Животворящая сила обратной связи

[alexcp]

Поставил транзистор с другим VAF-ом - и полюс убежал.

У Селфа есть иллюстрация убегания полюса. Он рассматривает миллеровскую коррекцию, где зафиксирован не ноль, а Фед, но смысл тот же самый.

В миллеровской коррекции Фед зафиксирован выбором gm и емкости корректирующего конденсатора (см. пост #49). Влево от Фед усиление растет на 20дБ на декаду, пока не упрется в полку усиления по постоянному току - это и есть полюс (P1 на картинке). Селф сравнивает простой ОЭ на одном транзисторе (Simple VAS, минимальное усиление, нижний график), ОЭ с каскодом (Cascode VAS) и комбинацию ОК-ОЭ (EF-VAS, максимальное усиление, верхний график). В зависимости от усиления, полюс оказывается на разной частоте, от 1кГц до ~20Гц:

 

[Sagittarius]

Вот, далеко не ходить, модель ОУ, считай, любого ОУ / любого усилителя по сходному линновскому схемотипу:



И в ней мы пошагово меняем беты всех транзисторов
от красных 10 до фиолетовых 1210 через 200 раз.
Что будет с АЧХ усиления холостого хода?



Уже первые 100...200 раз беты подрывают усиление с 70-ти до 140-ка дБ.
Ну, и, чтоб два раза не ходить,
зависимость усиления холостого хода от ёмкости С1 конденсатора коррекции,
от красных 5 до голубых 105 пФ:


Коррекция - тонкий инструмент максимизации усиления и линейности под данную схему:
при 5 пФ фед усилителя, точка пересечения АЧХ с 0 дБ, находится на 3 МГц с Ку20к=42 дБ/120 раз,
а при 105 пФ - на 150к, Ку20к = 17 дБ/7раз.

Интермоды меняются так:



Больше ёмкость миллеровского конденсатора - больше искажений, ниже линейность.



Но один крендель ставит 100 пФ, другой - 270. Где та Англия, а где Новокузя -
тысячи километров расстояния, языковой барьер:
не пойму, как, но они договорились, и окружают меня с флангов!

Отсюда выводы:
применяем транзисторы с бетой хотя бы 100...200 раз,
Скорр минимизируем, поелику возможно.

 

[Sagittarius]

В общем, Сухов сам сказал, зачем была применена RIAA-коррекция c шунтированием нагрузки Т5: чтоб не было самовозбуда. И шо, получилось? - (лицемерным голосом, ибо я уже знаю ответ):



Возбуд на 5,56 МГц. Если уменьшить R8 до 1 Ома, то немного легче:



ФЧХ нырнула вниз - может, сегодня с возбудом обойдётся.



Смотрим эффект шунтирования высокоомной точки разными цепями. В данном случае, коррекции, но ты-то обобщай:
любая нагрузка этой точки чревата в меру её низкоомности. С трёхкаскадного усилителя снято всего 50 дБ/20к, а вот на НЧ нагрузка поменьше, импеданс цепей коррекции - побольше, потому петлевое - овер 100 дБ.

Кроме того:
не развязана нагрузка ПТ от второго дифа с низким входным сопротивлением,
второму дифу в нагрузку идёт токовое зеркало, а низкоомный вход ОЭ буферизируется повторителем.
Выигрыш - 40 дБ, но только на НЧ, а на 20к - по-прежнему 50 дБ.

Почему? Где-то на выходе каскада есть ёмкостная нагрузка.

Короля играет свита, а усилитель - коррекция. С устранением С2 560 пФ в нагрузке первого дифа петлевое возрастает до 92 дБ/20к, а без миллеровского С10 - 127 дБ/20к:



То есть, коррекцию по-всякому надо тут шерстить: нету коррекции - бесполезен усилитель.

 

[NEULO]

Приложил самый обычный ППК ко входу с кондёром по оос, как учили . Вышло на входе 90ом и 1000p последовательно и в ООС 6пф. Выкинув старую полностью. Вышло около 87dB@20кГц.

 

[Sagittarius]

Ты прекрасно прошёл этот уровень. Теперь - самое сложное. Переставь цветовую гамму симулятора так, чтобы и мы видели, что там нарисовано.

 

[NEULO]

Ты прекрасно прошёл этот уровень. Теперь - самое сложное. Переставь цветовую гамму симулятора так, чтобы и мы видели, что там нарисовано.

Как будто ты сам уже давным давно коррекцию не подобрал.)
Вот картинко. Не слишком здоровая , а то Рус вчера говорил что слишком?(
Меня всё время поражает факт что из одной и той же железки можно коррекцией сделать и шлак и произведение искусства. Меняя пару деталей буквально.

 

[Sagittarius]

из одной и той же железки можно коррекцией сделать и шлак и произведение искусства

А коррекцию можно подобрать только в симуле. Вот тут идёт раздел: кто умеет в нём работать - тот сделает усилитель, кто не умеет - зря запорет детали, даже самые лучшие.

 

[Rus2000]

коррекцию можно подобрать только в симуле.

Можно на бумажке, но дольше.
Можно в железе, но нужно понимать, что, куда и как двигать.

Но в симуляторе быстрее и проще. Он очень быстро производит массу вычислений, и наглядно показывает результаты.

Корректно рассчитанные схемы ложатся в железо один к одному, или с минимальными уточнениями в заранее известных местах...

 

[alexcp]

самый обычный ППК ко входу с кондёром по оос, как учили

Повезло меня вот не учили, так что приходится разбираться. Тема, правда, не новая, обсуждается во многих книгах, тов. Кришна статью опубликовал в Радиохобби №№1 и 2 за 2008 год, здесь на форуме тоже было много постов с графиками. Но хотелось постичь суть вещей немного глубже.

Начну с кондера по ООС. Добавление конденсатора параллельно резистору обратной связи:

очевидно, делает делитель обратной связи Rf/Rg/Cf частотно-зависимым. По сравнению с вариантом без конденсатора (красная линия) на низких частотах Ку (точнее, 1/B) не меняется, а на высоких снижается до единицы (зеленая линия):

Низкие частоты ограничены частотой полюса , а высокие - частотой нуля - на картинке это 260 кГц и 2.6МГц, соответственно. Между ними усиление падает с ростом частоты со скоростью 20дБ/декаду, поэтому отношение частот нуля и полюса равно усилению на постоянном токе (в неинвертирующем включении). В этом примере Ку=10 (20дБ), поэтому и отношение частот тоже 10 (одна декада).

Уменьшая Ку, конденсатор добавляет петлевого усиления на ВЧ: Кухх (желтая линия) не меняется, но перераспределяется - насколько уменьшается Ку, настолько же увеличивается петлевое:

В результате падение петлевого усиления, а ним и Фед, отодвигается на более высокую частоту. При правильном выборе емкости запас по фазе увеличивается:

Правда, с правильным выбором емкости могут быть сложности. Фед (пересечение желтой и зеленой линий) должен находиться между полюсом и нулем Ку, так, чтобы эти линии пересекались под углом (rate-of-closure) меньше 40дБ/декаду (см. пост №62). Если емкости недостаточно (синяя линия на графике ниже), то петлевого на частотах ниже Фед не добавляется, и дополнительного запаса по фазе тоже. Если емкости слишком много (красная линия), то петлевое сначала добавляется, но затем быстро падает, и это снова уменьшает запас по фазе:

Если учесть, что полюса Кухх (желтая линия) могут двигаться в зависимости от режимов работы транзисторов, использование такой коррекции самой по себе, без дополнительных мер, может быть трудным или невозможным.

Зато ее любят применять в ламповых усилителях, где полюса Кухх зафиксированы конструкцией выходного трансформатора:

Подают на вход квадрат небольшой амплитуды и подбирают минимальную емкость, обеспечивающую приемлемый ПХ на выходе.

 

[Cama7845]

Низкие частоты ограничены частотой полюса

, а высокие - частотой нуля

- на картинке это 260 кГц и 2.6МГц, соответственно. Между ними усиление падает с ростом частоты со скоростью 20дБ/декаду, поэтому отношение частот нуля и полюса равно усилению на постоянном токе (в неинвертирующем включении). В этом примере Ку=10 (20дБ), поэтому и отношение частот тоже 10 (одна декада).

Ft=2.6 МГц, на графике около 10 МГц. Не совсем понятно.

 

[Rus2000]

Ft=2.6 МГц, на графике около 10 МГц. Не совсем понятно.

На графике именно 2,6МГц.
Даже пунктирными линиями отмечены частоты..

 

[Cama7845]

Даже пунктирными линиями отмечены частоты

G=1 (не инвертирующий усилитель) отношение напряжений будет равняться 0 дБ и частоте Ft=2.6 МГц.

 

[Rus2000]

Не пойму, в чем проблема...

"

У вас нет разрешения на просмотр ссылки, пожалуйста Вход или Регистрация

на частоте среза имеет спад до уровня -10*LOG(2) (приблизительно −3 дБ) относительно уровня в полосе пропускания."

 

[Sagittarius]

Панические сообщения с мест о движении полюсов от режимов работы транзисторов немного утомили. Чтоб мы все понимали, в чом ошибается первооткрыватель феномена Верторуб:

Скб современных нам (с 80-х годов, 1971 и до 1980-го) мало и среднемощных транзисторов лежит в пределах 2...5 пФ. Ну, пусть будут режимы типа насыщения и пусть там Скб будет больше.
Тогда у меня просьба на фактическом материале статистически указать, где бы мы эти пикофарады Скб не утяжелили в разы...десятки раз бОльшими Скорр?

Везде в нормально разработанных усилителях частоты полюсов стоят насмерть, невзирая на режимы транзисторов. Иначе уси будились бы по 7 раз в течение периода сигнала.

 

[alexcp]

В том, что частотные характеристики транзисторов и усилителей меняются в зависимости от мгновенных значений тока и напряжения, и что это может влиять на стабильность по 7 раз за период сигнала, сомнений нет:




Не думаю, что виноваты именно мало- и среднемощные транзисторы - они обычно работают в классе А, и их режимы относительно стабильны. Мощные транзисторы ВК, рабочая точка которых меняется значительно, внушают больше опасений. Их производители, бывает, даже честно признаются, что их изделия неидеальны:


Нет сомнений и в том, что это можно и нужно корректировать при проектировании и/или наладке усилителя. Речь шла лишь о том, что делать это именно конденсатором в делителе ОООС может быть не лучшим вариантом. Можно "утяжелить", добавив большую постоянную емкость параллельно маленькой переменной; есть и другие варианты.

 

[alexcp]

Ft=2.6 МГц, на графике около 10 МГц. Не совсем понятно.

Зеленая линия Ку приближается к 0дБ с ростом частоты все ближе и ближе, хотя, строго говоря, никогда не становится точно равной 0дБ. Возникает вопрос - на какой частоте уже достаточно близко? 2МГц, 10МГц, 100МГц? Здесь кмк тот случай, когда симулятор не помогает понять, что происходит, а скорее даже мешает. У Хендрика Боде, который в 1938 году придумал рисовать АЧХ в логарифмическом масштабе, симулятора не было. Зато он знал, что на таких графиках АЧХ асимптотически приближается к прямым (красные пунктиры), которые пересекаются в точках, обладающих разными интересными свойствами. Например, эти пересечения расположены на частотах, соответствующих постоянным времени RC или LR цепей, формирующих АЧХ; в окрестности этих точек значительно меняется фаза, и т.п. Когда я говорю, что "высокие" частоты начинаются с 2,6МГц, я имею в виду, что на этой частоте одна асимптота сменяется другой:


А на 10МГц ничего интересного не происходит, так же, как и на 5 или 20МГц:

 

[alexcp]

Подают на вход квадрат небольшой амплитуды и подбирают минимальную емкость, обеспечивающую приемлемый ПХ на выходе.

В железе это может выглядеть примерно так:
Без коррекции:

Недостаточная емкость:

Чуть больше, но все еще недостаточно:

Приемлемо:

Слишком большая емкость:

Еще больше:

 

[Cama7845]

Здесь кмк тот случай

Апроксимация прячет нуль на уровень 0 дБ (красная прерыв. линия графика). Видишь суслика,нет, а он есть. )))

 

[Sagittarius]

Оно всё правильно, но без симулятора общо и лишено ценности.

 

[fagos]

Просто нужно понимать и учитывать когда графики строятся по истинной АЧХ, а когда по асимптотической. В курсе ТАУ это все прописано и можно найти почитать, если вдруг обнаружился пробел. Асимптотические удобны при ручном построении и необходимости суммирования или вычитания АЧХ каскадов системы, когда только в точках асимптот производятся арифметические действия и точки соединяются прямыми.
И еще в асимптотическом виде четко видны полюса и нули, а также наклон участков, чем не может похвастать истинный вид. Для прикола попробуйте на листочке нарисовать асимптотическую АЧХ сверхлинейника с 3-4 порядком спада. На истинной АЧХ фиг поймешь вообще где участок изменения крутизны начинается, а где заканчивается