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

[Mepavel]

ет, делитель должен быть немного с другим соотношением, чтобы полностью компенсировать сигнал (усилитель то имеет не бесконечность усиления, значит его Ку не равен строго делителю). То же на ВЧ, у усилителя падает К, надо делитель на ВЧ чтобы был другим немного. Мы же хотим видеть все искажения за вычитом линейных.

Понял. Это несколько трудоёмко. Придётся коэффициент делителя пересчитывать с учётом Kу усилителя на данной частоте. Кстати, Kу придётся брать комплексным. И делитель в итоге получится с реактивностями.

[Nick]

Понял. Это несколько трудоёмко. Придётся коэффициент делителя пересчитывать с учётом Kу усилителя на данной частоте. Кстати, Kу придётся брать комплексным. И делитель в итоге получится с реактивностями.

Вот такой делитель в ZD-50 и есть, во второй петле (та что идёт на входной ОУ). Если у тебя однополюсная коррекция, то вполне хватит RC.

[krulfa]

Одни входным каскадом проблему не решить!

Of course. Если каскадов предварительного усиления два, а режимы примерно одинаковы, то проблема плавно переезжает во второй каскад - он перегрузится раньше входного. Если, конечно, не задемпфировать его емкостью коррекции. А если задемпфировать, то проблема переедет обратно в первый каскад.

[Mepavel]

Порог возникновения динамических искажений снижается, если цель увеличения петлевого усиления и глубины ООС достигается путем увеличения крутизны входного каскада без пропорционального увеличения его режима, которое необходимо для сохранения его перегрузочной способности. Собственно, вот почему ОООС оказывается "виноватой".

С одной стороны правильно. Но цепь коррекции в этой фразе не прослеживается. Если речь идёт об усилителе с однополюсной коррекцией, то рост усиления входного каскада повлекёт за собой рост граничной частоты петлевого усиления. А значит надо полюс выходного каскада отодвигать дальше этой граничной частоты. Понятно, что в этом случае всё упрётся рано или поздно в быстродействие ВК.

[korolkov24]

Но если честно как-то больно хлипко. В моей схеме надёжнее.

Чем?
Схема должна быть красивая, все схемные решения должны быть элегантными, лишнего и непредсказуемого быть не должно, но я не против, в 24 года вам Respect!

[Mepavel]

Offтопик:

Чем?

В Вашей первой схеме выходные транзисторы уходят в режим насыщения при клиппинге (т.е. их коллекторные переходы смещены в прямом направлении), на второй схеме мне не нравятся конденсаторные вольтодобавки да и вообще при изменении напряжения питания будет уходить ток покоя.

Схема должна быть красивая, все схемные решения должны быть элегантными, лишнего и непредсказуемого быть не должно, но я не против, в 24 года вам Respect!

Спасибо.
P.S. Я не люблю, когда красоту ставят на первое место. Для меня важны качественные и надёжностные показатели. Вообще, если интересно, есть законченный вариант той схемы. Но я в последнее время заметил одну гнусную вещь в двухтактном УН - серьёзные проблемы с его током покоя, которые влекут за собой проблемы стабильности тока покоя ВК. От того я стал использовать в усилителе достаточно шумные TL431. Сейчас я понимаю, что надо делать однотактный УН, нагруженный на прецизионный малошумящий источник тока. Чем больше набираюсь опыта, тем больше осознаю, что зарубежные разработчики не дураки. Этому может быть примером микросхема LME49810 (правда она неудобна при использовании раздельного питания).

[.Васильев]

Offтопик:


Но я в последнее время заметил одну гнусную вещь в двухтактном УН - серьёзные проблемы с его током покоя, которые влекут за собой проблемы стабильности тока покоя ВК.

Offтопик:
Так застабилизируйте его и все

[Mepavel]

Offтопик:

Так застабилизируйте его и все

Так невозможно это хорошо сделать, потому что слишком длинная цепочка термозависимых элементов схемы.
Ток УН впрямую зависит от источника тока ДК и от температуры перехода транзисторов УН. Потому в реальности всё это будет плавать и очень сильно. Надо делать термостабильный источник тока ДК и вводить термокомпенсацию в каскад УН. Что и сделано в моей схеме. Но это повлекло за собой использование линейных стабилизаторов, которые могут создавать шум.

[Teoretic]

Статья, конечно, требует серьезной доработки.
Во-первых, как указали ув. viktor8m и ViktKors, модель двухкаскадного
усилителя в иллюстрации динамических искажений выбрана не совсем корректно,
и хотя правильно отражает суть дела, но вызывает множество вопросов не по
существу. (Приношу им свои извинения за излишне эмоциональные и несправедливые
высказывания в их адрес).
Во-вторых, видимо следует более четко определить, о каких именно искажениях
идет речь. В статье под динамическими искажениями понимается перегрузка
входных/промежуточных каскадов усилителя (не выходного) на высоких частотах,
причиной которых считается глубокая ООС.
Далее. Как указано, я воспроизвожу по памяти чужую статью, ссылка на которую
мною утеряна. Поэтому все достоинства статьи принадлежат автору, все
недостатки - мои.

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.

Я тоже думал об этом. Но перегружаться может не только входной каскад.
И уже на протяжении скольких лет все борются с динамическими искажениями,
и никак не могут побороть, до сих пор давая расплывчатые рекомендации типа
повышения быстродействия, хотя быстродействие двух усилителей в статье
примерно одинаково, в одном искажения возникают, в другом - нет.

По поводу схемы на рис. 2 и треугольного сигнала на выходе, налицо
элементарная перегрузка схемы по скорости нарастания сигнала.

Не согласен. Мы видим перегрузку каскада - ограничение амплитуды выходного
сигнала питанием. Скорость нарастания совершенно не причем, вторая модель
при той же скорости нарастания не перегружается.

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

Не забывайте, что это всего лишь модель для иллюстрации.
О том и речь, что надо все закладывать на стадии проектирования.

Выводы:
Вероятность динамических искажений тем выше, чем больше глубина ООС.
- не доказано, ненаучно.

Согласен, вывод выглядит слишком поверхностно. Но проблема существует,
ее игнорирование и создало плохую репутацию глубокой 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.

Мне тоже не нравится это место. Я слабо ориентируюсь в вопросе частотной
коррекции. Почему бы не сделать ее пассивной RC цепью перед первым каскадом?
Нет, ее обязательно вставляют куда-то в середину!

"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.

В качестве всех частот, конечно, имеется в виду рабочая (звуковая) полоса
частот. Неужели нельзя выполнить?
Конечно неважно, в каком каскаде, потому что при выполнении данного условия
это будут уже не динамические искажения, а перегрузка усилителя по выходу!

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

Я изо всех сил пытался показать, что динамические искажения не связаны со
скоростью нарастания. И мне казалось, что весьма наглядно: два усилителя,
одинаковые частотные характеристики, в одном искажения есть, в другом нет.
Не могли бы вы выразить свою мысль поподробнее?

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.

Ну, здесь вы называете динамическими искажениями что-то совсем другое.
По вашему описанию, здесь уже надо рассматривать нелинейную модель.
Я такое не потяну.(Изложить чужую статью и то не очень вышло).
Мне бы в линейной модели разобраться.

[korolkov24]

В Вашей первой схеме выходные транзисторы уходят в режим насыщения при клиппинге

Нет, не уходят, смотрите внимательно. Если бы уходили, то эти ограничители не действовали бы, вдумайтесь - автоматика.

да и вообще при изменении напряжения питания будет уходить ток покоя

Согласен, но это как бы на скорую руку, 3 минуты, что в голову пришло, а если подумать можно найти полезное.

Offтопик:

Я не люблю, когда красоту ставят на первое место. Для меня важны качественные и надёжностные показатели.

Красиво когда симбиоз всего лучшего, ничего лишнего, и всего хватает.
Много раз бросал разработку в самом конце, даже если ушли месяцы, из-за того, что не красиво, не вкусно.

что зарубежные разработчики не дураки.

Не дураки, только вот мне как-то по жизни встречались хорошие инженеры, а в интернете их нет.
К примеру Андрей Полищук, здесь его не знают, а он автор некоторых усилителей для "HK".
На бывшей работе были инженеры, которые неизвестны никому, но их знания для меня просто не постижимы.
На некоторые отечественные полупроводники в сети не найти справочных данных, но это не значит что они не существуют.
На импортное есть всё. У нас не развит информационный обмен, а талантливых людей множество, читайте больше и обязательно это заметите.

Смотрите как ваш УН работает.

[Johny]

И уже на протяжении скольких лет все борются с динамическими искажениями, и никак не могут побороть

К сожалению, похоже, что Вы несколько отстали. Давно и успешно "побороты".
Просто не все тут об этом знают.

[Mepavel]

Offтопик:

Смотрите как ваш УН работает.

Что не так? ;) Буфером отвяжите его И резисторы по меньше поставьте.

Почему бы не сделать ее пассивной RC цепью перед первым каскадом?
Нет, ее обязательно вставляют куда-то в середину!

Дело в том, что усилитель напряжения сам по себе даёт фазовый набег в +90 градусов. Если Вы ещё и перед ним поставите RC цепь, то получите ещё +90. Итого 90+90=180 градусов, т.е. имеем не усилитель, а автогенератор.

Offтопик:

Много раз бросал разработку в самом конце, даже если ушли месяцы, из-за того, что не красиво, не вкусно.

Вам опасно доверять разработку ответственных узлов радиоаппаратуры, потому что из-за "красоты" схемы Вы можете пожертвовать другими намного более важными характеристиками.

[korolkov24]

Что не так? ;) Буфером отвяжите его И резисторы по меньше поставьте.

потому что из-за "красоты" схемы Вы можете пожертвовать другими намного более важными характеристиками.

Видно я зря старался.

[Витюшка]

К сожалению, похоже, что Вы несколько отстали. Давно и успешно "побороты".
Просто не все тут об этом знают.

А те, кто знают не всегда об этом говорят. Виктор.

[korolkov24]

Вот ещё способ преодолеть ограничения, для любителей погромче.

А сверху мягкий клип приделаю, если будет время.

[IVX]

Не дураки, только вот мне как-то по жизни встречались хорошие инженеры, а в интернете их нет.

Нет уж, позвольте инженерам, судить о других инженерах. В интернетах есть всякие, от таких "светочей науки", как вы с низовцевым, до Б. Путзейса.

[korolkov24]

позвольте инженерам, судить о других инженерах.

Offтопик:
Опаньки, местный тролль нарисовался.

Это вы судья? Инженер ну расскажите нам как вы драйвер в амперах ключа оценивете

[.Васильев]

Тема блин глубокая оос и динамические искажения. А где в примерах глубокая ООС ? Усь Николая все же не глубокоосник , а усь с многопетлевой оос . А там чуток иной подход,чем у глубокоосников.говорил же давайте рассмотрим усь Ярослава Токарева .Одна петля оос всего. А то разбираете уси со сравнительно небольшой оос и радуетесь,что там все нормально. А вы копните те уси,где петлевое усиление в пределах 100дб на 20кгц . вот тогда ветка обретет смысл.а так опять говорильня. Один из подходов я показал на основе схемы преда и уся на композитном оу . Пусть и иной,чем все остально на форуме .Но ведь есть и иные подходы. Подход Агеева,Токарева ,Николая Швидкого. Леонид Зуев тоже глубокоосник сделал . Вот и хотелось говорить и рассматривать динамику и глубокую,более 50-60дб на 20кгц ос на примере таких усилителей.

[Mepavel]

Offтопик:

потому что из-за "красоты" схемы Вы можете пожертвовать другими намного более важными характеристиками.

Видно я зря старался.

Я же Вам ответил.

В Вашей первой схеме выходные транзисторы уходят в режим насыщения при клиппинге (т.е. их коллекторные переходы смещены в прямом направлении)

См. анализ переходный процессов. Сверху вниз: 1 - выходное напряжение; 2 - напряжение на коллекторном переходе выходного транзистора; 3 - ток базы выходного транзистора. Видно, что при клиппинге выходной транзистор надёжно защёлкивается, т.к. его коллекторный переход смещается в прямом направлении до насыщения, а ток базы резко возрастает (т.е. в этот момент идёт жуткая накачка диффузионной ёмкости транзистора). Этого допускать нельзя. Т.к. выключить такой транзистор достаточно трудно. Яркий пример этому - цифровые логика, в которой коллекторный переход транзистора зашунтирован диодом Шоттки. Благодаря этому микросхемы стали потреблять существенно меньший ток при переключениях.

[Mepavel]

А вы копните те уси,где петлевое усиление в пределах 100дб на 20кгц . вот тогда ветка обретет смысл.а так опять говорильня. Один из подходов я показал на основе схемы преда и уся на композитном оу .

Да где такие усилители? Пока только для наушников на ВЧ ОУ? Так там 80 дБ на 20 кГц легко добиться и с однополюсной коррекцией.

Offтопик:
Особенно в симуляторе.