Непричесанные мысли о дифкаскаде.

[Falconist]

Некоторое время назад на "Паяльнике" я изложил свое понимание работы дифкаскада "каменных" УМЗЧ (ну и ОУ тоже). http://forum.diy-blog.ru/index.php?showtopic=108030&st=1640#entry1439464 (и до поста № 1662). Продублирую.

Давайте рассмотрим максимально упрощенную схему дифкаскада. Значки "+" и "-" возле выводов баз транзисторов обозначают инвертирующий и неинвертирующий входы. При условии, конечно, что УМ - инвертирующий.
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Смотрим, что получается. Транзистор VT2 (со стороны инвертирующего входа) включен по схеме с ОК. Емкость база-коллектор (Миллера) шунтируется низким входным сопротивлением источника питания. Транзистор VT1 (со стороны неинвертирующего входа) включен по схеме с ОЭ. Емкость Миллера ничем не компенсирована и в цепь ООС не включена, т.к. ООС поступает на инвертирующий вход.

А теперь зануляем базу VT1 и получаем каскад с ОБ! Миллеровкая емкость опять же замыкается на общий провод и не мешает усилению.

Решил проверить "в железе". Спаял усилитель "Torchibas" http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=1152.msg36684#msg36684 на плате с возможностью переключения между инвертирующим и неинвертирующим включением (перестановкой перемычек). Послушал на не очень качественной акустике. Измерительных приборов нет, да и "для себя" измерениями не заморачивался. Результат: инвертирующий канал звучит "прозрачнее". Для исключения влияния деталей как инвертирующий и неинвертирующий гонял оба канала.

Вот такие вот дела...

Ваше мнение?

[Falconist]

М-дя... Мнений нет...

[hippo64]

Лето, батенька, лето 

[Гocть]

Всё правильно. Если есть возможность использовать инвертирующий вход (для звука) - лучше и с точки зрения полосы, и искажний. Расплата - повышенными шумами, за счёт шумов резистора последовательно с источником сигнала.

Бесплатный сыр - в мышеловке. А электроника - поиск оптимумов.

[Falconist]

Расплата - повышенными шумами, за счёт шумов резистора последовательно с источником сигнала.

А то при неинвертирующем включении нет того же самого резистора!.. Последовательно с конденсатором. Псевдопроблема. Надуманная.


и добавил...

Расплата - повышенными шумами, за счёт шумов резистора последовательно с источником сигнала.

А то при неинвертирующем включении нет того же самого резистора!.. Последовательно с конденсатором. Псевдопроблема. Надуманная.

P.S. Еще одна "непричесанная" мысля.
Для балансного подключения микрофона в Интернете широко распространены схемы, подобные вот такой, с применением инструментального усилителя:

По определению, инструментальный усилитель имеет огромное входное сопротивление, которое искусственно снижается резисторами R3R4 для согласования с выходным сопротивлением динамического микрофона (типично - 600 Ом). IMHO - полнейший нонсенс.

С другой стороны, не менее широко распространена (в частности, в микшерных пультах и другой аудио-аппаратуре) схема простейшего балансного усилителя с единичным усилением
[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]
Входное сопротивление инвертирующего входа при этом определяется резистором R1 (20 кОм) и вдвое меньше входного сопротивления неинвертирующего входа, определяемого суммарным сопротивлением последовательно включенных резисторов R2R3 (40 кОм). Цифры могут быть и другими, но суть от этого не меняется. В итоге  существенно снижается КОСС. Видимо, по этой причине подобная схема, несмотря на всю ее простоту и не нашла широкого применения.

Недавно я провел эксперимент. Подключил к этой схеме кусок микрофонного кабеля, жилы которого с другой стороны перемкнул резистором 620 Ом, свернул кабель в моток и положил на работающий трансформатор мощностью 180 Вт. Максимальное усиление моего осциллографа равно 10 мВ/дел. С выхода четко видна наводка 50 Гц, составляющая порядка 3...15 мВ при разном положении кабеля на трансформаторе.

Тогда я поменял номиналы резисторов R2R3 на вдвое меньшие и добавил еще один каскад с усилением = 10.  С выхода второго каскада наводка 50 Гц при этом имела максимальную амплитуду 2...3 мВ.

Подключил ко входу реальный микрофон, а выход - к усилителю, увеличил усиление второго каскада до 50. Нормальный звук! При кабеле на трансформаторе фон слышен, конечно, но на пороге слышимости. При выключенном трансформаторе - фона нет.

Какие будут мысли по этому поводу?

[Slava]

По моему инвертирует здесь там где плюс.  Там, где - нет. (-) с высоким входным. Повторитель вроде бы. Второй каскад как бы с общей базой. Когда то считалось такая связка хороша для вч. С + вхобное намного ниже. Возможно это и дает разницу.

[Falconist]

Slava,  несколько раз прочитал Ваш пост, но до его смысла так и не добрался. Поясните, плз. подробнее, что Вы хотели скзать.

[Slava]

То что на схеме, по моему один симметричный вход и несиметричный выход.  Старый уже не врубился сразу.
А смысл для каждого входа, если рассматривать два входа, разные входные и выходные сопротивления. Что может влиять на звук.

[semigor]

Входное сопротивление инвертирующего входа при этом определяется резистором R1 (20 кОм) и вдвое меньше входного сопротивления неинвертирующего входа, определяемого суммарным сопротивлением последовательно включенных резисторов R2R3 (40 кОм). Цифры могут быть и другими, но суть от этого не меняется. В итоге  существенно снижается КОСС. Видимо, по этой причине подобная схема, несмотря на всю ее простоту и не нашла широкого применения.

Не верно. Для синфазного сигнала входное сопротивление такой схемы для обоих входов одинаково, если R1=R2 и R3=R4. Это элементарно следует из того, что разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом ОУ, охваченном ООС, близка к нулю.

[Falconist]

semigor, а подумайте-ка еще раз. Тщательнее.

http://cxem.net/beginner/beginner96.php

[semigor]

Falconist, это не тот случай, когда надо думать. Это просто надо знать, как закон Ома.
"И не читайте на ночь  советских газет ".

[Falconist]

А Вы просто повторите мой эксперимент. И не надо будет "просто знать", что Солнце вращается вокруг Земли.

[semigor]

Я уже 35 лет провожу подобные "эксперименты "
Тут все просто. Подадим мысленно на оба входа схемы синфазное напряжение U. Очевидно,  что на неинвертирующем входе ОУ будет напряжение равное U*R 3* (R2+R3), в данном случае U/2. Соответственно входной ток будет равен U/(2*R2).
Напряжение на инвертирующем входе ОУ равно напряжению на неинвертирующем. Соответственно ток,  текущий через R1,  равен U/(2*R1). Если R1 = R2, то входные токи входов схемы равны и соответственно равны входные сопротивления.

[Гocть]

20 килоом резистор в последней схеме нагружен на практически нулевое сопротивление - параллельную обратную связь по току. Получается -- оба входа имеют сопротивление по 20 килоом, в случае идеального операционника. В случае реального - слегка разные, из-за конечного коэффициента усиления, но эта разница меньше типичного разброса параметров реисторов. Пюс - у реального операционника входные токи не нулевые, что будет создавать на сопротивлениях 10К и 5К вдвое разные падения напряжения, что приведёт к небольшому уходу нуля. Ну, и скорости нарастания по разным входам будут разные у реальных операционников, а так-же подавление синфазного сигнала не бесконечное. Всё зависит от того, под каким увеличением микроскопа рассматривать. Но грубо говоря - как нарисовано - входное сопротивление по каждому входу на землю - по 20 килоом.

А то при неинвертирующем включении нет того же самого резистора!.. Последовательно с конденсатором. Псевдопроблема. Надуманная.

Двойка по физике. В одном случае - резистор включен последовательно с источником сигнала, во втором - параллельно, то есть его тепловые шумы источником сигнала шунтируется.

которое искусственно снижается резисторами R3R4 для согласования с выходным сопротивлением динамического микрофона (типично - 600 Ом). IMHO - полнейший нонсенс.

Действительно, нонсенс: в старые добрые времена микрофоны рассчитывали на нагрузку в 150, либо 200 Омм, а 600 Омм было принято для согласования линейных уровней (воздушка провода типичного диаметра с расстоянием между проводами в один фут - характеристическое сопротивление 600 Омм, оттуда и пошло), сейчас - же входные сопротивления микрофонных усиителей в ширпотребовских микшерах - килоом по 10, так как если нагрузить современные микрофоны с бестрансформаторными выходами на 200 Омм, они будут изрядно искажать.





и добавил...

Тут все просто. Подадим мысленно на оба входа схемы синфазное напряжение U.

Вот здесь - то собака и порылась: если надо одинаковые входные сопротивления каждого из входов по отношению к земле - одно, если подавление синфазных сингалов - другое. Потому и используют варианты инструментальных усилителей. Которые имет такие преимущества, как широкий диапазон входных сингалов, регулировка чувствительности одним потенциометром, и меньшие искажения и шумы, чем в случае одного операционника.

[semigor]

Вот здесь - то собака и порылась: если надо одинаковые входные сопротивления каждого из входов по отношению к земле - одно, если подавление синфазных сингалов - другое.

Так для микрофонного усилителя нам как раз важно подавление синфзных сигналов. Поэтому, необходимо выполнять условие: R1=R2 и R3=R4.
Кроме того, для увеличения коэффициента ослабления синфазного сигнала, коэффициент передачи разностного сигнала схемы, (Kd=R4/R1), желательно выбирать побольше. (Конечно, не забывая про то, что ОУ у нас не идеальный)

[Гocть]

Вот здесь - то собака и порылась: если надо одинаковые входные сопротивления каждого из входов по отношению к земле - одно, если подавление синфазных сингалов - другое.

Так для микрофонного усилителя нам как раз важно подавление синфзных сигналов. Поэтому, необходимо выполнять условие: R1=R2 и R3=R4.
Кроме того, для увеличения коэффициента ослабления синфазного сигнала, коэффициент передачи разностного сигнала схемы, (Kd=R4/R1), желательно выбирать побольше. (Конечно, не забывая про то, что ОУ у нас не идеальный)

Разве что для микрофонного усилителя какого-нибудь переговорного интеркома...

Даже Маки и Берингер до такого пока не опустились.

[semigor]

Гocть, а с чего это так пренебрежительно? Нормальная схема, нормально выполняющая свою задачу, AD ее даже в виде микросхемы выпускает. В условиях, когда синфазка превышает напряжение питания, альтернативу вобще трудно найти.

[Falconist]

Даже Маки и Берингер до такого пока не опустились.

Ну да, "нет пророка в своем отечестве"...
semigor, скорее всего, Вы правы. Потому-то и мысли "непричесаные". А как насчет первого поста?

[Гocть]

Гocть, а с чего это так пренебрежительно? Нормальная схема, нормально выполняющая свою задачу, AD ее даже в виде микросхемы выпускает. В условиях, когда синфазка превышает напряжение питания, альтернативу вобще трудно найти.

Ну не для микрофонных - же усилителей!

[semigor]

А как насчет первого поста?

С точки зрения теории все верно, но...
В те далекие вемена, когда я еще делал усилители с ОООС я не раз сравнивал инвертирующее и неинвертирующее включение, руководствуясь теми же соображениями, что и Вы, и... всегда неинвертирующее включение на мой вслух было лучше, почему - не знаю.

[Гocть]

и... всегда неинвертирующее включение на мой вслух было лучше, почему - не знаю.

Может меньше грузило предыдущий каскад, повышая его искажения?

На мой ух - всё наоборот.

[semigor]

Ну не для микрофонных - же усилителей!

Ну да, по шумам конечно не оптимальный вариант, а в остальном ничего криминального.

и добавил...

Может меньше грузило предыдущий каскад, повышая его искажения?

Не, ну таких ошибок не было, хотя совершенно "чистыми" я бы эти эксперименты не назвал.

[Древний юзер]

инструментальный усилитель имеет огромное входное сопротивление, которое искусственно снижается резисторами R3R4 для согласования с выходным сопротивлением динамического микрофона (типично - 600 Ом). IMHO - полнейший нонсенс.

не смог пройти мимо, это полный 

http://ru.wikipedia.org/wiki/Фантомное_питание

[xar]

Древний юзер, и что. там перемычка замыкает иди на фантом или на землю. в любом случае схема должна работать и с граундлифтом, когда третий провод в воздухе

[Falconist]

И к чему эта ссылка? К дождю? Или как?

Какое отношение фантомное питание имеет к дифусилителю?

[rubenlukin]

 

И к чему эта ссылка? К дождю?

Именно. Только успел домой заскочить -- он и полил.

[hippo64]

Всё у вас, кубинских хохлов не так,в центре кацапии нету дождя.
И немедленно выпил.

[Гocть]

И немедленно выпил.

К дождю, аднака... 

[hippo64]

Посмотрим, Толь, пока сухо, как у финского деда из "Текилы".Насчет топиковой мысли, последний раз с этой шнягой имел дело году этак в 89-90, старался добиться лучшей симметрии. Только  , надо признаться, когда срочно надо было сделать конфетку, тривиально брался транс от радиоточки, низкоомная обмотка на микр. , все в воздухе, высокоомная на каскад с общим эммитером, один конец горячий, другой холодный, работало 

[Гocть]

Ну дык ни куда не денешься -- при строго одинаковых импедансах нагрузки и бесконечном динамическом сопротивлении в хвосте баланс получится идеальным. Но не в реальной жизни.

[Древний юзер]

Какое отношение фантомное питание имеет к дифусилителю?

вот именно что никакого, в данном случае выбор Rb (R3R4) исходит только от "требований" фантома.
во всех других случаях Rb>Re, мало того Rb ни где не участвует в расчетах диффусилителя.

[Л] Шкритек, раздел 9.6, стр 119-121.

[xar]

Древний юзер, а какая разница между Re на вашей (по вашей ссылке) и R3/R4  в приведенной выше?

[hippo64]

Ребяты теоретики, кто теоретизирует тот поймет, о чем вы вообще? Сдается мне о влиянии гармонических колебаний на некоторые породы мелкого рогатого скота , говоря по-русски, на х уя козе баян.
 

[Artem]

Дифкаскад. Смотрим, что получается.

Если смотреть на дифкаскад в вакууме, так, как он нарисован, то - да, Миллер для Т1 есть. Но т.к. обычно дифкаскад нагружен на следующий каскад, имеющий усиление, то с повышением этого усиления при фиксированном выходном напряжении УМЗЧ выходное напряжение дифкаскада стремится к нулю.

Отсюда выводы:
1. В Линне для Т1 Миллер погибает, ибо требует для жизни усиления сигнала от базы к коллектору.
2. Нет Миллера и для Т2.

Что же тогда линеаризируется в инвертирующем включении УМЗЧ?

Искажения, вносимые дифкаскадом, не подавляются, т.к. он не охвачен ООС. Ранее это было не важно, хватало проблем с искажениями остальной схемы. В повышением глубины ООС искажения хваченных ООС каскадлв УМЗЧ пали достаточно низко и стало необходимым линеаризировать сам дифкаскад.

Искажения он вносит по двум причинам: по причине изменения тока коллектора и по причине изменения напряжения коллектор-эмиттер. Если с повышением усиления последующих каскадов первая причина нивелируется, см. 1-й абзац, то вторая - нет. Входное напряжение усилителя - до 2 в ампл, и для неиновертирующего это означает изменение коллекторного напряжения транзисторов дифкаскада на 4 В в течение периода сигнала. Чем меньше напряжение питания усилителя, тем больше относительная величина изменения коллекторного напряжения, тем сильнее вносимая по этой причине нелинейность каскада. Например, 4 В изменений и 15 В питания в плече - соизмеримые величины, и дифкаскад будет иметь хорошо видимую современными средствами измерения нелинейность.

Если УМЗЧ перевести в инвертирующее включение, с повышением глубины ООС изменения коллекторного напряжения для Т1 дифкаскада устремятся к нулю и эта причина нелинейности исчезнет. Практически, при стандартном для Линна Ку хх 15.000 раз и выходном напряжении УМЗЧ 15 В напряжение сигнала на базе Т1 инвертирующего усилителя будет равно 1 мВ, и изменения коллекторного напряжения для Т1 тоже будут равны 1 мВ на фоне тех же 15 В питания в плече.

Есть и другие способы добиться малых изменений коллекторного напряжения транзисторов дифкаскада, не прибегая к инвертирующему включению УМЗЧ.       

[Falconist]

Аэродинамическое качество (коэффициент подъемной силы) майского жука всего 0,8 (согласно современным теориям), поэтому летать он никак не может. Но жук о теориях не знает, потому и летает.

Если профессиональные звукорежиссеры единодушно отмечают (вслепую для них), что одна и та же схема в инвертирующем включении звучит лучше, чем в неинвертирующем (испытывались и этот усилитель и "Оплеуха" на 4-х парах "ушей") то теоретические рассуждения, "работает ли Миллер или не работает", как-то неубедительны.

[Artem]

А, так здесь форум энтомологов! Пардон, пардон.
Конечно, какое дело энтомологам до причин нелинейности в усилителях, коль они до сих пор в жуках не разобрались.   

[Falconist]

Здесь форум нормальных людей, а не любителей цапнуть исподтишка.

[Гocть]

А, так здесь форум энтомологов! Пардон, пардон.
Конечно, какое дело энтомологам до причин нелинейности в усилителях, коль они до сих пор в жуках не разобрались.   

Витя, остынь. И смени аватару. Выгонят, ей-ей, выгонят! Канделябрами-с!