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:

[Jurchix]

У Х6 ПОС, поэтому немудренно.

Почему ПОС? Выход Х6 уходит в инвертирующий вход Х7.

[Nick]

... Ну и ну! Бились бились - поравнялись. (если не наколбасил где в рассуждениях). ...

ОСВИ отличается от обычной ОС двумя вещами. Первое это уровень сигнала с каким работает входная часть (первый ОУ). Он меньше с ОСВИ и для этого важно соответсвие АФЧХ "опорного" сигнала (тот, с чем сравнивает выход входной ОУ) к АФЧХ выходного ОУ во всём диапазоне рабочих частот. Второе, и за это ещё не говорили, конечная (с ОС) АФЧХ усилителя. На этом различия заканчиваются, ничего там магического нет, глубина ОС таже, нелинейные искажения, при условии если вклад в общие искажения входного ОУ значительно меньше выходного, будут те же.

[viktor8m]

Почему ПОС? Выход Х6 уходит в инвертирующий вход Х7.

И в положительный вход Х6, поэтому ПОС.

На этом различия заканчиваются, ничего там магического нет, глубина ОС таже, нелинейные искажения, при условии если вклад в общие искажения входного ОУ значительно меньше выходного, будут те же.

Главное достоинство топологии ZD-50 (почему и я его взял за основу) в отличие от других вариантов композитов в том, что нет обязательной перегрузки основного усилителя по суммарной петле ООС благодаря подаче входного сигнала и на его ООС тоже (при условии такого деления после ОУ ошибки, чтобы даже при насыщении последнего напряжение на полож. входе основного усилителя не мешало его линейной работе через свою ООС), просто при насыщении ОУ ошибки у основного усилителя увеличатся искажения, в других же композитах неизбежно насыщается и основной усилитель.

[Jurchix]

И в положительный вход Х6, поэтому ПОС..

Озадачили Вы меня

[теоретизирующий практик]

Главное достоинство топологии ZD-50 (почему и я его взял за основу) в отличие от других вариантов композитов в том, что нет обязательной перегрузки основного усилителя по суммарной петле ООС благодаря подаче входного сигнала и на его ООС тоже (при условии такого деления после ОУ ошибки, чтобы даже при насыщении последнего напряжение на полож. входе основного усилителя не мешало его линейной работе через свою ООС), просто при насыщении ОУ ошибки у основного усилителя увеличатся искажения, в других же композитах неизбежно насыщается и основной усилитель.

Тогда для улучшения динамических характеристик достаточно по Рис 4 из статьи на выходе А1 поставить ограничитель, например 2 встречно включенных диода, и принять А2 чувствительностью под 1В и с относительно небольшими искажениями, ну например 10 мВ, приведённых к входу. И ограничить Ку А1 или (и) ограничить максимальное выходное напряжение с помощью делителя, как с ZD 50.

Кстати, реализованный в статье усилитель по Рис.6, имеющий исходный КНИ без ООС у А2 0,1 % уменьшается от введения ОСВИ всего в 33 раза. Не значит ли это, что Ку А1 не превышает 30-40 единиц) Не проше ли было ввести неглубокую ООС (грубо 40 дБ) и получить тот же результат без возни с балансировками.

Да и на Рис 1 для снижения вероятности возникновения динамических искажений выход А1 достаточно ограничить парой встречно включённых диодов. Там всё равно мизерные по отношению уровня искажения и ограничения диодами напряжения.

РS. Детский вопрос. Вот КНИ у исходного усилителя 0,1 %. Читаю в справочной литературе - КНИ это отношение мощности гармоник к мощности полезного выходного сигнала (примерно так). Значит ли это, что для определния того же отношения но не в мощности, а в напряжении - достаточно из численного отношения в мощности извлечь квадратный корень? В данном примере получим корень из 0,001 = 0,032, т.е 3,2% по напряжению. Тогда заявленный по Рис 6 КНИ с учётом ОСВИ - по напряжению составит корень из 0,00003 = 0,005 или 0,5%. т.е. искажения по напряжению снизились всего в 6,4 раза. Отсюда следующий детский вопрос не достаточно ли дополнительно ввести в исходный УМ ОООС, скажем, глубиной 10, чтобы получить улучшение параметров выше заявленных включая и ОСВИ?

В какой то момент чуствую элементарную безграмотность, а доступного пояснения логической ошибки не нахожу.

Анатолий

[Валет]

ОСВИ отличается от обычной ОС двумя вещами. .... Второе, и за это ещё не говорили, конечная (с ОС) АФЧХ усилителя.

Что Вы имеете в виду? Какие отличия? За счет чего?

---------- Добавлено в 13:06 ---------- Предыдущее сообщение в 12:56 ----------

Ну если так, то положено точку U" неинвертирующего входа А1 для порядка заземлить,

Да, об этом я уже писал ранее

В преобразованной таким образом схеме видно, что от делителя R1,R2 тоже ничего не зависит, он лишь ничтожно мало уменьшает усиление входного сигнала в А1 и его тоже можно исключить, занулив неинв. вход А1. Таким образом схема с ОСВИ превращается в обычный двухкаскадный инвертирующий усилитель на А1 и А2 с практически теми же свойствами.

[Johny]

Да, об этом я уже писал ранее

[LabAT]

Это сказал я.

Тогда я должен извиниться. Виноват, viktor8m, принял Вас за ViktKors, видимо вы оба Викторы, вот и произошла ошибка, еще не привык к Вам.
Но возвращаясь к нашим «баранам».
Боюсь опять ошибиться, но кто-то здесь именно по данному поводу уже говорил, что в рамках звукового диапазона сдвиг фазы минимальный, то есть, его практически нет. И это верно. Тогда откуда у вас у всех такие представления. Речь ведь идет о реальном сигнале генератора и реальной реакции усилителя на сдвиг фазы. У вас что, генераторы имеют сдвиг фазы от частоты 1кГц до 2кГц под 180 градусов, а усилители вы рассматриваете для детекторного приемника. Даже такой усилитель в 1000 раз лучше, чем тот который вы здесь «отливаете». Теоретически сдвиг фазы будет, но это не тот сдвиг, о котором можно вообще говорить.
Полосовой фильтр анализатора имеет некоторую ширину полосы, поэтому даже такой сигнал, как показан несколькими постами раньше на «живом» графике легко проходит его, а на выходе фиксируется только его мгновенная амплитуда, за время большее периода одного колебания. Если точно такой же сигнал подать на вход усилителя, а с выхода на анализатор спектра, то ровным счетом ничего не изменится, сигнал только дополнится новой амплитудой гармоник усилителя и все.
Кстати, таких генераторов, как показан на «живом» графике не было даже 50 лет назад, почти 100% искажения.
Вас послушать, ни одна ООС не работает, она была бы ПОС, а не ООС. Программный генератор не имеет сдвиг фаз гармоник, просто потому что их в его сигнале вообще нет. Сигнал формируется математически, и никто не будет дополнять его какими-то гармониками. Откуда эта «утопия»? Даже если бы гармоники генератора были, а на выходе ЗК они есть, потому что у нее аналоговый выход, программный анализатор фазу не видит, по крайней мере, RMAA, только амплитуду гармоники. Что отфильтровал на строго кратных натуральному ряду частотах гармоник, такие амплитуды гармоник и на экране.
То же самое на выходе усилителя, поскольку разницы в звуковом диапазоне по фазе нет. Даже сдвиг фазы на более высоких частотах, в моих усилителя незначительный, это видно по работе ООС, гармоники отлично вычитаются, поэтому и низкий Кг.
viktor8m,
Вы обмолвились, что, мол, не я один «ошибаюсь» по поводу фазовых отклонений реального сигнала, при испытании усилителя. Значит я не один такой, это уже обнадеживает. Только почему Вы решили, что ошибаются именно они? Как не печально утверждать, но здесь ошибаетесь именно Вы.
Что в итоге?
1. нет представления о реальных процессах ни в генераторе сигнала, ни в анализаторе спектра, ни в усилителе.
2. нет представления о рамках применимости измерительной техники, ее возможностях и принципах работы.
3. максимализм, граничащий с антагонизмом.
4. экстраполяция несуществующих процессов в реальные условия.
Так что все ваши замечания и упования несостоятельны.
shkal,
Тот генератор имеет Кг=0,000 05% на частоте 1кГц, а речь идет об усилителях, у которых Кг=0,000 015% на частоте 20кГц, а на 1кГц искажения еще в 10 раз ниже. И что делать с таким генератором?

LabAT, вас с какого курса отчислили?

То есть Вас еще не выгнали. Если Вы только учитесь, то подобная перспектива, возможно, впереди. Впрочем, сегодня дипломы просто выдают, или продают. Тогда выгонят с работы или просто не возьмут.
Я бы выгнал. Я не понимаю, каким образом Вы будете проектировать усилители с такими «нереальными» представлениями.
Это как в некоторых южных регионах России выпускники средних школ все поголовно отличники и ЕГЭ все сдали. Только вот почему-то без ошибок заявление в ВУЗ всего из нескольких слов написать не могут.
Мои усилители давно работают, а ваши только в теории.
Открывать здесь курс «ликбеза» я не собираюсь, поэтому закончим по данному вопросу, чтобы не флудить в теме зря.

---------- Добавлено в 15:29 ---------- Предыдущее сообщение в 15:23 ----------

Смотрим на графики:
http://s017.radikal.ru/i441/1301/42/1527614be0d3.jpg
Видим, что до 7 МГц ООс пытается удержать амплитуду постоянной, а потом АЧХ резко (очень резко!) обрывается вниз со скоростью ~30 дБ/октава (глаза сломаешь), как у ФНЧ 5-го (!!) порядка. Фаза при этом за 180 градусов, что тоже вполне укладывается в рамки такого фильтра.
Учитывая, что усилитель представляет собой цепь с общей ОС, я не очень-то могу себе представить, как в случае довольно простой конструкции можно реализовать такие характеристики и сохранить устойчивость. При этом-же, отлично представляю себе, что цепи с подобными параметрами обычно получаются когда усилитель, имеющий характеристики как у ФНЧ высокого порядка, дополнительно охватывают ООС. Условия устойчивости при этом обычно не выполняются, усилитель великолепно генерит, а симулятор прилежно рисует "красивую" картинку АЧХ.

Потому и попросил графики петлевого усиления, по которым устойчивость (пусть и в частном случае) можно оценить напрямую (кстати, если Ваша задача - именно сделать усилитель, нужно это, в первую очередь Вам). Но было отвечено, что это дело будущего. Ну что-ж, подождем.

Все бы правильно, только это для данной топологии не подходит. Все рекомендации для традиционного построения схемотехники и характеристик усилителя сильно абстрагированы, а диаграмма Боде к тому же приблизительна. К данной топологии следует применять несколько иные требования, иначе компенсации искажений не будет, а для этого фазовые отклонения должны быть минимальными. Формируя АЧХ, непременно меняется ФЧХ, реактивность компонентов отменить ведь нельзя.
Можно специально смоделировать выброс в высокочастотной области АЧХ, но и тогда генерации в моем усилителе не наблюдается, а можно лишь изменить номиналы пары резисторов и появится генерация, причем ни АЧХ, ни ФЧХ не изменятся. Рекомендации к устойчивости усилителя формировались десятилетиями, были найдены решения не соответствующие общепринятым, но реально работающие, например Радио 1990 №2 стр.62.
Так что реально оценить устойчивость этого усилителя можно будет только в «материале».

[variator]

Offтопик:
LabAT, все же речь идет о фазе гармоник усилителя. Вы постоянно о генераторе. Вторая гармоника усиленного сигнала (после усилителя) какой может иметь размер/знак относительно второй гармоники входного сигнала (генератора), как по Вашему?
Кстати я - не знаю! Но Вам нужно подольше форум почитать.

[shkal]

Да...
LabAT, вы не понимаете одну простую вещь: в общем случае сдвиг фазы гармоники после прохождения нелинейной цепи может быть любым, даже в том случае, если цепь безынерционная, это зависит от вида нелинейности и амплитуды входного сигнала.
Простейший пример: нелинейности вида y(t)=A*x+B*x^2 и Y(t)=A*x-B*x^2 генерируют противофазную вторую гармонику по отношению друг к другу.

То есть Вас еще не выгнали. Если Вы только учитесь, то подобная перспектива, возможно, впереди. Впрочем, сегодня дипломы просто выдают, или продают. Тогда выгонят с работы или просто не возьмут.
Я бы выгнал. Я не понимаю, каким образом Вы будете проектировать усилители с такими «нереальными» представлениями.
Это как в некоторых южных регионах России выпускники средних школ все поголовно отличники и ЕГЭ все сдали. Только вот почему-то без ошибок заявление в ВУЗ всего из нескольких слов написать не могут.

Там слева от каждого моего сообщения возраст написан. Ознакомьтесь.

программный анализатор фазу не видит, по крайней мере, RMAA, только амплитуду гармоники.

Ну так спектралаб поставили али нет?

[viktor8m]

Боюсь опять ошибиться, но кто-то здесь именно по данному поводу уже говорил, что в рамках звукового диапазона сдвиг фазы минимальный, то есть, его практически нет. И это верно. Тогда откуда у вас у всех такие представления. Речь ведь идет о реальном сигнале генератора и реальной реакции усилителя на сдвиг фазы. У вас что, генераторы имеют сдвиг фазы от частоты 1кГц до 2кГц под 180 градусов, а усилители вы рассматриваете для детекторного приемника. Даже такой усилитель в 1000 раз лучше, чем тот который вы здесь «отливаете». Теоретически сдвиг фазы будет, но это не тот сдвиг, о котором можно вообще говорить.

Variator уже ответил, Вы всё время ведёте речь о фазе всего сигнала, а я и другие о фазах отдельных гармоник сигнала относительно фазы его первой гармоники. Пусть от генератора пришёл сигнал, где у гармоник есть некоторые фазовые сдвиги относительно первой гармоники, усилитель действительно (это верно естественно только до некоторой частоты) не сдвигает фазу сигнала генератора, т.е. эти сдвиги фаз гармоник также не меняются относительно первой гармоники, но усилитель создаёт свои гармоники со своими фазами относительно той же первой гармоники и при этом фазы у гармоник того же номера, пришедшие от генератора и созданные усилителем (т.е. имеющие одну частоту) в общем случае (т.е. чаще всего) не совпадают. Что тут не понятного? Почитайте в любом месте о преобразованиях Фурье.

[LabAT]

Здесь фактически шла речь, о том, что по мнению некоторых форумчан, анализатор спектра и генератор НЧ сигналов непригодны для измерений Кг. А усилители меняют фазу своих и гармоник генератора на 180 градусов уже на 1кГц.

Offтопик:
LabAT, все же речь идет о фазе гармоник усилителя. Вы постоянно о генераторе. Вторая гармоника усиленного сигнала (после усилителя) какой может иметь размер/знак относительно второй гармоники входного сигнала (генератора), как по Вашему?
Кстати я - не знаю! Но Вам нужно подольше форум почитать.

Что проще, сами посмотрите изменение фазы на 1кГц, на 2кГц, на 3кГц и увидите разницу. Она не более 0,2 градуса у всех современных усилителей, даже самого начального уровня.
Все, все этот «бред» надо прекратить. Учите матчасть.

[viktor8m]

Что проще, сами посмотрите изменение фазы на 1кГц, на 2кГц, на 3кГц и увидите разницу. Она не более 0,2 градуса у всех современных усилителей, даже самого начального уровня.

Да Вы что, совсем не понимаете? Не о сдвиге фазы усилителем идёт речь, а о разложении гармоник преобразованием Фурье (т.е. в итоге на экране компьютера), там получаются сдвиги фаз. Поэтому это Вы учите матчасть.

[LabAT]

viktor8m,
Все ваши сдвиги в рамках полосы пропускания полосовых фильтров анализатора спектра. Но!!! Уже повторил десяток раз, анализу спектра фаза никак не мешает, через фильтр проходит частота с любой фазой, а измеряется только амплитуда «пачки колебаний». Вот эта амплитуда и интерпретируется как амплитуда гармоники, а ее номер определяется только номером полосового фильтра. Пусть усилитель несколько сдвинул фазу гармоники, но и тогда этот сдвиг попадает в полосу фильтра анализатора. То есть любой сдвиг любой гармоники в рамках ЗЧ все равно попадет в полосу полосовых фильтров. Гармоника генератора и та же гармоника усилителя будут всегда иметь одинаковый сдвиг, не выходящий за рамки полосы пропускания фильтров анализатора. И вычитаться они никогда не будут!!!!!! Они будут складываться!!!!

[AS79]

Простейший пример: нелинейности вида y(t)=A*x+B*x^2 и Y(t)=A*x-B*x^2 генерируют противофазную вторую гармонику по отношению друг к другу.

Не поленился показал наглядно
На выходе усилителя 0 гармоник и с чего это

[теоретизирующий практик]

Гармоника генератора и та же гармоника усилителя будут всегда иметь одинаковый сдвиг, не выходящий за рамки полосы пропускания фильтров анализатора.

Брошу и я монетку в копилку. О чём речь? Мы измеряем гармоники выходного сигнала уся подключённого к генератору? А на анализатор спектра подаются сигналы генератора? Если нет, если подается только выходной сигнал уся, то в чём вопрос? Можно представить, что генератор чуть "выпячивает" верхушку синусоиды, а усилитель чуть "задавливает" верхушку синусоиды. И получается тот редкий вариант , что на выходе уся чистейшая синусоида. Тогда конечно никакой анализатор спектра не обнаружит гармоник на выходе такого тандема, и дастт нулевые показания. Потому что их нет на выходе усилителя, а анализатор не знает, что там на входе усилителя.

Спор в этой мелочи?

Если оппонент не согласен с этой трактовкой, то может ему будет приятно осознавать, что такое совпадение может случится не очень часто?

Мужики Господа, кончайте спор по вопросу высосанному из пальца. . Не надо ссылаться на принципы влияющие на прогресс в приборостроении. Консенсус невозможен.

Анатолий.

[shkal]

AS79, Судя по тому, что человек этот аргумент пропустил, математика в нем слишком сложна

[viktor8m]

Все ваши сдвиги в рамках полосы пропускания полосовых фильтров анализатора спектра.

Интересно где Вы нашли полосовые фильтры в Вашей звуковой карте? Вы что, даже не представляете, что компьютерным программам не нужны фильтры, они прекрасно без них обходятся чисто математическими методами? Всё же почитайте о преобразованиях Фурье, вдруг что-то и дойдёт (хотя, судя по разговору, видимо и это Вам будет трудно понять).

Гармоника генератора и та же гармоника усилителя будут всегда иметь одинаковый сдвиг

Смешно. Я поднимаю руки перед таким непробиваемым невежеством. Вы всё таки попробуйте в симуляторе (или звуковом редакторе) и очень удивитесь.

[Валет]

Напряжение для ОСВИ можно получить и без применения моста на прецизионных резисторах, см. приложение. Используется то обстоятельство, что цепь ООС уже выделила искажения и надо только скомпенсировать усиливаемый сигнал (если Куа2=∞, то и этого не нужно). Несмотря на отсутствие необходимости в прецизионных резисторах, компенсация усиливаемого сигнала в такой схеме более точная, но только на одной частоте, если КуА2 зависит от частоты (как и в схемах в статье). Но и такая схема ОСВИ будет иметь смысл только в специфичных случаях, как здесь:

2. Режим частичной или полной компенсации будет необходим, когда А1 не может обеспечить необходимого выходного напряжения для раскачки А2. Примером такого случая является ZD-50, в котором выходное напряжение А1 (U2) ослабляется делителем напряжения в 23 раза, в результате чего требуемое от U2 выходное напряжение (если без ОСВИ) в 2 раза превышает напряжение ее питания.

3. Режим компенсации усиливаемого напряжения также будет полезен, когда КуА2 мал, а А1 имеет искажения большие, чем А2. Но на практике такой случай маловероятен, если только специально не постараться.

Пункты 2 и 3 можно, в принципе, объединить, если считать клиппинг искажением усиливаемого сигнала.

[viktor8m]

Напряжение для ОСВИ можно получить и без применения моста на прецизионных резисторах, см. приложение.

И это отражено в патенте US3825854.