Дуглас Селф о нежиданном источнике искажений транзисторных УМЗЧ

[Roman_sp]

Листал я как-то журнал "Радиохобби" №3 за 2003 год. И вот, на 10-й странице повествуется о том, что "...УМЗЧ с общей ООС обеспечивают потрясающую линейность, но только для каскадов/элементов, охваченных этой самой ООС". Но перед УМЗЧ очень часто стоит регулятор громкости в виде переменного резистора номиналом от 10-ти до 100кОм, который,естественно,находится вне петли ОООС. Что у нас на входе УМЗЧ? Как правило-дифкаскад на биполярных транзисторах. Так вот, ток базы такого входного транзистора "...весьма нелинейно связан с напряжением входного звукового сигнала". Нелинейный ток базы входного транзистора создает на части регулятора громкости нелинейное напряжение,которое суммируется с входным напряжением и искажает его, да ещё и никак не уменьшается петлей ООС! "Патовость ситуации состоит в том, что отмеченный эффект тем больше,чем больше ток коллектора транзисторов входного каскада-а его для обеспечения достаточной скорости нарастания и исключения динамических интермодуляционных искажений в УМЗЧ выбирают побольше". Итак, Д.Селф делает вывод,что самый оптимальный входной каскад-на полевых транзисторах,поскольку нет тока-нет проблем.
Господа,вопрос.Что же мы всё-таки слушаем в своих УМЗЧ? Ведь у многих, и у меня в т.ч. стоит на входе УМЗЧ переменный резистор на 100кОм. И ладно,если бы усилители были только неинвертирующими-там входное сопротивление довольно высоко и описанный выше эффект,наверное, не столь заметен. Но ведь есть еще и приверженцы включения УМЗЧ по инвертирующей схеме, где помимо регулятора громкости еще и резистор ООС стоит. И входной ток у таких УМЗЧ больше. Но многие отмечают,что "инверты" звучат лучше... Ну, и кто что думает по этому поводу?

[yooree]

Господин Селф почему-то не упомянул разделительный конденсатор (емкость, бутерброд) между выходом регулятора громкости и дифкаскадом.
А коли они decoupled по постоянному току, то терзаться сомнениями по этому поводу совершенно нет причины.
На мой вкус инверты звучат хуже. Менее естественно.

[Roman_sp]

Господин Селф почему-то не упомянул разделительный конденсатор (емкость, бутерброд) между выходом регулятора громкости и дифкаскадом.
А коли они decoupled по постоянному току, то терзаться сомнениями по этому поводу совершенно нет причины.
На мой вкус инверты звучат хуже. Менее естественно.

Юрий,насколько я понял, Д.Селф имеет виду именно переменный (звуковой) ток базы входного биполярного транзистора. И уж коли инверты звучат хуже, дык на то должна быть причина(или несколько). Может, это как раз одна из них.


и добавил...
Во,блин,я кажись тему не в той ветке создал. Господа модераторы, покорнейше прошу прощения с последующим перемещением(если надо)

[yooree]

Юрий,насколько я понял, Д.Селф имеет виду именно переменный (звуковой) ток базы входного биполярного транзистора. И уж коли инверты звучат хуже, дык на то должна быть причина(или несколько). Может, это как раз одна из них.


и добавил...
Во,блин,я кажись тему не в той ветке создал. Господа модераторы, покорнейше прошу прощения с последующим перемещением(если надо)
[/quote]

Роман, трудно сказать точно, действительно ли это сам Селф утверждал или некий дядька напечатавшийся в журнале Радиогоблин. Склонен подозревать что это вариант после ИЛИ.
Там извините, глупость написана. Никоим образом регулятор громкости НЕ ОБЯЗАН быть гальванически связан с биполярным входом.
В случае с входным каскадом на полевых транзисторах с изолированным затвором только можно пренебречь разделительной емкостью, но это совсем не означает, что полевой вход лучше. Приличных полевиков и/или ОУ с приличными полевиками на входе очень немного. Инверт - это несколько из другой оперы, не относящейся к предмету.

[drummer]

Много есть чего в жизни нелинейного. Вот только напряжений и токов нелинейных - НЕТ!!!

[Roman_sp]

Много есть чего в жизни нелинейного. Вот только напряжений и токов нелинейных - НЕТ!!!

Ну,если б так было, то бедные усилителестроители и горя бы не знали. А так всё борются и борются-то с гармониками,то с интермодуляцией...

[AudioKiller]

Имеется ввиду что входной ток усилителя по переменному току искажается ("нелинеен") из-за того, что входная характеристика биполярного транзистора нелинейна, и одинаковым по величине, но разным по знаку приращениям напряжения базы сообветствует разный по величине ток базы. Про это действительно писал Селф.

Но, не надо впадать в отчаяние:

1. Не ставьте на регулятор громкости слишком большой резистор. 33 кОм вполне хорош.
2. Если регулятор громкости стоИт не перед самим мощником, а в преде перед ОУ, то эффект мизерный.
3. Некоторые мощники обладают "симметричным" входом - там два дифкаскада - один на p-n-p, другой на n-p-n транзисторах. И токи базы компенсируются довольно хорошо. Кто-то (не помню, то ли Пионер, то ли Кенвуд даже специально ставят на вход эмиттерный повторитель на транзисторе с противоположной проводимостью по сравнению с дифкаскадом для компенсации).
4. У полевиков на входе с этим лучше.
5. На самом деле в обычном мощнике при сопротивлении регулятора порядка 30...50 кОм эффект довольно мал. И становится заметен когда сам усилитель имеет очень низкий Кг.

[Гocть]

Дуглас вечно открывает америку.

Последнее его хобби - это сканировать древние журналы с описанием далеко не лучших ламповых усилителей и выкладывать на своём сайте. Видимо, для контраста.

А то, что входное сопротивление у транзисторного усилителя нелинейно -- и коню понятно. На нём ещё отражается нагрузка на динамик, через нелинейности всех подряд элементов в усилителе, снабжающих друг друга входным током.

С тех пор, как перешли дружно с усиления мощности на "усиление напряжения", когда линейность задаётся отрицательной ОС по напряжению, часто забывают о том, что нелинейность входных и выходных сопротивлений при этом повышается. Поэтому и отказались от передачи мощности, когда сопротивления входные и выходные согласуются, и стремятся сделать входные сопротивления как можно выше по сравнению с сопротивлениями источников сигнала, а выходные - как можно ниже по сравнению с сопротивлениями нагрузки. При этом чем выше потери по мощности, тем меньше проявляется влияние нелинейных сопротивлений.

[AudioKiller]

когда линейность задаётся отрицательной ОС по напряжению, часто забывают о том, что нелинейность входных и выходных сопротивлений при этом повышается

Что имеется ввиду?

[Гocть]

Что имеется ввиду?

То, о чём написано.

Ставим на выход девайс, у котороно внутреннее сопротивление зависит от размаха управляющего сигнала (по току, по напряжению - не важно, девайсы бывают разными). Имеем в результате нелинейность по напряжению, вызванную вариацией этого сопротивления относительно сопротивления нагрузки (то есть - нелинейный делитель напряжения). Охватываем усилитель отрицательной ОС по напряжению, в результате линейность всего усилителя в целом по напряжению повышается, но за счёт повышения размаха сигнала, которым управляется выходной девайс. А больший размах, соответственно, поиводит к большему изменению внутреннего сопротивления выходного девайса. И если продолжать согласовывать выходное сопротивление усилителя с сопротивлением нагрузки, с целью максимальной передачи мощности, то придётся в соответствующее число раз уменьшать сопротивление нагрузки, что приведёт к повышению искажений.
То есть - бесплатный сыр бывает только в мясорубке, и вводя отрицательную обратную связь про напряжению мы принимаем условие, что выходное сопротивление усилителя будет ниже входного сопротивления нагрузки. И чем ниже, тем меньше мы получим искажений, потеряв мощность.

Аналогично - и для входного сопротивления.

[Roman_sp]

Ну,ладно,эффект имеет место быть, но не всегда мы его услышим. А для инвертирующего усилителя как-то этот эффект проявляется? Ведь его входное задается как раз таки опять резистором и резистор этот по-идее, имеет таки значительное сопротивление,особенно если с Т-образной ООС.

[Гocть]

Значительное - по сравнению с чем?

Прелесть инвертирующего усилителя - в том, что ОС и вход подаются в одну и ту-же точку. Это - устранение ещё одного источника ошибки.

Но от перемены мест сумма не меняется, и бесплатный сыр, опять - же, -- в мышеловке. К тому-же, за повышение линейности платим повышением уровня шумов.

В электронике всё завязано на компромиссы и оптимизацию. "Самого лучшего" не бывает. Бывает "самое оптимальное". Измените один критерий оптимизации -- и вся "лучшесть" рушится, начинай с начала...

[AudioKiller]

Ставим на выход девайс, у котороно внутреннее сопротивление зависит от размаха управляющего сигнала (по току, по напряжению - не важно, девайсы бывают разными). Имеем в результате нелинейность по напряжению, вызванную вариацией этого сопротивления относительно сопротивления нагрузки (то есть - нелинейный делитель напряжения). Охватываем усилитель отрицательной ОС по напряжению, в результате линейность всего усилителя в целом по напряжению повышается, но за счёт повышения размаха сигнала, которым управляется выходной девайс.

Ерунда какая-то!
1. Используем усилитель без ООС для питания нелинейной нагрузки (у которой "внутреннее сопротивление зависит от размаха управляющего сигнала") и получаем на выходе определенное напряжение.
2. Вводим в усилитель ООС, после чего изменяем входной сигнал (усиление же упало) так, чтобы на выходе получить то же самое выходное напряжение. И никакого "повышения размаха сигнала"!
В обоих случаях нелинейность нагрузки одинакова. Более того, нельзя сравнивать нелинейную нагрузку при разных напряжениях! Идем дальше. Нелинейность усилителя снизилась, выходное сопротивление также станет более линейным - оно теперь регулируется ООС! Так что не повышения "нелинейности входных и выходных сопротивлений" усилителя при охвате его ООС. Другое дело, что при последовательной по выходу ООС в нелинейность усилителя добавляется и нелинейность нагрузки, и ООС пытается компенсировать их обоих...

[Гocть]

Вот теперь - точно полная ерунда! Поздравляю!

Ещё раз. Медленно, по буквам. Речь шла о высокоомном регуляторе громкости, подключенном на вход усилителя, входное сопротивление которого повышено засчёт отрицательной обратной связи по напряжению. Так как исходный коэффициент передачи по напряжению нелинеен, то и глубина обратной связи - нелинейная, а значит - и повышение входного сопротивления - в нелинейное количество раз.

Так понятнее?

[AudioKiller]

А чего это вы стрелки переводите? Про высокоомный регулятор громкости и нелинейное входное сопротивление именно я уже объяснил, и не надо меня мне же и повторять! Вы же совсем про другое говорили, вот ваши слова, цитирую:

задаётся отрицательной ОС по напряжению, часто забывают о том, что нелинейность входных и выходных сопротивлений при этом повышается.

Я спросил о том, с какого перепуга нелинейность выходного и выходного сопротивлений повышается от охвата усилителя ООС. А вы мне начали про девайсы на выходе... А когда дошло до дела, начинаете стрелки переводить... Нехорошо, однако!

Теперь по подводу:

Так как исходный коэффициент передачи по напряжению нелинеен, то и глубина обратной связи - нелинейная, а значит - и повышение входного сопротивления - в нелинейное количество раз.

Несмотря на все эти типа нелинейности (кстати, усилитель даже без ООС линеен на 97...99%), введение ООС пвышает линейность входных-выходных сопротивлений точно также, как и линейность самого усилителя. ООС оказывавет одно и то же воздействие на все вообще нелинейности, которые входят в ее петлю.

[Svjatoslav]

Имеется ввиду что входной ток усилителя по переменному току искажается ("нелинеен") из-за того, что входная характеристика биполярного транзистора нелинейна, и одинаковым по величине, но разным по знаку приращениям напряжения базы сообветствует разный по величине ток базы. Про это действительно писал Селф.

Это ещё одна из причин, почему не использую биполярные на входе. Только полевые микросборки или подобранные отдельные транзисторы.Так же поступаю и при апгрейде "традииционных" схем.  Субьективно звучание заметно лучше - более естественное. Ставлю переменный резистор 47-200 кОм.

[AudioKiller]

Это ещё одна из причин, почему не использую биполярные на входе. Только полевые микросборки или подобранные отдельные транзисторы

Биполяры более согласованы, полевики замучаешься подбирать. А если ставить биполярные сборки, то вообще хорошо. А нелинейный входной ток лечится очень просто - предусилителем.

[Svjatoslav]

Дык, преимущество полевиков ещё и в этом - предварь не нужен вообще!
Давно не применяю предусилители. Как в фильме: "Скрипач не нужен!"

Не такие уж это и мучения - подбор полевиков. Даже понравиться может...

[Гocть]

Я спросил о том, с какого перепуга нелинейность выходного и выходного сопротивлений повышается от охвата усилителя ООС.

А я ответил, с какого. Могу на пальцах объяснить, если хорошо попросите, по-дружески, вместо того, чтобы судить, что я хорошо делаю, а что - не хорошо.

[Гocть]

А вот и сам знаменитый писатель - сказочник, собственной персоной.

[ Вложение: Вам нельзя просматривать вложения ]

[AudioKiller]

Могу на пальцах объяснить, если хорошо попросите, по-дружески, вместо того, чтобы судить, что я хорошо делаю, а что - не хорошо

Ну что вы, я и не берусь судить. И прошу по-дружески: объясните, что вы имели ввиду. Может мы друг-друга не поняли. И можно не на пальцах, а с использованием математики - постораюсь понять.

[Гocть]

Если на пальцах с помощью математики -- представим себе, что имеем усилитель с идеально линейным входным сопротивлением, не не идеально линейной передачей по напряжению. Охватываем его отрицательной обратной сязью, абсолютно линейной, и получаем в результате иное входое сопротивение с членом, являющимся либо произведением исходного входного сопротивления на коэффициент передачи, либо -- частным, в зависимости от того, как заведена обратная связь: последовательно, либо параллельно. То есть, если изначально нелинейности входного сопротивления пусть и небыло, но обратной связью мы поставили его в зависимости от нелинейного усиления.

Теперь переходим от круглого коня в вакууме несколько ближе к реальной жизни. Входное сопротивление реальных усилителей с обратной связью так или иначе отражает нагрузку. Возьмём опять - же для простоты обычный эмиттерный повторитель. Можно грубо сказать, что его входное сопротивление пропорционально бета транзистора помноженному на сопротивление нагрузки. Так как бета транзистора -- величина нелинейная, зависит от тока эмиттера и напряжения между коллектором и эмиттером, то и входное спротивление в результате -- нелинейно, а так - же пропорционально сопротивлению нагрузки.

И вот имеем мы Блеймлесс Амплифайер имени великого сказочника (см. фот выше) с глубокой обратной связью, нагруженный на реальные спикеры, и получаем отражение импеданса спикеров на входе этого Амплифайра, к тому-же ещё и испоганенное нелинейностью (включая фазовую) изначального усилителя, обратной связью охваченной. И понимаем, что источник искажений -- вовсе не регулятор громкости, а сам Блеймлесс Амплифайер, и что если он и неожиданный, то исключительно для самого Аффтара и читателей его книжек.

От неожиданности такой он, междупрочим, вдруг неожиданно повернулся к лампам. Правда, в дискусих участвовать отказывается, а всё больше сканирует ламповые схемы со старинных журналов и выкладывает у себя на сайте. И это понятно: он же ведь знамениты писатель, а не читатель!

PS: прости Дглас, что за-глаза пишу, на диалог ты идти не желал...

[igoralex]

(включая фазовую)

я не сильно разбираюсь,но эту пакость понимаю и ушами и нутром,пытался как-то вникнуть в понятие "петлевая оос" и её эффективность при не очень качественных кабелях к АС-с клемм АС выодит обратный кабель и заводится своим минусом в инвертирующий вход входного операционника ,довольно точного,и выполняющего роль преда.С точки зрения функции матанализа САУ и теории следящих систем автоматики авиации-это идеальное решение,а в звуке и на практике неидеальное,но показало отличные результаты.

[AudioKiller]

Гocть, Ага, спасибо, понял что имелось ввиду. В принципе согласен, но если все же посчитать... Нормальный усилитель (рабтающий с ОООС) исходно линеен на 97...99%. И у него достаточно большое входное напряжение и достаточно малое выходное сопротивление. Поэтому если влияние нелинейности глубины ООС на входное сопротивление еще можно расмотреть под микроскопом, то влияние нелинейности нагрузки на Rвх - это уже такой мизер, что про него и говорить не стОит... Опять же, я не про эммитерный повторитель, а про 3-каскадный усилитель Лина, например. Естественно, что нелинейность входной характеристики входного транзистора на этом фоне превосходит нелинейность из-за влияния ООС.

А насчет Селфа, то надо учитывать, что та его книга, которую у нас выпустили год назад (и с огромными опечатками, прямо кажется, что это специальная диверсия), написана им еще в прошлом веке. По тем временам это все может быть было и новостью, а по нынешним...

[Гocть]

Киллер, искажает в усилителе каждый каскад, пропорционально тому, что от него требуют. Например, выходные эмиттерные повторители при приближении уровня сигнала у к нулю оченно повышают нелинейности. Их входные ёмкости выводят драйвер из "лабораторных условий" при быстрых изменениях сигнала. То есть, нелинейность усилителя, что внутри петли, повышается, при повышении линейности охваченного петлёй усилителя, а самое главное -- растёт порядок этой нелинейности! И именно эта нелинейность отражается на входном сопротивлении, а не та, что была измерена до замыкания петли ОС! Представьте себе процессы в каскадах, коггда Вы меряли усилитель без ОС, подав на вход 10 миливольт сигнала. А потом замкнули петлю и подали на вход В СОТНЮ раз больше. Чуете, где собака порылась?

[AudioKiller]

Представьте себе процессы в каскадах, коггда Вы меряли усилитель без ОС, подав на вход 10 миливольт сигнала. А потом замкнули петлю и подали на вход В СОТНЮ раз больше.

И на входной каскад попадет как раз эти 10 мВ. Если конечно все делать правильно. Если же, например, в "хвост" дифкаскада поставить резистор, то дифкаскад может и не переварить такую синфазную помеху. Тоды ой...

входные ёмкости выводят драйвер из "лабораторных условий" при быстрых изменениях сигнала

Не совсем понял, что имеется ввиду: какие это условия "лабораторные" и куда драйвер выводится?

[Гocть]

И на входной каскад попадет как раз эти 10 мВ. Если конечно все делать правильно. Если же, например, в "хвост" дифкаскада поставить резистор, то дифкаскад может и не переварить такую синфазную помеху. Тоды ой...

Это как это попадают эти 10 миливольт? Попадает акурат в сотню раз больше. Только в хвост добавляется почти синфазно сигнал, являющийся производным от усиления разности всем тем самым усилителем, имеющим нелинейности, включая фазовые, плюс - фазовые задержки. Надо написать про матеметику, показывающую, как удлинняется "хвост гармоник", или и так ясно?

Дабораторные -- это когда меряли без обратной связи. Куда драйвер уводится -- туда, куда надо его вывести обратной связью, чтобы он переборол задержки, добавляемые выходными транзисторами. Посмотрите ради интереса, что получается между каскадами скорректированного обратной связью усилителя. Даже на осциллограые, без компенсации исходной синусоиды, хорошо заметно.




и добавил...     (16 Октября 2011, 20:40:17)
Я выделил слово "Почти", для медитации над смыслом...

[AudioKiller]

Только в хвост добавляется почти синфазно сигнал, являющийся производным от усиления разности всем тем самым усилителем, имеющим нелинейности, включая фазовые, плюс - фазовые задержки. Надо написать про матеметику, показывающую, как удлинняется "хвост гармоник", или и так ясно?

1. В инвертирующем включении в "хвост" ничего не добавляется и там чистые 10 мВ. Мы вначале говорили "о вообще", так что и этот случай рассматривается.
2. Естественно, в неинвертирующем включении все синфазное попадает в "хвост" ДК. И давится пропорционально его сопротивлению. Поэтому и непонятны советы в этот "хвост" ставить резисторы вместо источника тока с резистором спектр выходного сигнала ДК ухудшается вообще немеряно.
3. Насчет "почти" и драйвера - если изначально использовать криво спроектированный усилитель, то все что вы говорите весьма актуально. Но позвольте, а кому он нужен - криво спроектированный усилитель? При изначально нормальном подходе (когда усилитель делается не по-модному, а по-нормалному), то это все не так уж и страшно. Кстати, а где вы видели у выходников "задержки"? Понятно, когда так говорят неграмотные аудиофилы, но мы-то с вами знаем, что такое на самом деле звено задержки!

[Гocть]

все синфазное попадает в "хвост"

Не всё синфазное. А искажённое синфазное. В этом вся соль.

Кстати, а где вы видели у выходников "задержки"?

В реальной жизни. Начиная с физики полупроводников и кончая лабораторными работами, в молодости. Очень рекомендую. Обратите внимание на инерционность носителей заряда и модуляцию геометрии базы.

[AudioKiller]

Не всё синфазное

1. А куда же девается остальное синфазное (если принять уровень искажений в 10%, то куда деваются остальные 90%).
2. И что имеется ввиду под "искаженным" синфазным?

Кстати, а где вы видели у выходников "задержки"?В реальной жизни. Начиная с физики полупроводников

Не, задержки - то у женщин, их вечная головная боль... А здесь - действительно инерционность. Но это принципиально разные вещи: инерционность в отличие от задержки возможно корректировать. Она дает лишь фазовый набег на ВЧ и спад АЧХ. Инерционности пугаться не нужно, если конечно не применяются супер медленные транзисторы (как любят некоторые аудиофилы, причем их такое звучание вполне устраивает, они его даже хвалят!).