвольной формы. При этом никакие Т фильры не помогают. Или с мультитоновым периодическим, если нужны мелкие подробности вносимых искажений. Задержки сигнала и сдвиг фаз конечно видны, даже для одиночного транзисторного повторителя. Но это отдельный вопрос.

[A.R.]

В выходном трансформаторе земля 2 (слева) коротит выходы ОУ как и в первом варианте.

Ну насчет коротит, это громко сказано. Если мотать тонким проводом, то можно легко добиться сопротивления постоянному току Ом так 600-1000, что для ОУ уже приемлемо.

И постоянное смешение ОУ создаст ток в левой обмотке из-за низкого сопротивления постоянному току.

Если смещение обоих половинок ОУ будет примерно одинаковым по модулю и по знаку, (а это тоже вполне реально для сдвоенных ОУ) то даже если будет небольшая постоянка, то она не приведет к постоянному подмагничиванию сердечника, т.к. токи текут к средней точке в противоположных направлениях. Более того, вся эта петрушка может работать с однополярным питанием ОУ и всей схемы. Это я опять содрал с усилителей С. Паркер.

Если земля оторвана, то функционально получается аналог коробочки Димы, но с улучшением в разводке на два канала.

Да, пока лучше варианта не придумалось. Я вот только думаю, что все-таки лучше: симметричное возбуждение первичной обмотки выходного трансформатора, как у меня, или оставить парафазное, как у Димы. Симметричное, за счет низкого выходного сопротивления ОУ и отсутствия конденсатора, кажется более интересным, т.к. меньше будут влиять паразитные параметры трансформатора. С другой стороны при парафазном включении можно тупо сэкономить один ОУ

В основном разностное измерение нужно для проверки и измерений с сигналом произвольной формы. При этом никакие Т фильры не помогают. Или с мультитоновым периодическим, если нужны мелкие подробности вносимых искажений. Задержки сигнала и сдвиг фаз конечно видны, даже для одиночного транзисторного повторителя. Но это отдельный вопрос.

А вот еше отдельный вопрос. Это не Вы на хи-фи.ру мельком упоминали о методике измерений гармоник частоты, выше, чем частота дискретизации звуковой карты? Кажется, там сигнал, содержащий гармоники на высокой частоте, оцифровывали на более низкой, некратной, и собирали отсчеты "по кусочкам", за счет сдвига фаз.

[Uni&Vers]

Да, пока лучше варианта не придумалось. Я вот только думаю, что все-таки лучше: симметричное возбуждение первичной обмотки выходного трансформатора, как у меня, или оставить парафазное, как у Димы.
////
А вот еше отдельный вопрос. Это не Вы на хи-фи.ру мельком упоминали о методике измерений гармоник частоты, выше, чем частота дискретизации звуковой карты? Кажется, там сигнал, содержащий гармоники на высокой частоте, оцифровывали на более низкой, некратной, и собирали отсчеты "по кусочкам", за счет сдвига фаз.

симметрично или нет для трансформатора не имеет значения в данном случае. Больше повлияет шум ОУ и его полоса. Я использовал один ОУ, но оптимальный не могу посоветовать. Еще влияют точки подключения, разводка схемы, питание ОУ. Схема нуждается в наладке в этом смысле. Пассивная схема, без усиления, работает сразу.

Гармоники на высокой частоте я не мерял. То что написано про хи-фи.ру скорее всего реально, но при таком усиленном интересе к этому делу лучше применить отдельный АЦП. И потом высокие гармоники в хорошем усилителе? Это для усилителя с глубокой ОООС может быть и возможно, но для подобных измерений я бы приобрел широкополосный АЦП.

[A.R.]

Гармоники на высокой частоте я не мерял. То что написано про хи-фи.ру скорее всего реально, но при таком усиленном интересе к этому делу лучше применить отдельный АЦП. И потом высокие гармоники в хорошем усилителе? Это для усилителя с глубокой ОООС может быть и возможно, но для подобных измерений я бы приобрел широкополосный АЦП.

В том-то и дело, что говорить о том, что усилитель хороший, можно только после того, как убедишься в отсутствии в нем высших гармоник. Хотя, на 1кГц и по десяти первым гармоникам уже можно составить какое-то впечатление. Что же до АЦП, то это не так интересно, ибо плодит интерфейсы с компьютером, драйверы, проблемы с наводками в области ВЧ и т.д. и т.п. Короче, теряется элегантность.

[AudioKiller]

Схема N2 по ссылке в заголовке темы умилительна: для измерения повторителя (у которого вполне возможно Кг=0,001% и ниже) используются два(!) транса с Кг=0,1% каждый!

Это же относится и к остальным схемам с трансами.

Ну насчет коротит, это громко сказано. Если мотать тонким проводом, то можно легко добиться сопротивления постоянному току Ом так 600-1000, что для ОУ уже приемлемо

Вы чо, народ? Трансформатор обладает эквивалентным сопротивлением, которое выражается Rэкв=Rнагрузки * к^2. тут тонкий провод нужен только для намотки неимоверного количества витков, чтобы железо не насыщалось. Хотя емкость при этом растет и все портит...

[A.R.]

Схема N2 по ссылке в заголовке темы умилительна: для измерения повторителя (у которого вполне возможно Кг=0,001% и ниже) используются два(!) транса с Кг=0,1% каждый!

Первый транс работает фильтром синфазной ВЧ-помехи. Его КГ в интересующей полосе частот -- не больше, чем у эквивалентного куска прямого провода (достаточно короткого).

Это же относится и к остальным схемам с трансами.

Знаете, я сам иногда страдаю тем, что сначала напишу что-нибудь, а потом -- подумаю. Подумайте хорошенько: Пусть КГ транса на выходе будет 0.1%, что не факт, так как транс со стороны первичной обмотки возбуждается источником с нулевым выходным сопротивлением, а со стороны вторичной нагружен на бесконечное сопротивление входа АЦП. Но это будет исключительно 2 гармоника, которая при дифференциальном подключении к АЦП подавится. А теперь задача: Пусть в схеме измерения три, нет, ладно, четыре звена и у каждого КГ по 0.25%. Ее разрешающая способность -- 140дБ. Какой КГ можно мерять такой схемой? Какая будет погрешность измерения? Относительная? Абсолютная?

Вы чо, народ? Трансформатор обладает эквивалентным сопротивлением, которое выражается Rэкв=Rнагрузки * к^2. тут тонкий провод нужен только для намотки неимоверного количества витков, чтобы железо не насыщалось. Хотя емкость при этом растет и все портит...

Сопротивление трансформатора -- величина комплексная. Ее действительная часть -- сопротивление постоянному току -- зависит от омического сопротивления провода, а оно, в свою очередь, от площади сечения. В посте говорилось о постоянном токе.

[Uni&Vers]

Схема N2 по ссылке в заголовке темы умилительна: для измерения повторителя (у которого вполне возможно Кг=0,001% и ниже) используются два(!) транса с Кг=0,1% каждый!

Это же относится и к остальным схемам с трансами.

почему так объясняется в упомянутом pdf
https://forum.vegalab.ru/attachment....9&d=1118259029
Искажения схемы суммируются в противофазе и искажения транса с Кг=10% изменят измеряемую величину Кг=0,001% до значения Кг=0,0011%

Вы чо, народ? Трансформатор обладает эквивалентным сопротивлением, которое выражается Rэкв=Rнагрузки * к^2. тут тонкий провод нужен только для намотки неимоверного количества витков, чтобы железо не насыщалось. Хотя емкость при этом растет и все портит...

имеется ввиду собственное сопротивление обмотки которое входит в цепь как дополнительный резистор последовательно с обмоткой с нулевым сопротивлением.

[AudioKiller]

Первый транс работает фильтром синфазной ВЧ-помехи. Его КГ в интересующей полосе частот -- не больше, чем у эквивалентного куска прямого провода (достаточно короткого

Это на ферромагнитном сердечнике? А Вы знаете, как легко насытить феррит? Тем более, что в тренсе производится вычитание выхода и входа. Пробовали намотать транс с двумя абсолютно одинаковыми обмотками? Я пробовал...

Пусть КГ транса на выходе будет 0.1%, что не факт, так как транс со стороны первичной обмотки возбуждается источником с нулевым выходным сопротивлением, а со стороны вторичной нагружен на бесконечное сопротивление входа АЦП. Но это будет исключительно 2 гармоника

Дело не в источнике-нагрузке, а в том, что сердечник нелинеен в принципе. И обладает гистерезисом, поэтому даже если мы работаем далеко от насыщения, гармоники от гистерезиса будут возникать. И так не 2-я гармоника (четные возникают когда форма верхнего полупериода не совпадает с формой нижнего), а 3-я, 5-я, 7-я. Большей частью 3-я, конечно.

Сопротивление трансформатора -- величина комплексная. Ее действительная часть -- сопротивление постоянному току -- зависит от омического сопротивления провода, а оно, в свою очередь, от площади сечения. В посте говорилось о постоянном токе.

Это если на постоянном токе - я наверное невнимательно читал. Но пропускать постоянку через транс...

Искажения схемы суммируются в противофазе и искажения транса с Кг=10% изменят измеряемую величину Кг=0,001% до значения

Это в выходном-то трансформаторе? Не смешите. Искажения входного трансформатора действительно вычитаются. И теперь у нас 2 шт. "вычитаемых":
(выход повторителя - вход повторителя: 0,001% - 0,001%*погрешность) + (одна обмотка транса - вторая обмотка: 0,1% - 0,1%*погрешность). Если погрешность = 0,01=1% (10 лет назад я бы очень хорошо заплатил тому, кто мне сделает такой транс) в широком диапазоне частот, то искажения транса превысят искажения повторителя.

имеется ввиду собственное сопротивление обмотки которое входит в цепь как дополнительный резистор последовательно с обмоткой с нулевым сопротивлением.

Ребята, откройте учебник и посмотрите полную Т-образную схему замещения трансформатора.

Просто жалко, если время и деньги зря потратите.

[A.R.]

Это на ферромагнитном сердечнике? А Вы знаете, как легко насытить феррит? Тем более, что в тренсе производится вычитание выхода и входа. Пробовали намотать транс с двумя абсолютно одинаковыми обмотками? Я пробовал...

На входном трансформаторе ничего такого не происходит. Посмотрите внимательно на первую схему, а лучше на последнюю, где он вообще не показан, зато пронумерованы земли.

Дело не в источнике-нагрузке, а в том, что сердечник нелинеен в принципе. И обладает гистерезисом, поэтому даже если мы работаем далеко от насыщения, гармоники от гистерезиса будут возникать. И так не 2-я гармоника (четные возникают когда форма верхнего полупериода не совпадает с формой нижнего), а 3-я, 5-я, 7-я. Большей частью 3-я, конечно.

Если не входить в область "загибов" петли, а сигнал на выходном трансформаторе для этого достаточно мал, то эффект гистерезиса будет именно проявляться в легкой несимметричности, т.е. четные гармоники.

Это если на постоянном токе - я наверное невнимательно читал. Но пропускать постоянку через транс...

Ламповые и транзисторные двухтактные усилители с вых. тр-ром прекрасно при этом себя чувствуют.

Если погрешность = 0,01=1% (10 лет назад я бы очень хорошо заплатил тому, кто мне сделает такой транс) в широком диапазоне частот, то искажения транса превысят искажения повторителя.

Вы исходите из ложной посылки, что искажения вычитаются на входном трансформаторе. Если разностный сигнал получен абсолютно точно, а это возможно, то все остальное становится не важно, т.к. относительная погрешность приводится к выходу системы. Это не очень интуитивно, но постарайтесь понять. Мне действительно было бы интересно от Вас услышать критику, но если она по делу.

[AudioKiller]

эффект гистерезиса будет именно проявляться в легкой несимметричности, т.е. четные гармоники.

Нечетные однозначно - и + и - будут обинаково обрабатываться (в установившемся режиме, самый первый период - Вы правы).

Ламповые и транзисторные двухтактные усилители с вых. тр-ром прекрасно при этом себя чувствуют

Но они не являются измерительными приборами!

Вы исходите из ложной посылки, что искажения вычитаются на входном трансформаторе

1. Цитирую источник: "Основная компенсация происходит за счёт дифферен*циального подключения к тестируемому повторителю" (имеется ввиду подключение входного транса - дальше него идет только один сигнал, никакого вычитания нет.
2. Еще цитата: "Вход OUT подключается к выходу повторителя, вход IN – к его входу". В идеале (если Ку повторителя =1 и обмотки абсолютно одинаковы, то действительно, искажения транса компенсируются. Но это недостижимо . Получившаяся погрешность даст лазейку искажениям входного транса.
Далее вступает в работу транс выходной. И вносит свои искажения.

На это все бы можно было наплевать, если бы измеряли, например, гармоники ламповых каскадов. А мы-то хотим мерять повторители, которые очень линейны сами по себе. Кг повторителя может быть 0,001% и ниже. Значит измеритель должен иметь собственный Кг на порядок ниже, а это не получается .

Хорошо бы связаться с автором, и спросить, что и как он этим измерителем намерял.

И еще очень настораживает тот факт, что не даны точные параметры трансформаторов (и они измерительные, к ним особо строгое отношение!). Выходного так вообще нет, а входной имеет оченьмало витков, поэтому нормально работать будет выше 50 кГц. Разве что помогает вычитание сигналов - оно уменьшает индукцию до нормальной величины. Но это пробовать нужно, так не скажу.

ЗЫ. А я как раз недавно начал разрабатывать приставку к компу для измерения гармоник. И тоже методом компенсации. Но делать буду долго - я хочу статью в журнал отправить... Нужно все как следует отработать: и схему, и методику.

[A.R.]

1. Цитирую источник: "Основная компенсация происходит за счёт дифферен*циального подключения к тестируемому повторителю" (имеется ввиду подключение входного транса - дальше него идет только один сигнал, никакого вычитания нет.

Да фиг с ними, с цитатами. Еще раз: если из входных проводов на исходной схеме убрать сердечник и вообще всякую индуктивность, то разностный сигнал все равно будет выделяться, т.к. для коробочки землей (точкой отсчета) является выход тестируемого устройства, входным сигналом -- выход генератора.

На это все бы можно было наплевать, если бы измеряли, например, гармоники ламповых каскадов. А мы-то хотим мерять повторители, которые очень линейны сами по себе. Кг повторителя может быть 0,001% и ниже. Значит измеритель должен иметь собственный Кг на порядок ниже, а это не получается .

Кг -- это относительная погрешность. Она приводится к измеренной величине или к ее "идеальному" значению. И так и так -- правильно. Если разрешение измерительной системы -140дБ, то ее относительная погрешность (да хоть 10%) отсчитывается от этого уровня. Т.е. если даже -40дБ погрешность, всего будет погрешность будет -180дБ.

ЗЫ. А я как раз недавно начал разрабатывать приставку к компу для измерения гармоник. И тоже методом компенсации. Но делать буду долго - я хочу статью в журнал отправить... Нужно все как следует отработать: и схему, и методику.

Дело хорошее, хотя новизны во всем этом особой нет. Разностные схемы, например, на инструментальном усилителе, давно и успешно используются.

[AudioKiller]

1. По входу. Действительно, там сигналы вычитаются, поэтому если обмотки одинаковы - сердечник не влияет. Это если одинаковы.

2. Кг - действительно относительная погрешность. Если работаем с разностным сигналом, то даже внеся в него погрешность 5% мы получим всего лишь 5% погрешности измерений. Дело все в том, что у нас прецизионные измерения. И тут на практике все оказывается не так, как в теории, всякие помехи, несогласование и прочее прет изо всех щелей.

3. Дело даже не в самой разностной схеме. Я делал для себя несколько приспособ для измерения Кг, и каждая из них имеет свои + и -. Теперь захотелось сделать одно нормальное устройство и разработать методику измерений, чтобы и самому было удобно мерять не просто Кг, а спектр искажений, и другие могли легко использовать, т.е. нужна хорошая повторяемость.