УМЗЧ с ОС по вычитанию искажений

[Yauhen]

Уважаемые господа,
Как-то в №3 «Радио» за 1997г. обнаружил статью О.Русси «УМЗЧ с обратной связью по вычитанию искажений». Тема заинтересовала своей революционностью. Однако в Интернете практически нет её обуждений. Нашёл здесь, у Konkere, ветку двухлетней давности, да и та короткая, и состоит из высказываний двух-трёх человек. Странно, ведь похоже, О.Русси дело говорит.
Если кто-то всерьёз отрабатывал этот усилитель или хотя бы идею, огласите результаты, плиз. Также буду рад любым высказанным мнениям на эту тему.
Теория в изложении автора здесь: http://russi.boom.ru/Osfi.htm
Статья об усилителе здесь:

[Turbo_man]

вместо общей ООС.

Вместо? А я полагал, что дополнительно.

Или вы про безОС-ные усилители?

[LabAT]

Вместо? А я полагал, что дополнительно.

Или вы про безОС-ные усилители?

Вероятно не Вы один. Можно и дополнительно, но тогда вычитаться будут не только искажения, но и часть полезного сигнала. Чуть выше, шла речь как раз о таком варианте.
Но практически тоже самое будет и при «недокомпенсации», когда К(Uвх+Uг) ослаблять не в К раз. Здесь вопрос открытый, статистики еще нет, время покажет, что именно лучше.

[Turbo_man]

Можно и дополнительно, но тогда вычитаться будут не только искажения, но и часть полезного сигнала.

На выходе диффусилителя нет полезного сигнала. Вернее он очень сильно ослаблен.

[LabAT]

На выходе диффусилителя нет полезного сигнала. Вернее он очень сильно ослаблен.

Ну, наверное тогда ОУ поможет.

[ViktKors]

А не пора ли уже предложить вариант доработки какого-нибудь готового (заводского) средненького усилителя, и обмерить его до и после модификации?

так зачем далеко ходить, Ник тут сделал именно это - сравнивайте zd50 с одиночной ЛМ-кой.

Все в zd50 именно так, как того требует "ОС по вычитанию искажений" - отдельный ОУ, работающий как "селектор искажений" (основной усилитель собран на ЛМ-ке, дополнительный-же ОУ видит только искажения и корректирует их). Только автор не стал объявлять об уникальности "идеи" и вместо жалоб на то, что

Другое дело, нет (пока нет) общей методики настройки данной топологии и требований к исходному усилителю.

или

В Вот вопрос состоит в том, что происходит, если генерация появляется, иногда, но тем не менее появляется. Что не так у конкретного исходного усилителя? Или у вспомогательного.

просто открыл учебник (их уже скоро 100 лет как печатают), построил петлевое усиление и откорректировал его "по букварю", получив вместо обещаний работающий усилитель. Кстати, у Ника все в открытом доступе - читайте, повторяйте. Я тут и рисовалку ЛАЧХ выкладывал, можно вообще ничего не знать про полюса-нули, просто подогнать усиление под кривулю и получить работающий усилитель (чтоб работало хорошо, нужно еще пару условий выполнить, но там по ходу решения все становится +/- очевидно)

П.С. У кого-то стоит в подписи: "прежде чем сделать открытие - загляни в учебник"

[81bas]

81bas,
У Вас «заклинило». Вычитаем и умножаем на единицу.
1*[(Uвх+Uг) – Uвх]=Uг
Это и подается на инвертирующий вход А2.

81bas,
Выделенный сигнал ошибки, ослабляется до уровня в точности пропорционального входному сигналу.
Еще раз, если пропустили.
Uг – это сигнал приведенный ко входу, т.е. ослабленный выходной сигнал искажений ровно в К раз.

Помоему "клинит" как раз таки у Вас...

Выделенный сигнал ошибки присутствует ровно до тех пор, пока ошибка есть на самом выходе (выход A2 по рис.5 выше). По Вашим размышлениям, подавая выделенный сигнал ошибки (ослабленный в K раз и усиленный блоком A1 в 1 раз) на инв вход A2 получаем на выходе нулевую ошибку. Но при этом исчезает и выделенный сигнал ошибки и он больше не подается на A2. Поэтому никакого полного вычитания ошибки не выйдет. Это непрерывная система и рассматривать синал отдельно на входе и выходе не совсем корректно.
Блок A1 на рис. 5 должен иметь как можно большее усиление, чтобы эффективно выделять малейшие ошибки на выходе A2 (о чем кстати в статье и написано)...

[LabAT]

Помоему "клинит" как раз таки у Вас...

Выделенный сигнал ошибки присутствует ровно до тех пор, пока ошибка есть на самом выходе (выход A2 по рис.5 выше). По Вашим размышлениям, подавая выделенный сигнал ошибки (ослабленный в K раз и усиленный блоком A1 в 1 раз) на инв вход A2 получаем на выходе нулевую ошибку. Но при этом исчезает и выделенный сигнал ошибки и он больше не подается на A2. Поэтому никакого полного вычитания ошибки не выйдет. Это непрерывная система и рассматривать синал отдельно на входе и выходе не совсем корректно.
Блок A1 на рис. 5 должен иметь как можно большее усиление, чтобы эффективно выделять малейшие ошибки на выходе A2 (о чем кстати в статье и написано)...

Правильно, ошибка есть до тех пор пока она есть. Рассмотрим когда ее уже нет. Если искажения уже отсутствуют Uг=0 и А2 усиливает только полезный сигнал без искажений, если искажения вновь появятся, то компенсатор А1 опять их уберет. Он будет постоянно поддерживать этот баланс, как поддерживает баланс любая следящая система.

[.Васильев]

В таких случаях меня всегда интересует один моментик,так,не очень существенный. соответствие скорости коррекции ошибки с реальным сигналом. Как это влияет на выходной сигнал..

[LabAT]

В таких случаях меня всегда интересует один моментик,так,не очень существенный. соответствие скорости коррекции ошибки с реальным сигналом. Как это влияет на выходной сигнал..

Как влияет. Искажения все-таки есть, потому что существует «скорость реакции системы», абсолютно без искажений не получится никогда.

[ViktKors]

... будет постоянно поддерживать этот баланс, как поддерживает баланс любая следящая система.

"Любая следящая система" имеет дело не только с полезным сигналом, но и с возмущениями внутри петли регулирования. Причем характеристики следящей системы для полезного сигнала и для возмущений могут различаться. Потому любая следящая система (если от нее требуется работоспособность) должна быть оптимирована и для сигналов возмущений. Скажем, собственный шум не стоит усиливать сверх необходимого, система не должна раскачиваться собственными шумами до генерации и т.п.
Потому и ограничиваться рассмотрением только подавления искажений без учета остальных факторов - это примерно аналогично рецептам полета к другим галактиками: "нужно просто построить ракету побольше"

[81bas]

Если искажения уже отсутствуют Uг=0 и А2 усиливает только полезный сигнал без искажений

Вы снова рассматриваете вход и выход A2 во времени раздельно... "Искажения уже отсутствуют" - это пока мы подаем Uг на инвертирующий вход A2 (по рис.5). Но Uг равно нулю, так как "искажения уже отсутствуют"... А это уже парадокс во временном континууме (с)

Представьте себе, что A2 непрерывно создает "искажение" ввиде постоянки на выходе. По Вашим же размышлениям, мы успешно выделили Uг, подали на A2, на выходе постоянка пропала, Uг также пропал, и A2 снова добавляет постоянку. Эти размышления не верны, так как Uг в таком "пошаговом" исправлении искажений будет рекуррентно (рекурсивно) зависеть от всех предыдущих значений Uг. Я не в состоянии записать это математически, но в итоге получится что-то типа усреднения ошибки, возникающей в A2.

То, как Вы размышляете, больше подходит для описания коррекции ошибок по Хауксфорду, схематическое описание которого можно привести к рис.5, где A1 при этом будет иметь бесконечное усиление...

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:H...correction.svg

В этой схеме G2 имеет усиление K=1, G1 имеет усиление K=1/B;

[клистрон]

Если на Рис. 5 блок A1 будет иметь усиление K=1, то искажения усилителя A2 он будет ослаблять не более чем в 2 раза, т.к. ослабляя искажения на выходе A2, в тот же момент будет ослаблен выделенный сигнал ошибки...

81bas - браво брависсимо! Именно в 2 раза. Вы точно, понятно и коротко всё объяснили.

Именно по этой причине все схемы в обсуждаемой статье не корректно называть с компенсацией искажений.
Это схемы, использующие следящие системы, т.е. отрицательную ОС, для уменьшения (не компенсации!) искажений, выделенных тем или иным способом. Точность поддержания этими следящими системами искажений близкими к нулю определяется, как обычно, глубиной ОС.
Различаются эти схемы (на рис. 1, 3, 4 и 5) способами выделения искажений.

[81bas]

Offтопик:

... Именно в 2 раза. Вы точно, понятно и коротко всё объяснили.

Просто эти грабли уже били мне по лбу

[Johny]

Различаются эти схемы (на рис. 1, 3, 4 и 5) способами выделения искажений.

Можно еще смешнее сказать - способами доставки сигнала искажений в точку суммирования.

[Серый Мыш]

Пошаговое рассуждение о работе ООС и/или вычитателя искажений похоже на притчу "Сможет ли гепард обогнать черепаху"

[клистрон]

Именно Акулиничев был первым кто сказал «А», я лишь добавил «Б»

Да, насчёт А и Б.

В книге [1] на стр. 190 дано корректное название класса схем, рассматриваемых в обсуждаемой статье (на рис. 1, 3, 4 и 5). Это схемы на основе "балансной отрицательной обратной связи, известной ещё в 1937г., но до сих пор незаслуженно редко применяемой". При этом "...усилитель реализует новую концепцию высококачественных усилителей - никаких отрицательных обратных связей, если усилитель усиливает без искажений." Ну там ещё куча комплиментов в адрес такой балансной ООС, лучше прочитать желающим, чем мне цитировать.
Литература
1. Под ред. Дъяконова В. П. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. 1994.

[belka]

1. Под ред. Дъяконова В. П. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах.

Спасибо за вашу ссылку, очень в тему. Книга довольно старая и известная, и метода в ней уже опубликована. Это к вопросу о приоритетах и амбициях наших изобретателей.

з.ы. Н.Ш - молодец.

[Валет]

так зачем далеко ходить, Ник тут сделал именно это - сравнивайте zd50 с одиночной ЛМ-кой.

Все в zd50 именно так, как того требует "ОС по вычитанию искажений" - отдельный ОУ, работающий как "селектор искажений" (основной усилитель собран на ЛМ-ке, дополнительный-же ОУ видит только искажения и корректирует их)

Работа микросхемы U2 в режиме селектора искажений используется в ZD-50 не для уменьшения искажений. Она не влияет практически на общие искажения ZD-50, т.к. она не изменяет суммарной глубины ООС. В этом можно убедиться, сравнив в симуляторе искажения ZD-50, с измененным вариантом УМЗЧ, в котором U2 работает в режиме обычного усилителя. Чтобы перевести усилитель в такой режим (это будет обычный композитный усилитель) достаточно первый вывод резистора R8 отключить от выхода U1 и соединить его с землей. При этом не потребуется даже изменять что-либо в цепях коррекции.

Но нормальная работа усилителя будет при этом нарушена по другой причине.
Усилитель U3 имеет Ку=20 и для получения полного размаха выходного напряжения на его неинв. вход надо будет подать примерно 1В ампл. Это означает, что U2 должна выдавать 23В ампл. При напряжении питания U2 = ±12В это, конечно, невозможно. Чтобы обеспечить работоспособность УМЗЧ усиливаемое напряжение и подается на инв. вход U3 минуя U2.

Но работа U2 в режиме селектора искажений имеет в этом случае и отрицательный эффект. Она приводит к тому, что УМЗЧ плохо выходит из клиппинга. Это объясняется тем, что при даже небольшом ограничении напряжения на выходе U3, ОООС разгоняет напряжение на выходе U2 до ограничения, напряжение усиливаемого сигнала на неинв. входе U3 резко возрастает и она переходит в режим глубокого клиппинга. Выход из такого клиппига еще утяжеляет наличие C14, необходимого для нормальной работы в линейном режиме.

Если отбросить религию и использовать U3 в режиме неполной компенсации, например, увеличить сопротивление R8 до такой величины, при которой напряжение усиливаемого сигнала на выходе U2 будет немного меньше ее напряжения насыщения, оставаясь в линейной области, то можно улучшить совершенно даром выход из клиппинга всего УМЗЧ, не ухудшая его линейности в рабочем режиме. Выход и U2 и U3 из клиппинга в рабочий режим будет быстрее.

Все ИМХО, просто потому, что зашла речь об ОСВИ и применении ее в ZD-50.

[ViktKors]

... не изменяет суммарной глубины ООС. В этом можно убедиться, сравнив в симуляторе искажения ZD-50, с измененным вариантом УМЗЧ, в котором U2 работает в режиме обычного усилителя. Чтобы перевести усилитель в такой режим (это будет обычный композитный усилитель) достаточно первый вывод резистора R8 отключить от выхода U1 и соединить его с землей. При этом не потребуется даже изменять что-либо в цепях коррекции.

Да, "симуляторно" все именно так. Коррекции абсолютно наплевать, как именно заземлен вход (напрямую или через буфер).
Аналогично и получающийся композит будет вести себя аналогично zd50, поскольку усиление в петле ООС не изменится.

Но нормальная работа усилителя будет при этом нарушена по другой причине.
Усилитель U3 имеет Ку=20 и для получения полного размаха выходного напряжения на его неинв. вход надо будет подать примерно 1В ампл. Это означает, что U2 должна выдавать 23В ампл. При напряжении питания U2 = ±12В это, конечно, невозможно. Чтобы обеспечить работоспособность УМЗЧ усиливаемое напряжение и подается на инв. вход U3 минуя U2.

Это не просто "обеспечить работоспособность", это еще и обеспечить самому критичному узлу в режим "малых искажений", разгрузить его от лишней работы. Собственно, в этом и есть смысл применения "селектора искажений". Поэтому я никак не могу согласиться с Вашим утверждением:

Работа микросхемы U2 в режиме селектора искажений используется в ZD-50 не для уменьшения искажений.

Но нормальная работа усилителя будет при этом нарушена по другой причине.
Усилитель U3 имеет Ку=20 и для получения полного размаха выходного напряжения на его неинв. вход надо будет подать примерно 1В ампл. Это означает, что U2 должна выдавать 23В ампл. При напряжении питания U2 = ±12В это, конечно, невозможно. Чтобы обеспечить работоспособность УМЗЧ усиливаемое напряжение и подается на инв. вход U3 минуя U2.

Ну 23В - это совсем не обязательно, в конце концов цепи коррекции можно и изменить. Там есть еще и особенности в ультразвуковом диапазоне.

Но работа U2 в режиме селектора искажений имеет в этом случае и отрицательный эффект. Она приводит к тому, что УМЗЧ плохо выходит из клиппинга. Это объясняется тем, что при даже небольшом ограничении напряжения на выходе U3, ОООС разгоняет напряжение на выходе U2 до ограничения, напряжение усиливаемого сигнала на неинв. входе U3 резко возрастает и она переходит в режим глубокого клиппинга.
Если отбросить религию и использовать U3 в режиме неполной компенсации, например, увеличить сопротивление R8 до такой величины, при которой напряжение усиливаемого сигнала на выходе U2 будет немного меньше ее напряжения насыщения, оставаясь в линейной области, то можно улучшить совершенно даром выход из клиппинга всего УМЗЧ, не ухудшая его линейности в рабочем режиме. Выход и U2 и U3 из клиппинга в рабочий режим будет быстрее.

Это не совсем понятно.
ОК, выход из клиппа - плохой. Но он плохой не столько от того, что усилительные элементы влетают в насыщение (этот эффект не доминирует), сколько от того, что в субграничных режимах (клип это ведь, по сути, падение усиления) фаза замыкания петли ООС заходит в области неустойчивости. Каждый вход-выход в клипп сопровождается "запрограммироваными" колебательными процессами.

Этого можно попытаться избежать, например реализовав изменение ФЧХ петлевого при падении усиления, но это громоздко, и мне, например (в активных АС), совершенно не нужно (НЧ срезаются ограничителями, СЧ/ВЧ вообще не доходят до клиппа).

Именно в силу этих причин (верных даже для идеальных ОУ), "отбрасывание религии" тут мало поможет. В реальности насыщение U2 и так проходит довольно быстро (сотня нсек, емнп), плюс совсем не сложно реализовать линейный режим U2 при ограничении всего УНЧ, как впрочем и ограничить дифф напряжение на входе LM-ки - это мало что дает.

Все ИМХО, просто потому, что зашла речь об ОСВИ и применении ее в ZD-50.

"Селектор", "ОСВИ" - это просто способ говорить. Так или иначе, это просто варианты ОС-ных схем. А сам способ реализации того или иного комплекса свойств - просто выбор конструктора

[Валет]

Да, "симуляторно" все именно так. Коррекции абсолютно наплевать как именно заземлен вход (напрямую или через буфер).
Аналогично и получающийся композит будет вести себя аналогично zd50, поскольку усиление в петле ООС не изменится.

Это не просто "обеспечить работоспособность", это еще и обеспечить работу самого критичного узла в режиме "малых искажений", разгрузить его от лишней работы. Собственно, в этом и есть смысл применения "селектора искажений. Поэтому я никак не могу согласиться с Вашим утверждением:

По-моему здесь противоречие.