Идеальный композитный усилитель

[scrgmcdcs]

Цель - выжать максимум параметров в симуляторе из композита на дешевых чипах - NE5532, TDA2050 или LM1875.
Идеальный композит - при правильном подборе параметров глубина ООС 90 дб на 20 кгц - практически максимум усиления оу.
Улучшать можно только устойчивость
test_nfb_cor.cir
-без фильтра, работает, глубина оос 20 кгц - 96 дб, запас по фазе 45 град.

модель OPA453 используется для правильного моделирования ФАЧХ TDA2050 и LM1875 - тк их модели в инете неправильные,
точность оцифровки даташитов -толщина линии +-2град по фазе на горизонтали.


тут неправильная модель LM3886 http://www.audio-perfection.com/foru...24975#pid24975

правильная модель LM3886_ED LM3886_ED.zip

принцип компенсации взят из
an67f.pdf

суть идеи - коррекция оу1 до 100кгц практически никак не влияет, но компенсирует фачх на высоких частотах,
для компенсации завала на 500кгц служит фильтр - не реализован пока.
В результате - до 100кгц глубина ооос ограничена только (практически 99.99%) усилением оу)

Приступим к расчету:
модель NE5532 - http://s-audio.systems/blog/spicemodels/, картинки убедили - http://s-audio.systems/blog/5534-measurement
- это график усиления-странный, но какой майкрокап показывает)
- это график производной усиления - спад, который должен быть 20Дб/декада)
- это график производной производной усиления
вот из него определяются частоты полюсов, необходимые для расчета.
NE5532 - имеет 1 полюс -20дб на НЧ, второй полюс -20дб на 283 кгц, и третий полюс, но не -, а +20дб на 1.5 Мгц, и 4-й -20дб на 10 Мгц.
OPA453 - имеет 1 полюс -20дб на НЧ, второй полюс -20дб на 2.27 Мгц, судя по оцифровке даташита, у TDA2030 там сразу 2 полюса -20дб.

[ViktKors]

Offтопик:

Вообще-то это у Чехова было...

Мда..

порой перечитываю свои поспешные посты.. не удивлюсь если где и "с прямым углом перепутал"

[Игорь Гапонов]

Offтопик:
надеюсь ты еще не потерял способность воспринимать музыку, и при этом оставалось понимание, зачем исполняют и слушают музыку?
Отнюдь не для определения направления, расстояния и акустических условий...

Т.е.

Offтопик:

Скрытый текст

те самые упомянутые тобой выше "нормы хай-фай из физиологии"

стандарт Hi-Fi основан на физиологии человека как слушателя

имеют отношение к музыке, особенно в части

как то не помню данных чтобы указывали на то, что за последние 40 тыс лет как то это физиология сильно поменялась.

??? А предположить, что те самые "стандарты" разработаны на заведомо ограниченном (причём, об этом прямо указано в полных текстах рекомендаций!) спектре/диапазоне субъективных оценок вера не позволяет? Поэтому не путай, музыку, физиологию и основания к стандартам. Это как раз то самое сваливание в кучу. Общее у этих вещей только одно - слух. И наиболее полно он описывается психологией (в части восприятия и оценки стимулов мозгом) физиологией (в части антропометрии и биофизики) и физикой (в части акустики среды распространения=среде обитания).

[свернуть]

[Игорь Гапонов]

ГВЗ по определению всего лишь производная ФЧХ по частоте. То есть, мера ее нелинейности. Естественно, они неразрывно связаны.

В общем-то, чтобы не было "досадных недоразумений" надо бы указать, что речь идёт о "нелинейности формы" ФЧХ (*). Собственно, отклонение от постоянного ФВЗ можно интерпретировать, причём корректно, как линейные искажения масштаба времени.

* (извините за педантизм, таки не ГВЗ, на ФЧХ идеальная задержка/опережение - это прямая выходящая из "нуля герц", соответствующая ФВЗ=конст., а например у преобр Гильберта ГВЗ=конст=0, а ФВЗ меняется от бесконечности до нуля, т.е. ПГ таки искажает масштаб времени, но линейно )

P.S. Аналогично можно интерпретировать отклонения от горизонта в форме АЧХ, будь они "кривыми" или "ровными", как линейные искажения амплитудного масштаба, что "более очевидно", чем временнАя интерпретация искажений формы ФЧХ. А общие линейные искажения в векторной интерпретации состоят из двух ортогональных компонент - временной и амплитудной, т.е. на самом деле (в смысле математической физики) "обычные" линейные искажения двумерные, и оба этих измерения "равноправны".

[begemot61]

Вы не правы и в Гугле много профессиональных статей и книг, которые Вам противоречат. Пороги заметности для линейных и нелинейных искажений (особенно для модуляции) совершенно разные, слышимость фазовых искажений отмечается везде

А никто и не говорит о том что искажения фазы неразличимы. Или о том что публикации отсутствуют.
Мало того, если поискать где цитируются те публикации что Вы приводите, количество публикаций возрастёт в n-ной степени.
И я так понимаю что Вы ознакомились с подавляющим большинством этих публикаций, раз так уверенно на них ссылаетесь.
Ну так приведите пороги заметности из всех этих публикаций, с ссылками на конкретные страницы конкретных документов где это приводится.
Чтоб было понятно о чём именно речь и какие возможные ограничения имеются в методе использованной конкретным автором.
И давайте это сравним с тем что именно получается в усилителях. Например в глубокоосных.
И убедимся что пороги различимости выше на несколько порядков
А так же в том что эти самые искажения присутствуют в большинстве акустических систем

[alexcp]

вот ниже поменьше статьи:
Вложение 398333

misha88, приведенная Вами в качестве аргумента статья Корделла кмк поддерживает не Вас, а как раз sia_2, с которым Вы спорите:

the theory ... snows that feedback-generated PIM in excess of about 20 nanoseconds should not be expected in amplifiers of reasonable design.
...
PIM distortion does not appear to be a problem in real amplifiers unless the ear has the capability of detecting time dispersion on the order of 10 nanoseconds.

наименьшие встреченные мной в литературе (равно как и полученные при моих экспериментах) пороги заметности неравномерности ГВЗ превышают 10-15 микросекунд

Иными словами, та самая фазовая модуляция одних составляющих сигнала другими - не та проблема, над решением которой нужно специально ломать голову. Для справки, "reasonable design" у Корделла - это обычный усилитель с однополюсной коррекцией и с петлевым усилением 34дБ на 20кГц. Увеличение петлевого усиления делает PIM еще менее актуальными:

величина этих линейных искажений (то есть, погрешности формы импульса) обратно пропорциональна петлевому усилению. Если оно в звуковой полосе частот достаточно велико, скажем, превышает 80-90 дБ, то остаточная нелинейность ФЧХ, точнее, соответствующая ей неравномерность ГВЗ уходит в субнаносекундный (!) диапазон.

[Слава.С]

модель первого каскада композита из datasheet an67f.
LT1230.zip

[misha88]

приведенная Вами в качестве аргумента статья Корделла кмк поддерживает не Вас, а как раз sia_2, с которым Вы спорите

Я с sia_2 не спорил (то, на что он указал, конечно же верно), я лишь уточнил, что я говорю про другие вещи, не про ГВЗ или линейные искажения ФЧХ (с этим в усилителях с нормальной коррекцией всё в порядке), а про нелинейные искажения ФЧХ для комплексного сигнала, именно с этим могут быть проблемы при большой глубине ООС и именно про них надо смотреть в указанной литературе, а чувствительность слуха к ним намного выше, чем к ГВЗ и линейным искажениям.

[sia_2]

Если мы говорим о модуляции ФЧХ сигналом, то есть паразитной ФМ (иногда называемой амплитудно-фазовой конверсией), то в усилителе с ООС - это стандартное явление, когда фаза петлевого усиления отлична от n*180 градусов. Более того, именно типовые 90 градусов фазы петлевого усиления как раз и превращают амплитудную модуляцию в фазовую наиболее эффективно, см. векторную диаграмму сигналов в петле ООС: Модуляция величины короткого ортогонального вектора создает в основном изменение фазового угла результирующего, а не его длины. От глубины ООС этот эффект сам по себе не зависит, но величина результирующей фазовой модуляции обратно пропорциональна петлевому усилению. Явление хрестоматийное, изучено еще при создании усилителей для многоканальной телефонии с частотным уплотнением.

[shkal]

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/K/KRYLOV...ylov_G.M..html

[UDVA]

https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2800333

Теорема Шеннона для канала с шумами — о связи пропускной способности канала (УМНЧ) и информационного сигнала (аудио сигнала), который возможно использовать для передачи информации с ошибкой, стремящейся к нулю (искажения).
Другими словами, аудио сигнал может быть передан с любой степенью верности, в случае если пропускная способность УМНЧ превышает производительность источника аудио сигнала. В момент, когда пропускной способности усилителя недостаточна, вырастет поток ошибок и искажения.
При этом под пропускной способностью следует понимать не только полосу рабочих частот усилителя, но и рабочий динамический диапазон по амплитуде.

Теперь как выловить и измерить этот поток ошибок в реальном музыкальном аудио сигнале после прохождения реального УМНЧ:
Вариант 1 Субъективная оценка при прослушивании;
Вариант 2 Измерение потока ошибок BER тестером.
BER – (“Bit error rate”) – это отношение числа ошибочно принятых бит, к общему числу бит измеряемого сигнала в заданном временном интервале.

Вот и книга, в которой в явном виде указан путь в светлое будущее:

Амплитудно-фазовая конверсия / Крылов Г.М., Пруслин В.З., Богатырев Е.А. и др.; Под ред. Г.М. Крылова. - М.: Связь, 1979. - 256 с., ил.
Авт. указ. на обороте тит. л.
В пер.: 2 р. 10 к.
Рассматриваются явления, объединенные под названием «амплитудно-фазовая конверсия» (АФК) и приводящие к возникновению амплитуднозависимых фазовых сдвигов в радиотехнических устройствах. Проанализированы особенности прохождения сигналов через цепи с АФК. Рассмотрены схемные решения, способствующие ослаблению АФК в линейных усилителях, усилителях с управляемым усилителем, преобразователях частоты, устройствах СВЧ диапазона.
Книга предназначена для научных, а также инженерно-технических работников, занимающихся исследованием и разработкой приемо-усилительной аппаратуры.

Обобщающая цитата из этой книги:

Вложение 376038

Как наглядный пример служит моделирование А. Петровым, прохождения меандром усилителя на биполярном транзисторе с отсечкой коллекторного тока и искажением длительности фронта и спада выходного сигнала, вследствие недостаточной пропускной способности усилителя по амплитуде.

[Johny]

именно типовые 90 градусов фазы петлевого усиления как раз и превращают амплитудную модуляцию в фазовую наиболее эффективно, см. векторную диаграмму сигналов в петле ООС

Красиво изложено!
Как это приложить к звуковым усилителям? В каких единицах измеряется АФК, в чем проявляется на звуке? Может дадите ссылки на методики измерения указанных явлений?

[sia_2]

А оно на анализаторе спектра выглядит практически точно так же, как амплитудная нелинейность, разница только в фазах продуктов искажений. Засада в другом, стандартные методики измерения IMD по амплитудной модуляции одного сигнала другим - игнорят модуляцию фазы. Я об этом писал еще лет двадцать назад.

[Nabludatel]

Засада в другом, стандартные методики измерения IMD по амплитудной модуляции одного сигнала другим - игнорят модуляцию фазы.

Модуляцию фазы гармоник, или основного сигнала?

[sia_2]

"пробного". То есть, обычно это высокочастотный (см. описание CCIF IMD).

[Johny]

стандартные методики измерения IMD по амплитудной модуляции одного сигнала другим - игнорят модуляцию фазы

Поэтому и задан выше вопрос о методике измерения АФК в звуковых усилителях.
"shkal" выше давал ссылку на одну из известных работ по изучению АФК, там на стр. 29-30 предложены методы исследования искажений сигналов в цепях с АФК, но отмечается, что эти искажения в высоколинейных усилителях пренебрежимо малы, не взирая на ненулевые IMD без АФК, т. е. чисто амплитудные.

[UDVA]

Амплитудно-фазовая конверсия (АФК) не единственный источник фазовой нестабильности в аудиоусилителях.
Лурье_Классические методы автоматического управления_2004
В главе 3 обращает внимание на задержку возникающую в момент возбуждения в усилителе аудиосигнала ( в момент начала атаки ) и объясняет её происхождение.

[Валет]

Если мы говорим о модуляции ФЧХ сигналом, то есть паразитной ФМ (иногда называемой амплитудно-фазовой конверсией), то в усилителе с ООС - это стандартное явление, когда фаза петлевого усиления отлична от n*180 градусов.

Амплитудно-фазовая конверсия, как и любые искажения наиболее сильно проявляются в усилителях без ООС. ООС подавляет искажения от АФК так же, как и любые искажения.

АФК в широкополосных усилителях вызвана ухудшением усилительных свойств транзисторов с ростом частоты сигнала. В ТВ видеоусилителях это приводит к разнице в запаздываниях сигналов различных частот, что размывает мелкие детали изображения по горизонтали и искажает цвета. Это создает проблемы при разработке, т.к. ООС в них трудно применима.

На ЗЧ у современных транзисторов ухудшения частотных свойств практически еще не наблюдается, но их частотные свойства зависят от режимов транзисторов, которые в УМЗЧ меняются в широких границах. Это приводит к разнице запаздывания различных по амплитуде участков сигнала, т.е к обычным нелинейным искажениям. Понятно, что наиболее заметно это в усилителях без ООС, но и в них это не является существенны вкладом в общие НИ. Главная причина НИ в УМЗЧ – амплитудные нелинейности транзисторов.

Модуляцию фазы гармоник, или основного сигнала?

АФК создает новые гармоники сигнала, на остальные гармоники практически не влияет, кроме, возможно, самых высокочастотных.

[deemon]

АФК в широкополосных усилителях вызвана ухудшением усилительных свойств транзисторов с ростом частоты сигнала. В ТВ видеоусилителях это приводит к разнице в запаздываниях сигналов различных частот, что размывает мелкие детали изображения по горизонтали и искажает цвета.

Вообще-то , ухудшение усилительных свойств с ростом частоты приводит не к АФК , а просто к завалу ВЧ . А вот к АФК приводит нелинейность в этой зависимости , это уже другое дело . Например , один из механизмов АФК в усилителях - это нелинейная ёмкость коллектор-база , которая практически работает как варикап ... ну так ничего странного нет в том , что при изменении напряжения КБ - меняется ёмкость , которая , притом будучи усиленной эффектом Миллера - определяет частоту среза каскада . Другой механизм - это изменение крутизны ( коэффициента усиления ) каскада , которая даже при постоянной ёмкости - входит в формулу для того же Миллера , отсюда ещё один способ проявления АФК ... и это же свойство , кстати , раньше иногда применялось в ламповой технике для замены варикапов ( так называемая "реактивная лампа" ) . Притом оба эти механизма проявляются даже без всякой ООС , что отличает их от тех , про которые говорили тут раньше - именно про АФК как результат действия ООС ... в общем , тема эта довольно сложная и запутанная

[misha88]

ООС подавляет искажения от АФК так же, как и любые искажения

В случае однотонного сигнала это верно (хоть и неодинаково), но в случае составного (как звуковой) всё намного сложнее. Проблема искажения фазы в комплексном сигнале состоит в изменении сдвигов между отдельными синусами, составляющими этот комплексный сигнал, по сравнению с оригиналом, и многое зависит от первого каскада и переходной характеристики. Я уже давал литературу, можно нагуглить ещё много по этой тематике, в т.ч. с реальными измерениями на звуковой частоте, но спорить дальше не буду, всё равно не возможно переубедить тех, кто верит во всемогущество ООС (что показывает, что её физический принцип работы до сих не поняли). ООС это прекрасный механизм, но только, если учесть все побочные проявления (причём чем больше глубина ООС, т.е. усиление внутри петли ООС, тем больше проявляются эти побочные явлений при одинаковой нелинейности).

[Nabludatel]

Например , один из механизмов АФК в усилителях - это нелинейная ёмкость коллектор-база , которая практически работает как варикап

Для безООСных устройств с тормознутыми транзисторами это может и влиять. ООС по барабану, чем вызвано отклонение - амплитудной нелинейностью, или неидеальностью/нелинейностью ФЧХ. Исправляет...по мере сил ИМХО, надуманная проблема.