Амплитудные искажения гармонического спектра УМЗЧ, ООС и амплитудная характеристика.
Здравствуйте Уважаемые Форумчане!
Вопрос чисто теоретический. Для начала предлагаю внимательно скурить данную литературу [1]…[8]. Нелинейность А
.zip
Здесь автор работ (далее автор) Пахомов А.И., предлагает для оценки качества звучания использовать нелинейность амплитудной характеристики УМЗЧ, при прохождении через последнего нестационарного сигнала. Кстати на этом форуме уже есть тема Андрея anli со схожей постановкой вопроса https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=35701. Anli тонко уловил эту взаимосвязь на уровне субъективных прослушиваний. Наверное, цитировать автора буду много.
Во-первых, почему для оценки нелинейности выбран именно нестационарный сигнал, цитата: «Если УМЗЧ собран на обычных кремниевых транзисторах с горбообразной зависимостью коэффициента передачи от тока, выходной каскад не только вносит ВЧ продукты в цепь ООС и соответственно в разностный сигнал, но и искажает амплитудную характеристику (далее АХ) всего устройства. Эти искажения никак не проявляются в статических испытаниях усилителя, поскольку режимы выходных транзисторов постоянны, соответственно, постоянен и коэффициент передачи. Устройство при этом, по сути, работает в одной точке своей передаточной характеристики... Картина кардинально меняется в динамике: если, например, на вход УМЗЧ подать линейно-нарастающий (или спадающий) сигнал, то выходной сигнал не будет повторять входной в увеличенном масштабе, линейность огибающей будет утрачена. Из-за снижения коэффициента усиления в слаботочной и сильноточной областях коэффициент передачи УМЗЧ непостоянен, а характер его изменения по всему динамическому диапазону близок к зависимости h21Э=f(IЭ) выходных транзисторов. Это становится причиной характерных искажений формы огибающей выходного сигнала, причем величина отклонений нелинейно зависит от амплитуды. Действие ООС - системы линейного регулирования – не исправляет указанную нелинейность, лишь уменьшая масштаб отклонений в каждой ее точке. По этой причине увеличение глубины ООС не приводит к улучшению качества звучания, хотя коэффициент гармоник снижается.» [2], с.9,10. И далее, цитата: «Ошибочно считают, что АХ УМЗЧ полностью линеаризует ООС. На самом деле ООС не исправляет данную нелинейность, так как, в принципе линейная система регулирования, воздействуя на нелинейное звено передачи, лишь масштабирует его переходную характеристику, пропорционально уменьшая коэффициент передачи в каждой точке. Визуальный эффект спрямления кривой KU=f(UВХ) при воздействии ООС вызван только уменьшением абсолютной величины отклонений, относительная величина которых остается практически постоянной. При этом кривая KU=f(UВХ) повторяет ход зависимости h21Э от IKв уменьшенном масштабе.» [1], с.6,7. В принципе, автор показал это в работе [5] с.25, рис.4-6 при моделировании переходных процессов (ТА) транзисторного УМЗЧ с помощью Micro-Cap. Причем на рис.6 приведены огибающие первой и высшей гармоник (для положительных полуволн и до области ограничения) с совмещением масштабов после введения ООС, и показано максимальное отклонение Δγ между огибающими, как неидеальность усилительного тракта. Для чистоты эксперимента стоило бы показать такой же рисунок и до введения ООС, но уверен, что максимальное отклонение Δγ между огибающими с совмещением уже других масштабов получилось бы таким же. В работах автора [2], [3], [4] показано зависимость АХ усилительного устройства от нестабильности коэффициента передачи выходных транзисторов УМЗЧ, причем показателен вывод из [4] с.10, где линеаризация огибающей гармоники достигается увеличением тока покоя выходного каскада, цитата: «Из графиков на рис.12-14, вытекает еще один интересный факт: линеаризация огибающей гармоники с увеличением тока покоя достигается за счет роста ее амплитуды на среднем участке динамической АХ, т.е. относительная величина гармонических искажений в рабочей области характеристики увеличивается! Тем не менее, качество звучания субъективно улучшается. Это давно было замечено в экспертизах, но приписывалось повышению линейности в области перехода синусоиды через ноль, снижению кроссоверных искажений и т.п. Истинная причина – выравнивание амплитудной динамики гармоник – ясна теперь.» Кстати, это отражено и в работе [6] с.24, где приведена формула коэффициента гармоник (КГ) в любой точке графика, из которой вытекает, что значение КГ зависит от отклонения Δγ: чем больше его величина, тем ниже коэффициент гармоник.
Во-вторых, автор задает законный вопрос, почему богатейший гармонический состав (обертоны) реальных музыкальных инструментов, не воспринимается как искажение, цитата: «…важна не только и не столько амплитуда гармоник, сколько верность воспроизведения их огибающих – формант. При этом, в первую очередь, следует говорить не об искажениях искусственных (т.е. создаваемых самим УМЗЧ) гармоник, а об искажениях формант естественных гармоник, уже присутствующих в реальном музыкальном сигнале…» [1] с.7 Т.е., если я правильно понял, взять тот же пример из [5] рис.4-5, при введении ООС абсолютную величину КГ самого УМЗЧ v(Out1) мы уменьшили с 4 вольт до 50 милливольт, а за счет дополнительного прогиба огибающей высших гармоник обертоны реальных музыкальных инструментов (имеющие даже не десятые и сотые доли процента, а единицы или даже десятки), при прохождении через усилительный тракт и получив ту же самую огибающую, уже сами воспринимаются как искажение. Не тот ли это случай разносторонней оценки ООС? Причем высокочастотный регистр звуковых сигналов это не только сами высокочастотные сигналы, но и прежде всего гармоники среднечастотного спектра, кстати, автор об этом говорит. Вообще цитировать автора можно долго, только зачем. Собственно, вопрос - кто что про все это думает? Есть пища для размышлений.
С Уважением!
Александр.
Сообщение от Suravi
Социальные закладки