Глубокая ООС и динамические искажения в УМЗЧ

[Teoretic]

Динамические искажения.pdfНаверное, это надо было сделать намного раньше, но лучше поздно, чем никогда.
Надеюсь, эта тема внесет некоторую ясность в вопрос о глубокой ООС.

Сама заметка:
http://minus.com/lbwxxedETMAj0

Выкладываю в pdf, там формулы и рисунки.

Модели в MicroCap8:
http://minus.com/lbuW9uqjOJEmpQ
http://minus.com/lba5ivZ94guuqV

Вот плод коллективных трудов, исправленная заметка и модели.
tim2.cir
tim1.cir
Динамические искажения.pdf

[const1105]

Господа, где

Глубокая ООС и динамические искажения в УМЗЧ

?

Offтопик:
Вместо того, чтобы ясно донести свою мысль до общества, Mepavel ввязывается во всякие споры на посторонние темы. Молодой, горячий)))))

[korolkov24]

Павел, я вот тут на скорую руку схемку вашу изменил.
1) вариант контроль насыщения вых транзисторов по напряжению на их же переходе. Не зависит от плывучих, нестабильных параметров напряжения GS и падения на базовых резисторах вых биполярников.
2) Избавление от дополнительных источников питания, и пассивное ограничение овервольтинга выходного каскада.

[AS79]

примеров достаточно, на любой вкус.

Огласите

Прошу прощения

Прощаю

[krulfa]

Сама заметка: Выкладываю в pdf, там формулы и рисунки.

С опозданием комментарий по статье,

формулы наглядны, но выводы в статье не везде точны. По порядку:

По формуле (3), физический смысл роста напряжения на входе первого каскада в том, что с приближением к верхней границе полосы пропускания, т.е. к частотной границе, где усилитель в целом перестает усиливать, напряжение на входе первого каскада приближается к напряжению на сигнала входе усилителя. Это присутствует в любом реальном усилителе и не зависит от глубины ОООС.

Как себя ведет входной каскад при приложенном дифференциальном напряжении, равном полному напряжению входного сигнала, находится на совести разработчика. Если сравнивать усилители с ООС и без ООС, то очевидно, что входные каскады первых и вторых проектируются принципиально по-разному: первые каскады усилителей без ООС всегда проектируются под полное напряжение сигнала, да еще и с запасом, а в усилителях с ООС - обычно только под небольшую его часть. И глубина ОООС здесь, очевидно, не причем.

Поэтому вывод о том, что "при глубокой ООС вероятность перегрузки входного каскада высока", неверен - здесь следствие (глубокая ООС) и причина (проектирование входных каскадов с большим усилением и малой перегрузочной способностью) поменялись местами.

Наоборот, глубокая ОООС облегчает работу входного каскада, так как он работает при дифференциальном напряжении, много меньшим входного сигнала, и соответственно вносит меньше собственных искажений.

По поводу схемы на рис. 2 и треугольного сигнала на выходе, налицо элементарная перегрузка схемы по скорости нарастания сигнала. Если сделать усилитель X1 действительно линейным и идеальным, то в схеме рис. 2, и в схеме рис. 3 на выходе будет чистая синусоида. Однако для того, чтобы раскачать напряжение на конденсаторе С1 до ~1В, размах напряжения на выходе X1 достигнет почти 30В.

В сравнение, напряжение на конденсаторе С1 в схеме 3 составит всего 7 мВ, соответственно, и токи, чтобы прокачать этот конденсатор, требуются существенно меньшие.

На практике видоизменение схемы из № 2 в № 3 оказывается невозможным, так как инерционный (выходной) каскад уже есть как данность и его никуда не передвинуть.

Выводы:

Вероятность динамических искажений тем выше, чем больше глубина ООС.

- не доказано, ненаучно. Если в хороший усилитель без динамических искажений добавить усиления где-нибудь в середину полосы пропускания, не изменяя ее верхней границы, но тем самым увеличив глубину ООС, то он станет еще лучшим усилителем и без динамических искажений, как и раньше. Классический пример - усилитель Литаврина, где к усилителю с быстрой петлей ОООС и малой вероятностью появления динамических искажений прикручены низкочастотные звенья, которые в звуковой полосе частот создают огромное усиление и глубину ООС.

"Если инерционным каскадом усилителя является первый каскад, то в усилителе
динамические искажения не возникают при любой глубине ООС.
Проектируя усилитель с частотной коррекцией в первом каскаде, мы с гарантией
избегаем динамических искажений."

В целом опять не совсем верно. Если первый каскад инерцонный, то искажений в нем не будет только, если его перегрузочная способность не меньше, чем максимальный расчетный входной сигнал с учетом его частоты и амплитуды. В противном случае, при появлении входного сигнала стандартной амплитуды, но за пределами полосы пропускания усилителя в целом, он также будет перегружен. Таким сигналом, например, является идеальный меандр, которым многие любят "пытать" усилители. А не надо.

"Для отстутствия динамических искажений необходимо, чтобы в усилителе с разомкнутой цепью ООС при увеличении
амплитуды сигнала ограничение наступало вначале в выходном каскаде, потом в предвыходном и так далее до входного каскада.
То есть, последующие каскады должны перегружаться раньше предыдущих. И это на всех входных частотах."

Требование, с одной стороны, практически невыполнимое (если на всех частотах), с другой, бессмысленное, так как при возникновении перегрузки в любом каскаде мы уже имеем срыв слежения ОООС и динамические искажения, и неважно, в каком каскаде они появились первыми.

Статья не говорит о динамических искажениях, но является хорошей иллюстрацией к теме искажений ограничения скорости нарастания.

Корень динамических искажений нужно искать не в глубине ОООС, а в том, что коэффициент усиления К2 второго (и последующих, если есть еще), а также постоянная времени тау, которые входят в формулу (3), является функцией мгновенной величины выходного тока усилителя. В классе АВ они претерпевают существенные изменения при смене полуволн, соответственно, дифференциальное напряжение на входе усилителя может испытывать скачки до нескольких раз, и тем быстрее, чем быстрее полуволны сменяют друг друга, в то время, как в абсолютной величине по-прежнему сохраняется равенство Бета*K1*K2 >>1.

[Mepavel]

Подцепить пиковый детектор с порогом в несколько вольт на выход дополнительного ОУ.

А что не сделать пиковый детектор по сигналу ошибки?

---------- Добавлено в 19:50 ---------- Предыдущее сообщение в 19:46 ----------

Павел, я вот тут на скорую руку схемку вашу изменил.
1) вариант контроль насыщения вых транзисторов по напряжению на их же переходе. Не зависит от плывучих, нестабильных параметров напряжения GS и падения на базовых резисторах вых биполярников.
2) Избавление от дополнительных источников питания, и пассивное ограничение овервольтинга выходного каскада.

korolkov24, спасибо! На первый взгляд неплохие улучшения. Но если честно как-то больно хлипко. В моей схеме надёжнее.

[теоретизирующий практик]

А можно пример однокаскадного УН с Ку=80дб(20кГц).

Зачем такие страсти Господни? Вы что, на матюгальник его поставить хотите, и чтобы непременно с ленточным микрофоном?

К слову, однокаскадный каскодный усь по схеме ОИ - ОБ в классе А обеспечивает Ку без ООС порядка 100 - 400, на нагрузке 4-8 Ом, и исходя из этого, и из того, что в классе А вообще легко достигается малый КНИ в этом случае не нужен сверхбольшой КООС.

Анатолий.

---------- Добавлено в 19:03 ---------- Предыдущее сообщение в 18:51 ----------

krulfa,

С опозданием комментарий по статье,

По всем пунктам +100.

Анатолий

[Mepavel]

Если в хороший усилитель без динамических искажений добавить усиления где-нибудь в середину полосы пропускания, не изменяя ее верхней границы, но тем самым увеличив глубину ООС, то он станет еще лучшим усилителем и без динамических искажений, как и раньше. Классический пример - усилитель Литаврина, где к усилителю с быстрой петлей ОООС и малой вероятностью появления динамических искажений прикручены низкочастотные звенья, которые в звуковой полосе частот создают огромное усиление и глубину ООС.

krulfa, полностью не согласен! Нельзя в усилитель прикрутить просто так усиление в середину полосы при этом не завалив скорость нарастания. Ох, если бы всё так было просто. Выходит зря автор старался, написав эту статью.

[Nick]

AS79, если честно я Вас совсем не понимаю. Ну чего Вы хотите показать? В ZD-50 стоит сложный ФНЧ по входу, плюс есть цепочка обратной связи С1С3 которая глушит амплитуду выбросов. И тем не менее для быстродействующего ОУ (который стоит первым в схеме ZD-50) короткие выбросы в десятки милливольт могут привести к его перегрузке по выходу.

Коррекция и входной фильтр сделана таким образаом, что не в клипе не могут. При нормальной работе усилителя (не в клипе) там больше 200-300мВ не наблюдается. Чтобы в этом убедиться достаточно осциллограф подключить, например во время прослушивания. Кто хочет, может туда же подключить детектор индикатора перегрузки/искажений.

[Mepavel]

Коррекция и входной фильтр сделана таким образаом, что не в клипе не могут. При нормальной работе усилителя (не в клипе) там больше 200-300мВ не наблюдается. Чтобы в этом убедиться достаточно осциллограф подключить, например во время прослушивания. Кто хочет, может туда же подключить детектор индикатора перегрузки/искажений.

Возможно и так, если на вход не придёт ВЧ наводка. Кстати интересно было бы записать сигнал с выхода первого ОУ при прослушивании реального звукового сигнала. И ещё интересно имеются ли осциллограммы напряжения на выходе первого ОУ при подаче гармонических сигналов и меандра?

[Nick]

Как красиво пишите. В реальности это нельзя нормально реализовать. Для того чтобы входной каскад работал в малосигнальном режиме нужно, чтобы выходной каскад имел значительный Ku по напряжению. А на практике невозможно сделать безынерционный каскад с большим Ku. Так что вот и получаем, то что имеем.

Вложение 162138

Все смешалось в доме Облонских... Не нужно этого ничего. Всё можно реализовать, и мало того давно уже реализовано. Хотя если ты проверяешь, сравниваешь и слушаешь усилители в клипе, то тебе это трудно понять...

[Mepavel]

Всё можно реализовать, и мало того давно уже реализовано.

Пока я видел такую реализацию на высокочастотных ОУ в усилителе для наушников.

Хотя если ты проверяешь, сравниваешь и слушаешь усилители в клипе, то тебе это трудно понять...

И в клипе в том числе.

[Nick]

Возможно и так, если на вход не придёт ВЧ наводка. Кстати интересно было бы записать сигнал с выхода первого ОУ при прослушивании реального звукового сигнала. И ещё интересно имеются ли осциллограммы напряжения на выходе первого ОУ при подаче гармонических сигналов и меандра?

Ну если у тебя наводки в вольт 10, то да. Хотя после клипа я уже ничему не удивлюсь.
Записывал, даже слушал на наушники. Снимал. В статье есть осциллограма на синусе. Мало того я записывал разницу между входом и выходом усилителя (скорректированную по его АФЧХ) во время прослушивания на макс. уровне на реальную нагрузку (колонки). Там по уровню -110дБ ничего не наблюдается.

---------- Добавлено в 12:39 ---------- Предыдущее сообщение в 12:34 ----------

И в клипе в том числе.

Из того что я видел - только в клипе.

[Mepavel]

В статье есть осциллограма на синусе.

Да, на синусе 20 кГц видны выбросы.

[Nick]

Да, на синусе 20 кГц видны выбросы.

И чё? Эти выбросы - это искажения АБ ВК, их то надо исправлять, значит на вход надо подавать с горбиками. Без нагрузки их нет.

---------- Добавлено в 12:44 ---------- Предыдущее сообщение в 12:42 ----------

Или ты считаешь это типа перегрузка ОУ?

Offтопик:
Эх Mepavel, откуда же в тебе столько категоричности и столько мало знаний....

[Mepavel]

И чё? Эти выбросы - это искажения АБ ВК, их то надо исправлять, значит на вход надо подавать с горбиками.

Да это понятно. Просто видно как первый ОУ стремительно их выправляет. Причём интересно замерить какая скорость нарастания на этих выбросах. Справляется ли ОУ с ней?

Offтопик:

Эх Mepavel, откуда же в тебе столько категоричности и столько мало знаний....

Согласен, по сравнению со мной все тут просто блещут знаниями. Nick, ну простите, не все же такие умные как Вы.

[Nick]

Да это понятно. Просто видно как первый ОУ стремительно их выправляет. Причём интересно замерить какая скорость нарастания на этих выбросах. Справляется ли ОУ с ней?

Вот ты вроде книжки читаешь умные, и в то же время у тебя всё на чувствах, что значит стремительно ? Что значит инерционный, что значит быстрый ? Ты в умных книжках такую терминологию почерпнул?
И когда ворпосы задаёшь, ты вообще думаешь? У LT1363 - 1000V/uS. Там выброс отсилы 50mV. Делай выводы сам. Не можешь - просимулируй.

[Mepavel]

Кстати видно, ступенька в ВК выправляется с перерегулированием.

---------- Добавлено в 20:51 ---------- Предыдущее сообщение в 20:51 ----------

Что значит инерционный, что значит быстрый ? Ты в умных книжках такую терминологию почерпнул?

Нет, такой терминологией оперирует автор темы.

[Nick]

Кстати видно, ступенька в ВК выправляется с перерегулированием.

Опять 25, коррекция многополюсная, так и должно быть, это не показатель устойчивости (если ты про это).

[Mepavel]

Nick, да я не про устойчивость. Я боюсь как бы на звуке это плохо не сказалось. В случае однополюсной коррекции там не должно было быть перерегулирования (просто вертикальная линия) в случае хорошего запаса по фазе, разумеется.

[Nick]

Nick, да я не про устойчивость. Я боюсь как бы на звуке это плохо не сказалось. В случае однополюсной коррекции там не должно было быть перерегулирования (просто вертикальная линия) в случае хорошего запаса по фазе, разумеется.

На выходе всего усилителя не будет перерегулирования.