Интермодуляционные искажения в усилителях звуковой частоты и ООС

Главная
Интермодуляционные искажения в усилителях звуковой частоты и ООС — осторожно, опасные связи

Интермодуляционные искажения в усилителях звуковой частоты и ООС — осторожно, опасные связи +25

27.12.2016 18:24

progchip666 40 7800 Источник

На аудиофильских сайтах принято пугать посетителей интермодуляционными искажениями, однако поскольку большинство публикаций на эту тему широко использую технологию копипаста, понять почему эти искажения возникают и чем так страшны очень сложно. Сегодня я постараюсь в меру своих способностей и объёма статьи отразить именно природу этих стрРрашных ИМИ.

Тема искажений сигнала в УМЗЧ была поднята в моей предыдущей статье, но в прошлый раз мы лишь слегка коснулись линейных и нелинейных искажений. Сегодня попробуем разобраться в наиболее неприятных на слух, трудноуловимых для анализа и сложноустранимых для проектировщиков УНЧ интермодуляционных искажениях. Причинах их возникновения и взаимосвязи с обратной связью ~~сорри за каламбур~~.

Краткое содержание статьи:

Операционный усилитель как белый треугольник
Обратная связь ~~просто и сердито~~ — панацея от всех бед?
Что русскому хорошо, то немцу — смерть или немного радиотехники
ИМИ (IMD) — интермодуляционные искажения
Тёмная сторона обратной связи
Экскурсия в реальный мир. Общая отрицательная обратная связь в усилителе мощности звуковой частоты
Динамические интермодуляционные искажения TIM. Перегрузочная способность и эффект “клиппирования” усилителя
Методики измерения интермодуляционных искажений
С наступающим Новым Годом!

Операционный усилитель как белый треугольник

Прежде чем говорить об обратной связи, сделаем небольшой экскурс в операционные усилители ОУ, поскольку сегодня транзисторные усилительные тракты без них практически не обходятся. Они могут присутствовать как в виде отдельных микросхем, так и входить в состав более сложных чипов — например интегральных усилителей низкой частоты — УНЧ.

Рассмотрим усилитель в виде чёрного ящика ~~вернее белого треугольника, как их принято обозначать в схемотехнике~~, пока не вдаваясь в подробности его устройства.

Назначение выводов операционного усилителя

Неинвертирующий вход: $V_+$

Инвертирующий вход: $V_-$

Плюс источника питания: $V_{S+}, V_{DD}, V_{CC}, V_{CC+}$

Минус источника питания: $V_{S-}, V_{SS}, V_{EE}, V_{CC-}$

Если увеличить входное напряжение на неинвертирующем входе, то напряжение на выходе вырастет, если на инвертирующем, то наоборот уменьшится.

Обычно входное напряжение, которое необходимо усилить, подают между двумя входами и тогда выходное напряжение можно выразить следующим образом:

$V_{OUT}=(V_+- V_-)* G_{openloop}$

Где $G_{openloop}$ — коэффициент усиления с разомкнутой петлёй обратной связи

Поскольку наша цель не усиление постоянных напряжений, а звуковых колебаний давайте для примера рассмотрим зависимость $G_{openloop}$ недорогого ОУ LM324 от частоты входных синусоидальных колебаний.

На данном графике по вертикали отложено усиление, а по горизонтали частота в логарифмическом масштабе. Результаты работы инженеров не слишком впечатляют и применить подобный усилитель в реальности вряд ли получится. Во первых, он показывает хорошую линейность лишь за пределами частотного диапазона воспринимаемого ухом — ниже 10 Гц, во вторых, его коэффициент усиления слишком большой — 10 000 раз на постоянном токе!

Так что же делать, должен же быть выход! Да, он есть. Взять часть выходного сигнала и подать его на инвертирующий вход — ввести обратную связь.

Обратная связь — просто и сердито! Панацея от всех бед?

В данной статье не будем касаться основ теории операционных усилителей, при желании в интернете можно найти много информации на эту тему, например в цикле статей Игоря Петрова KriegeR

Ввести обратную связь в схему усилителя не просто, а очень просто. Давайте чтобы далеко не ходить рассмотрим как это можно сделать на примере из моей прошлой статьи про маленькие хитрости трассировки схем на Операционных усилителях.

Обратная связь в данной схеме подаётся на инвертирующий вход ОУ через резистор R2, точнее делитель напряжения из R2 и R1.

Нетрудно доказать что в данная схема будет иметь коэффициент усиления по напряжению равный двум, причём он будет неизменен при усилении гармонических сигналов в очень широком частотном диапазоне. С увеличением частоты сигнала коэффициент усиления ОУ без ОС падает ~~но остаётся многократно больше двух~~ и это падение компенсируется автоматическим уменьшением уровня сигнала обратной связи. В результате коэффициент усиления схемы в целом остаётся неизменным. Но и это ещё не всё. Данная схема имеет очень высокое входное сопротивление, а значит практически не оказывает влияние на источник сигнала. Она также имеет весьма низкое выходное сопротивление, а значит по идее, должна сохранять форму сигнала даже при работе на достаточно низкоомную нагрузку, причём с комплексным сопротивлением — индуктивную и ёмкостную.

Неужели мы вот так просто получили ИДЕАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ?

К сожалению нет, как любая монета имеет орла и решку, так и обратная связь свою тёмную сторону.

Что русскому хорошо, то немцу — смерть или немного радиотехники

В радиотехнике хорошо известен эффект взаимодействия сигналов двух различных частот, поданных на нелинейный элемент, называемый интермодуляцией. В результате получается сложный сигнал с комбинациями частот (гармоник), зависящих от частоты исходных сигналов f1 и f2 согласно следующей формуле:

$f_\Gamma = n*f_1\pm m*f_2;$

Полученные частоты по амплитуде меньше родительских гармоник и как правило их уровень быстро убывает с увеличением целочисленных коэффициентов m и n.

Наибольшую амплитуду будут иметь гармоники, называемые гармониками второго порядка с частотами:

$f_\Gamma = f_1\pm f_2;$

и частотами гармоник третьего порядка:

$f_\Gamma = 2*f_1\pm f_2; \quad f_\Gamma = 2*f_2\pm f_1;$

В радиотехнике этот эффект широко используют для преобразования частот. Благодаря ему работают современные приёмники. Преобразование частоты происходит в смесителях, построенных на основе нелинейных элементов в качестве которых часто используют p-n переход диода, ну или транзистора. На смеситель одновременно поступает принимаемый полезный сигнал и сигнал от генератора — гетеродина.

На выходе мы получаем широкий спектр сигналов:

Но благодаря узкополосному фильтру ФПЧ выделяем нужный нам сигнал с промежуточной частотой f_пр=f_г-f_с и усиливаем его в усилителе ПЧ. Затем происходит детектирование с помощью следующего нелинейного элемента, обычно диода и на выходе после фильтра низких частот ~~на рисунке не изображён~~ мы получаем сигнал звуковой частоты.

ИМИ (IMD) — интермодуляционные искажения

Однако, если для приёмников эффект интермодуляции жизненно необходим, в усилителях низкой частоты он вызывает возникновение нелинейных искажений, которые так и называют интермодуляционными. Ведь звуковой сигнал одновременно содержит гармоники большого количества частот, сильно отличающихся по амплитуде, а транзисторы, из которых состоит усилитель, ~~как и диоды~~ являются нелинейными элементами. Искажения, которые появляются благодаря описанному выше механизму, в англоязычных источниках именуют intermodulation distortion сокращённо IMD, кстати российское сокращение для них ИМИ.

Данный тип искажений гораздо неприятнее на слух, чем банальное амплитудное ограничение сигнала, источник их появления в каждом конкретном случае гораздо сложнее обнаружить, а главное устранить.

Борются с данным эффектом применяя более совершенные транзисторы, работающие в линейном режиме и с помощью местной ~~в пределах одного каскада усиления~~ или глубокой общей обратной связи — мастере на все руки! Однако всё хорошо в меру — если частоты паразитных гармоник сигнала лежат в области быстрого спада АЧХ усилителя, то обратная связь может не успеть компенсировать искажение сигнала и даже сама послужить источником дополнительных искажений.

Пора нам наконец заняться исследованием тёмной стороны обратной связи

Тёмная сторона обратной связи

Для того, чтобы её обнаружить соберём усилитель по представленной выше схеме на ОУ LM324, но с немного другими номиналами резисторов обратной связи так, чтобы получить единичное усиление.

А теперь подадим на его вход прямоугольный импульс малой амплитуды, каких нибудь 100 милливольт.

Tо, что мы получили на выходе выглядит совсем не похоже на входной сигнал. Что же случилось и почему нам не помогла обратная связь? Как всегда виновата физика, её мир гораздо сложнее чем наши математические модели, основанные на грубых приближениях. Дело в том, что наш усилитель — весьма сложное устройство.

Он содержит массу паразитных ёмкостей, расположенных как внутри интегральных транзисторов, его составляющих, так и в межкаскадных связях. Природа паразитных ёмкостей очень разная, например обусловленная временем рассасывания неосновных носителей заряда в полупроводнике. Сами транзисторы, на которых построен наш ОУ, являются усилительными приборами с большой нелинейностью. Более того, свою ёмкость имеют и элементы печатной платы, особенно если при трассировке не учитывались рекомендации, изложенные в моей предыдущей статье.

В момент прихода отрицательного фронта сигнала обратная связь обнаруживает что напряжение на входе не соответствует выходному. Она резко увеличивает потенциал инвертирующего входа относительно неинвертирующего, чтобы как можно быстрее передать скачок напряжения на входе усилителя, но не успевает этого сделать поскольку ей необходимо сначала зарядить паразитные ёмкости всего тракта усиления и мы получаем завал фронта сигнала на выходе. Далее, когда входной сигнал так же резко перестаёт меняться обратная связь вынуждена эти ёмкости разряжать. Как следствие мы получаем выброс на выходе, в дальнейшем переходящий в затухающий колебательный процесс. В особо печальных случаях этот колебательный процесс может затянуться на достаточно долгое время — усилитель перейдёт в состояние самовозбуждения. В итоге в сигнале на выходе усилителя появляются новые гармоники не присутствующие на входе — нелинейные искажения.

Экскурсия в реальный мир. Общая отрицательная обратная связь в усилителе мощности звуковой частоты

Нелинейность, присущая транзисторным каскадам, вынуждает разработчиков использовать сильную отрицательную обратную связь как простейшее решение для подгонки параметров усилителя под соответствия требованиям по низкому уровню гармонических и интермодуляционных искажений ~~разумеется измеренных по стандартным методикам~~. В результате промышленные усилители мощности, имеющие глубину ООС в 60 и даже 100 дБ, на сегодняшний день не являются редкостью.
Изобразим реальную схему несложного транзисторного усилителя мощности. Можно сказать что он является трёхкаскадным. Первый усилительный каскад на ОУ А1, второй на транзисторах T1-T2 и третий также транзисторный Т3 -Т4. При этом усилитель охвачен цепью общей обратной связи ~~она выделена красным контуром~~, которая подаётся через резистор R6 на неинвертирующий вход ОУ. Ключевое слово здесь общей — обратная связь тут подаётся не с выхода ОУ на его вход, а с выхода всего усилителя.

В результате ОУ благодаря своему огромному усилению должен помогать справляться с разными родами нелинейностями и помехами транзисторным усилительным каскадам. Перечислим ниже основные из них:

транзисторы в подобном включении могут работают в весьма нелинейном режиме при переходе сигнала через ноль и для слабых сигналов;
на выходе усилитель нагружен на комплексную нагрузку — акустическую систему. На схеме показан её эквивалент — сопротивление R15 и индуктивность L1;
Транзисторы работают в тяжёлом тепловом режиме и температура их корпуса существенно зависит от выходной мощности, а от температуры сильно зависят их параметры;
Ёмкости монтажа и различного рода наводки могут иметь приличное значение и ошибки трассировки легко могут привести к возникновению положительной обратной связи и самовозбуждению усилителя;
Значительно возрастает роль помех, наводимых по питанию;

И ОУ помогает, но ~~как дурак молящейся богу из известного афоризма~~ порой уж слишком усердно. Появляются проблемы с перегрузочной способностью отдельных каскадов, транзисторы которых попадают в режим ограничения сигнала. Они выходят из линейного ~~разумеется сравнительно линейного~~ режима в режимы отсечки или насыщения. Выходят очень быстро, а возвращаются в него гораздо медленней, что обусловлено неторопливым процессом рассасывания неосновных источников заряда в полупроводниковых переходах. Рассмотрим подробнее данный процесс и его последствия.

Динамические интермодуляционные искажения TIM. Перегрузочная способность и эффект “клиппирования” усилителя

Перегрузочная способность усилителя это параметр, который описывает на сколько децибел номинальное выходное напряжение или мощность отличается от максимальной, когда начинаются ограничения выходного сигнала по питанию — clipping

У транзисторных усилителей перегрузочная способность невелика, особенно у оконечных и предоконечных каскадов. Номинальная мощность от максимальной часто отличается всего процентов на 40, это меньше чем 3 дБ.

Представим что наш усилитель состоит из идеального предусилителя корректора и УМЗЧ охваченного обратной связью с коэффициентом B. Важно отметить, что сигнал V₁ может содержать составляющие очень высокой частоты. Предусилитель C действует как фильтр НЧ, выдавая входной сигнал V₂ для усилителя A, содержащий только составляющие, попадающие в звуковую полосу частот.

Напряжение на входе усилителя мощности V₂ имеет время нарастания, определяемое предусилителем, на графике видно что оно сглажено. Тем не менее, в напряжении V₃, действующем на выходе сумматора, присутствует выброс, вызванный стремлением обратной связи компенсировать малое быстродействие усилителя мощности A с амплитудой V_max

Выброс в сигнале V₃ может в сотни ~~и даже тысячи~~ раз превосходить по амплитуде номинальный уровень входного сигнала. Он может в значительной степени превысить динамический диапазон усилителя. Во время такой перегрузки усиление других сигналов, присутствующих на входе уменьшается, вызывая мгновенный всплеск интермодуляционных искажений. Этот всплеск называется динамическими интермодуляционными искажениями TID , потому что приводит к влиянию одного сигнала на амплитуду другого ~~интермодуляция~~, и зависит от временной и амплитудной характеристик входного сигнала сильнее, чем просто от амплитудной характеристики, как в случае простых интермодуляционных искажений.

В показанной схеме наибольший коэффициент усиления по напряжению имеет ОУ, тем не менее он имеет неплохую перегрузочную способность — сохраняет небольшие нелинейные искажения при размахе напряжения на выходе близком к напряжению питания. Гораздо хуже дело обстоит с каскадом на транзисторах T1 и T2 — это усилители тока, которые достаточно просто вывести из нормального режима работы, а для его восстановления может потребоваться сравнительно большое время. Выбросы напряжения обратной связи усиленные ОУ и поданные на вход этих транзисторов могут иметь очень большие значения. Они приводят к перегрузке второго каскада усиления. Т1 и Т2 могут войти в режим насыщения, потерять свои усилительные свойства, причём оставаться в нём некоторое время даже после пропадания резкого фронта входного сигнала, пока не рассосётся заряд на разного рода паразитных ёмкостях. Паразитные ёмкости и возможные элементы коррекции АЧХ тут показаны с помощью элементов R и С.

Выше показан график крайне неприятного эффекта, который называют “клиппированием” усилителя и он является порождением обратной связи. На выходе А1 мы получаем в результате эффект ограничения по амплитуде, а на выходе усилителя искажённый сигнал.

Методики измерения интермодуляционных искажений и методы борьбы с ними

Согласно стандартной методике для измерения интермодуляционных искажений на вход измеряемого объекта одновременно подаются два сигнала: низкой f₁ и высокой f₂ частот. К сожалению, в различных странах пользуются различными измерительными частотами. Разные стандарты предусматривают разные частоты — 100 и 5000 Гц, 50 и 1000 Гц…

Наиболее употребительным является использование частот 400 и 4000 Гц, утвержденных в стандарте DIN 45403, ГОСТ 16122-88 и МЭК 60268-5. Амплитуда сигнала частотой f₁ на 12 дБ ~~в 4 раза~~ больше, чем амплитуда сигнала частотой f₂. В зависимости от нелинейности характеристики, в рабочей точке симметрично относительно частоты f₂ образуются разностные и суммарные комбинационные колебания f₂ ± f₁, и f₂ ± 2f₁ более высоких порядков. Возникающие комбинационные колебания второго порядка с частотами f₂ ± f₁ характеризуют квадратичные, а третьего порядка с частотами f₂ ± 2f₁ — кубические искажения объекта измерения.

Также широко используется пара частот 19 и 20 КГц c равным уровнем сигнала, удобная прежде всего тем, что основной гармоникой, которая попадает в звуковой диапазон, в данном случае является сигнал с частотой 1КГц, уровень которого легко измерить.

Для подачи измерительных сигналов применяют не только генераторы, но и специально записанные в студии измерительные CD диски и даже виниловые пластинки.

Лет 30 назад для измерения коэффициента интермодуляцнонных искажений требовались сложные и дорогие приборы, доступные только в лабораториях и студиях, вот например состав измерительного стенда для усилителя звукоснимателя:

Проигрыватель виниловых пластинок;
Измерительная пластинка;
Звукосниматель;
Корректирующий усилитель;
Полосовой фильтр;
Линейный детектор;
Фильтр низких частот.
Ну и конечно V — вольтметр, умеющий измерять действующее значение синусоидальных колебаний!

Сегодня гораздо лучшее качество измерений может обеспечить даже простенькая 16 битная компьютерная музыкальная карта с ценой до 30 долларов в комплекте со специальной измерительной программой и несложными цепями согласования.

Описанные стандарты очень удобны для производителей звуковоспроизводящей аппаратуры ~~без особого труда можно получить красивые маленькие цифры в паспортных данных~~, но не слишком хорошо отражают реальное качество усилительного тракта. Результатом конечно является развитие субьективизма — когда два усилителя ~~или даже недешёвых аудиокарты~~, имеющих формально практически одинаковые параметры, на сложном музыкальном сигнале «звучат» совершенно по разному — без прослушивания перед покупкой не обойтись.

Любители энтузиасты качественного звука и отдельные фирмы производители аппаратуры высокого класса пытаются продвигать свои методики измерений, основанные на менее оторванных от реальности приближениях. Существуют мультичастотные методики, методики исследующие взаимодействие гармонической частоты и единичного импульса, на основе шумовых сигналов и другие. Однако в этот раз обсудить их подробно мы уже не успеем.

На методах борьбы с интермодуляционными искажениями мы остановимся также очень кратко:

Подгонка схемотехники с целью получения хороших результатов для стандартных методик измерения;
Частотно — зависимая обратная связь и цепи частотной коррекции цепочки R5,C3 и R14,C8 на картинке в этой статье;
Применение цепочек местной обратной связи, охватывающей один — два каскада усиления;
Введение транзисторов в линейный режим. На нашей картинке усилителя за это отвечают диоды D1,D2 и подстроечный резистор R8. Однако эта мера чревата увеличением энергопотребления, особенно выходных каскадов;
Использование качественных и соответственно дорогих компонентов;
Ну и наконец, самый радикальный — использование ламп вместо транзисторов, как более линейных элементов. Впрочем, это отдельная большая и неоднозначная тема, достойная отдельной статьи...

Пожалуй, это последняя моя статья в этом году, пользуясь случаем хочу поздравить всех моих читателей с Новым Годом и пожелать счастья и удачи в наступающем!

Поделиться с друзьями

-->

Комментарии (40)

melchermax
28.12.2016 00:09
#9781838
Замечательная публикация! Насчёт ламп я, правда, не совсем согласен, даже 50 немаркетинговых ватт на лампах это очень дорого, смысла для большинства нет. Также не затронута тема быстродействия транзисторов выходного каскада и укорачивания тракта (это мелкие придирки :))
1. progchip666
  28.12.2016 08:52
  #9782266
  Спасибо.
  Очень много чего не затронуто, статья не претендует на всеобъемлимость. Из-за ограниченного размера статьи практически всех тем пришлось коснуться вскользь. Целью было постараться объяснить физическую сущность процесса появления интермодуляционных колебаний.
  Тема ламп может быть очень интересной.
  Лампа как усилительный прибор — весьма интересная штука, хотя точно не панацея от всех бед. Кроме того, скопилось огромное количество мифов которые поддерживают и углубляют как производители Hi — End аппаратуры, так и любители с порой оч умелыми ручками, но слабо помнящие даже школьный курс физики и закон ома.

bARmaleyKA
28.12.2016 01:13
#9781890
+1
Основное назначение Оу в УМЗЧ — усилитель напряжения, который «раскачивает» последующий мощный усилитель по току. Его можно заменить каскадом на транзисторах, только его проектировать и рассчитывать надо, а с операционником проще. Воткнул, петлёй ограничил усиление и готово.
На картинке, где приводится сравнение входного прямоугольного и выходного искажённого сигналов явно видны искажения вызванные переходными процессами усилителя (завал фронта и спада импульса), а так же колебательными процессами (что-то где-то резонирует). Можно решить и без применения ООС просто грамотным проектированием.
1. melchermax
  28.12.2016 02:17
  #9781930
  Позвольте не согласиться: ОУ используется всё же для увеличения глубины ООС, усилитель напряжения это следующий каскад. Конечно, существуют схемы усилителей, в которых ОУ управляет непосредственно выходным каскадом, но в аппаратуре этого класса интермодуляционные искажения не измеряются :)
  1. bARmaleyKA
    28.12.2016 08:26
    #9782228
    +1
    Позвольте не согласиться: ОУ используется всё же для увеличения глубины ООС, усилитель напряжения это следующий каскад.
    
    Даже на приведённой вами схеме оконечный каскад на VT1-VT4 нечто иное как каскадно подключённый двухтактный эммитерный повторитель, у которого коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы — это практически классика схемотехники УМЗЧ. Его раскачивает по напряжению операционник.
    
    В показанной схеме наибольший коэффициент усиления по напряжению имеет ОУ, тем не менее он имеет неплохую перегрузочную способность — сохраняет небольшие нелинейные искажения при размахе напряжения на выходе близком к напряжению питания.
    
    Зависит от модели операционника и его режима работы. А то он вам может устроить неплохой перегруз.
    
    Гораздо хуже дело обстоит с каскадом на транзисторах T1 и T2 — это усилители тока, которые достаточно просто вывести из нормального режима работы, а для его восстановления может потребоваться сравнительно большое время.
    
    Нормальные надо транзисторы подбирать с запасом по мощности. А то воткнут МП42А, потом требуют, чтобы он качал как 2Т825. Так же помнить, что каскад с общим эммитером обладает неважными частотными свойствами.
    
    Ну и наконец, самый радикальный — использование ламп вместо транзисторов, как более линейных элементов
    
    Т. е. ламповый каскад, охваченный петлёй общей ООС, будет меньше искажать?
    
    progchip666
    28.12.2016 09:16
    #9782288
    Отвечу на последнее только на последнее утверждение, так как с остальными не поспоришь.
    Не будет.
    Просто лампы более линейные приборы, усилители на них имеют другую схемотехнику и общая ООС вообще крайне редко используется, да и местную часто пытаются сильно ограничивать.
    
    bARmaleyKA
    28.12.2016 18:28
    #9784082
    -1
    Просто лампы более линейные приборы
    
    Технически грамотно говорить в чём именно. Если вы имеете в виду шумовые характеристики, то да, практически не зависят от температуры и частоты. Входные, выходные и проходные характеристики? То тут спорное утверждение. Полупроводники не стояли в развитии и сейчас вполне можно подобрать униполярный полупроводниковый элемент с параметрами и характеристиками по линейности не уступающий лампам.
    
    имеют другую схемотехник
    
    Схемотехника практически везде одна и та же — маломощный входной каскад усиления по напряжению, мощный выходной.
    
    progchip666
    28.12.2016 18:46
    #9784124
    +1
    Схемотехника практически везде одна и та же — маломощный входной каскад усиления по напряжению, мощный выходной.
    
    Ну если описывать такими категориями схемотехнику, то она безусловно везде полностью одинакова
    
    user343
    29.12.2016 16:02
    #9786516
    Лампы имеют встроенный микрофонный эффект, зато меньше детектируют вездесущее СВЧ.
    Проблемы ВЧ наводок были решены в твердотельных усилителях лет 20 назад:
    http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=3273
    
    Fiz_ruk
    28.12.2016 18:44
    #9784122
    +1
    На полевых транзисторах можно собрать полный аналог лампы ( ну кроме теплого художественного эффекта). Вообще же, изготовление прецизионных (точность минус 80дБ) широкополосных (свыше 4 декад) усилителей с большим динамическим диапазоном (>90дБ) и линейной фазочастотной характеристикой даже в звуковом диапазоне дело совершенно не любительское, поскольку метрологически достоверно измерить в домашней обстановке такие искажения уже немалая проблема.
    А не покажете заверенный метрологической лабораторией протокол испытаний вашей звуковой карты за 30 баксов? Иначе это не измерение, а индикация вероятных, но случайных данных, потому что даже погрешность указать не можете.
    
    progchip666
    28.12.2016 18:57
    #9784148
    Я не предлагал тестировать усилители класса Hi End 16 битной звуковой картой. Однако большинство любительских усилителей даже на слух толком не тестируется, а настраивается с помощью китайского мультиметра.
    У меня есть смутные сомнения что в большинстве случаев что-то подобное происходит и с настройкой аудиофильских усилителей. Режимы выставляются вольтметром, скорее всего приличным но вряд ли поверенным, а тонкая подстройка идйт на слух. Возможно при разработке новых устройств применяются более серьёзные приборы.
    К тому же в оч умелых руках даже поверенные суперприборы собранные в стенд могут выдавать результаты далёкие от ожиданий.
    
    melchermax
    29.12.2016 14:29
    #9786166
    Согласен, даже на биполярных можно, Агеев и Сухов это доказали.
    
    MacIn
    03.01.2017 23:53
    #9792742
    Какая конструкция имеется в виду, не подскажете?
    
    melchermax
    04.01.2017 01:02
    #9792816
    Сухов УМЗЧ ВВ и Агеев СЛ… гуглится сразу
    
    MacIn
    04.01.2017 02:06
    #9792854
    Спасибо за уточнение.
1. d-stream
  28.12.2016 10:49
  #9782518
  +1
  В ТАУ это обзывают «системы с перерегулированием» — но такие системы отрабатывают быстрее, чем системы без пререгулирования (где ступенька на входе приводит к плавному подтягиванию выходного сигнала).
  1. progchip666
    28.12.2016 10:51
    #9782530
    Ну да, главное чтобы это перерегулирование не привело к выходу за пределы линейного режима, а это условие не всегда выполняется.
    А так, я видел схемы где ~~насколько я понял в основном для преодоления эффекта ступеньки~~ даже частотнозависимая положительная обратная связь вводится!
    
    d-stream
    28.12.2016 11:37
    #9782710
    Ага. А в станках, если это привод резца — чтобы резец не срезал лишнего.
    Собственно любые варианты для уменьшения фазового сдвига.
    
    progchip666
    28.12.2016 13:53
    #9783214
    А в ПИДе для этого служит дифф составляющая.
    Однако мы уже куда то далеко в сторону залезли от исходной темы!

interrupt
28.12.2016 02:30
#9781936
Конденсатор C3 в таких схемах формирует 100% ООС по постоянному току для поддержания нуля на выходе, ну и попутно определяет низкочастотную границу усиливаемых частот.
Ну и как то тема устойчивости многокаскадных усилителей охваченных ООС не раскрыта. Приведенная вами схема вполне может засвистеть на частоте полюса выходного повторителя.
1. progchip666
  28.12.2016 09:07
  #9782276
  Ну и как то тема устойчивости многокаскадных усилителей охваченных ООС не раскрыта.
  
  Очень много чего не раскрыто. И моё время и объём статьи ограничен. Однако я надеюсь продолжить этот цикл.
  
  Конденсатор C3 в таких схемах формирует 100% ООС по постоянному току
  ну не стопроцентную ~~там вся таки резистор R5 присутствует~~ но глубокую.
  1. melchermax
    28.12.2016 11:04
    #9782600
    +1
    Кондесатор С3 изолирует инвертирующий вход ОУ от общего провода по постоянному току, так что да, ООС по постоянному току 100%. Входным сопротивлением ОУ можно в случае правильной схемотехники пренебречь. А вообще, неинвертирующее включение ОУ есть адъ.
    
    progchip666
    28.12.2016 11:08
    #9782614
    Я так понимаю её применяют из за высокого входного сопротивления.
    
    melchermax
    28.12.2016 11:16
    #9782636
    Нет, там всё немного сложнее: при инвертирующем включении и открытом входе глубина ООС и по постоянному, и по переменному току будет стопроцентной, усилитель самовозбудится. Если, к примеру, УМЗЧ постоянно соединён с предусилителем или темброблоком, то проблема не возникает, т.к. вход всегда закрыт низким выходным сопротивлением предыдущего устройства.
1. progchip666
  28.12.2016 11:04
  #9782598
  Хорошо, попробую поподробнее, если кому то эта тема интересна.
  Вы совершенно правы что в данном случае одна из целей ОУ — удержание средней точки.
  Так как его неинвертирующий вход по постоянному току практически заземлён, а в случае наличия обратной связи можно грубо считать напряжение на обоих входах ОУ практически равным, он будет стараться удерживать на выходе ноль по любому.
  Но в данном случае благодаря цепям R5,C3 и R14,C8 глубина обратной связи для постоянной составляющей много больше чем для синусоидального сигнала(зачастую номиналы конденсаторов бывают весьма большими). В этом смысле действительно можно считать что основное предназначение данного усилителя — симетрирование выходного каскада по постоянному напряжению, ну например для исключения влияния неравномерности теплового нагрева выходных транзисторов.
  1. interrupt
    28.12.2016 14:29
    #9783352
    Простите, попридираюсь. R14,C8 не оказывает никакого влияния для постоянной составляющей. Да и назначение цепи Цобеля, скорее повышение устойчивости выходного каскада при работе на комплексную нагрузку, в какой то мере фильтрация внешних наводок на длинный кабель до колонок. На АЧХ она конечно влияет но в гораздо меньшей степени (обычно на частотах где работает эта цепь усиление уже мало за счет коррекции в УН).
    
    progchip666
    28.12.2016 14:33
    #9783368
    Согласен по поводу R14,C8 недосмотрел.

sh0k
28.12.2016 10:06
#9782364
Словосочетание "линейный режим" для транзистора- это вообще оксюморон, просто "более линейного" у полупроводника уже не бывает и быть не может.
Причина нелинейности в полупроводнике- тепловая, и об этом автор умолчал. Т.е. полупроводник нелинеен в принципе и всегда.
Все остальное- костыли.
1. progchip666
  28.12.2016 10:12
  #9782370
  Причина нелинейности в полупроводнике- тепловая, и об этом автор умолчал.
  Это смешное своей категоричностью утверждение просто нет смысла комментировать, если бы автор комментария, как автор статьи пару лет прослушал бы курс физики полупроводниковых приборов вряд ли он стал бы писать что то подобное.
  Если бы всё было так просто!
  1. sh0k
    28.12.2016 10:32
    #9782454
    Хорошо, предлагаю согласиться на "… в том числе тепловая (термическая)".
    Кстати, о курсе физики полупроводниковых приборов.
    К.м.к. достаточно большая проблема в образовании наших электронщиков — не совсем верный перевод с английского. Ну ведь большинство учебников электроники, увы, англоязычные.
    Тот же якобы «линейный режим» — Linear, имеет значение «подобный линии», не более того. Но у пользующегося термином «линейный» возникает ассоциация с тем, что этот режим якобы действительно линеен. Или включение в режиме «повторителя» в английском это Follower — «последователь» более близок к действительности, потому как повторитель повторяет не 100% сигнал.
    И.т.д.
    
    progchip666
    28.12.2016 10:46
    #9782508
    С этим полностью согласен.
    Но тогда и вы согласитесь, что я умолчал не полностью, а в одной строчке про это всё таки упомянул.
    Я вообще привёл эту схему транзисторного усилителя исключительно для того, чтобы в статье была хоть какая то связь с реальностью. Рассказывать про конкретные причины возникновения искажений в транзисторных усилителях можно очень и очень долго. Возможно я напишу про это отдельную статью.
    
    Тот же якобы «линейный режим» — Linear, имеет значение «подобный линии», не более того.
    — он линейный но для определённых приближений. В малосигнальном режиме усиления и определённом диапазоне частот. Ну и естественно линейный с некоей погрешностью, но это характерно для всех усилительных приборов. Ничего идеального нет.
    Что касается переводов терминов… В советские времена у нас была неплохая школа как радиотехники, так и физики, но термины были теме же. Я ещё успел поизучать электронную начинку общевойсковой ПВО преимущественно состоящей из аналоговых элементов, там были очень красивые решения, уверяю вас. К сожалению в бытовуху в СССР мозги не вкладывали. В конце концов это сыграло злую шутку. К сожалению есть все признаки того, что сегодня эта история повторяется в виде фарса и действительно без англоязычных источников уже никуда.
    
    sh0k
    28.12.2016 15:35
    #9783598
    Но тогда и вы согласитесь, что я умолчал не полностью, а в одной строчке про это всё таки упомянул
    
    Ок. )
    Хотя и там скорее не столько температура корпуса, сколько мгновенная температура кристалла транзистора… Интермодуляция будет и в безООСном транзисторном каскаде…
    
    bARmaleyKA
    28.12.2016 18:39
    #9784106
    Ну ведь большинство учебников электроники, увы, англоязычные
    
    Наверно потому что многие учатся по Искусству схемотехники.

master65
28.12.2016 10:52
#9782534
Следует ли читать ~~зачеркнутый текст~~? Зачем так много ~~зачеркнутого текста~~?
1. progchip666
  28.12.2016 10:53
  #9782536
  +1
  Это авторский стиль выделения фрагментов, чтобы не теряться в обилии запятых.
  1. master65
    28.12.2016 11:19
    #9782648
    обычно в таком случае используются скобки
    
    progchip666
    28.12.2016 18:59
    #9784160
    +2
    У вас есть шанс показать это на примере, уважаемый. Ждём вашей статьи, оформленной по всем канонам великого и могучего русского языка.
    Мне же нравится так, уж извините.
    
    MacIn
    04.01.2017 00:20
    #9792776
    Просто при чтении на самом деле непонятно — то ли это выделение, то ли шутка, то ли правка (как некоторые иногда делают — при указании ошибки не удаляют ее, а маркируют зачеркиванием). Оно, конечно, ваше дело, но сходу непонятно.

VioletGiraffe
05.01.2017 12:22
#9794806
Спасибо за замечательный цикл статей. Удивительно, что раньше ваших статей не видел (а думал, что читаю почти всё на GT).
Не понимаю магию включения ОУ с ООС. Лет 10 уже пытаюсь понять, даже книгу читал американских авторов, которые, как я понял, стояли у истоков схемотехники ОУ, и всё без толку.

Базовая формула работы ОУ понятна — (V+ — V-)*k. Теперь рассмотрим вашу самую первую схему с ООС. Пусть S — амплитуда синусоидального сигнала на входе, k — собственные коэффициент усиления ОУ на частоте сигнала S, тогда амплитуда на выходе О = (S — k*S*0.5)*k? Я не уверен, что это корректно, потому что схема аналоговая, она не работает по тактам, из-за этого я не понимаю, как её в уме смоделировать. Но если так, то O = S*(k — 0.5k^2), что совсем непохоже на 2*S.

Я попробовал численно промоделировать процесс дальше, то есть берём новое значение на выходе, пускаем через обратную связь, и так далее — идёт вразнос. Если ограничить напряжением питания, колеблется между VCC и -VCC.

d-stream
05.01.2017 16:20
#9795228
В той же википедии подробно разрисовано с формулами: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%83%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

А вот в численном (дискретном) моделировании «последующий цикл» aka задержка — это уже ООС с задержкой. Конечно в аналоге как бы электрический ток распространяется тоже не мгновенно, но и следует учитывать что и коэффициент усиления усилителя уменьшается с ростом частоты.