Резистор для повторителя

[_Сам_]

Распирает от желания поделиться одной находкой.

Рассмотрим схему буфера с К=1, у которого нагрузка не заземлена, а подключена на плавающую землю, образованную двумя конденсаторами. К этой же плавающей земле GND подключен и источник сигнала.

Всё как у ВК Заратустры. Вполне обычный повторитель с разделительным конденсатором на входе, который привносит одну неприятную особенность: если на вход подать синус, то на выходе OUT получим синус той же амплитуды. Но если на вход подать сразу много синусов, как на картинке в меандре +/- 2 В, то на выходе повторителя можем получить кратковременно +\- 4 В. Иными словами при усилении музыкального сигнала, который где-то локально может походить на меандр, мы вынуждены обеспечить повторителю 2х кратный запас по напряжению питания и 4х-кратный запас по мощности по сравнению с тем случаем, если бы повторитель работал как УПТ.

Оказывается если в схему добавить всего один резистор и сделать равными постоянные времени RC во входной и выходной цепи, то можно в ДВА раза уменьшить запас по напряжению питания повторителя (или не уменьшать питание, но увеличить выходную пиковую мощность)
Выглядит это так:

Нагрузка (красная кривая) по прежнему получает свои импульсы +/- 4 В, но выход OUT (синяя) не вылетает за +/- 2 В. По сути повторитель работает как УПТ словно входной конденсатор отсутствует

[mellowman]

схема сразу перестанет работать. При малейшей постоянке от источника или смещении между входом и выходом повторителя потенциал GND упрётся в одну из шин питания.
Только при правильном RC меандр получается идеальным. Кстати этот критерий можно использовать для настройки.

В целом конечно должно работать для компенсации небольшого смещения двуполярного выхода источника, хотя и выглядит подозрительно

[fakel]

И вообще обсуждается скорее такая схема и конгениальный резистор R4

Этот резистор ухудшает стабильность нуля

[_Сам_]

шутка юмора

Здесь что-то не так...

или нужет разделительный конденсатор по постоянке, или не нужен.

В таком виде входной делитель только создаёт проблемы.

выглядит подозрительно

Этот резистор ухудшает стабильность нуля

я же говорю, открытие опередившее своё время. Лучшие умы вегалаба в растерянности зачем это нужно

[свернуть]

Традиционно стараются плавающую среднюю точку привести к половине питания. Делается это либо с помощью подтяжки резисторами, либо следящей серво на интеграторе. Моя же идея проста как апельсин. Допустим от источника пришёл положительный потенциал и держится время достаточное, чтобы успел зарядиться входной конденсатор. Разрешим средней точке подняться до этого потенциала, не будем стараться привести её в "ноль". Пусть конденсатор запасёт энергию, которая пригодится в тот момент, когда сигнал с источника пойдёт вниз.

Сравненим две схемы при входном меандре +/- 10 В.

У них одинаковое питание 20 В, но в первом случае нагрузка получает импульсы почти +/- 20 В полярностей (за вычетом потерь на транзисторах), а во втором - повторитель уходит в клип на уровне 10 В. При более высокой частоте меандра различия конечно исчезнут, но при 5 Гц половина высоты фронта, увы, съедается.

Можно сказать, что 5 Гц это экстремальный случай и на практике он не встречается. Однако предполжим, что мы делаем усилитель для многоампинга, для ВЧ драйвера с полосой выше 3 кГц. В этом случае в исходном сигнале будет полно частот способных на 5-10 мс удерживать потенциал выше/ниже нуля, что приведёт к такому же эффекту.

[Alex]

Однако предполжим, что мы делаем усилитель для многоампинга, для ВЧ драйвера с полосой выше 3 кГц. В этом случае в исходном сигнале будет полно частот способных на 5-10 мс удерживать потенциал выше/ниже нуля

Откуда?

[Seeker]

У них одинаковое питание 20 В, но в первом случае нагрузка получает импульсы почти +/- 20 В полярностей (за вычетом потерь на транзисторах), а во втором - повторитель уходит в клип на уровне 10 В. При более высокой частоте меандра различия конечно исчезнут, но при 5 Гц половина высоты фронта, увы, съедается.

каков тогда смысл, если при появлении частоты например на порядок больше, все перестает работать?

[_Сам_]

каков тогда смысл

это очень хороший вопрос. В классическом способе включения мне не нравится два момента.
1. АЧХ на нагрузке R5 изменяется при вариации её номинала
см. картинку для степа R5 = 2, 5, 10 Ом

Видим в НЧ области резонансный пик, который означает локальный рост ГВЗ, что я считаю недостатком.

2. Оказывается, входную ёмкость нельзя безнаказанно увеличивать для расширения полосы вниз т.к. тоже вылезает резонанс
(С6=2,5,10 мкФ)


Указанные минусы удалось в симуляторе побороть, просто я ещё не рассказал историю до конца

Откуда?

да хоть от активного HighPass фильтра
Пример, чтобы не быть голословным.
Фазолинейных разностный фильтр с разделом на 3 кГц.

На НЧ Бессель 8-го порядка.
На ВЧ 2-й порядок за счёт вычитания и линии задержки. (без неё только 1й)

а теперь подали меандр 1 кГц и смотрим на выход ФВЧ (синяя кривая)

Выход HF перед фронтом медленно уплывает в одну полярность, а потом скачком прыгает в противоположную

---------- Сообщение добавлено 21.12.2020 в 14:10 ---------- Предыдущее сообщение было 20.12.2020 в 15:15 ----------

Теперь обещанное продолжение.

Измерим степень подавление искажений от силовых конденсаторов в 1й схеме из п.1
Для этого закоротим вход, а между плавающей средней точкой и GND вдуем помеху и посмотрим, сколько дойдёт до нагрузки R1.

А доходит весьма прилично. В полосе 10-100 Гц, где сильнее всего происходит заряд и разряд, степень подавления меньше 20 дБ.
т.е. как бы пользы от плавающей GND не очень много.

Однако есть выход. Усложним чуток схему.

- добавлен буфер перед ПП, чтобы избавиться от влияния базовых токов ВК. Ещё лучше охватить ОС весь буфер, но пока ограничимся безОСным выхлопом.
- резистор R2 входной RC цепи заземлён на GND.
- добавлен повторитель делящий на 2 напряжение с левой обкладки С3. Он через 500 Ом (годится любой ОУ) поддерживает коэффициент передачи схемы равным 1 на инфра НЧ

Аналогично смотрим степень подавления искажений от С1 и С2.

Здесь во всей звуковой полосе подавление превышает 60 дБ.

[_Сам_]

После нескольких попыток удалось придумать версию с ФВЧ 2-го порядка.

Без индуктивности у меня не получилось. Есть ещё версия c доп. RC цепочкой, но она не интересна из-за рассеиваемой мощности. КПД не хочется терять.

Может показаться расточительным, что и до и после единичного буфера стоят фильтры 2-го порядка. Однако есть один положительный момент. ПОС значительно снижает искажения LC цепи, которая фильтрует сигнал после буфера.

[frezer]

Народ вникать никак не хочет

[Alex]

Выход HF перед фронтом медленно уплывает в одну полярность, а потом скачком прыгает в противоположную

Ну я вообще в курсе, как работает HPF и дифференциатор.
Только я не вижу на его выходе:

5-10 мс удерживать потенциал выше/ниже нуля

Народ вникать никак не хочет

Во что, как работает RC-цепочка?

[_Сам_]

Только я не вижу на его выходе:

ок, пример был выбран неудачный. Зайду с другого конца. На вход схем из этой темы (и 1-го, и 2-го порядка) подаётся полнодиапазонный сигнал. Если для ФВЧ с F_-3дБ=10 Гц ещё могут быть сомнения в наличии гармоник ниже 10 Гц, то на входе ФВЧ 3 кГц совершенно точно временами приходит длительный + или - т.к. вход широкополосный. Предполагается что весь предшествующий тракт УПТ, его полоса от 0 Гц.

[Серый Мыш]

Была ж эпопея с Алёшиным. Идея - усилитель должен усиливать от нуля Герц. Доказательство: подаем на "обычный" усилитель вместе с музыкой доп сигнал - меандр инфрачастоты размахом чуть более полпитания на выходе. "Обычный" усилитель дифференциирует входной сигнал, тем самым удваивая пики меандра и успешно уходит в клип. "Правильный" усилитель играет без искажений, правда как хлопают НЧ динамики в колонках умалчивается ( а они тоже дифференциируют собственно ). Убирать дифференциирование равно убиранию фильтрации по входу.

[Alex]

А какая нам разница, что у ФВЧ на входе? Естественно, там широкополосный сигнал. Но нам интересно что у него на выходе а не на входе.

[Серый Мыш]

удалось придумать

После всех попыток "украсить" импульсы, возникающие после ВЧ фильтра не забывай проверить АЧХ. Но как попытка защитана - почитал с интересом.

[_Сам_]

""Обычный" усилитель дифференциирует входной сигнал, тем самым удваивая пики меандра и успешно уходит в клип. "Правильный" усилитель играет без искажений, правда как хлопают НЧ динамики в колонках умалчивается ( а они тоже дифференциируют собственно ).

Вот! Первый человек уловивший суть проблемы
В предложенных мной схемах

усилитель (который повторитель) в клип не уходит, работает как УПТ, но и динамики не хлопают, они получают подрезанный снизу сигнал. Плюс бонусом снижение искажений от С на выходе и защита нагрузки от постоянки.

не забывай проверить АЧХ.

честный 2-й порядок, у нас без всё без обмана

[Серый Мыш]

усилитель (который повторитель) в клип не уходит

Нарисуй лучше схему прототипа, которую твой вариант улучшает. Сравним, что нить да отыщем.

[fakel]

А если интегратору частоту среза задрать, это cпасет отца русской демократии?

[_Сам_]

Нарисуй лучше схему прототипа

я правда не понял в чём смысл рисовать прототип. Врядли кто его будет паять, а если кому будет интересно, он свою схему повторителя нарисует.
Но мне не трудно proto.cir
Видим, при питании 30 В размах пиков на нагрузке 40 В.

[Серый Мыш]

Я имел ввиду другое, но сам посмотрел уже:
1 Если во входном СR ФВЧ опирать R на питание, а земля виртуальна как точка соединения конденсаторов фильтра блока питания, а-ля Zarathustra, то имеем дифференцированный сигнал на входе повторителя и фильтр второго порядка с переколебаниями, поскольку банки фильтра питания участвуют в сквозной АЧХ
2 если опереть резистор входного фильтра на виртуальную землю, а постоянку установить на порядки более высокоомными резисторами, то...
Картинка АЧХ в нагрузке становится ФВЧ первого порядка, так как на инфранизах конденсаторы питания "исчезают", резистор входного фильтра имеет одинаковые потенциалы,
входной фильтр пропускает практически от 0Hz. АЧХ же нагрузки формирует ФВЧ из нагрузки и конденсаторов питания.
Что красивее во всех отношениях 1го варианта

мегаомный резистор параллельно входному конденсатору роли тут не играет

[_Сам_]

Что красивее во всех отношениях 1го варианта

ваши слова подобны бальзаму
Именно красота и изящество меня зацепили.
Такая мелочь, куда подключить резистор к земле питания или плавающей земле, а как изменяется результат!

[Серый Мыш]

Тут правда есть загогулина - постоянные времени входного RC и выходное R из нагрузки и С питания должны быть точно равными.
Иначе перекосы. А это условие "жесткое" для нагрузки типа динамиков

следующий шаг - симуляция с моделями динамиков?