УМЗЧ Sokol-3LT

[Fern500]

Я бы спросил по какому такому стандарту, но вы вряд ли такой найдете, поэтому просто скажу, что это не так. Нас интересуют запасы в окрестностях единичного петлевого усиления.

Вот что пишут по поводу устойчивости и запаса по фазе:
"Главная задача при проектировании — обеспечить монотонное убывание фазы (или хотя бы отсутствие пересечений -180°) в зоне, где усиление > 1, и иметь запас по фазе 45–60° ровно в точке среза."
У меня же нет никакого "хотя бы", имеется только монотонное убывание без приближения к нежелательной зоне ниже -180 на всём протяжении до точки среза.

 

[СМЕРШ]

запас по фазе оценивается во всём диапазоне до частоты единичного усиления в петле

Нет таких стандартов. По всем критериям, как Боде, так и Найквиста, условно-устойчивые усилители устойчивы к любым воздействиям. Под устойчивостью понимается возвращение в полнофункциональное состояние после прекращения действия дестабилизирующих сигналов большой амплитуды - до клипа, и высоких частот - меандр.

Например, вот АЧХ петлевого усиления:

Условная устойчивость находится здесь:

АЧХ петлевого усиления пересекает горизонталь 0 дБ под углом 6 дБ/октаву или 20 дБ/декаду, в общем: в ответ на некое приращение частоты АЧХ падает на такую же величину.

Почему, собственно, это всё устойчиво?
Благодаря коррекции. Есть простой факт: на ВЧ импедансы конденсаторов коррекции малы, гораздо меньше сопротивлений коллекторов и Скб в высокоомных точках, и все полюса заданы именно ими.

Насколько малы Скб перед Скорр?

Скб прилегающих к высокоомным точкам коллекторов Т3 и Т11 транзисторов:
собственно Т3Т11,
зеркальных Т2Т10,
отчасти Т16Т21 (Скб компенсирована следящей обратной связью от эмиттеров Т17Т22)
в сумме набирает 20 пФ, считая по 5 пФ на транзистор.
Ищем С2 и убеждаемся: его ёмкость больше впятеро.

Скб прилегающих к высокоомным точкам коллекторов Т22 и Т24
собственно Т22Т24,
повторителей Т26Т27
составляет максимум 15 пФ.
С15 вносит в эту точку минимум втрое большую ёмкость.

Никакие вменяемые изменения Скб транзисторов не способны изменить ёмкости высокоомных точек настолько, чтобы вызвать исчерпание запасов по фазе и амплитуде:

Такие принципы коррекции выдержаны во всех сверхлинейных усилителях, и эффективность коррекции неоднократно проверена разными сигналами.

 

[Хуан Пабло]

Вот что пишут по поводу устойчивости и запаса по фазе:
"Главная задача при проектировании — обеспечить монотонное убывание фазы (или хотя бы отсутствие пересечений -180°) в зоне, где усиление > 1, и иметь запас по фазе 45–60° ровно в точке среза."

Пишут где? На заборе? В журнале "Занимательное усилителестроение"?
Главная задача проектирования - получить требуемые результаты согласно техническому заданию. А вот эти упрощенные шаблоны проектирования указывают на поверхностное понимание ТАУ. Если вам рекомендуют обеспечить монотонное убывание фазы, то знайте - вам выдают рекомендацию на использование однополюсной коррекции (т.н. коррекции доминантным полюсом). А это означает ограничение допустимой глубины получаемого петлевого усиления со всеми вытекающими последствиями в виде посредственных результатов.

 

[СМЕРШ]

Если вам рекомендуют обеспечить монотонное убывание фазы, то знайте - вам выдают рекомендацию на использование однополюсной коррекции (т.н. коррекции доминантным полюсом). А это означает ограничение допустимой глубины получаемого петлевого усиления со всеми вытекающими последствиями в виде посредственных результатов.

Угол пересечения АЧХ петлевого и 0 дБ остался прежним, но при тех же условиях устойчивости мы получили убыток петлевого 50 дБ и такой же прирост искажений на частоте 20 кГц.

 

[Fern500]

получили убыток петлевого 50 дБ и такой же прирост искажений на частоте 20 кГц.

Искажения на частоте 20кГц это несомненно очень важный параметр для УМЗЧ. Разрешите дилетантский вопрос, что такое искажения? Это уровень высших гармоник? Для частоты 20кГц даже вторая гармоника имеет частоту 40кГц, я её не слышу, а вы слышите?

 

[NEULO]

Искажения на частоте 20кГц это несомненно очень важный параметр для УМЗЧ. Разрешите дилетантский вопрос, что такое искажения? Это уровень высших гармоник? Для частоты 20кГц даже вторая гармоника имеет частоту 40кГц, я её не слышу, а вы слышите?

это да. а вот разностную частоту между 19 и 20 кГц не услышит разве что глухой совсем. тарелочки грязно звучать будут. в учебниках про интермодуляцию разве не пишут?

 

[Fern500]

это да. а вот разностную частоту между 19 и 20 кГц не услышит разве что глухой совсем. тарелочки грязно звучать будут. в учебниках про интермодуляцию разве не пишут?

Про интермодуляцию согласен, но у меня уровень сигнала разностной частоты 1кГц составляет 0,00054%, надо улучшать?

 

[Lyuber]

1кГц составляет 0,00054%, надо улучшать?

Ку уменьшить или "трубу канализационную", вообще, из Ж. выбросить, сразу в нос воткнуть (=1).
Компаратору (без резисторов в ДК) уже ни чего не поможет.

 

[СМЕРШ]

Искажения на частоте 20кГц это несомненно очень важный параметр для УМЗЧ. Разрешите дилетантский вопрос, что такое искажения? Это уровень высших гармоник? Для частоты 20кГц даже вторая гармоника имеет частоту 40кГц, я её не слышу, а вы слышите?

Важный вопрос. Задан он в парадигме: слышны только гармоники, и лучше звучат чётные.

На самом деле, разностная частота 1к - это интермода искажённых 19 и 20 кГц. Частота 2к - интермода вторых гармоник искажённых на частотах 19 и 20к сигналов: 38 и 40к. Есть 3к, результат интермодуляции ГАРМОНИК 57 и 60к сигналов, искажённых на 19 и 20к. Иинтермоды существуют выше и тогдалие, хоть до 20к, интермодой 20-х гармоник, и 30к, тридцатых.

Точно так же, может быть интермода 17 - 12, 18 минус 12, 15к минус 15,05 кГц, вплоть до тридцатой, и тогдалие.

Мы не слышим ВЧ-гармоник напрямую, а вот их наличие проявляется в интермодах.

То есть: стоит только похерить усиление и линейность на ВЧ с речами: 40 кГц никто не слышит, и вы тут же получаете в подарок за умные мысли полную миску борща с говном на НЧ и СЧ. И тут уже должна начать работать ООС по действиям и результатам: а шо я творю, и чо у меня такой гавённый звуг?

Задержки в этой петле ООС, а, тем более, сдвиги здесь по фазе - основная причина искажений, тут Треплов прав, как правое яйцо в гнезде кукушки.

Про интермодуляцию согласен, но у меня уровень сигнала разностной частоты 1кГц составляет 0,00054%, надо улучшать?

Всегда надо улучшать.

 

[Lyuber]

У Сталкера учиться, Ку сделать =7, как в Г. усе от АВ (для нулей, симулятор слушать)

 

[NEULO]

Про интермодуляцию согласен, но у меня уровень сигнала разностной частоты 1кГц составляет 0,00054%, надо улучшать?

зависит от уровня выходного сигнала, на самом деле при замерах. а то вон там и аб2 разностную частоту не видать при 2 вольтах на выходе.


сравнение железки с моделью. в общем совпадает, только что в модели фона и наводок от коммутации диодного моста нету.


немного подшаманив коррекцию можно заметно снизить искажения на вч, и даже, о, как ни странно изрядно увеличить запас по фазе, Сокол был бы доволен. Любая наса такой усилок за счастье соберёт.
Правда на 1к палку так не уберёшь- усиление схемы очень невелико.

 

[Fern500]

немного подшаманив коррекцию можно заметно снизить искажения на вч, и даже, о, как ни странно изрядно увеличить запас по фазе, Сокол был бы доволен. Любая наса такой усилок за счастье соберёт.
Правда на 1к палку так не уберёшь- усиление схемы очень невелико

Значит можно в космос запускать? Но прежде хотелось посмотреть, что вы там с коррекцией сделали?

 

[NEULO]

Значит можно в космос запускать? Но прежде хотелось посмотреть, что вы там с коррекцией сделали?

Нет проблем.

 

[Luzer]

Что такое.

 

[NEULO]

Что такое.

Я не брал. Можешь кондёры по 0.1мкФ вообще поудалять, они там не особо нужные.

 

[Хуан Пабло]

В общем-то, схема Ampzilla вам в помощь. Недалеко они друг от друга убежали...

 

[СМЕРШ]

что вы там с коррекцией сделали?

Повысил порядок. Спад к частоте замыкания ООС стал круче.

Вот идеальная АЧХ петлевого: 200 дБ до 20 кГц, потом прямоугольный спад до частоты замыкания ООС и пересекает 0 дБ под углом 20 дБ/декаду.

 

[IDDQD]

Вот идеальная АЧХ петлевого: 200 дБ до 20 кГц, потом прямоугольный спад до частоты замыкания ООС и пересекает 0 дБ под углом 20 дБ/декаду.

Может всё-таки лучше 120 db на 20КГц и 60 db на 200 КГц, ибо: "стоит только похерить усиление и линейность на ВЧ с речами: 40 кГц никто не слышит, и вы тут же получаете в подарок за умные мысли полную миску борща с говном на НЧ и СЧ. И тут уже должна начать работать ООС по действиям и результатам: а шо я творю, и чо у меня такой гавённый звуг?"

 

[СМЕРШ]

Может всё-таки лучше 120 db на 20КГц и 60 db на 200 КГц

Лучше. Но тогда какова частота замыкания ООС? 60 дБ х 200к = 200М частота.
Не, такого ВК у нас нет.

 

[IDDQD]

Лучше. Но тогда какова частота замыкания ООС? 60 дБ х 200к = 200М частота.
Не, такого ВК у нас нет.

120db/20k 60db/100k

 

[СМЕРШ]

120db/20k 60db/100k

Отлично. Но ты выбрал первый полюс слишком низко, недобрал усиления между первым и вторым. Или там ОУ на входе.

 

[Алекс2]

Скб прилегающих к высокоомным точкам коллекторов Т22 и Т24
собственно Т22Т24,
повторителей Т26Т27
составляет максимум 15 пФ.
С15 вносит в эту точку минимум втрое большую ёмкость.

Почему так не сделал?
Даже экономия на транзисторах получается и емкость в 3 раза меньше

 

[СМЕРШ]

Посмотреть вложение 178269
немного подшаманив коррекцию можно заметно снизить искажения на вч, и даже, о, как ни странно изрядно увеличить запас по фазе, Сокол был бы доволен. Любая наса такой усилок за счастье соберёт.
Правда на 1к палку так не уберёшь- усиление схемы очень невелико.

Хорошо сказано и толсто показано.
Мне тут запрещают реагировать лайками, будем - простынями.

 

[Fern500]

Любителям "горбатых" ФЧХ с заходом за -180 посвящается:

Оценка устойчивости САР по логарифмическим частотным характеристикам
Чётное число пересечений уровня -180º графиком фазы петлевого усиления до точки единичного среза (0 дБ) указывает на то, что фаза «ныряет» ниже критического порога, а затем возвращается обратно.
В теории автоматического управления (ТАУ) и проектировании УМЗЧ такая система называется условно устойчивой, если в самой точке 0 дБ запас по фазе положителен.

Механизм работы и критерий Найквиста
На графике Боде это означает: если в моменты пересечения фазой линии -180º (первое пересечение — «нырок», второе — «выход») усиление строго больше 0 дБ, система математически устойчива в линейном режиме, однако запас устойчивости в зонах пересечения становится отрицательным.

Главные опасности для УМЗЧ

Жесткий ВЧ-автогенератор при клиппинге
При входе транзисторов из строя в режим насыщения (ограничение сигнала/клиппинг) или при резком изменении уровня сигнала петлевое усиление падает. График АЧХ сдвигается вниз. Точка единичного усиления (0 дБ) попадает в зону, где фаза находится ниже -180º. Усилитель мгновенно самовозбуждается на этой частоте и «защелкивается».

Динамическая неустойчивость при включении
В момент подачи питания, пока каскады не вышли на рабочий режим и усиление растет от нуля до номинального, точка 0 дБ неизбежно проходит через опасный диапазон фазового провала. Схема может «завестись» до того, как стабилизируется.

Чувствительность к импедансу нагрузки
Реальная акустическая система (особенно многополосная) имеет сложный импеданс. Емкостная нагрузка сдвигает АЧХ/ФЧХ, из-за чего частоты пересечений смещаются, превращая условную устойчивость в безусловную генерацию.

Причины появления чётных пересечений
Такое поведение ФЧХ — всегда следствие агрессивного проектирования ради получения сверхглубокой ООС на звуковых частотах.

Многополюсная коррекция высокого порядка (3-й порядок и выше)
Спад АЧХ идет со скоростью 40–60 дБ/декаду, что крутит фазу далеко за -180º.

Использование цепей «обхода»
Проектировщик намеренно вводит «ноль» в передаточную функцию на более высоких частотах, чтобы «подтянуть» фазу вверх до того, как усиление упадет до 0 дБ.

Как скорректировать схему (варианты решения)
Для перевода усилителя в состояние абсолютной устойчивости (где фаза вообще не опускается ниже -180º до точки 0 дБ) используют следующие методы:

Разнос полюсов
Снижение частоты главного (доминирующего) полюса с помощью миллеровской коррекции (увеличение емкости в УН). Это снизит усиление на частоте «нырка», подняв график фазы.

Смещение «ноля» коррекции ниже по частоте
Если используется двухполюсная коррекция, необходимо увеличить емкости или изменить номинал резистора так, чтобы фаза возвращалась (начинался подъем ФЧХ) до того, как она успеет опуститься ниже -180º.

Уменьшение порядка коррекции
Переход от коррекции 3-го порядка к стабильной 2-полюсной или 1-полюсной ценой потери части глубины ООС на звуковых частотах.

Чтобы оценить степень риска «защелкивания» вашей схемы, уточните:
Каков минимум фазы в точке максимального провала?
Каков запас по усилению в точках, где фаза пересекает -180º?
Проверьте схему в симуляторе на выход из клиппинга (тест прямоугольным импульсом с перегрузкой по входу).

 

[Алекс2]

Любителям "горбатых" ФЧХ с заходом за -180 посвящается:

Оценка устойчивости САР по логарифмическим частотным характеристикам
Чётное число пересечений уровня -180º графиком фазы петлевого усиления до точки единичного среза (0 дБ) указывает на то, что фаза «ныряет» ниже критического порога, а затем возвращается обратно.
В теории автоматического управления (ТАУ) и проектировании УМЗЧ такая система называется условно устойчивой, если в самой точке 0 дБ запас по фазе положителен.

Механизм работы и критерий Найквиста
На графике Боде это означает: если в моменты пересечения фазой линии -180º (первое пересечение — «нырок», второе — «выход») усиление строго больше 0 дБ, система математически устойчива в линейном режиме, однако запас устойчивости в зонах пересечения становится отрицательным.

Главные опасности для УМЗЧ

Жесткий ВЧ-автогенератор при клиппинге
При входе транзисторов из строя в режим насыщения (ограничение сигнала/клиппинг) или при резком изменении уровня сигнала петлевое усиление падает. График АЧХ сдвигается вниз. Точка единичного усиления (0 дБ) попадает в зону, где фаза находится ниже -180º. Усилитель мгновенно самовозбуждается на этой частоте и «защелкивается».

Динамическая неустойчивость при включении
В момент подачи питания, пока каскады не вышли на рабочий режим и усиление растет от нуля до номинального, точка 0 дБ неизбежно проходит через опасный диапазон фазового провала. Схема может «завестись» до того, как стабилизируется.

Чувствительность к импедансу нагрузки
Реальная акустическая система (особенно многополосная) имеет сложный импеданс. Емкостная нагрузка сдвигает АЧХ/ФЧХ, из-за чего частоты пересечений смещаются, превращая условную устойчивость в безусловную генерацию.

Причины появления чётных пересечений
Такое поведение ФЧХ — всегда следствие агрессивного проектирования ради получения сверхглубокой ООС на звуковых частотах.

Многополюсная коррекция высокого порядка (3-й порядок и выше)
Спад АЧХ идет со скоростью 40–60 дБ/декаду, что крутит фазу далеко за -180º.

Использование цепей «обхода»
Проектировщик намеренно вводит «ноль» в передаточную функцию на более высоких частотах, чтобы «подтянуть» фазу вверх до того, как усиление упадет до 0 дБ.

Как скорректировать схему (варианты решения)
Для перевода усилителя в состояние абсолютной устойчивости (где фаза вообще не опускается ниже -180º до точки 0 дБ) используют следующие методы:

Разнос полюсов
Снижение частоты главного (доминирующего) полюса с помощью миллеровской коррекции (увеличение емкости в УН). Это снизит усиление на частоте «нырка», подняв график фазы.

Смещение «ноля» коррекции ниже по частоте
Если используется двухполюсная коррекция, необходимо увеличить емкости или изменить номинал резистора так, чтобы фаза возвращалась (начинался подъем ФЧХ) до того, как она успеет опуститься ниже -180º.

Уменьшение порядка коррекции
Переход от коррекции 3-го порядка к стабильной 2-полюсной или 1-полюсной ценой потери части глубины ООС на звуковых частотах.

Чтобы оценить степень риска «защелкивания» вашей схемы, уточните:
Каков минимум фазы в точке максимального провала?
Каков запас по усилению в точках, где фаза пересекает -180º?
Проверьте схему в симуляторе на выход из клиппинга (тест прямоугольным импульсом с перегрузкой по входу).

и какой вывод?

 

[Fern500]

и какой вывод?

Каждый сделает свой. Вывод, который сделал я, реализован в усилителе Sokol-3LT, описанном выше.

 

[Алекс2]

Каждый сделает свой. Вывод, который сделал я, реализован в усилителе Sokol-3LT, описанном выше.

так ты манимулятивный пост написал, самое главное упустил
слабопонимающий прочитает, и подумает, что это не работает

 

[Fern500]

так ты манимулятивный пост написал, самое главное упустил
слабопонимающий прочитает, и подумает, что это не работает

Голова для того и дана, чтобы думать. В тексте не указано, что это не работает, приведены лишь возможные риски при использовании методов экстремальной коррекции, применять их или нет, рискуя спалить усилитель вместе с дорогой акустикой, каждый решает сам.

 

[Алекс2]

зависит от уровня выходного сигнала, на самом деле при замерах. а то вон там и аб2 разностную частоту не видать при 2 вольтах на выходе.

Посмотреть вложение 178266
сравнение железки с моделью. в общем совпадает, только что в модели фона и наводок от коммутации диодного моста нету.

Посмотреть вложение 178269
немного подшаманив коррекцию можно заметно снизить искажения на вч, и даже, о, как ни странно изрядно увеличить запас по фазе, Сокол был бы доволен. Любая наса такой усилок за счастье соберёт.
Правда на 1к палку так не уберёшь- усиление схемы очень невелико.

не совпадает
железка

модель

 

[Алекс2]

Голова для того и дана, чтобы думать. В тексте не указано, что это не работает, приведены лишь возможные риски при использовании методов экстремальной коррекции, применять их или нет, рискуя спалить усилитель вместе с дорогой акустикой, каждый решает сам.

там не указано обязательное условие, поэтому это манипулятивный пост