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:

[Валет]

Ну не клиппинг же исправлять микроскопом?

Не очень понял Ваши рассуждения.
Вот прикидочный расчет.
Примем КуА2=10, а его нелинейные искажения за 1 (единицу).
Поскольку А1 маломощный усилитель (работающий в кл.А), а А2 мощный, работающий в кл.АВ, принимаем, что А1 имеет КНИ в 3 раза меньше, чем А2.
Положим, что при выходном сигнале А1, равном 0,1 от максимального на выходе УМЗЧ (т.е. меньше в КуА2), искажения А1 уменьшаются еще в 3,3 раза, т.е. станут равны 0,1 от КНИ А2.
Суммарные искажения усилителя на А1 и А2 равны сумме в квадратуре их искажений т.е. будут в этом случае без ОСВИ 1,005. Даже если ОСВИ полностью уберет искажения А1, суммарные искажения усилителя на А1 и А2 будут определяться только А2 и составят 1,000, т.е. уменьшатся на 1/201 долю.
Таким образом введение ОСВИ как на рис.1 в «Радио» (А1 в этом случае будет работать в режиме еще более малого сигнала) даст незначительный эффект в уменьшении искажений устройства, практически неощутимый. Т.к. А2 работает в режиме большого сигнала на выходе, то основные искажения создаются именно в А2, а не в А1.

С чего бы большие искажения А1 были бы полезны в этой конструкции?

Искажения любого каскада вредны в любом УМЗЧ, в т.ч. и искажения А1 в этой конструкции.

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


С чего бы большие искажения А1 были бы полезны в этой конструкции?



Искажения любого каскада вредны в любом УМЗЧ, в т.ч. и искажения А1 в этой конструкции.

Беру свои слова обратно, не сразу врубился в хитросплетения построения предложения .

По прикидочному расчёту

Примем КуА2=10, а его нелинейные искажения за 1 (единицу).

Единичу чего? Так искажения равны сигналу, или искажения равны 0 ? Или это исходные искажения в неопределённых рамках, например 1% КНИ собственно А2 примем за 100% (или 1) искажений исходного уся А2? Предполагаю, что подразумевается последнее.

Поскольку А1 маломощный усилитель (работающий в кл.А), а А2 мощный, работающий в кл.АВ, принимаем, что А1 имеет КНИ в 3 раза меньше, чем А2.

Не совсем корректный пример. А2 работает при относительно больших выходных параметрах, приближающихся к предельным, А1 работает в режиме мили-микровольт на выходе, поэтому искажения А2 А1 корректнее принять нулю, по крайней мере нелинейные искажения. Ну могут появиться дифференциальные помехи, но они в принципе устраняются балансировкой схемы, что и описано в исходной статье. Можно взять и современный ОУ с мизерными дифференциальными помехами.

Положим, что при выходном сигнале А1, равном 0,1 от максимального на выходе УМЗЧ (т.е. меньше в КуА2), искажения А1 уменьшаются еще в 3,3 раза, т.е. станут равны 0,1 от КНИ А2.

То же самое, что предыдущий коментарий.

Суммарные искажения усилителя на А1 и А2 равны сумме в квадратуре их искажений т.е. будут в этом случае без ОСВИ 1,005.

При данной топологии это не очевидно и спорно, тем более с учётом зыбкости предыдущих утверждений.

И т.д.

В исходной статье принцип компенсации описан доходчиво. Если Вы видите ошибки в описании критикуйте их по пуктам. Это прямой путь к опровержению метода (естественно кроме как путём построения и обмера если не усилителя, то хотя бы дейсвующего макета).

Все теории подтверждаются или опровергаются практикой.

Анатолий

[LabAT]

Здесь искажения А1 следует рассматривать не как искажения полезного сигнала, а как искажения выделенных искажений. Это разные вещи.

[Валет]

Единичу чего?

Под 1 (единицей) подразумевается условная единица КНИ. Можно искажения А2 обозначить также буквой D, подразумевая под ней любое значение, например 0,1%.

Не совсем корректный пример. А2 работает при относительно больших выходных параметрах, приближающихся к предельным, А1 работает в режиме мили-микровольт на выходе, поэтому искажения А2 корректнее принять нулю, по крайней мере нелинейные искажения.

Именно потому, что А2 работает при относительно больших выходных параметрах, приближающихся к предельным, он и создает большие искажения, а никак не нулевые. И именно потому, что А1 работает в режиме мили-микровольт на выходе, его искажения меньше, чем у А1 А2.

Гармонические составляющие искажений А1 и А2 не коррелированны, разница их фаз случайна, поэтому суммарные искажения А1 и А2 определяются сложением в квадратуре.

Если Вы видите ошибки в описании критикуйте их по пуктам.

Критику см. здесь

[fakel]

Ребят, хочу получить с лампы мощу и КПД как у пентода, а искажения - как у триода, думаю, ОСВИ на экр сетку будет самое то. Кто делал?

---------- Добавлено в 19:30 ---------- Предыдущее сообщение в 19:28 ----------

Или отрицательное сопротивление в экр сетку?

[теоретизирующий практик]

И именно потому, что А1 работает в режиме мили-микровольт на выходе, его искажения меньше, чем у А1.

Наверное состарился я, подразумевая искажения А1 приближающиеся к нулю пишу А2. Опечатку поправил.

Анатолий.

---------- Добавлено в 18:24 ---------- Предыдущее сообщение в 18:19 ----------

Ребят, хочу получить с лампы мощу и КПД как у пентода, а искажения - как у триода,

Шутить изволили?

Анатолий

[теоретизирующий практик]

Условием стабильной работы ОС по вычитанию является стабильность настроек элементов компенсации и ООС. Хочу применить два многооборотных проволочных резистора по 10 кОм. СП5-3. Для устранения вопросов с дифференциальной помехой на А1 чуть модернизировал схему1 из статьи, и получил на входе А1 униполярный сигнал ошибки. На приведенной схеме резистор R1 - цепь ООС, а резистор R2 цепь компенсации основного сигнала, и выделения сигнала ошибки. Естественно, что для подавления основного сигнала движок R2 надо сдвинуть чуть правее движка R1. (R2-1 = 2R1-1) Предполагаю, что при балансе по активному сопротивлению резисторов в точке выводов подвижных контактов достигнется и баланс по паразитным емкостным и индуктивным составляющим для R1 и R2.

Возможно, что из за дискретности коэффициентов деления с проволочными резисторами, придётся добавить в цепь R2 цепь с непроволочным подстроечником, но незначительно влияющим на балланс. Будет достигнута стабильность проволочных резисторов, и точность подстройки в небольших пределах за счет непроволочного. Для R1 c такой схемой особо высокая точность подстройки не важна, главное стабильность.

Анатолий

[Валет]

А1 работает в режиме мили-микровольт на выходе, поэтому искажения А2 А1 корректнее принять нулю, по крайней мере нелинейные искажения.

Если искажения А1 принимать равными нулю, то ОСВИ вообще становится бессмысленной, т.к. она уменьшает искажения именно А1.

[viktor8m]

Для устранения вопросов с дифференциальной помехой на А1 чуть модернизировал схему1 из статьи, и получил на входе А1 униполярный сигнал ошибки. На приведенной схеме резистор R1 - цепь ООС, а резистор R2 цепь компенсации основного сигнала, и выделения сигнала ошибки.

Тогда это уже не ОС по вычитанию искажений, а стандартная (применена в ZD-50, да и у меня рабочий макет собран по такому принципу) схема с дополнительным усилителем ошибки основного усилителя, причём точность согласования деления R1 и R2 не требуется особо высокой, просто это уменьшает сигнал ошибки, но и при резисторах 1% в ООС, судя по моему макету, сигнал ошибки на неинв. входе основного усилителя максимум единицы милливольт. При этом никакой компенсации нет, общие искажения будет определять ОУ усиления ошибки (правда искажения уменьшает тот факт, что его выходное напряжение мало, плюс, если его выход подключен напрямую без деления к основному усилителю, то и глубина ООС будет практически равна его собственному усилению без уменьшения резисторами ООС), т.е. это вариант композитной схемы.

[теоретизирующий практик]

Если искажения А1 принимать равными нулю, то ОСВИ вообще становится бессмысленной, т.к. она уменьшает искажения именно А1.

Статья у меня перед глазами. А2 - основной усилитель с мощным выходом, с него снимается и Uвых. Всех интересует способ снизить искажения Uвых. А1- маломощный ОУ, выплоняющий "мелкую" но важную работу по ликвидации искажений, вносимых А2. Искажения А1 не самоцель, и не нулевые искажения А1 гарантируют отсутствие искажений на выходе А2. Главное - способ соединения всех этих входов-выходов, соотношение сопротивлений резисторов и свойств А1 и А2 в совокупности должны дать радикальное снижение искажений Uвых.

Анатолий.

[viktor8m]

Главное - способ соединения всех этих входов-выходов, соотношение сопротивлений резисторов и свойств А1 и А2 в совокупности должны дать радикальное снижение искажений Uвых.

Но одно дело организовать компенсацию гармоник и другое дело уменьшение искажений за счёт увеличения петлевого усиления при разных способах включения (и во всех случаях А1 работает в маломощном режиме). Компенсацию более сложно обеспечить да ещё во время усиления реального сигнала.

[теоретизирующий практик]

Сообщение от теоретизирующий практик


Для устранения вопросов с дифференциальной помехой на А1 чуть модернизировал схему1 из статьи, и получил на входе А1 униполярный сигнал ошибки. На приведенной схеме резистор R1 - цепь ООС, а резистор R2 цепь компенсации основного сигнала, и выделения сигнала ошибки.



Тогда это уже не ОС по вычитанию искажений, а стандартная (применена в ZD-50, да и у меня рабочий макет собран по такому принципу) схема с дополнительным усилителем ошибки основного усилителя, причём точность согласования деления R1 и R2 не требуется особо высокой, просто это уменьшает сигнал ошибки, но и при резисторах 1% в ООС, судя по моему макету, сигнал ошибки на неинв. входе основного усилителя максимум единицы милливольт. При этом никакой компенсации нет, общие искажения будет определять ОУ усиления ошибки (правда искажения уменьшает тот факт, что его выходное напряжение мало, плюс, если его выход подключен напрямую без деления к основному усилителю, то и глубина ООС будет практически равна его собственному усилению без уменьшения резисторами ООС), т.е. это вариант композитной схемы.

К сожалению не вникал в топологию ZD-50. Но по моим прикидкам что в этой схемке, что в рис1 из статьи на входе А2 действуют соответственно одинаковые сигналы. На инверсном входе ООС - 6 дБ, на прямом входе усиленный инвертированный сигнал ошибки. От того как получен сигнал ошибки предлагаемый принцип и свойства не меняются.

Вы упоминаете, что общие искажения будет определять ОУ усиления ошибки. Что Вы имеете в виду, Искажения ОУ, или Ку ОУ. По понятиям важнее Ку ОУ, другой вопрос, что Ку ограничивается фазовыми искажениями того же ОУ. Тавтология какая то.

Дык, если и Вы и я правы, то откуда растут уши? Где наличие новизны? В статье из "РАДИО" или в конструкции ZD-50?

Почитаю Про ZD-50. ( а я то удивлялся, почему в большОй части обсуждения противопоставляется ZD-50?).

Анатолий.

---------- Добавлено в 16:31 ---------- Предыдущее сообщение в 16:12 ----------

Но одно дело организовать компенсацию гармоник и другое дело уменьшение искажений за счёт увеличения петлевого усиления при разных способах включения (и во всех случаях А1 работает в маломощном режиме). Компенсацию более сложно обеспечить да ещё во время усиления реального сигнала.

Здесь возникает неоднозначность трактования одних и тех же выражений. Что понимается под компенсацией искажений? Уменьшение искажений на 40 дБ - это компенсация? Или компенсация - это полное устранение искажений. Последнее недостижимо в принципе с любыми способами основанными на ООС, хоть ООС по выходному сигналу, хоть ООС по выделенным искажениям. Увеличение петлевого усиления по компенсирующей цепи ОС на первый взгляд более устойчиво, так как сигнал ОС сначала сводится к нулю например при настройке на малом сигнале и предположении, что при малом сигнале собственные искажения основного усилителя мизерны. Здесь неординарный случай, ООС по основному сигналу приводится к заниженной величине, условно петлевое усиление КуА1 х КуА2 делится на КНИ основного уся. Поэтому при общем небольшом КООС в цепи компенсации, обратная связь по сигналу ошибки значительно больше. Вывод : величину КООС по искажениям можно увеличить на величину обратно пропорциональную искажениям Основного уся, без опасности потери устойчивости. (Как -то всё коряво излагаю, но не журнальный же опус пишу ) .

Анатолий.

Посмотрел схему ZD-50 Ну да, нарисованная мной схемка по топологии напоминает ZD-50. Главное отличие в исходном Ку основного уся. По задумке О. Русси именно снижение усиления основного усилителя, и уменьшение ООС по сигналу до 0 или-6 дБ даёт дивиденты в виде улучшения устойчивости, устойчивости к динамическим искажениям, позволяет повысить Ку А1. Впрочем при большОй ООС в ZD-50 и исходный КНИ будет меньше, и можно снизить Ку А1. Что и сделано делителем между А1 и А2. (Обозначения блоков по статье).

[SAPR]

Последнее недостижимо в принципе с любыми способами основанными на ООС, хоть ООС по выходному сигналу, хоть ООС по выделенным искажениям.

ООС и ПОС - искажения уничтожаются полностью. Но это в принципе .

[Валет]

Искажения А1 не самоцель, и не нулевые искажения А1 гарантируют отсутствие искажений на выходе А2. Главное - способ соединения всех этих входов-выходов, соотношение сопротивлений резисторов и свойств А1 и А2 в совокупности должны дать радикальное снижение искажений Uвых.

ОСВИ в А1 никак не влияет на искажения А2. Я это показал на прикидочном расчете здесь. {Если в этом примере в качестве А1 используется LT1363, а в качестве А2 – LM3886 (как в ZD-50), то влияние ОСВИ будет еще меньше: искажения УМЗЧ уменьшатся менее, чем на одну тысячную долю.}
В результате действия ОСВИ лишь разделяются усиливаемый сигнал и напряжения искажений, каждое из которых подается на свой вход А2. Напряжение между инв. и неинв. входами А2 (т.е. усиливаемое в А2 напряжение) с ОСВИ и без нее практически неотличимы, а глубина ОООС по искажениям в обоих случаях одинакова. Одинаковы также требования к АЧХ УМЗЧ для обеспечения его устойчивости Это я пытался показать здесь здесь и здесь .

[viktor8m]

Дык, если и Вы и я правы, то откуда растут уши? Где наличие новизны? В статье из "РАДИО" или в конструкции ZD-50?

Посмотрите на очень старый американский патент US3944944 (см. файл), уже там этот приём, но не с пар. ООС, а с посл. ООС и на дискретах (видим там два диф. каскада, на оба подаётся сигнал с ООС и далее выходы смешиваются, причём один основной, а второй настраивается только на ошибку от основного), лень искать такой же патент на ОУ, но не сомневаюсь, что известен уже давно.

Здесь возникает неоднозначность трактования одних и тех же выражений. Что понимается под компенсацией искажений? Уменьшение искажений на 40 дБ - это компенсация? Или компенсация - это полное устранение искажений

Дело не насколько уменьшается, а в способе, компенсация получается вычитанием в отличие от деления, как в обычных способах ООС (в т.ч. композитных), при этом компенсация может быть и на 10 и на 40 и на 100дб.

[теоретизирующий практик]

Посмотрите на очень старый американский патент US3944944 (см. файл), уже там этот приём, но не с пар. ООС, а с посл. ООС и на дискретах (видим там два диф. каскада, на оба подаётся сигнал с ООС и далее выходы смешиваются, причём один основной, а второй настраивается только на ошибку от основного), лень искать такой же патент на ОУ, но не сомневаюсь, что известен уже давно.

Посмотрел схему патента, читать не стал, забыл язык . Станно, что О. Росси даёт ссылки на другие прототипы. Ну да Бог с ними, с прототипами.

Осталось выяснить: имеет ли смысл делать основной усилитель с высоким усилением, как в ZD-50 или с небольшим, с местными ОС, с усилением около 50-60.

По понятиям, при высоком Ку точность балансировки должна быть выше, с переменными резисторами схему не оставишь. В ZD-50 класс резисторов под 0,1%, судя по обозначениям номиналов. А вот усилитель с небольшим усилением, как в стаье О. Росси, даже получше качеством - штука не сложная, и если хорошо постараться без всяких дополнений может играть как безОСный усилитель... Да и увеличить чувствительность для пробы не сложно. Если делать из того, что под руками, журнальная статья более предпочтительна. Может ошибаюсь.

Анатолий.

[viktor8m]

Станно, что О. Росси даёт ссылки на другие прототипы.

Почему странно? О том, о чём говорил Росси, частично отражено в приведённом им патенте US3825854, а вот в ZD-50 то что я привёл (разные методы).

Осталось выяснить: имеет ли смысл делать основной усилитель с высоким усилением, как в ZD-50 или с небольшим, с местными ОС, с усилением около 50-60.

Вы про способ включения, как в ZD-50? Тогда собственное усиление в 50-60 слишком малО, нужна глубина ООС хотя бы 50 на частоте 20кГц (т.е. при общем усилении с ООС 20 потребуется усиление хотя бы 1000 на 20кГц). И мой опыт показывает важность, чтобы основной усилитель был быстрее вспомогательного.

[теоретизирующий практик]

Виктор, Спасибо за советы! Хочется поэкспериментировать, выходной каскад готов, дело за УН, (да за свободным временем).

Анатолий.

[LabAT]

Вот что дает мой вариант УМ с компенсатором искажений. Это не модификация какого-то готового усилителя, а совершенно новая разработка, в какой-то мере удовлетворяющая техническим требованиям на данную топологию. Модификации уже готовых усилителей дает результат, но значительно более скромный, получается, но хуже в 10 раз, приблизительно.
Здесь Кг – искажения по наивысшей (по амплитуде) гармонике в спектре.
THD – общие искажения на Micro-Cap в полосе 500Fверх.
Мощность 42W, нагрузка 8Ом.
1Гц Кг=0,000 000 29% THD=0,000 000 3%
10Гц Кг=0,000 000 3% THD=0,000 000 35%
100Гц Кг=0,000 000 3% THD=0,000 000 3%
1кГц Кг=0,000 000 67% THD=0,000 000 8%
10кГц Кг=0,000 006% THD=0,000 011%
20кГц Кг=0,000 014% THD=0,000 056%
50кГц Кг=0,000 15% THD=0,000 56%
100кГц Кг=0,000 75% THD=0,002 77%
150кГц Кг=0,001 8% THD=0,007 7%
200кГц Кг=0,003 6% THD=0,015%
250кГц Кг=0,007% THD=0,025%
300кГц Кг=0,016% THD=0,05%
350кГц Кг=0,25% THD=0,55%

[.Васильев]

Схема из поста372 и без компенсации и вычитания имеет лучшие параметры на дешевых широкораспространненных оу https://forum.vegalab.ru/showthread....ешения./page19