Идеальный композитный усилитель

[scrgmcdcs]

Цель - выжать максимум параметров в симуляторе из композита на дешевых чипах - NE5532, TDA2050 или LM1875.
Идеальный композит - при правильном подборе параметров глубина ООС 90 дб на 20 кгц - практически максимум усиления оу.
Улучшать можно только устойчивость
test_nfb_cor.cir
-без фильтра, работает, глубина оос 20 кгц - 96 дб, запас по фазе 45 град.

модель OPA453 используется для правильного моделирования ФАЧХ TDA2050 и LM1875 - тк их модели в инете неправильные,
точность оцифровки даташитов -толщина линии +-2град по фазе на горизонтали.


тут неправильная модель LM3886 http://www.audio-perfection.com/foru...24975#pid24975

правильная модель LM3886_ED LM3886_ED.zip

принцип компенсации взят из
an67f.pdf

суть идеи - коррекция оу1 до 100кгц практически никак не влияет, но компенсирует фачх на высоких частотах,
для компенсации завала на 500кгц служит фильтр - не реализован пока.
В результате - до 100кгц глубина ооос ограничена только (практически 99.99%) усилением оу)

Приступим к расчету:
модель NE5532 - http://s-audio.systems/blog/spicemodels/, картинки убедили - http://s-audio.systems/blog/5534-measurement
- это график усиления-странный, но какой майкрокап показывает)
- это график производной усиления - спад, который должен быть 20Дб/декада)
- это график производной производной усиления
вот из него определяются частоты полюсов, необходимые для расчета.
NE5532 - имеет 1 полюс -20дб на НЧ, второй полюс -20дб на 283 кгц, и третий полюс, но не -, а +20дб на 1.5 Мгц, и 4-й -20дб на 10 Мгц.
OPA453 - имеет 1 полюс -20дб на НЧ, второй полюс -20дб на 2.27 Мгц, судя по оцифровке даташита, у TDA2030 там сразу 2 полюса -20дб.

[MAXIM_A]

Чем быстрее ОООС, тем меньше фазовые искажения. Так?

[Валет]

Вообще-то , ухудшение усилительных свойств с ростом частоты приводит не к АФК , а просто к завалу ВЧ .

Ухудшение усилительных свойств с ростом частоты (завал ВЧ) всегда сопровождается ростом запаздывания, что и является причиной АФК.

Проблема искажения фазы в комплексном сигнале состоит в изменении сдвигов между отдельными синусами, составляющими этот комплексный сигнал, по сравнению с оригиналом,

Да, именно поэтому

В ТВ видеоусилителях это приводит к разнице в запаздываниях сигналов различных частот, что размывает мелкие детали изображения по горизонтали и искажает цвета.

Для безООСных устройств с тормознутыми транзисторами это может и влиять. ООС по барабану, чем вызвано отклонение - амплитудной нелинейностью, или неидеальностью/нелинейностью ФЧХ. Исправляет...по мере сил ИМХО, надуманная проблема.

Для современных УЗЧ, да, проблема надуманная.

[deemon]

Для безООСных устройств с тормознутыми транзисторами это может и влиять. ООС по барабану, чем вызвано отклонение - амплитудной нелинейностью, или неидеальностью/нелинейностью ФЧХ. Исправляет...по мере сил ИМХО, надуманная проблема.

ООС может в некоторых случаях ослаблять АФК , а в некоторых - даже усиливать ... тема эта на самом деле непростая .

---------- Сообщение добавлено 22:26 ---------- Предыдущее сообщение было 22:21 ----------

Ухудшение усилительных свойств с ростом частоты (завал ВЧ) всегда сопровождается ростом запаздывания, что и является причиной АФК.

Просто запаздывание - это свойство линейных цепей . А вот АФК - чисто по определению - запаздывание ( сдвиг фаз ) , зависящее от амплитуды сигнала , то есть процесс явно нелинейный , потому это разные вещи , и путать их не надо . Поэтому кстати и в аналоговом телевидении - там эти вещи реально важны - применялись разные тестовые сигналы и разные приборы для этих измерений . Причём то , что мы тут называем АФК - там называлось "дифференциальная фаза" ....

[Валет]

Просто запаздывание - это свойство линейных цепей . А вот АФК - чисто по определению - запаздывание ( сдвиг фаз ) , зависящее от амплитуды сигнала , то есть процесс явно нелинейный

Вы правы. Я имел в виду, что в широкополосном сигнале в результате завала нарушаются временные соотношения ВЧ и НЧ его составляющих. Конечно, это линейные искажения.
Нелинейные вот эти:

В ЗЧ усилителях искажения от АФК имеет другую природу. На ЗЧ у современных транзисторов ухудшения частотных свойств практически еще не наблюдается, но их частотные свойства зависят от режимов транзисторов, которые в УМЗЧ меняются в широких границах. Это приводит к разнице запаздывания различных по амплитуде участков сигнала,

[Дмитрий Косачев]

ООС может в некоторых случаях ослаблять АФК , а в некоторых - даже усиливать

А можно вас попросить привести примеры: когда ослабляет, а когда усиливает? Хотя бы просто "на пальцах".

[Johny]

АФК - чисто по определению - запаздывание ( сдвиг фаз ) , зависящее от амплитуды сигнала

Фактически, это проявляется в подвижности полюсов усилителя в зависимости от амплитуды сигнала, что необходимо учитывать при расчете коррекции усилителя с ООС. При работе усилителя, неудачно скорректированного, возникают "вспышки" генерации, трудно наблюдаемые, но неплохо слышимые.

[deemon]

А можно вас попросить привести примеры: когда ослабляет, а когда усиливает? Хотя бы просто "на пальцах".

Ну предположим , у нас есть два каскада усиления - один с частотой среза , соизмеримой с частотой сигнала , и другой - гораздо более широкополосный , но имеющий нелинейные искажения . Если просто включить их последовательно и подать сигнал , то искажения линейные ( завал АЧХ ) и нелинейные - будут проявляться независимо , АФК при этом не будет . Но , если мы охватим эти два каскада ООС , то получится , что первый каскад ( с низкой частотой среза ) - будет охвачен ООС , петля которой содержит второй , нелинейный каскад , и глубина ООС будет зависеть от амплитуды сигнала . Эта ООС начнёт "исправлять" линейные искажения первого каскада , сдвигая вверх его частоту среза - но делать это будет с "переменным успехом" , то есть завися от амплитуды нашего сигнала - вот тут АФК и вылезет ...

[Дмитрий Косачев]

два каскада усиления - один с частотой среза , соизмеримой с частотой сигнала , и другой - гораздо более широкополосный , но имеющий нелинейные искажения

Это случай с усилением АФК, а в каком случае ООС будет ослаблять АФК? - два линейных каскада?

[deemon]

Это случай с усилением АФК, а в каком случае ООС будет ослаблять АФК? - два линейных каскада?

Ослаблять АФК ООС будет , если АФК была в каскаде изначально ( например , выраженная нелинейная ёмкость К-Б ) , и также в случае , описанном выше , но при дальнейшем росте глубины ООС . То есть , вполне возможна ситуация , когда у усилителя изначально АФК не было , при введении ООС небольшой глубины она появилась , а потом - с дальнейшим ростом глубины - снова начала уменьшаться вплоть до пренебрежимо малых значений . Другое дело , что ещё не факт - сможем ли мы достичь такой глубины ООС , при которой все искажения ослабляются уже равномерно ? Это ведь тоже зависит от кучи разных факторов - частот среза каскадов , коррекции , итд .

[Johny]

Эта ООС начнёт "исправлять" линейные искажения первого каскада , сдвигая вверх его частоту среза

ООС не влияет на частотные свойства каскадов внутри петли и не является причиной АФК.

искажения линейные ( завал АЧХ ) и нелинейные - будут проявляться независимо , АФК при этом не будет

[Дмитрий Косачев]

сможем ли мы достичь такой глубины ООС , при которой все искажения ослабляются уже равномерно ?

Гипотетически, начиная с некоторой глубины ООС X уже будет не важна равномерность ослабления, т.к. аппарат ухо-мозг не будет успевать регистрировать искажения регулирования.
Получается, что два направления развития схемотехники усилителей (1. Фазоминимальность и 2. ГлубокоООСность) имеют равнозначные права на существование.
Первая старается исключить АФК "на корню", вторая - скоростью регулирования.

P.S.: deemon, Дмитрий, спасибо за развернутые ответы.

[deemon]

ООС не влияет на частотные свойства каскадов внутри петли и не является причиной АФК.

Ну как же это не влияет ? Откройте даташит на какой-нибудь ОУ , ну например AD826 , посмотрите графики . Вы можете увидеть ( на графике open loop gain ) , что частота среза ОУ , не охваченного ООС - примерно 10 кгц . То есть , без ООС данный ОУ не смог бы даже нормально усилить звуковой сигнал ... а вот с ООС - он может работать как видеоусилитель , то есть равномерно усиливать сигналы с полосой в несколько мегагерц ... а вы говорите - не влияет на частоту среза ? И это кстати довольно быстрый ОУ , а если взять какой-нибудь древний 741 , то у него частота среза без ООС вообще была порядка 100 герц . Но с ООС он звук усиливал , справлялся же как-то , так ведь ? И что верно для ОУ - то верно и для одного каскада ... сделайте например каскад на транзисторе ( ОЭ ) с большим усилением , измерьте его АЧХ - убедитесь , что благодаря миллеровской ёмкости он начинает заваливать частоту , например выше 100 кгц . Потом охватите его параллельной ООС , так чтобы усиление снизилось , скажем , в 10 раз - и посмотрите , какая станет у него теперь частота среза . Тут все вопросы у вас , можно сказать , сами отпадут ...

[Валет]

Ну предположим , у нас есть два каскада усиления - один с частотой среза , соизмеримой с частотой сигнала , и другой - гораздо более широкополосный , но имеющий нелинейные искажения . Если просто включить их последовательно и подать сигнал , то искажения линейные ( завал АЧХ ) и нелинейные - будут проявляться независимо , АФК при этом не будет . Но , если мы охватим эти два каскада ООС , то получится , что первый каскад ( с низкой частотой среза ) - будет охвачен ООС , петля которой содержит второй , нелинейный каскад , и глубина ООС будет зависеть от амплитуды сигнала . Эта ООС начнёт "исправлять" линейные искажения первого каскада , сдвигая вверх его частоту среза - но делать это будет с "переменным успехом" , то есть завися от амплитуды нашего сигнала - вот тут АФК и вылезет ...

По-моему, пример не корректный. Результат работы ООС оценивается по сигналу в точке снятия ООС. А вы говорите о АФК на выходе первого каскада. Понятно, что сигнал этот будет искаженным, это нормальный результат работы ООС – формирование на входе второго каскада напряжения противоискажений. Но выход усилителя это не первый его каскад, а второй. Благодаря противоискажениям на выходе усилителя сигнал будет иметь меньшие, чем без ООС, искажения. При этом для появления АФК нет никаких причин, все искажения уменьшаются, что должно быть и является результатом работы ООС.
ЗЫ. В любом многокаскадном усилителе каскады имеют и разные искажения, и разные полосы усиления, однако ООС в них не создает АФК.
ИМХО.

[deemon]

По-моему, пример не корректный. Результат работы ООС оценивается по сигналу в точке снятия ООС. А вы говорите о АФК на выходе первого каскада. Понятно, что сигнал этот будет искаженным, это нормальный результат работы ООС – формирование на входе второго каскада напряжения противоискажений. Но выход усилителя это не первый его каскад, а второй. Благодаря противоискажениям на выходе усилителя сигнал будет иметь меньшие, чем без ООС, искажения. При этом для появления АФК нет никаких причин, все искажения уменьшаются, что должно быть и является результатом работы ООС.
ЗЫ. В любом многокаскадном усилителе каскады имеют и разные искажения, и разные полосы усиления, однако ООС в них не создает АФК.
ИМХО.

Да , но тут же ещё не надо забывать , про какие искажения и в каком каскаде мы говорим . Ведь если в данном примере на выходе первого каскада возникла АФК , то что мешает ей пройти через второй каскад и появиться на выходе ? Да ничто не мешает - ведь во втором ( выходном ) каскаде АФК нет , и значит , какой бы сигнал ни возник на выходе первого - если АФК есть там , она будет на выходе , стопудово . А вот для нелинейных искажений второго каскада ( которые в нём есть ) - действительно , петля ООС является "исправляющей" , так что по факту выйдет , что на выходе первого каскада в результате действия ООС возникнет сигнал "противоискажений" , который и скомпенсирует ( в какой-то мере ) искажения ВК . Но то же самое мы можем сказать и по поводу первого каскада , рассмотрев отдельно его ( считая , что вся ООС сделана специально для него ) . Для него тоже выйдет , что ООС является исправляющей - она снижает его линейные искажения ( завал АЧХ ) за счёт снижения усиления ... то есть , даже в таком простом примере получается , что ООС одновременно делает 3 разные вещи . Она в одно и то же время исправляет линейные искажения первого каскада ( за счёт снижения общего усиления ) , нелинейные искажения второго каскада ( за счёт усиления первого ) , и в качестве "типа бонуса" даёт нам ещё и АФК ... которую впрочем мы можем тоже задавить , если ещё поднимем глубину этой же ООС . И это простой случай , когда линейные искажения отделены от нелинейных - они у нас в разных каскадах ... а ведь в реальности - всё может быть значительно сложнее .

[misha88]

однако ООС в них не создает АФК

Из Ваших слов получается, что ООС это какое устройство (аппарат), которое следит и что-то регулирует. Я уже здесь https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2915663 на эту тему высказывался. ООС на самом деле ничего не регулирует, в т.ч. искажения, т.к. цепь ООС состоит исключительно из пассивных деталей. Любую работу по усилению сигнала выполняют исключительно активные каскады, в т.ч. и компенсацию искажений при наличии ООС. Соответственно степень уменьшения различных искажений зависит не от ООС (она лишь задаёт окончательное усиление), а от самих активных каскадов, от их усиления, исходной нелинейности и от их реакции на изменяющийся сигнал. При подаче стационарных сигналов рабочей частоты всё будет прекрасно, точно по формулам, а вот при подаче импульсных сигналов при плохой переходной характеристике вся неидеальность активных каскадов проявит себя намного хуже, и тем хуже, чем больше исходное усиление (перерегулирование будет сильнее). Именно требование определённой переходной характеристики и не позволяет безгранично увеличивать глубину ООС (если конечно важен звук).

ИМХО, надуманная проблема.

Баба с возу...

[Слава.С]

Идеальный композит - при правильном подборе параметров глубина ООС 90 дб на 20 кгц - практически максимум усиления оу.
Улучшать можно только устойчивость.

Что получается? Если уже имеется архитектура композита, прошу выложить.

[Валет]

Да , но тут же ещё не надо забывать , про какие искажения и в каком каскаде мы говорим . Ведь если в данном примере на выходе первого каскада возникла АФК , то что мешает ей пройти через второй каскад и появиться на выходе ? Да ничто не мешает

В вашем примере вы представляете возникновение АФК на выходе первого каскада как данность, без убедительного обоснования.
На самом деле на вход первого каскада вместе с усиливаемым напряжением поступает напряжение противоискажений, выделенное схемой сравнения. Сигнал на выходе первого каскада также будет содержать напряжение противоискажений, в отличие от такого сигнала без ООС. Это имеет место во всех усилителях с ООС и такое отличие никогда не рассматривается как АФК, хотя, конечно, ничтожная АФК имеет место из-за нелинейных свойств каскада, причем независимо от наличия или отсутствия ООС. То же относится и ко всем остальным каскадам. Но ООС эти искажения, как и любые другие, компенсирует противоискажениями в соответствии с физикой ее работы, а вовсе не увеличивает их.

[scrgmcdcs]

Именно требование определённой переходной характеристики и не позволяет безгранично увеличивать глубину ООС (если конечно важен звук).



Баба с возу...

Если удастся вынести это за 100 кгц, можно считать, что позволяет.

---------- Сообщение добавлено 10:15 ---------- Предыдущее сообщение было 10:08 ----------

Что получается? Если уже имеется архитектура композита, прошу выложить.

scrgmcdc.cir
значения параметров просто для демонстрации.
рис 1 -прототип композита
рис 2 1-й оу с коррекцией
рис 3 фачх 1-го оу с коррекцией

вот идея - коррекция 1-го оу не влияет на частоты до 100 кгц, но корректирует на высоких > 1 Мгц.
тот квадратный блок - это полосовой фильтр, ктотроый выроаняет првал фазао-частотной характеристики после звуковых частот на рис 3.
В принципе, устойчиво работает и без него, но с заходом фазы за 180.
В результате глубина оос 99.99% усиления 1 и 2 оу.
возможная замена фильтра на добавление еще коррекции в таком духе к 1 или 2 оу, еще можно фачх самой оос изменять, вообщем, надо подбирать, нно времени не хватает.

[mellowman]

Если удастся вынести это за 100 кгц, можно считать, что позволяет.

А откуда взялось волшебное число 100кгц? Почему не 99? или 90, или 900?

[misha88]

Но ООС эти искажения, как и любые другие, компенсирует противоискажениями в соответствии с физикой ее работы, а вовсе не увеличивает их.

В сотый раз, ООС ничего не компенсирует (это такая же глупость, как и то, что нервные клетки не восстанавливаются и другие штампы), это делают сами усилительные каскады за счёт ООС, поэтому именно от их качества всё зависит при одной и той же цепи ООС. Вы также почему-то упорно (что непозволительно для мало-мальски грамотного человека) не видите разницы между стационарным сигналом и хаотичном импульсном (как звук), а ведь во втором случае все Ваши слова не верны, и чем сильнее нелинейность каскадов внутри петли ООС, чем больше усиление, чем меньше запас фазы и т.д., тем больше происходит перерегулирование и модуляции, которые и являются причиной неидеальной работы ООС.

Если удастся вынести это за 100 кгц, можно считать, что позволяет.

Нельзя напрямую брать за основу схему для стационарного сигнала (например, для генератора) и пытаться приспособить для звука, т.е. импульсного сигнала, то что хватает для одного, не подходит для другого. Например, запас фазы для генератора хватает и 30 гр., но для звука меньше 60 гр. это смерть.