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

[VVS_]

Что будет с динамическими искажениями безОСника? К чему стремиться? Прототип Lynx 11 без ООС, к примеру.

[PMCF]

Что будет с динамическими искажениями безОСника? К чему стремиться? Прототип Lynx 11 без ООС, к примеру.

Зависит от конкретной ситуации, в моем случае с акустикой PMC EB1i избавиться от вопросов ОООС не очень получается. Звук безОООСников хорош, но не совсем устраивает характер подачи НЧ. Пока что неглубоко-быстро-ОООСник обеспечивает наиболее качественное звучание.
Вопрос с динамическим искажениями актуален, но однозначно его нужно изучать на специальных нестационарных сэмплах звукового или тестового сигнала.

[Shaq]

PMCF

Тут вот пытаюсь в уме представить ваш усилитель. Какая у вас частота еденичного усиления в петле, положение доминантного и остальных полюсов? Приблизительно.

[АЛВАЛИ]

ООС тоже могут работать как ФНЧ..... ФНЧ - лишь средство для уменьшения скорости нарастания ..... при данной амплитуде.

При чОм, чем сильнее уменьшит, тем лучше.

Чем быстрее работает петля ОООС, тем лучше звук.

Однозначно.

Если эти усилители ОООСные, то всегда "фишкой" разработчиков является максимально достижимая скорость в петле ОООС, на грани устойчивости. Разработчик Soulution говорил о временах задержки 14ns.

Между, временем задержки по петле ООС и устойчивостью системы, СВЯЗИ НЕТ.

[PMCF]

PMCF Тут вот пытаюсь в уме представить ваш усилитель. Какая у вас частота еденичного усиления в петле, положение доминантного и остальных полюсов? Приблизительно.

Современными средствами моделирования не пользуюсь и на расчеты не очень заморачиваюсь. Если грубо описать схему, это сравнительно простой маломощный однотактник, входной каскад ОИ на J103 (2мА) с резистивной нагрузкой, второй каскад ОИ на запараллеленной двойке К117 (8мА) с резистивной нагрузкой, выходная дарлингтон-тройка на радиочастотных транзисторах ВС107-КТ904-КТ980 нагружен на ИТ ток покоя 2,5А (последний транзистор 300Вт, Ft 300МГц), нагрузка подключается в параллель активной тройке (не ИТ), ОС токовая из точки соединения тройка-ИТ (до выходного конденсатора) в ИСТОК входного J103. Нагрузка через наборный и шунтированный выходной конденсатор суммарной емкостью 30000мкФ, в остальном связь гальваническая. Усиление по напряжению менее 20дБ (отношение напряжений выхода-входа около 8).
Полоса пропускания по -1дБ около 2МГц.

---------- Добавлено в 11:55 ---------- Предыдущее сообщение в 11:50 ----------

Между, временем задержки по петле ООС и устойчивостью системы, СВЯЗИ НЕТ.

Зачастую для предотвращения возбуда а затем для предотвращения колебательного процесса на фронте меандра приходится увеличивать номиналы элементов коррекции, это "замедляет" усилитель.

[Shaq]

К117 или КТ117?

[AS79]

Подозреваю, что 2sk117.

[PMCF]

К117 или КТ117?

2SK117 jFETs, получше с моей точки зрения чем популярные 2SK170

[antiluser]

Пока что неглубоко-быстро-ОООСник обеспечивает наиболее качественное звучание.

В моем усилителе такая концепция тоже хорошо себя зарекомендовала. Но я не думаю, что с глубокой ОООС должно быть хуже, скорее наоборот.

[PMCF]

В моем усилителе такая концепция тоже хорошо себя зарекомендовала. Но я не думаю, что с глубокой ОООС должно быть хуже, скорее наоборот.

Глубокая ОООС неизбежна для подавления "противных" кроссоверных искажений (хотя тоже не мед загонять кроссоверные искажения в петлю ООС), а для чистого класса А я бы поставил необходимость ГЛУБОКОЙ ОООС под сомнение, растет риск искажений из-за ... .

[viktor8m]

В учебнике по акустике посмотрел принятые пороги слуха для времени (они найдены прослушиванием, поэтому может быть, что у кого-то порог ещё ниже): для частот ниже 1кГц это 1 мс, для 1-10кГц это 0.5 мс. Значит, даже если полюс в усилителе единственный, его не стОит выбирать ниже 320 Гц (к примеру, у LME49710 полюс около 5 Гц, а у ADA4898-1 с той же единич. частотой полюс около 500 Гц, и ADA4898-1 на энергичной музыке может звучать лучше LME49710, несмотря на то, что у последней формально меньше гармонические искажения, тем более, что и у ADA4898-1 они ниже порога слышимости). А если учесть, что в разных УМ могут быть два полюса, плюс по петле ООС приходят сигналы ошибки от реакции колонок и частоты, создающиеся в ВК (особенно, если он в классе АВ\В), то понятно стремление увеличить первый полюс как можно больше и даже отодвинуть вообще за пределы 20кГц.

Надо еще добавить, что усилители с одним каскадом усиления напряжения полностью свободны от динамических искажений.

Это не верно, зависит, от какого вида динам. искажений, какой у этого каскада полюс, запас по напряжению и т.д.

Но я не думаю, что с глубокой ОООС должно быть хуже, скорее наоборот.

Если ООС не правильная (а это вопрос полюсов), то глубокая ООС только навредит. Часто лучше использовать двухпетлевую ООС при сравнительно небольшой глубине каждой из них.

[Edgar]

Если полюс находится на частоте 300Гц, то на 3кГц сдвиг фазы на выходе 90 градусов (почти). Т.е. на 3кГц когда на входе полная амплитуда, то по цепи ООС приходит ноль? Так что ли?

[antiluser]

Если ООС не правильная (а это вопрос полюсов), то глубокая ООС только навредит.

Offтопик:
Нет, такую нам не надо Будем считать, что все грамотно.

[viktor8m]

Если полюс находится на частоте 300Гц, то на 3кГц сдвиг фазы на выходе 90 градусов (почти). Т.е. на 3кГц когда на входе полная амплитуда, то по цепи ООС приходит ноль? Так что ли?

И Вы то же рассматриваете усилитель как дискретную систему? Если на входе был ноль, то при появлении сигнала действительно есть момент устаканивания, но он быстрый (хоть и искажён), а потом, пока непрерывен сигнал, то и сигнал ООС непрерывен (просто не достаточно исправляет слишком быстрый относительно полюсов сигнал). Если ошибка исправления сравнительно мала (не превышает допустимую границу по ограничению первых каскадов) и не приводит к появлению искажений больше, чем нам хочется, то всё в порядке, и на эту неидеальность ООС из-за задержки не стОит обращать внимания.

[Slava!!!]

Если полюс находится на частоте 300Гц, то на 3кГц сдвиг фазы на выходе 90 градусов (почти). Т.е. на 3кГц когда на входе полная амплитуда, то по цепи ООС приходит ноль? Так что ли?

Ни разу не так.

Каскад, вносящий полюс, стоит после каскада, вычитающего сигнал ООС из входного сигнала, и вертит по фазе уже не входной сигнал, а результат вычитания (также сдвинутый по фазе относительно входного сигнала).

Здесь очень полезно попробовать нарисовать векторную диаграмму. Взять, к примеру, неинвертирующий повторитель с коэф. усиления до охвата ООС, равным 10. Изобразить векторы входного сигнала, выходного сигнала, их разности, той же разности, усиленной в 10 раз и повернутой по фазе на 90 град (этот вектор, очевидно, должен строго совпасть с вектором выходного сигнала). Поначалу будет тяжело, зато к концу работы наступит полная ясность с принципом работы ООС и дурацкие вопросы отпадут сами собой.

[Edgar]

Это был вопрос риторический.... Связанный с предыдущим постом про ужасность полюсов на 300Гц.

[Johny]

Если на входе был ноль, то при появлении сигнала действительно есть момент устаканивания, но он быстрый...

Именно эта короткая временная зона и есть область существования TIMD.

... а потом, пока непрерывен сигнал, то и сигнал ООС непрерывен ...

...Если ошибка исправления сравнительно мала (не превышает допустимую границу по ограничению первых каскадов) и не приводит к появлению искажений больше, чем нам хочется, то всё в порядке...

А этот тезис - главный принцип проектирования усилителей без TIMD.

[Mepavel]

Вы не то смотрите. Мы рассматриваем непрерывное усиление нестационарного сигнала, сигнал ООС тоже непрерывен, просто из-за задержки не соответствует данному мгновению входного сигнала (т.к. сейчас пришла реакция ООС от некоторого предыдущего значения входного сигнала) и может случиться перегрузка входного сигнала. Кстати, именно из-за неминуемой задержки сигнала ООС с помощью ООС невозможно добиться нулевых искажений. А реальная задержка для импульсного сигнала составляет микросекунды даже для полюса в десятки кГц.

Странно, что Вам не доходит. Сигнал ООС не "бродит" где-то, он непрерывен, но для данного момента (выборки) входного сигнала соответствующий ему сигнал ООС появится только спустя скажем несколько микросекунд, а в тот же момент сигнал ООС не соответствует ему, а соответствует какому-то предыдущему моменту входного сигнала. Что тут не понятно?

Полностью поддерживаю этот взгляд на вещи. Кто собирал ОООСные и безОООС усилители и сравнивал звучание в КАЧЕСТВЕННОЙ системе, чисто из практики получает уверенность в правильности этой картинки. Чем быстрее работает петля ОООС, тем лучше звук.
Приведенные выше ссылки относятся к серии публикаций об усилителях с наилучшим звучанием. Если эти усилители ОООСные, то всегда "фишкой" разработчиков является максимально достижимая скорость в петле ОООС, на грани устойчивости. Разработчик Soulution говорил о временах задержки 14ns.
В моих самоделках обычно получаю 28-36ns (просто на 2-лучевом осциллографе нужно подогнать по амплитуде выходной и входной сигналы).

Какой кошмар. Какие антинаучные и бездоказательные утверждения. Читаю и поражаюсь. Один пишет, что если не дай бог в петле произойдёт сдвиг в 90 градусов. То всё… сигнал будет отставать и ООС будет совсем не то компенсировать. Ну что Вы как дети? Вы совсем не принимаете во внимание усиление. Вы мыслите как глупый инженер из той статьи, которую привёл Shaq.
http://electronicdesign.com/article/...how-part-19365

A FOOLISH IDEA
Let’s have a little more insight on this gain stuff. “Nobody needs an op amp with gain higher than 200k,” I once heard one foolish engineer say. “Besides, nobody would want to measure an op amp’s gain at 2 million or 6 or 10 million, because it would take many seconds of test time, at 0.1 Hz or slower, and nobody wants to pay for that test time.”
***
ГЛУПАЯ ИДЕЯ
Давайте немного больше проникнемся в сущность усиления. “Никто не нуждается в операционном усилителе с усилением выше чем 200 k,” когда-то я услышал, что один глупый инженер так сказал. “Кроме того, никто не хотел бы измерить усиление операционного усилителя в 2 миллионах или 6 или 10 миллионов, потому что потребуется много секунд испытательного времени, в 0.1 гц или медленнее, и никто не хочет заплатить за это испытательное время.”

Wrong! We can test op amps for a gain of 1 million or 10 million in just a few dozen milliseconds. We read the summing- point voltage, put in a suitable step, and wait a couple milliseconds for the summing-point voltage to settle. Then we wait a few milliseconds more, read the changed voltage, and average for a few milliseconds more (perhaps for 16 ms).
The settling time is related to the amplifier’s gain bandwidth, not to its low-frequency “pole,” which is just a fiction.*

Неправильно! Мы можем проверить операционные усилители на усиление в *1 миллиона или 10 миллионов за несколько дюжин миллисекунд. Мы считываем напряжение в суммирующей точке, вставляем подходящий шаг, и ждем пара миллисекунд пока напряжение в суммирующей точке не установится. Тогда мы ждем несколько миллисекунд больше, читаем измененное напряжение, и среднее число для нескольких миллисекунд больше (возможно, в течение 16 миллисекунд).

Время установления связано с полосой пропускания усилителя, а не с ее низкой частотой "полюса", который является только выдумкой.

О чём я и ViktKors тут пишем. Ну давайте быть более грамотными.

Offтопик:

Звук безОООСников хорош, но не совсем устраивает характер подачи НЧ. Пока что неглубоко-быстро-ОООСник обеспечивает наиболее качественное звучание.

Опять пошла необоснованная реклама безосников.

[viktor8m]

Связанный с предыдущим постом про ужасность полюсов на 300Гц.

Где я говорил про ужасность? Я (да и множество на разных форумах по результатам прослушивания) говорил, что стОит выбрать первый полюс как можно больше (теоретически выше 300Гц), это не значит, что ОУ и усилители с меньшим полюсом обязательно звучит плохо, но Вы будете ограничены музыкой (т.е. одна песня или музыка идёт хорошо, а в другой на отдельных быстрых фрагментах слышна отсебятина), а при высоком полюсе этого ограничения не будет.

[Mepavel]

В учебнике по акустике посмотрел принятые пороги слуха для времени (они найдены прослушиванием, поэтому может быть, что у кого-то порог ещё ниже): для частот ниже 1кГц это 1 мс, для 1-10кГц это 0.5 мс. Значит, даже если полюс в усилителе единственный, его не стОит выбирать ниже 320 Гц (к примеру, у LME49710 полюс около 5 Гц, а у ADA4898-1 с той же единич. частотой полюс около 500 Гц, и ADA4898-1 на энергичной музыке может звучать лучше LME49710, несмотря на то, что у последней формально меньше гармонические искажения, тем более, что и у ADA4898-1 они ниже порога слышимости). А если учесть, что в разных УМ могут быть два полюса, плюс по петле ООС приходят сигналы ошибки от реакции колонок и частоты, создающиеся в ВК (особенно, если он в классе АВ\В), то понятно стремление увеличить первый полюс как можно больше и даже отодвинуть вообще за пределы 20кГц.

viktor8m, большего ужаса я давно не видел. Вы лучше на модели это покажите, прежде чем писать про задержки в 1 мс! на 1 кГц - это сдвиг на 360 градусов)))

---------- Добавлено в 12:47 ---------- Предыдущее сообщение в 12:43 ----------

Offтопик:

А этот тезис - главный принцип проектирования усилителей без TIMD.

Johny, теперь понятна Ваша квалификация.

---------- Добавлено в 12:52 ---------- Предыдущее сообщение в 12:47 ----------

Где я говорил про ужасность? Я (да и множество на разных форумах по результатам прослушивания) говорил, что стОит выбрать первый полюс как можно больше (теоретически выше 300Гц), это не значит, что ОУ и усилители с меньшим полюсом обязательно звучит плохо, но Вы будете ограничены музыкой (т.е. одна песня или музыка идёт хорошо, а в другой на отдельных быстрых фрагментах слышна отсебятина), а при высоком полюсе этого ограничения не будет.

viktor8m, так совсем наоборот для УМЗЧ с ультразвуковым полюсом отсебятины будет больше, так как в звуковой полосе ГВЗ даже растёт за счёт недостатка коэффициента усиления. Чем больше Ky тем сильнее фаза выравнивается после охвата ООС и тем точнее передаваемый сигнал.