Измерение интермодуляционных искажений УМ

[viktor8m]

Разрабатываю схему установки для измерения интермодуляционных искажений УМ (как обычно двумя тонами) и возник вопрос, а какой выбрать разницу частот и амплитуд для действительно максимальной проверки УМ на интермодуляционные искажения, т.е. какой наиболее худший вариант для входного каскада: близкие частоты или с большим разносом, а также амплитуды выбрать одинаковыми или нет (проверки по известным стандартам кажутся мне слишком лёгкими для входного каскада)?

[Johny]

COMPARISON OF NONLINEAR DISTORTION MEASUREMENT METHODS - Richard C. Cabot, Vice President Audio Precision, Inc.
http://www.zainea.com/liviu/Non-linearDistortion.pdf
Возможно, некоторые ответы есть здесь.

[viktor8m]

Этот файл я уже приводил в посте 167, но на мои вопросы из поста 180 (наилучший способ проверки динамической линейности) он не отвечает.

[Vovk]

Так давайте решим, какая проверка наилучшим образом это оценивает.

Тут уже показали две интересные, и не сильно сложные методики - DIM 30/100 и, предложенный sia_2 "обратный" способ (меандр выше синуса по частоте). Лично я бы, не хотел дожидаться, пока тут решат, и попробовал бы обе, на паре своих конструкций (м/сх и дискрет.).
Только времени нету - впереди сплошные командировки.

[viktor8m]

меандр выше синуса по частоте

Про то, что меандр и выше по частоте, что-то я не заметил, но даже так, то насколько выше, напр., 1 кГц синус плюс 20 кГц меандр или 1 кГц синус плюс 2 кГц меандр или 19 кГц синус плюс 20 кГц меандр, что лучше?

[Vovk]

выше по частоте, что-то я не заметил, но даже так, то насколько выше,

Так тут все сказано, вроде (пост №168):

относительно низкочастотный синус (~100 Гц...10 кГц), большой амплитуды (подавляемый на выходе режекторным фильтром), на который наложен "прямоугольник" (меандр) не очень большой амплитуды (достаточно ~10%), но с заметно бОльшей частотой (минимум раз в 5...10 выше), чтобы режектор не оказывал на него влияние.

Естественно, можно "поиграть" частотами и амплитудами, чтобы посмотреть качественные зависимости - стандарта здесь нет, это "инструмент по усмотрению разработчика".

[viktor8m]

Так тут все сказано, вроде (пост №168):

Спасибо, тот пост сначало был другим и только позже Сергей его дополнил (за что ему большое спасибо), а я его больше не читал и поэтому эти дополнения не видел.

[Johny]

...тогда какие частоты и амплитуды? Напр., что лучше: частота синуса больше частоты прямоугольника или наоборот, и насколько должны отстоять их частоты? Пропускать прямоугольник через ФНЧ (как в тесте DIM 100) или нет?...

Авторы (http://jockohomo.net/data/7470.pdf) потратили немало времени для обоснования выбора частот и соотношения амплитуд в тестовом сигнале. Если внимательно прочитать текст статьи, становится понятным потенциал этой методы.
Кстати, она вполне поддается автоматизации измерений современными средствами в домашних условиях без использования дорогого оборудования. Композитный тестовый сигнал создается в любом звуковом редакторе, анализаторы спектра представлены в этой ветке и всем известны.
В дополнение к сказанному, современные производители выпускают приборы для выполнения тестов DIM 30 and DIM 100 Measurements per IEC 60268-3 with AP2700 (http://ap.com/kb/show/145#notes).

[AS79]

Если говорить о свойствах в области малых времен, то для "электроники" критичен не вид переходной характеристики (он сам по себе может быть почти любым, лишь бы время установления с точностью порядка 1% не превышало ~10...15 мкс и с точностью порядка 0.1% не превышало бы ~25...30 мкс), а постоянство и независимость его вида от амплитуды и "предыстории" сигнала,

Я так понимаю все упирается в тепловые процессы ?

Возвращаясь к 3886, на кусок кремния, в плане тепловых процессов, уже не сможем повлиять- что сделал Маньяк и как ЭТО увидел ?

[Johny]

все упирается в тепловые процессы ?

Нет, конечно.

[AS79]

Нет, конечно.

Тогда спрошу по другому, как влияет выбор рабочей точки (или скорость выбора ) на передаточной функции устройства на вид ПХ ?

[Johny]

выбор рабочей точки (или скорость выбора ) на передаточной функции устройства на вид ПХ ?

Уточните, что это такое для устройства в целом?

[AS79]

Уточните, что это такое для устройства в целом?

Почему вид ПХ должен зависеть от участка передаточной функции, на которой проводим измерение.
Функция подразумевается без изломов.

[Johny]

Для высоколинейных устройств, вообще не предполагается, что передаточная функция будет содержать члены высоких порядков со значимыми коэффициентами.
Однако, мнимая часть передаточной функции может быть не простой, а именно она определяет поведение устройства в области малых времен.
Если Вы предполагаете создать особый композитный тест-сигнал, который будет подготовлять момент "предизмерения" предустанавливая устройство в заданную рабочую точку и мгновенно проводя измерения вблизи этой точки - то, да, конечно.
Одним из способов таких измерений является тест DIM, разработанный M. Otala.
Можно по-разному оценивать его чувствительность во временной области, но это очень удачная попытка разработки композитного тест-сигнала весьма простыми средствами!

[AS79]

Если Вы предполагаете создать особый композитный тест-сигнал, который будет подготовлять момент "предизмерения" предустанавливая устройство в заданную рабочую точку и мгновенно проводя измерения вблизи этой точки - то, да, конечно.

Речь и идет о сигнале

относительно низкочастотный синус (~100 Гц...10 кГц), большой амплитуды (подавляемый на выходе режекторным фильтром), на который наложен "прямоугольник" (меандр) не очень большой амплитуды (достаточно ~10%), но с заметно бОльшей частотой (минимум раз в 5...10 выше), чтобы режектор не оказывал на него влияние.

размытость фронтов и есть результат измерений.
Так вот хочу понять, почему это происходит? Ну и как следствие как с этим бороться.

[sia_2]

Тут уже показали две интересные, и не сильно сложные методики - DIM 30/100

В реализации измерений интермодуляционных искажений по DIM и CCIF есть один "тонкий" момент: в стандартной "аппаратной" реализации измерителя измеряется не уровень побочных спектральных составляющих, а только модуляция амплитуды, без учета модуляции фазы. Поэтому, если таким прибором исследуется устройство с ООС и с фазой петлевого усиления около +90, -90, +270, -270 градусов в этой области частот, то получаемая "цифра нелинейности" сильно занижается из-за явления амплитудно-фазовой конверсии - вся нелинейность уходит в модуляцию фазы, практически не влияя на амплитуду. Кстати, отсюда же "растут ноги" у стремления обеспечить строго апериодический переходный процесс - для этого нужно иметь фазовый угол петлевого усиления около 90 градусов на всем его протяжении, а это и обеспечивает максимальное "сокрытие" нелинейности (полный перевод амплитудной нелинейности в фазовую модуляцию). Получаемые при таких условиях значения DIM-30/100 и CCIF IMD формально оказываются намного ниже уровня гармоник. Кстати, это же характерно для очень многих ОУ. Для корректности результатов мерить нужно только по спектрограммам, а графики со "стандартного" измерителя (который мерит только амплитудную модуляцию) неинформативны.
Я об этом писал в статье 2003 года, но похоже, никто не заметил.

[Johny]

...получаемая "цифра нелинейности" сильно занижается из-за явления амплитудно-фазовой конверсии - вся нелинейность уходит в модуляцию фазы, практически не влияя на амплитуду.

Проще говоря, измеритель регистрирует только модуль величины, скалярную часть.

...Для корректности результатов мерить нужно только по спектрограммам

Где "мухи" отделены от "котлет".

---------- Добавлено в 15:41 ---------- Предыдущее сообщение в 15:38 ----------

Я об этом писал в статье 2003 года, но похоже, никто не заметил.

Ссылочку, если не затруднительно.
Спасибо.

[sia_2]

Ссылочку, если не затруднительно.
Спасибо.

https://www.vegalab.ru/content/view/45/52/

[antiluser]

Я об этом писал в статье 2003 года, но похоже, никто не заметил.

Offтопик:
Кому надо, тот заметил.

[Vovk]

Я продублирую часть текста статьи сюда, если вы не против:

Итак, на что из **не описанного в учебниках" нужно обращать внимание при проектировании и оценке схемотехники усилителей с ООС?

Вначале напомним, что в формуле коэффициента передачи (передаточной функции) системы с обратной связью
H(s) = K(s)/[1+β(s)K(s)]
фигурируют комплексные числа и функции, а именно:
β(s) — комплексный коэффициент передачи (передаточная функция) цепи ОС;
K(s) — комплексный коэффициент передачи (передаточная функция) исходного усилителя.
Для получения корректных результатов вычисления нужно вести по правилам арифметики комплексных чисел [2], о чем нередко забывают даже авторы учебников. Например, при фазовом угле петлевого усиления, близком к ±90°, ±270°, амплитудные нелинейности исходного усилителя практически полностью конвертируются в фазовые (т. е. в паразитную фазовую модуляцию, пусть и ослабленную в |βк| раз). При этом паразитная модуляция амплитуды практически исчезает, и получаемые результаты измерений интермодуляционных искажений могут быть на 20...30 дБ более оптимистичными, чем на самом деле покажет анализатор спектра (и слух в случае УМЗЧ). К сожалению, именно так и обстоят дела с большинством ОУ и многими УМЗЧ.

Хорошим примером может служить усилитель с токовой обратной связью, описанный Марком Александером [3]. Реальный уровень интермодуляционных искажений (в англоязычной аббревиатуре — IMD) этого усилителя на двухтоновом сигнале с частотами 14 и 15 кГц по анализатору спектра составляет примерно 0,01 %, что хорошо согласуется с графиком зависимости коэффициента гармоник от частоты (примерно 0,007 % на частоте 15 кГц). Если интермодуляционные искажения этого усилителя измерить по стандартной (учитывающей только модуляцию амплитуды) методике, то получаемые значения IMD окажутся намного меньшими. На частоте 7 кГц мы получим только ничтожные 0,0002 %, а на 15 кГц — около 0,0015 %, что существенно ниже реальных значений (около 0,005 и 0,01 % соответственно). Этот эффект вскользь отмечен и в работе Матти Оталы [4].

[AS79]

Самое простое (но уже "проваливаемое" очень многими аппаратами) - относительно низкочастотный синус (~100 Гц...10 кГц), большой амплитуды (подавляемый на выходе режекторным фильтром), на который наложен "прямоугольник" (меандр) не очень большой амплитуды (достаточно ~10%), но с заметно бОльшей частотой (минимум раз в 5...10 выше), чтобы режектор не оказывал на него влияние. То есть, на выходе режектора мы (в теории) должны иметь стабильный "прямоугольник", с чисто линейными искажениями (вызванными конечностью полосы пропускания). Однако изменение (размытие) вида переходного процесса часто видно на обычном аналоговом осциллографе, безо всякой обработки. То есть "по факту" динамическая нелинейность нередко составляет единицы процентов. Никакие не "сотые и тысячные доли".

Проверил простенький УМ на LM1875 - 120 Гц синус и меандр 10 кГц выход 10 ват на 4 Ом. Режектор от Г3-118.
Не видно изменения ПХ, может что не так ?
1- после режектора
2- после УМ и режектора.
3- сам сигнал.