EDWARD

Влияние скорости нарастания напряжения, на качество звука.

Сообщение от -pab
Интересует статистическая информация о реальном звуковом сигнале. Есть такая инфа или нет?
А какая у них верхняя граница по частоте (на уровне 0.5)?



1. При рассмотрении спектра музыкального сигнала нужно брать не усредненные за время "окна" БПФ уровни, а их истинные пиковые значения, наблюдаемые на выходах достаточно широкополосных (октавных) фильтров. Такие исследования проделал Мак-Найт еще в шестидесятых годах и пришел к выводу, что пиковые уровни на ВЧ в октавах 8 и 16 кГц, если рассматривается сигнал непосредственно с микрофонов, могут превышать среднечастотные значения, однако время существования столь мощных пиков много меньше постоянной времени интегрирования слуха, поэтому они не кажутся чрезмерно громкими.
2. По поводу скорости нарастания усилителя. Во-первых, нужно различать ЛИНЕЙНУЮ и НЕЛИНЕЙНУЮ(максимальную) скорости нарастания. Первая - отражает способносить усилителя воспроизводить с малыми (скажем, не более 0,2%) искажениями всех видов высокочастотный сигнал, а вторая - измеряемая при подаче на вход заведомо перегружающего скачка напряжения или меандра - на самом деле ничего не характеризует, т.к. это по определению нелинейный режим, независимо от того, с ООС усилитель или без.

К сожалению, везде фигурирует (и измеряется) именно вторая, так как она всегда больше первой. Разница между ними зависит от конструкции и схемотехники усилителя, и особенно велика в ОУ с "токовой" ООС и схемах УМЗЧ, построенных на основе этой схемотехники. Связано это с тем, что высокая максимальная скорость нарастания в этих схемах достигается за счет работы всех каскадов (а не только выходного повторителя) в режиме класса AB. К примеру, максимальная скорость нарастания у AD811 превышает 2000 В/мкс, но линейная - немногим больше 200...300 в зависимости от критериев линейности. У ОУ с меньшим током покоя ситуация еще плачевнее. Плюс к этому необходима симметрия скорости нарастания и спада (а на практике ее реально зачастую нет ).
Далее, "линейная" скорость нарастания - это лишь условная граница. Конечно, линейность любого усилителя будет улучшаться при уменьшении требуемой для отработки сигнала скорости нарастания/спада. Но вот зависимость эта, особенно в усилителях с ООС, может быть от довольно плавной квадратично-линейной (когда ограничение скорости нарастания возникает в первом каскаде, что характерно для 95% ОУ с ООС по напряжению и подавляющего большинства УМЗЧ) до очень быстрого спада искажений по мере снижения развиваемой скорости нарастания/спада, если ограничение скорости нарастания происходит НЕ во входных каскадах усилителя, сохраняющих высокую линейность.
Связано это с тем, что степень подавления искажений при помощи введения ООС зависит от места их возникновения, и приведенные ко входу продукты искажений при этом не подавляются совсем. Чем дальше от входа и за большим усилением находися нелинейный элемент, тем эффективнее ООС снижает его искажения. Поэтому распределение усиления и коррекции в СЛ УМЗЧ было выбрано так, чтобы обеспечить большой запас линейности входного ОУ вплоть до начала перегрузки УН по скорости нарастания, благодаря чему УМЗЧ сохраняет очень высокую линейность при отработке сигналов со скоростями вплоть до 80-90% от максимальной. В итоге на реальных сигналах (скорость нарастания которых не превышает 20-30 В/мкс) его линейность оказывается намного выше, чем у широко известных конструкций с максимальными скоростями 300-1000 В/мкс
Схемотехника входного ФНЧ в СЛ УМЗЧ выбрана такой, что на мегагерцовых частотах его перегрузочная способность превышает напряжение питания ОУ и растет с частотой..

SIA

__________________


FROZEN CREW
ORDO*AB*CHAO

EDWARD

Сообщение от Olegyurich
Таким образом, если синус с частотой 20 кГц воспроизводится с тем же Кг(или несущественно большим) чем синус скажем 1 кГц, то скорость нарастания такого усилителя вполне достаточна?
Еще хотел прояснить для себя, раз уж Вы затронули эту тему. Насчет места возникновения искажений в усилителе. Я так понимаю, что искажения в той точке, откуда мы берем сигнал ООС, ослабляются в глубину ООС раз, причем это влияет на все элементы усилителя вплоть до звена вычитания сигнала ООС из полезного сигнала. Т.е. например был у нас Кг=1%, охватили ООС глубиной 40 дБ, стало 0.01%. Где здесь вклады отдельных звеньев(каскадов)? P.S. Статью про СЛ я читал, хотелось бы попонятнее.



1. В принципе, да, но надо брать не одну частоту 20 кГц, а их набор соответственно возможному пиковому спектру входного сигнала, т.к. надеяться, что спектр на входе УМ "обрезан", далеко не всегда уместно. Были случаи появления искажений при записи железа при помощи
B&K4134+Falcon, вызванные недостаточной и несимметричной скоростью встроенного в него усилителя, там она примерно 2В/мкс при чувствительности капсюля примерно 50мВ/Па. После замены Falcon на КММ400, имеющего на порядки лучшую линейность, призвук пропал. Кстати, столь высокая линейность КММ400 мною обеспечена схемотехнически без использования ООС (для обеспечения устойчивости к любому виду нагрузки).
2. По вкладам каскадов - в ветке про СЛУМЗЧ это обсуждалось, был даже PDF на более позднюю Тексасовскую аппликуху.

SIA

__________________


FROZEN CREW
ORDO*AB*CHAO

EDWARD

Л. Зуев:

Вопросы к SIA_2.
Сергей, ответьте пожалуйста на несколько вопросов, касающихся Вашего усилителя, по этим цитатам из архива конференции Audioworld.

Перечислите пожалуйста эти "веревочки".

SIA
1) конструктивное выполнение, практически убирающее полную (с учетом цепей питания) индуктивность цепей коллекторов и эмиттеров выходных транзисторов, как за счет сокращения длины проводников, так и за счет близости "земель" - то есть сокращения эффективной площади контуров протекания тока.
2) использование достаточного числа выходных, и, главное, предвыходных транзисторов. Эффективная паразитная индуктивность эмиттерных цепей (и, соответственно, выхода УМ до замыкания ООС) при этом снижается в N раз, где N-число транзисторов. Естественно, существует оптимальное их число в зависимости от конструкции и режимов работы, когда этот эффект еще не перекрывается ростом габаритов и суммарных емкостей.
3) использование разброса напряжений база-эмиттер выходных транзисторов для обеспечения плавного переключения плеч одновременно с очень большим суммарным током покоя при малом результирующем сопротивлении параллельно работающих эмиттерных резисторов (изменение выходного сопротивления без ООС при изменении выходного тока и переходе его через нуль не превышает 40-50 миллиом, что обеспечивает собственные искажения выходного каскада на уровне заведомо менее 0,2%, порядка 0.05%, а до 5 Вт - менее 0.02%).
4) обеспечение работы предвыходных транзисторов строго в классе А даже при отработке максимальных скоростей, развиваемых УН.
5) Гарантия отсутствия попадания выходных транзисторов в режим квазинасыщения на пиках сигнала при малом падении напряжения на них за счет небольшого тока, приходящегося на каждый транзистор.



Чем конкретно это достигнуто?

SIA
Заход за 180 градусов обеспечен выбором ОУ с участком АЧХ, имеющим наклон около 12 дБ на октаву совместно с интегрирующими свойствами УН. Отсутствие проблем при ограничении обеспечено малым временем выхода ОУ из перегрузок и тем, что фазовый набег, возникающий в УН для малого сигнала при ограничении резко снижается благодаря использованию ограничительных диодов, так как при протекании прямого тока через них их омическое сопротивление невелико и эффективно шунтирует емкость коррекции и паразитные емкости. Плюс обеспечено отсутствие насыщения (квазинасыщения) каких бы то ни было транзисторов в схеме усилителя. А в 95% конструкций ограничение в УН, наоборот, увеличивает набег фазы из-за насыщения (квазинасыщения) или отсечки транзисторов.


По поводу Вашего замечания о "зависимости способности ОООС исправлять искажения от места их возникновения" было много споров. Не могли бы Вы привести эту вырезанную часть статьи или, хотя бы, дать краткое пояснение напечатанному.


SIA
Смысл очень простой. В статье была приведена развернутая формула, из которой было очевидно, что ПРИВЕДЕННЫЕ КО ВХОДУ искажения для абстрактного (и почти любого реального) усилителя не зависят от наличия ООС (при равенстве ВЫХОДНЫХ напряжений). То есть, если источник искажений сидит на самом выходе, он "давится" всем петлевым усилением, если где-то в середине - то для него эффективность ООС меньше на величину усиления последующих каскадов. Ну а на самом входе - ООС не меняет абсолютную величину этих искажений или шумов, снижая лишь относительную их долю за счет увеличения входного сигнала (те же искажения или шумы становятся меньшими по относительной, но не по абсолютной величине). Именно поэтому, кстати, введение ООС само по себе не может улучшить шумовые характеристики.

Соответственно для усилителей с ООС очень критична линейность именно входных каскадов, что и было одной из причин применения ОУ со входным дифкаскадом, имеющим малую нелинейность (у ОУ типа LM318 или AD841/842 благодаря достаточно большому падению напряжения на эмиттерным резисторах линейность входных каскадов оказывается намного выше, чем у ОУ с полевым входом, имеющих практически параболическую характеристику крутизны). 318 был выбран благодаря более быстрому выходу из ограничения, меньшим входным токам и меньшей входной емкости. К тому же его отечественная копия (140УД11) уступала оригиналу разве что по экономичности.
Более скоростной ОУ в данном случае существенного выигрыша не дает, так как вклад 318-го в общую задержку распространения сигнала по петле ООС не превышает 30-40%, при том, что он обеспечивает добрых две трети петлевого усиления (в децибелах). То есть, замена его даже на идеально быстродействующий позволит поднять и без того рекордную (для столь мощного устройства) частоту единичного усиления по петле ООС в целом всего раза в полтора, с 6...7 до 8...10 МГц. А это просто не нужно, т.к. увеличит критичность конструкции к компонентам и конструктивному исполнению. Устойчивость там более чем достаточная, осциллограмма в Радио №6 за 2000 показывает это со всей очевидностью
Дальнейшее же увеличение глубины ООС на характеристики практически не повлияет, так как на практике, при глубине ООС около 90 дБ на 20 кГц, основные источники искажений этого УМ - неидеальность компонентов цепей ООС, "мягкий ограничитель" и наводки от несинусоидальных токов плеч выходного каскада при их переключении. Минимизация этих факторов может быть осуществлена преимущественно конструктивными, а не схемотехническими методами. Именно поэтому, кстати, и пришлось пойти на не совсем обычное и не очень технологичное конструктивное исполнение УМ - в противном случае весь выигрыш в схемотехнике "съедали" паразитные параметры монтажа..

__________________


FROZEN CREW
ORDO*AB*CHAO

EDWARD

Самый лучший ВК в АВ, который мне реально приходилось мерить, без дополнительных ОС давал на ОСТ-овской реальной нагрузке (модуль 3.2 Ома/угол 45 град, для 1 кГц это 2.26 Ома последовательно с 70 мкФ) THD около 0.02% (-74 дБ) для сигнала -1...2 дБ от клипа. Все остальные ВК в АВ (в том числе и со схемами "компенсаций искажений") при реальных измерениях на этой нагрузке были существенно хуже (-43...-60 дБ, правда, при разных токах покоя). В классе А - при дополнительных схемотехнических извращениях по компенсации искажений можно на низких частотах получить THD BK стабильно ниже -100 дБ, только смысла в этом немного (на ВЧ вся компенсация развалится). ООС практичнее.

SIA

__________________


FROZEN CREW
ORDO*AB*CHAO