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

[.Васильев]

Павел, как вы меряете в симуляторе интермодуляционные искажения. По методике Рубальского мне чет не удалость его измерения повторить.

[Mepavel]

Не знаю! Покажите IMD ! Много. На разных уровнях и комбинациях. Вот будет заметная разница с пояснениями, применительно к схемотехнике и коррекции, будет и диалог конструктивнее и по теме ветки.

variator, привожу измерения коэффициентов комбинационных составляющих и пересчёт их в IMD (%) для моего усилителя.

P_{вых ПО} = 100 Вт (R_L = 4 Ом)

IMD 60 Гц, 7 кГц, 4:1 (12 дБ) (SMPTE) - 0,0007 % (-91-12=-103 дБ) (уровень наибольшей комбинационной составляющей отсчитывается относительного максимального тона, поэтому в этом случае минус 12 дБ)
IMD 60 Гц, 7 кГц, 1:1 (0 дБ) (SMPTE) - 0,0014 % (-97 дБ)
IMD 9 кГц, 10 кГц, 1:1 - 0,002 % (-94 дБ)
IMD 19 кГц, 20 кГц, 1:1 - 0,004 % (-88 дБ)
IMD 39 кГц, 40 кГц, 1:1 - 0,008 % (-82 дБ)
IMD 79 кГц, 80 кГц, 1:1 - 0,018 % (-75 дБ)
IMD 159 кГц, 160 кГц, 1:1 - 0,11 % (-59 дБ)
IMD 319 кГц, 320 кГц, 1:1 - 1,6 % (-36 дБ)

По полученным результатам измерений можно построить частотную зависимость IMD (f1-f2=1 кГц)

На плоскости пунктирной линией изображена теоретическая частотная зависимость IMD, которая соответствует спаду глубины ООС с ростом частоты по закону 6 дБ/окт.
Как видно из рисунка, близкое соответствие экспериментальной и теоретической частотных зависимостей IMD наблюдается лишь до частот 70-80 кГц. Выше этих частот усилитель сильно подвержен динамическим искажениям (разумеется если эксплуатировать его на максимальной амплитуде выходного сигнала), возникающих за счёт ограничений по скорости нарастания (dV/dt = 50 В/мкс).

[теоретизирующий практик]

Вообще, даже интуитивно, скорее всего усь с TND от -120Дб на НЧ до -80 Дб на ВЧ по крайней мере не хуже чем усь с TND -80дБ в всем звуковом диапазоне, но первым неосмысленным желанием является желание установить первый полюс АЧХ уся в районе 20-30 кГц и даже выше, искусственно снизив усиление на НЧ и СЧ. (Из собственного опыта). Тем более когда помнишь, что петлевой коэффициент усиления должен быть достаточно высоким и на частотах предполагаемых возможных гармоник от ВЧ, чтобы противодействовать искажениям на ВЧ.

Анатолий.

[Edgar]

Вообще, даже интуитивно, скорее всего усь с TND от -120Дб на НЧ до -80 Дб на ВЧ по крайней мере не хуже чем усь с TND -80дБ в всем звуковом диапазоне, но первым неосмысленным желанием является желание установить первый полюс АЧХ уся в районе 20-30 кГц и даже выше, искусственно снизив усиление на НЧ и СЧ. (Из собственного опыта). Тем более когда помнишь, что петлевой коэффициент усиления должен быть достаточно высоким и на частотах предполагаемых возможных гармоник от ВЧ, чтобы противодействовать искажениям на ВЧ.

Анатолий.

Зачем искусственно снижать усиление там, где это никак не влияет на устойчивость? Тем более первый полюс устойчив в том плане, что фазовые искажения проявляются в основном на ВЧ, и даже в основном за пределами 20кГц?

[Mepavel]

Зачем искусственно снижать усиление там, где это никак не влияет на устойчивость?

Edgar, бытует мнение, что если тупо завалить усиление в звуковой полосе и вынести первый полюс за пределы ЗЧ (т.е. просто установить резистор на выходе УН), то фазовые искажения могут стать меньше, несмотря на то, что амплитудные искажения очень сильно возрастут.
Хотя я ни разу не видел достойного объяснения этому или доказательства. Напротив, проводя эксперимент с этим, я выяснил, что искусственный завал глубины ООС на НЧ сильно ухудшает детальность и прозрачность звучания. Т.е. звук однозначно становится хуже. Вдобавок ещё и подавление помех по шине питания ухудшается. На шумы это тоже не очень хорошо влияет.

[теоретизирующий практик]

бытует мнение, что если тупо завалить усиление в звуковой полосе и вынести первый полюс за пределы ЗЧ (т.е. просто установить резистор на выходе УН), то фазовые искажения могут стать меньше, несмотря на то, что амплитудные искажения очень сильно возрастут.

Да нет, это просто неосозная инерция мышления (возможно отражающаяся только у меня .

Анатолий

[audiomun]

первым неосмысленным желанием является желание установить первый полюс АЧХ уся в районе 20-30 кГц и даже выше, искусственно снизив усиление на НЧ и СЧ.

Может, в таком случае, будет лучше просто сделать это грамотно - уменьшив емкость нагрузки выходного каскада УН? Тогда и усиление на НЧ и СЧ не пострадает - здравое решение, на мой взгляд. Вячеслав

[Mepavel]

Может, в таком случае, будет лучше просто сделать это грамотно - уменьшив емкость нагрузки выходного каскада УН? Тогда и усиление на НЧ и СЧ не пострадает - здравое решение, на мой взгляд. Вячеслав

audiomun, не всё так просто. Тогда возрастёт усиление на ВЧ и фазовый набег превысит 180 градусов. Придётся вводить полюс и ноль. А это опять плодить динамические искажения.

[Edgar]

audiomun, не всё так просто. Тогда возрастёт усиление на ВЧ и фазовый набег превысит 180 градусов. Придётся вводить полюс и ноль. А это опять плодить динамические искажения.

"Лишнее" усиление всегда можно грамотно использовать (умеючи, я, к сожалению, не особенно умею). Например, ввести местные петли ООС, линеаризовав каскады, увеличив их перегрузочную способность.

[Mepavel]

"Лишнее" усиление всегда можно грамотно использовать (умеючи, я, к сожалению, не особенно умею). Например, ввести местные петли ООС, линеаризовав каскады, увеличив их перегрузочную способность.

Можно, но тогда придётся идти на компромиссы. Это замкнутый круг.

[Edgar]

Можно, но тогда придётся идти на компромиссы. Это замкнутый круг.

Ну почему же? На примере Лина. Ставим в выходном каскаде вместо двойки тройку, получаем большее усиление УН и более высокочастотный первый полюс. И получаем возбуждение из-за уползшего вверх по усилению второго полюса и проблемы на более высоких частотах из-за третьей пары. Вопрос с возбуждением можно решить или загрубив коррекцию, понизив скорость нарастания и усугубив проблемы с динамическими искажениями, а можно увеличить номиналы эмиттерных резисторов дифкаскада, увеличив его перегрузочную способность. Как-то так. Гуру усилителестроения наверняка знают кучу подобных примеров.

[audiomun]

а можно увеличить номиналы эмиттерных резисторов дифкаскада, увеличив его перегрузочную способность.

Один из вариантов решения этой проблемы, солидарен. Вячеслав

[Mepavel]

Ну почему же? На примере Лина. Ставим в выходном каскаде вместо двойки тройку, получаем большее усиление УН и более высокочастотный первый полюс. И получаем возбуждение из-за уползшего вверх по усилению второго полюса и проблемы на более высоких частотах из-за третьей пары. Вопрос с возбуждением можно решить или загрубив коррекцию, понизив скорость нарастания и усугубив проблемы с динамическими искажениями, а можно увеличить номиналы эмиттерных резисторов дифкаскада, увеличив его перегрузочную способность. Как-то так. Гуру усилителестроения наверняка знают кучу подобных примеров.

Edgar, всё намного проще. Если хочется увеличить глубину ООС без понижения скорости нарастания - надо наращивать частоту граничного усиления в петле. Все другие методы применения многополюсной коррекции без увеличения fгр, так или иначе будут заваливать скорость нарастания. Это математика и неважно каким способом достигается эта коррекция. Важно, так распределить усиление по каскадам, чтобы оттянуть их перегрузку как можно дальше по частоте.

---------- Добавлено в 13:24 ---------- Предыдущее сообщение в 13:22 ----------

Один из вариантов решения этой проблемы, солидарен. Вячеслав

Какой вариант? Увеличив эмиттерные резисторы так же заваливаем глубину ООС во всей полосе. Эти резисторы нужны, чтобы правильно распределить усиление и снизить перегрузку этого каскада. Вообще в идеале надо, чтобы Ку всех каскадов, кроме УН был достаточно маленьким. Но это по понятной причине невозможно, так как нельзя сделать однокаскадный УН с большим усилением. Поэтому надо искать компромиссы.

[audiomun]

так как нельзя сделать однокаскадный УН с большим усилением.

Кто такое сказал, и какой критерий "большого" усиления, по-твоему - 60дБ - 80дБ - 100дб? Реализуется это усиление в одном каскаде, без особых проблем. Вячеслав

[Mepavel]

по-твоему - 60дБ - 80дБ - 100дб? Реализуется это усиление в одном каскаде, без особых проблем. Вячеслав

Нужно не менее 120-140 дБ. Не забываем, что обратная связь вносит ослабление 30-40 дБ. Хотя по поводу 100 дБ в одном каскаде... есть сомнения.

[audiomun]

Хотя по поводу 100 дБ в одном каскаде... есть сомнения.

Давно получено, нужно просто расти над собой, тогда и сомнения пропадут. Вячеслав

[Mepavel]

нужно просто расти над собой

Взаимно!

---------- Добавлено в 14:09 ---------- Предыдущее сообщение в 14:07 ----------

Давно получено

И какова линейность?

[audiomun]

И какова линейность?

ХААрошая Вячеслав

[Edgar]

Нужно не менее 120-140 дБ. Не забываем, что обратная связь вносит ослабление 30-40 дБ. Хотя по поводу 100 дБ в одном каскаде... есть сомнения.

AD826 однокаскадный, правда там не 120 дБ, но тем не менее. Модель в микрокапе по такой топологии с четырьмя парами ВК (привет ВВ Сухова!) давала усиление под 120 дБ до первого полюса.

[AS79]

AD826 однокаскадный, правда там не 120 дБ, но тем не менее. Модель в микрокапе по такой топологии с четырьмя парами ВК (привет ВВ Сухова!) давала усиление под 120 дБ до первого полюса.

Первый полюс сколько?