СМЕРШ
1 ранг
- Регистрация
- 30 Янв 2024
- Сообщения
- 2,622
- Реакции
- 2,961
- Баллы
- 105
- Страна
- Poland
- Город
- Stargard
- Предупреждений
- 17
Цель проектирования усилителя одна: линейность усиления сигналов в самом простом смысле.
Отрицательное определение гласит:
в выходном сигнале должны отсутствовать частотные составляющие, которых не было на входе.
Для симметрирования усилителя удобно применить интегратор.
Интегратор - это специализированная петля ООС. Включает активный фильтр, фильтрующий выходное напряжение усилителя и усиливающий постоянное напряжение ошибки, затем подающий его на вход усилителя для минимизации постоянной составляющей на его выходе.
Как же интегратор портит линейность охваченного его петлёй усилителя?
1. Искажения защитных диодов.
В норме напряжение переменного/постоянного отока на входе интегратора невелико.
Но так как УМ может выйти из строя, а его выходное напряжение может надолго зависнуть в ограничении по питанию со значениями в десятки вольт, вход интегратора нужно защитить диодами:
Тау интегратора определяется произведением резистора и конденсатора его ФНЧ. Если тау невелика, переменное значение на выходе ФНЧ достаточно для отпирания диодов, те искажают сигнал, затем ОУ усиливает искажённый сигнал и вводит его в звуковой тракт.
Здесь сидим более 10% на выходе интегратора только за счёт диодов.
Это - реальная упрощённая схема интегратора из усилителя Никитина, где ОУ и усилитель заменены неискажающими элементами просто в целях чистоты эксперимента: вот сколько вносит именно интегратор.
Другие схемы:
Минимум вносит интеграторно-компенсаторный блок, используемый в ВВС-2011, МАСТЕРЕ и других усилителях моей разработки. Дело в том, что его интегратор - инвертирующий, тау велика - 20 секунд, а на входе инвертирующего интегратора напряжения для отпирания диодов недостаточно:
Полмикровольта при Увых
120 вольт.
Итак, сей сегмент текста говорит об искажениях на защитных диодах интегратора и предлагает лечение:
инвертирующий интегратор,
большая тау ФНЧ.
2. Искажения под действием сигнала интегратора.
Если ввести сигнал неправильно, не на вход усилителя, в внутрь его, ён вносит ещё и нелинейные искажения, так как выводит из режимы входной каскад усилителя.
Так было сделано в ВВ-89:
Сигнал ошибки от интегратора ДА2 с мизерной тау 100 мс подан на базу ОК-ОЭ, внутреннего каскада ОУ ДА1:
Была подготовлена модель ВВ-89 с полными иерархическим моделями ОУ, то есть, с предельно возможной на нынешнее время точностью:
Отключение рез.8 командой .step param R list 200k 200g позволяет отличить искажения с интегратором и без:
Неправильно включенный интегратор, белый график, добавил почти 80 дБ искажений.
Откуда дровишки?
Тау мала. Недодавленная входным ФНЧ интегратора переменная составляющая сигнала ошибки ограничивается/искажается на выходе интегратора и заливается в тракт, к чистому полезному сигналу. Этого не случилось бы, будь интегратор подключен на вход УМ.
Итак, разобран случай неправильного подключения интегратора.
Лекарство: тау побольше, правильное включение.
Заметим: на выходе интегратора всегда существует переменная составляющая сигнала ошибки. Она дублирует сигнал звуковой ООС. Практически, это вторая петля ООС по переменному току, и она может привести к
3. Завалу АЧХ на НЧ.
Тема очень широка. Практически в любой проверенной схеме с интегратором он валит АЧХ петлевого усиления. Видишь интегратор - ищи завал звукового петлевого.
Например, уже рассмотренный пример ВВ-89.
Необходимо предварить рассказ условием: все сервисные петли ООС, как то:
коррекции, интегратора, петель стабилизации режимов,
всегда рассматриваются, как часть усилителя, но никогда - как часть петли звуковой ООС.
Иначе окажется, что петля ООС миллеровской частотной коррекции ...прибавляет усиления там, где должна его ликвидировать. Ошибка станет очевидной при любой проверке в железе.
Здесь видим две АЧХ. Зелёная АЧХ - со штатными конденсаторами интегратора, белая - вовсе без них. Понятно, почему: интегратор - та же петля ООС, да ещё и усиленная усилением собственного ОУ.
Без интегратора петлевое спадов не имеет.
Это - сквозная АЧХ усилителя. Отсутствие петлевого для поддержания стабильного уровня выходного сигнала привело к завалу на НЧ. Понятно, что ухудшается и улучшенная ООС линейность.
Фишку с завалом низких частот через уничтожение интегратором петлевого усиления тот же автор использовал сознательно:
Уменьшив ёмкость указанных конденсаторов в 10 раз о предыдущих значений.
Результат налицо: петлевое упало до 6 дБ на 20 Гц.
Улучшит ли это линейность? Не думаю.
Очевидно, что усиление ОУ интегратора остаточных сигналов переменного напряжения приводит к серьёзным последствиям. Если ФНЧ интегратора рассчитать на безобидные 1 Гц, то есть, на частоте 1 Гц спад 3 дБ = на 30% напряжения сигнала, то на выходе ФНЧ ожидается 70% сигнала. Но вот, будучи усилены КуОУ в сотню тысяч раз, эти 70% составят уже 7 млн процентов, или 70.000 раз: 70% от 100.000 раз. Это уже суперООС какая-то.
Очевидно, что для правильной работы интегратора тау тоже надо увеличить в отношение
КуОУ/делитель меж интегратором и усилителем раз. Это означает необходимость увеличения сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов хотя бы в нескольких сот раз.
Что невыполнимо.
Интеграторы-исключения, без завалов АЧХ в звуковом диапазоне, разработаны только через послезнание, с учётом опыта работы с частотной коррекцией.
Интегратор - активный ФН. Если повысить порядок фильтрации, немного усложнив его, проблему удастся устранить:
Как видим, улучшенный интегратор вообще не влияет на АФЧХ корректора до 2 Гц.
Цена вопроса - один конденсатор и пара-тройка резисторов - невелика относительно решённой проблемы.
Итак, тут мы разобрали причины и последствия завала АФЧХ на НЧ и лекарство, которое от этого завала избавляет. Многие кичатся, мня себя инженерами, но видеть сложное в простом, решая простым сложное им не интересно.
Да, но это ещё не все проблемы с интегратором.
4. ВЧ-интермоды низкочастотного узла интегратора
Этот тип искажений помог найти звукорежиссёр из братской Белоруссии. Он расслышал их на уровне -120 дБ - вот что значит тренировка прослушиванием высококлассного материала на отличных высококлассных линейных усилителях.
Перед нами - фрагмент схемы полного клона ВВС-2011. Сабжевые искажения возникают во время поглощения ОУ У4 интегратора тока порядка 100...150 мкА с выхода УМ.
Дело в том, что выход ОУ не может поглотить этот ток без команды УН ОУ. Сигнал сначала поступает на -вход ОУ У4:
усиливается УН, подводится к ВК, и тут возникает коллизия: ВК большинства ОУ неспособен линейно отработать такой сигнал. Для хиленького ОУ ора192 с током 1...1,2 мА
100...150 мкА тока в выход - это серьёзная перегрузка, более 10% тока покоя.
Моделируем ситуацию:
Маленькое круглое неискажающее слева - УМ. Справа - ОУ интегратора.
Основная драма разыграется здесь, меж точками 6 входа в ВК ОУ и 77 - выхода ОУ.
Уже общи вид сигналов в этих точках
1. Говорит о том, что зелёный сигнала на входе ВК гораздо больше белого на выходе. Разница приложена к эмиттерным переходам ВК, и чем она больше, тем больше искажения каскада.
2. Огибающая зелёного сигнала зримо искажена. Тоже плохой знак.
Вот его искажения: да тут все 10% искажений. Не путать с искажениями на выходе УМ, там их меньше, но в усилителе сигнал должен быть максимально линеен во всех точках.
3. Искажён и выходной сигнал.
4. Порядка 0,003% искажений есть и в токе резистора "интегратор - УМ".
5. На выходе неискажающего усилителя - порядка 0,005% интемодов из-за влияния безобидного низкочастотного узла - интегратора.
Вот они, искажения на выходе неискажающего усилителя из-за безобидного НЧ-узла интегратора.
Лекарство:
1. Самое простое: сместить ВК в класс А установкой банального подгрузочного резистора сопротивлением 10 кОм или генератора тока 1...3 мА от входа на -Упит.
2. Применить линейный выходной каскад, разгружающий ВК ОУ, двухтактный или однотактный.
3. Самое дорогое, но компактное решение - применить интегратором скоростной линейный ОУ того же качества, что и в основном тракте. Вроде ОРА637.
Итак, тут разобраны причины интермодов в УМ от простого безобидного интегратора, и предложены решения, удовлетворившие даже слух звукорежиссёров.
Отрицательное определение гласит:
в выходном сигнале должны отсутствовать частотные составляющие, которых не было на входе.
Для симметрирования усилителя удобно применить интегратор.
Интегратор - это специализированная петля ООС. Включает активный фильтр, фильтрующий выходное напряжение усилителя и усиливающий постоянное напряжение ошибки, затем подающий его на вход усилителя для минимизации постоянной составляющей на его выходе.
Как же интегратор портит линейность охваченного его петлёй усилителя?
1. Искажения защитных диодов.
В норме напряжение переменного/постоянного отока на входе интегратора невелико.
Но так как УМ может выйти из строя, а его выходное напряжение может надолго зависнуть в ограничении по питанию со значениями в десятки вольт, вход интегратора нужно защитить диодами:
Тау интегратора определяется произведением резистора и конденсатора его ФНЧ. Если тау невелика, переменное значение на выходе ФНЧ достаточно для отпирания диодов, те искажают сигнал, затем ОУ усиливает искажённый сигнал и вводит его в звуковой тракт.
Здесь сидим более 10% на выходе интегратора только за счёт диодов.
Это - реальная упрощённая схема интегратора из усилителя Никитина, где ОУ и усилитель заменены неискажающими элементами просто в целях чистоты эксперимента: вот сколько вносит именно интегратор.
Другие схемы:
Минимум вносит интеграторно-компенсаторный блок, используемый в ВВС-2011, МАСТЕРЕ и других усилителях моей разработки. Дело в том, что его интегратор - инвертирующий, тау велика - 20 секунд, а на входе инвертирующего интегратора напряжения для отпирания диодов недостаточно:
Полмикровольта при Увых
120 вольт.
Итак, сей сегмент текста говорит об искажениях на защитных диодах интегратора и предлагает лечение:
инвертирующий интегратор,
большая тау ФНЧ.
2. Искажения под действием сигнала интегратора.
Если ввести сигнал неправильно, не на вход усилителя, в внутрь его, ён вносит ещё и нелинейные искажения, так как выводит из режимы входной каскад усилителя.
Так было сделано в ВВ-89:
Сигнал ошибки от интегратора ДА2 с мизерной тау 100 мс подан на базу ОК-ОЭ, внутреннего каскада ОУ ДА1:
Была подготовлена модель ВВ-89 с полными иерархическим моделями ОУ, то есть, с предельно возможной на нынешнее время точностью:
Отключение рез.8 командой .step param R list 200k 200g позволяет отличить искажения с интегратором и без:
Неправильно включенный интегратор, белый график, добавил почти 80 дБ искажений.
Откуда дровишки?
Тау мала. Недодавленная входным ФНЧ интегратора переменная составляющая сигнала ошибки ограничивается/искажается на выходе интегратора и заливается в тракт, к чистому полезному сигналу. Этого не случилось бы, будь интегратор подключен на вход УМ.
Итак, разобран случай неправильного подключения интегратора.
Лекарство: тау побольше, правильное включение.
Заметим: на выходе интегратора всегда существует переменная составляющая сигнала ошибки. Она дублирует сигнал звуковой ООС. Практически, это вторая петля ООС по переменному току, и она может привести к
3. Завалу АЧХ на НЧ.
Тема очень широка. Практически в любой проверенной схеме с интегратором он валит АЧХ петлевого усиления. Видишь интегратор - ищи завал звукового петлевого.
Например, уже рассмотренный пример ВВ-89.
Необходимо предварить рассказ условием: все сервисные петли ООС, как то:
коррекции, интегратора, петель стабилизации режимов,
всегда рассматриваются, как часть усилителя, но никогда - как часть петли звуковой ООС.
Иначе окажется, что петля ООС миллеровской частотной коррекции ...прибавляет усиления там, где должна его ликвидировать. Ошибка станет очевидной при любой проверке в железе.
Здесь видим две АЧХ. Зелёная АЧХ - со штатными конденсаторами интегратора, белая - вовсе без них. Понятно, почему: интегратор - та же петля ООС, да ещё и усиленная усилением собственного ОУ.
Без интегратора петлевое спадов не имеет.
Это - сквозная АЧХ усилителя. Отсутствие петлевого для поддержания стабильного уровня выходного сигнала привело к завалу на НЧ. Понятно, что ухудшается и улучшенная ООС линейность.
Фишку с завалом низких частот через уничтожение интегратором петлевого усиления тот же автор использовал сознательно:
Уменьшив ёмкость указанных конденсаторов в 10 раз о предыдущих значений.
Результат налицо: петлевое упало до 6 дБ на 20 Гц.
Улучшит ли это линейность? Не думаю.
Очевидно, что усиление ОУ интегратора остаточных сигналов переменного напряжения приводит к серьёзным последствиям. Если ФНЧ интегратора рассчитать на безобидные 1 Гц, то есть, на частоте 1 Гц спад 3 дБ = на 30% напряжения сигнала, то на выходе ФНЧ ожидается 70% сигнала. Но вот, будучи усилены КуОУ в сотню тысяч раз, эти 70% составят уже 7 млн процентов, или 70.000 раз: 70% от 100.000 раз. Это уже суперООС какая-то.
Очевидно, что для правильной работы интегратора тау тоже надо увеличить в отношение
КуОУ/делитель меж интегратором и усилителем раз. Это означает необходимость увеличения сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов хотя бы в нескольких сот раз.
Что невыполнимо.
Интеграторы-исключения, без завалов АЧХ в звуковом диапазоне, разработаны только через послезнание, с учётом опыта работы с частотной коррекцией.
Интегратор - активный ФН. Если повысить порядок фильтрации, немного усложнив его, проблему удастся устранить:
Как видим, улучшенный интегратор вообще не влияет на АФЧХ корректора до 2 Гц.
Цена вопроса - один конденсатор и пара-тройка резисторов - невелика относительно решённой проблемы.
Итак, тут мы разобрали причины и последствия завала АФЧХ на НЧ и лекарство, которое от этого завала избавляет. Многие кичатся, мня себя инженерами, но видеть сложное в простом, решая простым сложное им не интересно.
Да, но это ещё не все проблемы с интегратором.
4. ВЧ-интермоды низкочастотного узла интегратора
Этот тип искажений помог найти звукорежиссёр из братской Белоруссии. Он расслышал их на уровне -120 дБ - вот что значит тренировка прослушиванием высококлассного материала на отличных высококлассных линейных усилителях.
Перед нами - фрагмент схемы полного клона ВВС-2011. Сабжевые искажения возникают во время поглощения ОУ У4 интегратора тока порядка 100...150 мкА с выхода УМ.
Дело в том, что выход ОУ не может поглотить этот ток без команды УН ОУ. Сигнал сначала поступает на -вход ОУ У4:
усиливается УН, подводится к ВК, и тут возникает коллизия: ВК большинства ОУ неспособен линейно отработать такой сигнал. Для хиленького ОУ ора192 с током 1...1,2 мА
100...150 мкА тока в выход - это серьёзная перегрузка, более 10% тока покоя.
Моделируем ситуацию:
Маленькое круглое неискажающее слева - УМ. Справа - ОУ интегратора.
Основная драма разыграется здесь, меж точками 6 входа в ВК ОУ и 77 - выхода ОУ.
Уже общи вид сигналов в этих точках
1. Говорит о том, что зелёный сигнала на входе ВК гораздо больше белого на выходе. Разница приложена к эмиттерным переходам ВК, и чем она больше, тем больше искажения каскада.
2. Огибающая зелёного сигнала зримо искажена. Тоже плохой знак.
Вот его искажения: да тут все 10% искажений. Не путать с искажениями на выходе УМ, там их меньше, но в усилителе сигнал должен быть максимально линеен во всех точках.
3. Искажён и выходной сигнал.
4. Порядка 0,003% искажений есть и в токе резистора "интегратор - УМ".
5. На выходе неискажающего усилителя - порядка 0,005% интемодов из-за влияния безобидного низкочастотного узла - интегратора.
Вот они, искажения на выходе неискажающего усилителя из-за безобидного НЧ-узла интегратора.
Лекарство:
1. Самое простое: сместить ВК в класс А установкой банального подгрузочного резистора сопротивлением 10 кОм или генератора тока 1...3 мА от входа на -Упит.
2. Применить линейный выходной каскад, разгружающий ВК ОУ, двухтактный или однотактный.
3. Самое дорогое, но компактное решение - применить интегратором скоростной линейный ОУ того же качества, что и в основном тракте. Вроде ОРА637.
Итак, тут разобраны причины интермодов в УМ от простого безобидного интегратора, и предложены решения, удовлетворившие даже слух звукорежиссёров.
Схерали ты меряешь усиление звуковой петли вместе с усилением сервисной? Какие причины, кроме незнания принципов работы ООС и назначения её петель, побудили тебя это сделать, о, искушённый в делах ноуки чужеземец?
Последнее редактирование модератором:
