Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Версия для печати

+- Audio Perfection Forum (https://www.audio-perfection.com/forum)
+-- Форум Аналоговая Схемотехника (https://www.audio-perfection.com/forum/forumdisplay.php?fid=3)
+--- Форум Аналоговая обработка сигналов (https://www.audio-perfection.com/forum/forumdisplay.php?fid=10)
+--- Темы: Как работает композит, объяснение "на пальцах" (/showthread.php?tid=284)

---

Как работает композит, объяснение "на пальцах" - begemot - 08-02-2015

Ну сопсно более правильно было бы назвать что такое усилитель с глубокой ООС.
Попробуем разобраться "на пальцах".

Первое правило волшебника:
ООС не улучшает искажений приведённых ко входу первого каскада устройства, охваченного ООС.

Для упрощения мы будем иметь ввиду достаточно глубокоосные устройства, т.е. петлевое усиление в области интересующих нас частот больше 20-30дБ.
В своё время Сергей Агеев в своей статье о СЛ нарисовал одну смешную диаграмку поясняющую принципы работы ОС. Очень правильная диграмка.
Позволю себе её сюда прикрепить, самому рисовать лень. В ней сопсно не было ничего нового. Кстати, выводы аффтора очень легко проверить.

   

Но было обещено без математики, соответственно поверим Сергею на слово. Тем более, что это так и есть.
Кстати, под искажениями в данном случае надо понимать любые отличия от исходного сигнала а не только гармоники синусоидальных тест сигналов.
На синусе просто удобней анализировать. Но мы не должны ограничивать полёт своего воображения только простыми тест сигналами.

Второе правило волшебника:
Относительный уровень искажений зависит от уровня. Относительный уровень искажений устройства работающего в режиме А уменьшается при уменьшении
входного сигнала.

Ну сопсно можно попробовать придумать случай когда это не так. Но в большинстве практических случаев это правило работает. Причём работает очень хорошо! Иначе, все усилия по созданию композитов (странное название, не передающее сути вопроса), т.е. по сути частного случая построения глубокоосного устройства, были бы почти бессмысленны.

Третье правило волшебника
Если частотная характеристика (исходного устройства с разомкнутой ОС), диаграмма уровней и степень извращённости вашего понимания принципов обеспечения устойчивости устройств с замкнутой ОС не обеспечивают желаемой линейности-увеличивайте исходную линейность (без ООС) вашего устройства.
В первую очередь-входного каскада (См. Первое правило волшебника).


И вот здесь начинается самое любопытное. Я в своё время долго смеялся, читая дискуссию Агеева и Сухова, разбавленную миротворческими усилиями Л. Зуева. И никак не мог понять в чём прикол и почему первое правило вызывает столько вопросов. Дошло только когда по случаю перечитал статью Сергея. Вместо того чтоб после первого правила сформулировать второе, он сразу переключился на третье.
Почему? Могу лишь предположить что это было сделано в угоду состояния умов и степени подготовки предполагаемой аудитории.
Ну на самом деле, все же знают что линейность-это хорошо. То что на самом деле она не очень то и нужна-ну кто в это поверит.
Все любят менять операционники и слушать "улучшения".

То, какое правило ставить во главу угла (второе или третье) - это выбор разработчика в каждом конкретном случае.
Ну и в реальных условиях (например при использовании очень медленного ВК в усилителе мощности) не всегда получается получить желаемую линейность при разумной сложности коррекции.

Т.е., на мой взгляд, второе и третье правила должны дополнять друг друга.


Четвёртое правило волшебника
Что попало - не пропало.
Это по сути следствие из первого.
Что имеется ввиду? Представьте, что на вход попала помеха. Например из источника питания. ОС с ней ничего не сделает и никак не подавит.
Т.е. работать это будет точно так-же как и в случае с искажениями. Только причина возникновения (способ пролезания) будет другой.
Конечно многие ОУ имеют высокую степень подавления питания. Но на высших частотах звукового диапазона подавление начинает существенно уменьшаться.
Кроме того, совсем не обязательно что на входе стоит ОУ, это может быть и дискретный каскад.
Что означает что питание должно быть достаточно чистым или схемотехника должна обеспечивать достаточный уровень подавления.
Ну без фанатизма конечно.
Аналогичную проблему может создавать и наводка ВЧ сигнала. Перегрузочная способность глубокоосного усилителя на ВЧ существенно ниже, чем на звуковых
частотах. Причём совсем не обязательно что эта наводка будет видна при измерениях именно как сигнал соответствующей частоты. Это может проявляться как "непонятное" возрастание обычных нелинейных искажений в звуковом диапазоне или как возрастание шумов. И т.д. и т.п.
Соответственно, от этого надо защищаться. Здесь сложней сказать подавления чего и насколько достаточно.
Но есть более "удачные" компоненты или менее. Надо пробовать.


Последнее правило волшебника
Если искажений нет (читай-практически нет) то нам пох... как они спадают, кто кого опережает и куда попадают продукты интермодуляции.
Потому что их нет (читай-практически нет).

Ну вот как то так для начала. До десяти правил увы не дотянул. Может кто добавит?

На этом я думаю можно прекратить стенания на тему "Кто виноват" и перейти к разделу "Что делать".

To Be Continued!

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - RadioMan - 08-02-2015

Спасибо, Евгений. По отдельности описанные правила встречались в сети, но объединить их никто не удосужился (по крайней мере, не встречал).

Вряд ли добавлю, но наводящие вопросы возникли )

begemot Написал:Относительный уровень искажений устройства работающего в режиме А уменьшается при уменьшении входного сигнала

А почему акцент сделан именно на классе А? Если не принимать во внимание шумы усилителя, то данное правило применимо и к классу АВ для усилителей с ОООС, особенно на высоких частотах!?

begemot Написал:..увеличивайте исходную линейность (без ООС) вашего устройства.

begemot Написал:То что на самом деле она не очень то и нужна..

Здесь для себя вижу логическую несостыковку в рассуждениях. Вероятно нелинейность сверху должна ограничиваться по какому-то одному или нескольким критериям.

На мой взгляд правило 2 лежит несколько в иной плоскости относительно остальных. Мы можем только распределять усиление между каскадами, но итоговый уровень будет неизменным же.

Ждём продолжения.

P.S. Было бы познавательно на примере разобрать простую схему со средними хар-ками линейности, оптимизировав по максимуму. Есть такая на примете, правда не композит, - пред. усилитель на дискретных транзисторах. Могу выложить ))

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - begemot - 08-02-2015

RadioMan Написал:А почему акцент сделан именно на классе А?

Для класса А это легко проверить и убедится в том что это именно так при использовании большинства усилительных приборов.
А для класса АВ будут моменты, когда всё сильно зависит от того как сопрягаются две половинки.
Я когда-то моделировал работу ВК, там не всё так однозначно http://www.audio-perfection.com/audio/output-stage/total-harmonic-distortion-tests-and-results.html
Графики снимались вот этим, такой аналог измерителя искажений для симулятора. http://www.audio-perfection.com/audio/output-stage/total-harmonic-distortion-tests-and-results.html
Согнул как-то такой "скриптовый" анализатор для LTSPICE на досуге.
А вот график для простейшего каскада с ОЭ в режиме A в эмиттере которого стоит сопротивление 200 Ом а в коллекторе 5К. Здесь вроде всё достаточно прозрачно.

RadioMan Написал:Здесь для себя вижу логическую несостыковку

Почему? Имеется ввиду что первых двух правил во многих случаях может быть достаточно. Но не всегда. Вопрос выбора между сложностью коррекции или сложностью схемотехники.
До определённого предела увеличивать сложность коррекции на мой взгляд проще.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Teoretic - 08-03-2015

Первое правило:
- либо ни о чем;
- либо сформулировано некорректно и запутывающе;
- либо неверно.

По крайней мере, совершенно точно, обратная связь уменьшает искажения первого каскада.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - БендеровецЪ - 08-03-2015

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - shkal - 08-03-2015

Teoretic Написал:По крайней мере, совершенно точно, обратная связь уменьшает искажения первого каскада.

Вы понимаете разницу между фразами "искажения первого каскада" и "искажения, приведённые ко входу первого каскада"?

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - dekko - 08-03-2015

где-то это уже было.....

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - nazar - 08-03-2015

Teoretic Написал:По крайней мере, совершенно точно, обратная связь уменьшает искажения первого каскада

обратная связь уменьшает уровень сигнала с которым работает первый каскад и соответственно исходя из второго правила...

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Teoretic - 08-03-2015

(08-03-2015, 04:33 AM)shkal Написал:  Вы понимаете разницу между фразами "искажения первого каскада" и "искажения, приведённые ко входу первого каскада"?

А Вы?
Я вообще не понимаю, что такое приведенные ко входу искажения. Привести можно помеху, шум. А приводить искажение - это бред.
Если искажает второй каскад, при чем тут первый?
Я понимаю искажения 1-го каскада, искажения 2-го каскада и т.д.

nazar Написал:обратная связь уменьшает уровень сигнала с которым работает первый каскад и

Обратная связь не уменьшает уровень сигнала первого каскада (при одном и том же напряжении выхода).

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - shkal - 08-03-2015

Teoretic Написал:А приводить искажение - это бред.

Если Вы считаете, что это бред, попробуйте понять аргументацию Агеева в статье, из которой взят рисунок, и привести контраргументы. Я бреда не вижу.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - nazar - 08-03-2015

Teoretic Написал:Привести можно помеху, шум. А приводить искажение - это бред.

а что ваше устройство умеет различать помехи и искажения? или может ей все равно?
И кстати задайтесь вопросом если оос уменьшает искажения первого каскада то почему тогда она не уменьшает шум?

Teoretic Написал:Обратная связь не уменьшает уровень сигнала первого каскада (при одном и том же напряжении выхода).

вы не поняли, например нам надо усилить сигнал 1Врмс на 6дб, первый каскад безосного усилителя будет работать с сигналом в 1Врмс, а первый каскад усилителя с оос с Н-раз(на гоубину оос на данной частоте) меньшим сигналом

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - nazar - 08-03-2015

shkal Написал:Если Вы считаете, что это бред, попробуйте понять аргументацию Агеева в статье

или аргументацию инженеров ТИ из одной ихней апликухи на эту тему если не ошибаюсь эта стаття James L. Karki "Designing for low distortion with high-speed op amps"

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - RadioMan - 08-03-2015

Вот цитата С. Агеева с другого форума. Объясняет просто и доступно.

"Смысл тут прост - сравним две ситуации. Сначала выключим ООС и подадим на вход ма-аленький сигнал, так, чтобы на выходе получить сигнал А. При этом он будет с некоторыми искажениями, которые можно пересчитать на вход, т.е. ко входному сигналу собственно усилительной части добавить сигнал, компенсирующий эти искажения.
При включении ООС как раз и формируется (с точностью до глубины ООС)этот компенсирующий сигнал, т.е. приведенные ко входу искажения (и шум) остаются неизменными. Просто входной сигнал системы в целом (не собственно усилительной части, а от источника сигнала) теперь необходим в глубину ООС раз больше, соответственно уменьшается доля (процент) искажений."

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Teoretic - 08-03-2015

shkal Написал:[quote="Teoretic"]А приводить искажение - это бред.

Если Вы считаете, что это бред, попробуйте понять аргументацию Агеева/quote]
Его аргументация проста и понятна. Логически она безупречна. Но такая аргументация подходит только для вывода формул для амплитуды помехи. Суть явления она не отражает.
Вот модель усилителя с искажениями на входе (для иллюстрации):
   
feedback.cir

Синий цвет - сигнал на входе первого каскада и выходе без ОС, красный - с ОС.
Уровни одинаковые.
Без измерений видно, что искажения заметно уменьшились.
А вы говорите, не уменьшает. Нельзя смешивать помехи и искажения.

nazar Написал:а что ваше устройство умеет различать помехи и искажения? или может ей все равно?

Конечно, различает. Без сигнала на выходе нет никаких искажений, а помехи и шумы - есть.

nazar Написал:И кстати задайтесь вопросом если оос уменьшает искажения первого каскада то почему тогда она не уменьшает шум?

Неправильно. Шум уменьшается. (не уменьшается отношение сигнал/шум для первого каскада.

nazar Написал:нам надо усилить сигнал 1Врмс на 6дб, первый каскад безосного усилителя будет работать с сигналом в 1Врмс, а первый каскад усилителя с оос с Н-раз(на гоубину оос на данной частоте) меньшим сигналом

Проясните вашу мысль, а то я вижу что-то вроде "веревка есть вервие простое".

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Nick - 08-03-2015

При анализе работы ОС считать уровень компонент искажений пропорциональным полезному сигналу - сильное упрощение. Отсюда все беды человечества

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Teoretic - 08-03-2015

begemot Написал:Войдите в полное редактирование. Сверху над сообщением чекбокс и кнопка удалить

Долбанный файрфокс не показывал все кнопки. Поставил Хром, все есть. Спасибо.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - begemot - 08-03-2015

Teoretic Написал:Без измерений видно

Так у Вас же видно что сигналы на входах разные. Каким образом это можно сравнивать? Не вижу как такой пример что-то опровергает или доказывает.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - Teoretic - 08-03-2015

begemot Написал:Так у Вас же видно что сигналы на входах разные. .

Сигналы на входе первого каскада и на выходе - одинаковые. Так и сравниваем.
А как надо?

Вы вообще слушать усилитель собираетесь? Уровень-то на выходе надо довести до номинала.

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - shkal - 08-03-2015

Каждая формула имеет границы применимости. Из контекста статьи очевидно, что имеется в виду малая нелинейность каскадов, поскольку коэфициенты передачи каскадов считаются независимыми от уровня входного сигнала. А в Вашем примере Ку изменяется от 0 до -1000 в рабочем диапазоне входных амплитуд. А теперь скажите по секрету, долго ли вы мучались, подбирая смещение транзисторов таким образом, чтобы входной сигнал с ООС и без ООС оказались одинаковы по размаху?

---

RE: Как работает композит, объяснение "на пальцах" - nazar - 08-03-2015

Teoretic Написал:Проясните вашу мысль

уж проще чем так "на пальцах" вряд ли возможно :)

---