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]

Павел, ты совсем заврался! Покажи - где ты такое писал вообще, и, тем-более - пол темы(??!!), как пытаешься здесь утверждать?(благодетель Вы наш). Специально не поленился - просмотрел все 38 страниц темы, потратив два часа, но не нашел ни одного твоего коммента, равно наоборот - это писали другие коллеги по форуму, коих ты тотчас раскритиковывал в пух и прах. Зато у тебя вполне хватило "знаний" написать такое:

audiomun, у меня просто нет слов! Может Вы просто ники форумчан перепутали с моим? Я же с самого начала приводил пример УМЗЧ с одноплюсной коррекцией, в котором только один каскад УН. Потом мы выясняли сколько можно получить усиления с одного каскада с ОБ, чтобы можно было получить требуемую глубину ООС. Это всё с моей подачи было. Не понимаю, что у Вас с памятью.

---------- Добавлено в 15:35 ---------- Предыдущее сообщение в 15:32 ----------

Повторитель - быстрый УН, это как??? Всё-таки, может повторитель - это УТ? Либо - я совсем отстал(видимо - старая школа). Торопыга Вы наш Вячеслав P.S. И вообще - всю эту теоретическую бодягу можно было(и нужно) уложить в две страницы обсуждения, ибо сия тема давно подробно разжевана в первоисточниках.

Повторитель это ИНУН с Ku=1. Вместо него можно поставить, например ТОСник, тогда Ku может быть больше 1. Я писал в общем УН, потому что анализировал усиление каскадов по напряжению.

---------- Добавлено в 15:44 ---------- Предыдущее сообщение в 15:35 ----------

Не обязательно. В моём случае антинасыщение предусматривалось, на максимальной мощности никаких искажений до 70 кГц, но при клиппинге сказывалась входная ёмкость первого транзистора включенного с ОИ (второй транзистор по схеме ОБ), которая в период клипинга заряжалась до непотребной величины цепями ООС из за срыва слежения ООС. Очень похоже на динамические искажения, если не учитывать, что срыв проиходит только при перегрузке уся, что (опять каюсь) нельзя назвать динамическими искажениями. Я бы назвал это характерной формой клипинга, не употребляя слово "динамические". Проблема легко решилась включением перед затвором эмиттерного повторителя, при этом зубец запаздывания не то что совсем исчезает, но уменьшается до мизерной величины, заметной только с "лупой" развертки осциллографа.

теоретизирующий практик, всегда можно решить проблему установив правильный ход ограничения (перегрузки) каскадов при клиппинге. К примеру в усилителе с многопетлевой ООС, чаще бывает, что с увеличением амплитуды сначала перегружается выходной каскад, а потом входной. В этом случае выход из клиппинга обычно затруднён. И решить эту проблему можно, только если ограничить усиление выходного каскада до такой величины, чтобы его нельзя было перегрузить максимальным напряжением с выхода первого каскада.

[теоретизирующий практик]

Под динамическими искажениями понимаются искажения в усилителе, когда на вход подаются сигналы отличные от статического синуса. Они происходят из-за того, что любой сигнал, отличный от статического синуса (напр., музыкальный), представляет собой сумму синусов с разной амплитудой и частотой (а значит скоростью изменения) и вот эти дополнительные синусы с большей частотой (а именно они и создают реальную форму сложного сигнала) могут неправильно усилиться.

Виктор, Ваше высказывание выглядит несколько витиевато. (интересно у самого то меня много витиеватых высказываний ) По моему не будет ошибки в более простом , учитывающем просто синусоидальный сигнал максимальнй воспроизводимой частоты, и максимальной амплитуды. Ведь коню понятно, что при условии недопущения амплитудной перегрузки сумма любого количества синусоидальных сигналов в пределах максимальной частоты даст спектр не выше максимальной частоты, а максимальная амплитуда уже по условию получится не больше допустимой. (наверное тоже витиевато, но Вы поймете).

Анатолий.

[VVS_]

Если усилитель симметричный, можно все нужное усиление набрать в предвыходном каскаде где два управляемых источника тока со следящими каскодами работают встречно.
Подняв их ток покоя можно и усиление и полосу нужную снять. А входные дифкаскады могут иметь скромное усиление и огромный запас по клипу.
И еще, так ли необходима именно глубокая ООС? Может лучше линеаризовать ВК местной компенсацией?

[Mepavel]

Вы не слышите, что я говорю.
Речь шла об АЧХ на максимальном сигнале. А ваш пример не воспроизводит максимальный сигнал, то есть имеем завал АЧХ.
Дальше уже не о чем спорить

Teoretic, если вы более внимательно посмотрите пример. То обнаружите, что завал АЧХ в случае перегрузки первого каскада по выходу будет иметь более резкий характер, чем завал АЧХ из-за ограничения по току (скорости нарастания). В моём примере максимальная амплитуда - 1 В. До частоты 20 кГц можно заметить, что завала амплитуды не происходит. А форма сигнала больше похожа на пилу. С случае ограничения по выходному напряжению первого каскада искажений синусоиды не будет вплоть до ограничения первого каскада по напряжению. В этом случае завал АЧХ будет более резким. Это я к тому, что АЧХ всего усилителя может и не иметь ярко выраженного завала на ВЧ, но динамические искажения могут присутствовать. С случае ограничения по скорости нарастания завал АЧХ будет оттянут несколько выше по частоте. Это объясняется несколько разным механизмом зарядки конденсатора. Если заряжать конденсатор через резистор и источник напряжения, то ток в резисторе будет спадать по мере зарядки конденсатора. Это безусловно линейная система и в тот момент, когда входной каскад уйдёт в ограничение, произойдёт завал АЧХ. Но в случае зарядки конденсатора через ИТ, напряжение на конденсаторе может выходить на нужную амплитуду, заваливая более крутые участки синусоиды. И завала по АЧХ может и не быть (см. пример в Micro-Cap 8.0), но динамические искажения могут достигать большой величины (завала по амплитуде нет на 20 кГц, а форма сигнала - пила).

[viktor8m]

Виктор, Ваше высказывание выглядит несколько витиевато.

А по моему я достаточно точно ответил на вопрос, что понимают под динамическими искажениями. Совершенно там не преследовалась цель что-то сравнивать или обосновывать формулами.

[Mepavel]

Ведь коню понятно, что при условии недопущения амплитудной перегрузки сумма любого количества синусоидальных сигналов в пределах максимальной частоты даст спектр не выше максимальной частоты, а максимальная амплитуда уже по условию получится не больше допустимой. (наверное тоже витиевато, но Вы поймете).

Совершенно верно. Тут уже Edgar проводил доказательство этого в посте #591.

[Teoretic]

Даже если вход защищён от помех такой частоты (от недостатка фильтрации выхода ЦАП или наводок от силового питания ВК в классе АВ), то могут прийти по цепи ООС (мои посты 595 и 611), да и при неправильной добротности петли ООС (что вероятно при глубокой ООС) даже сигнал нормальной частоты может вызвать перерегулирование с огромной скоростью (т.е. появление ВЧ частот).

С этим, конечно, мне трудно спорить, да и это совсем другая тема - нелинейные искажения выходного каскада.
Здесь мы боремся с искажениями, которые возникают и в абсолютно линейных усилителях.

---------- Добавлено в 15:21 ---------- Предыдущее сообщение в 15:14 ----------

Teoretic, если вы более внимательно посмотрите пример. То обнаружите, что завал АЧХ в случае перегрузки первого каскада по выходу будет иметь более резкий характер, чем завал АЧХ из-за ограничения по току (скорости нарастания). В моём примере максимальная амплитуда - 1 В. До частоты 20 кГц можно заметить, что завала амплитуды не происходит. А форма сигнала больше похожа на пилу. С случае ограничения по выходному напряжению первого каскада искажений синусоиды не будет вплоть до ограничения первого каскада по напряжению. В этом случае завал АЧХ будет более резким. Это я к тому, что АЧХ всего усилителя может и не иметь ярко выраженного завала на ВЧ, но динамические искажения могут присутствовать. С случае ограничения по скорости нарастания завал АЧХ будет оттянут несколько выше по частоте. Это объясняется несколько разным механизмом зарядки конденсатора. Если заряжать конденсатор через резистор и источник напряжения, то ток в резисторе будет спадать по мере зарядки конденсатора. Это безусловно линейная система и в тот момент, когда входной каскад уйдёт в ограничение, произойдёт завал АЧХ. Но в случае зарядки конденсатора через ИТ, напряжение на конденсаторе может выходить на нужную амплитуду, заваливая более крутые участки синусоиды. И завала по АЧХ может и не быть (см. пример в Micro-Cap 8.0), но динамические искажения могут достигать большой величины (завала по амплитуде нет на 20 кГц, а форма сигнала - пила).

Послушайте, вы ломитесь в открытую дверь. Я прекрасно понимаю, о чем вы говорите, но никак не могу втолковать вам, что не вижу смысла анализировать скорости нарастания, когда каскад уже вышел в ограничение (не имеет значения, по току или по напряжению).

И АЧХ, конечно, завалится, раз не хватает скорости нарастания, чтобы воспроизвести сигнал. Просто, если это произойдет на самой верхней частоте, вы этого можете и не заметить.
В вашем примере типичные динамические искажения, но скорость нарастания - не при чем, поскольку она меряется при линейном режиме, а не в режиме ограничения.

[viktor8m]

Ведь коню понятно, что при условии недопущения амплитудной перегрузки сумма любого количества синусоидальных сигналов в пределах максимальной частоты даст спектр не выше максимальной частоты, а максимальная амплитуда уже по условию получится не больше допустимой.

Пост 760 объясняет возможные причины попадания повышенных по сравнению с имеющимися в исходном сигнале частот в петле ООС. Кстати, вот ещё одна причина, супербанальная - усилитель порождает гармоники (часто вплоть до сотен кГц) исходного сигнала и они возращаются на вход по петле ООС.

[audiomun]

Может Вы просто ники форумчан перепутали с моим? Я же с самого начала приводил пример УМЗЧ с одноплюсной коррекцией,

Видимо - это ты путаешь ники - первый упомянул про однокаскадный УМЗЧ SAPR , в посте #13, затем Teoretic в посте #25.

Это всё с моей подачи было.

Скромнее надо быть, гордыня и мания величия - это уже диагноз. Вячеслав

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


Ведь коню понятно, что при условии недопущения амплитудной перегрузки сумма любого количества синусоидальных сигналов в пределах максимальной частоты даст спектр не выше максимальной частоты, а максимальная амплитуда уже по условию получится не больше допустимой.



Пост 760 объясняет возможные причины попадания повышенных по сравнению с имеющимися в исходном сигнале частот в петле ООС. Кстати, вот ещё одна причина, супербанальная - усилитель порождает гармоники (часто вплоть до сотен кГц) исходного сигнала и они возращаются на вход по петле ООС.

Да ладно , Виктор, Вы уже второй раз отвечаете на незначительное предложение как говорят: "по ведению собрания". Совершенно с Вами согласен.

Анатолий.

[Mepavel]

Видимо - это ты путаешь ники - первый упомянул про однокаскадный УМЗЧ SAPR , в посте #13, затем Teoretic в посте #25.

Скромнее надо быть, гордыня и мания величия - это уже диагноз. Вячеслав

audiomun, ну уже не смешно.

[Slava!!!]

Здесь мы боремся с искажениями, которые возникают и в абсолютно линейных усилителях.


но скорость нарастания - не при чем, поскольку она меряется при линейном режиме, а не в режиме ограничения.

Ограничение скорости нарастания - процесс сугубо нелинейный, связанный напрямую с ограничением амплитуды сигнала во внутренних каскадах усиления.

Классический пример - усилитель с дифференциальным каскадом на входе. Как известно, в эмиттеры дифференциальной пары (будем считать для определенности, что диф. пара составлена из биполярных транзисторов, хотя рассуждения верны идл ПТ, и для ламп) подается стабильный ток I0. От напряжения на входе диф. пары зависит распределение этого тока между плечами, т.е. ток каждого из плеч, составляющий при нуле на входе I0/2, может изменяться от нуля до I0.

Если плечо дифкаскада нагружено на резистор сопротивлением R, то максимальное напряжение на выходе U=I0*R. Никаким увеличением напряжения на входе дифкаскада это напряжение не может быть повышено. Классическое амплитудное ограничение.

А если нагрузкой плеча дифкаскада служит емкость? Тогда скорость нарастания напряжения dU/dt = I/С. Очевидно, что (dU/dt)max = I0/С. Ограничение амплитуды тока приводит к ограничению скорости нарастания напряжения. Очевидно, это нелинейный процесс.

И еще. Очевидно, что токи в каскадах любого реального электронного устройства небезграничны. Равно как и емкости их нагрузок не могут быть строго нулевыми (хотя бы паразитные емкости монтажа будут обязательно). Поэтому реальные усилители ВСЕГДА будут ограничивать скорость нарастания напряжения. Другой вопрос - насколько это будет заметно в данной конкретной конструкции.

[Teoretic]

Ограничение скорости нарастания - процесс сугубо нелинейный, связанный напрямую с ограничением амплитуды сигнала во внутренних каскадах усиления.

Вы путаете две разные вещи.

Первая. Скорость нарастания, измеряемая по реакции усилителя на единичный перепад. Никакого ограничения нигде нет. Процесс строго линейный. Обычно именно эту скорость и называют скоростью нарастания. Я все время о ней говорю.
Обычно эту реакцию на единичный перепад называют переходной характеристикой.
Вид переходной характеристики (а значит, и величина скорости нарастания) однозначно определяется амплитудофазочастотной
характеристикой усилителя.

Вторая. Промежуточный каскад вошел в ограничение. Грубо говоря, прямоугольник, который он выдает вместо синуса, интегрируется последующим инерционным каскадом. На выходе имеем треугольник со скоростью нарастания о которой вы тут толкуете, и который
на самом деле никакого отношения к переходной характеристике не имеет, поскольку при ограничении процесс нелинейный.
Это динамические искажения, о чем, собственно весь топик.

[Slava!!!]

Вы путаете две разные вещи.

Первая. Скорость нарастания, измеряемая по реакции усилителя на единичный перепад. Никакого ограничения нигде нет. Процесс строго линейный.
Вид переходной характеристики (а значит, и величина скорости нарастания) однозначно определяется амплитудофазочастотной
характеристикой усилителя.

Если скорость нарастания ограничивается линейными процессами (формой АФЧХ), то она будет зависеть от амплитуды. Больше амплитуда - выше скорость нарастания.

Очевидно, что в этом случае скорость нарастания в отрыве от амплитуды не может служить характеристикой устройства.

Если же скорость нарастания при достижении сигналом некоторой амплитуды перестает расти, оставаясь неизменной, то это нелинейное ограничение по описанному мною выше механизму. Эта величина может служить характеристикой устройства. Именно такая скорость нарастания приводится в даташитах на ОУ.

[Teoretic]

Если скорость нарастания ограничивается линейными процессами (формой АФЧХ), то она будет зависеть от амплитуды. Больше амплитуда - выше скорость нарастания.

Неверно. Я же подчеркнул, процесс строго линейный, от амплитуды не может зависеть по определению, и не зависит.

Очевидно, что в этом случае скорость нарастания в отрыве от амплитуды не может служить характеристикой устройства.

Мне (и многим учебникам по линейным цепям) очевидно прямо противоположное.

Если же скорость нарастания при достижении сигналом некоторой амплитуды перестает расти, оставаясь неизменной, то это нелинейное ограничение по описанному мною выше механизму. Эта величина может служить характеристикой устройства. Именно такая скорость нарастания приводится в даташитах на ОУ.

Скорость нарастания никуда не растет, это постоянная величина для данного устройства.
Да, именно она приводится в даташитах.

[Mepavel]

А если нагрузкой плеча дифкаскада служит емкость? Тогда скорость нарастания напряжения dU/dt = I/С. Очевидно, что (dU/dt)max = I0/С. Ограничение амплитуды тока приводит к ограничению скорости нарастания напряжения. Очевидно, это нелинейный процесс.

Вы повторяете мой пост #741 и #743.

[Slava!!!]

Неверно. Я же подчеркнул, процесс строго линейный, от амплитуды не может зависеть по определению, и не зависит.


Мне (и многим учебникам по линейным цепям) очевидно прямо противоположное.

ОК. Можно пример из учебника простейшей линейной цепи, обеспечивающей амплитудонезависимую скорость нарастания?

---------- Добавлено в 00:51 ---------- Предыдущее сообщение в 00:49 ----------

Вы повторяете мой пост #741 и #743.

Я на копирайт не претендую. Приведенная информация есть в любом учебнике.

[Mepavel]

Вид переходной характеристики (а значит, и величина скорости нарастания) однозначно определяется амплитудофазочастотной
характеристикой усилителя.

В корне неверно. Если скорость нарастания постоянна, как в случае зарядки ёмкости постоянным током, процесс нелинейный. А значит он не может быть однозначно описан АЧХ и ФЧХ, как в случае RC цепочки.

---------- Добавлено в 00:52 ---------- Предыдущее сообщение в 00:52 ----------

Я на копирайт не претендую. Приведенная информация есть в любом учебнике.

Так Вы это копировали из учебника?

[Slava!!!]

Так Вы это копировали из учебника?

Изложил своими словами

[Mepavel]

Вторая. Промежуточный каскад вошел в ограничение. Грубо говоря, прямоугольник, который он выдает вместо синуса, интегрируется последующим инерционным каскадом.

Тогда в этом случае будет экспонента, а не треугольник.

---------- Добавлено в 00:55 ---------- Предыдущее сообщение в 00:55 ----------

Изложил своими словами

Я тоже вообще-то.