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

[audiomun]

написал диссертацию (кстати магистерскую по физике полупроводников).

Мои поздравления!

3) Результирующее усиление

Хорошо, что ты сам вывел результирующий график собственного усиления усилителя до охвата его ООС, не будет нужды опять вдалбливать элементарные понятия, надеюсь, теперь общение пойдет легче(главное - быстрее) - так вот, теперь, уважаемый Магистр, посмотри на свой график результирующего усиления; если ты пытался заморочить всем голову, что УМЗЧ Орлова имеет два каскада усиления напряжения, а не один, как пытались убедить другие - объясни тогда радиолюбителям старой школы - где тогда на этом графике еще один полюс АЧХ, который должен быть, если есть второй каскад усиления напряжения? Либо - убеди в обратном(хотя бы меня грешного). Павел, я не цепляюсь и не хочу полить грязью(я не злой, скорее - добрый), просто привыкай признавать свои ошибки(а лучше - не делай их), тем-более, не выдвигай огульные необоснованные встречные обвинения, тогда и отношение к тебе будет уважительное. Вот и в данном случае, признал-бы сразу(глянув одним глазом название статьи про УМЗЧ Орлова, благо - подсказали, где посмотреть) - да, неправ был, признаю, поторопился, мол(оказывается - он действительно однокаскадный) - мы все не без греха, всезнаек на свете не существует - проблем бы не было, ты же вместо этого тут-же обвинил оппонентов в безграмотности - зачем настраивать против себя всех? Оцени ситуацию - тебе-же говорят, что с тобой сложно общаться, делай правильные выводы - сие и отличает умного и воспитанного человека от амбициозного и глупого. Без обид - надеюсь на дальнейшее общение на форуме. Вячеслав

[Edgar]

Господа! Давайте вернемся к теме динамических искажений! В частности, я, например, не понимаю, откуда взялась такая таинственная и загадочная атмосфера вокруг них? В принципе, те искажения, о которых идет речь в статье, вполне явственно себя проявляют на обычной синусоиде с достаточной частотой и амплитудой и не требуют для своего обнаружения никаких особенных средств, кроме генератора и осциллографа. Убедите меня, что переключения выходного каскада вызывают катострофическое ухудшение звука в усилителе, имеющем THD 0,01% на 20 кГц при номинальной мощности на грани ограничения (в полосе до пары мегагерц), из-за динамических искажений . Для совсем ужасного ужаса, пусть это будет усилитель в классе С.

[PMCF]

Уважаемые форумчане, в свете обсуждаемого здесь "обусловленного скоростью нарастания клиппинга", кто возьмется сформулировать, в модельной ситуации, в чем будет состоять разница между двумя усилителями, сделанными по близким схемным решениям и конструктиву, если у второго каждый транзистор имеет Ft в 10 раз большую, чем у первого. При этом конечно предполагается что оба варианта индивидуально оптимизируются по минимизации TIM.
В этом ответе нет необходимости ориентироваться на диапазон звуковых частот, достаточно 20кГц или нет, просто необходимо ответить, в чем будет разница технических характеристик в плане TIM и IMD.

[Mepavel]

где тогда на этом графике еще один полюс АЧХ

audiomun, смотрите на ВЧ.

[viktor8m]

В принципе, те искажения, о которых идет речь в статье, вполне явственно себя проявляют на обычной синусоиде с достаточной частотой и амплитудой

В том то и дело, что на синусоиде дин. искажения проявляются только на частотах, значительно выше звуковых, а вот для импульсных (как реальный музыкальный сигнал) может быть и для звуковых частот, т.к. это сумма синусоид разных частот и амплитуд.

[Mepavel]

мы все не без греха, всезнаек на свете не существует - проблем бы не было, ты же вместо этого тут-же обвинил оппонентов в безграмотности - зачем настраивать против себя всех? Оцени ситуацию - тебе-же говорят, что с тобой сложно общаться, делай правильные выводы - сие и отличает умного и воспитанного человека от амбициозного и глупого. Без обид - надеюсь на дальнейшее общение на форуме. Вячеслав

audiomun, если первый каскад даёт усиление в 40 дБ, то его нельзя отбрасывать. Ваше мнение по этому вопросу я уже понял. Ёмкость коррекции в 100 мкФ для достижения инфразвукового полюса - это Ваша глупость. Дальнейшие оправдания я думаю не нужны. Есть результат моделирования, есть АЧХ реальных ОУ. Что Вам ещё надо, чтобы понять, что в одном транзисторе не может усиливаться напряжение на 140-160 дБ?

[Edgar]

В том то и дело, что на синусоиде дин. искажения проявляются только на частотах, значительно выше звуковых, а вот для импульсных (как реальный музыкальный сигнал) может быть и для звуковых частот, т.к. это сумма синусоид разных частот и амплитуд.

Реальный звуковой сигнал разве содержит в себе хоть один участок со скоростью нарастания, большей, чем у синусоиды в 20кГц?

Т.е. реальный-то содержит, но в качестве недорезанной части спектра... но составляющие совсем малы, значительно меньше нескольких вольт

[Mepavel]

Offтопик:

Оцени ситуацию - тебе-же говорят, что с тобой сложно общаться, делай правильные выводы - сие и отличает умного и воспитанного человека от амбициозного и глупого. Без обид - надеюсь на дальнейшее общение на форуме. Вячеслав

Хорошо, хорошо! Надо просто быть всем спокойнее и научиться уважать мнение других.

Реальный звуковой сигнал разве содержит в себе хоть один участок со скоростью нарастания, большей, чем у синусоиды в 20кГц?

Надо учитывать не только частоту, но и амплитуду. Т.е. указывайте и амплитуду сигнала.

[viktor8m]

если первый каскад даёт усиление в 40 дБ, то его нельзя отбрасывать.

Mepavel, зачем спорить, понятно, что любой составной каскад (как, например, каскод) можно рассматривать как два последовательных каскадов, но это не делают, т.к. произведение усилений отдельных частей всё равно равно усилению всего составного каскада.

Реальный звуковой сигнал разве содержит в себе хоть один участок со скоростью нарастания, большей, чем у синусоиды в 20кГц?

А это не главное, главное это форма получившегося суммарного сигнала, где могут получаться (и это видно на осциллограмах звуков реальных инструментов) участки с крутыми скатами, соответствующими больше прямоугольным (вернее трапецеидальным сигналам).

[Nick]

Пожалуйста, вот и дальше.

В общем формально, в данном конкретном случае ты прав, на коллекторах ДК на НЧ будет сигнал больше чем на входе, т.е. будет усиление по напряжению. Но если например были бы нагрузочные резисторы в УН, или ВК имел бы меньший входной импеданс, то всё могло бы быть не так. С другой стороны обычный инженер тебе скажет, что каскад усиливающий по напряжению тут один (ОБ). И будете вы долго спорить

[Mepavel]

Mepavel, зачем спорить, понятно, что любой составной каскад (как, например, каскод) можно рассматривать как два последовательных каскадов, но это не делают, т.к. произведение усилений отдельных частей всё равно равна усилению всего составного каскада.

Если взять к примеру каскод, то там чаще реализуется тот случай, когда всё усиление по напряжению концентрируется на одном транзисторе. Мы же говорили о динамических искажениях и о перегрузке отдельных звеньев усиления по напряжению. Вот в данной связи, я не могу рассматривать два каскада усиления по напряжению, у которых Ku больше 1 и есть риск перегрузки (как по напряжению, так и по току), как одно целое.

[Nick]

Если взять к примеру каскод, то там чаще реализуется тот случай, когда всё усиление по напряжению концентрируется на одном транзисторе.

В каскоде будет таже фигня при тех же обстоятельствах.

[Mepavel]

В общем формально, в данном конкретном случае ты прав

Ещё один человек в защиту симулятора.

[Edgar]

Offтопик:

Хорошо, хорошо! Надо просто быть всем спокойнее и научиться уважать мнение других.

Надо учитывать не только частоту, но и амплитуду. Т.е. указывайте и амплитуду сигнала.

Я про полный размах синуса на 20кГц. Ясное дело, что скорость нарастания зависит от амплитуды. Но мы рассчитываем усилитель как правило на срез на определенной частоте, амплитуду мы так же задаем. Логично именно на этой граничной частоте и на полном размахе проверять его "на вшивость". Разве нет? И если мы видим на, скажем 40кГц (ну захотелось сделать усилитель с полосой до 40 кГц), вместо синусоиды на выходе пилу или ещё какое непотребство, разве это не говорит, что нифига не вышло сделать то, что хотелось? Другое дело, реально спектр усиливаемого сигнала за 40кГц не обрывается резко. Вот тут-то и интересно, насколько надо подстраховаться....

[viktor8m]

Если взять к примеру каскод, то там чаще реализуется тот случай, когда всё усиление по напряжению концентрируется на одном транзисторе.

Для обычного каскода (без ПОС, как в AD797 или у Орлова) всё усиление обеспечивает каскад с ОБ, а вот при наличии ПОС действительно надо смотреть и отдельно на выходах ДК.

[Mepavel]

В каскоде будет таже фигня при тех же обстоятельствах.

Я же написал, что "чаще реализуется случай". Разумеется при тех же обстоятельствах (и не только при тех, достаточно поставить резистор последовательно между коллектором и эмиттером первого и второго транзистора в каскоде и получим усиление по напряжению первого каскада больше 1). Поэтому не всегда можно считать, что усиление по напряжению полностью реализуется только на одном каскаде с ОБ!

---------- Добавлено в 15:14 ---------- Предыдущее сообщение в 15:12 ----------

Для обычного каскода (без ПОС, как в AD797 или у Орлова) всё усиление обеспечивает каскад с ОБ

Кто бы спорил.

[viktor8m]

Логично именно на этой граничной частоте и на полном размахе проверять его "на вшивость". Разве нет?

Вы прочли мой пост 570? Возьмите любой симмулятор, смешайте с десяток синусоид с разными частотами скажем от 1 кГц и до 10 кГц (реальные частоты многих инструментов) и посмотрите на результирующую кривую на участке 100 мкс от любого изменения направления.

[Mepavel]

Вот тут-то и интересно, насколько надо подстраховаться....

Бытует мнение, что скорость нарастания должна выбираться с десятикратным запасом (см. статью http://zverevaudio.narod.ru/articles/TIM/TIM.html).

Скорость нарастания выходного напряжения определяется как максимум функции dV/dt на выходе усилителя для очень большого входного сигнала. При данных условиях усилитель работает в режиме перегрузки по крутизне и приобретает очень высокую нелинейность. Распространенной практикой является увеличение скорости нарастания при разработке усилителя для достижения мягкого ограничения передаточной характеристики. Усилитель становится чрезмерно нелинейным задолго до достижения скорости нарастания. Так как TIM появляются уже когда выброс компрессируется, несомненно усилители могут иметь тенденцию создавать TIM на фронтах сигнала задолго до достижения скорости нарастания [10]. Следовательно, TIM могут быть предсказаны из скорости нарастания только в таких усилителях, в которых предоконечные каскады имеют жесткое ограничение. В экспериментах автора TIM у некоторых усилителей могли появляться при достижении менее одной десятой от скорости нарастания.

Хотя тут имеют ввиду, что скорость нарастания может быть и большой, несмотря на то, что перегрузка каскадов получается и при меньших dV/dt. Т.е. большая скорость нарастания усилителя ещё не говорит о том, что усилитель способен воспроизводить сигналы без динамических искажений.

[Nick]

Поэтому не всегда можно считать, что усиление по напряжению полностью реализуется только на одном каскаде с ОБ!

Формально да, но в реалии это практически не играет никакой роли, там где он усиливает, у него будут очень маленькие амплитуды, т.к. ОБ даст основное усиление.

[viktor8m]

Кто бы спорил.

Это было как раз в знак согласия.