Это интересно

До сих пор предполагалось, что фазовый сдвиг по петле обратной связи усилителя имеет наименьшую величину, которая возможна при данной характеристике усиления петли. Однако в некоторых усилителях имеет место отклонение от законов минимальных фазовых сдвигов. Это отклонение обычно можно учесть, добавляя линейную фазовую характеристику к обычной характеристике минимального фазового сдвига, В настоящем разделе будут рассматриваться только дополнительные характеристики этого типа. Дополнительная величина фазового сдвига, обычно, незначительна, если мы рассматриваем только рабочую полосу. Однако нужно принимать во внимание, что сточки зрения вопросов проектирования существенным является тот факт, что эффективная ширина полосы усилителя с обратной связью во много раз шире рабочей полосы.
    Отклонение от законов минимального фазового сдвига для петли обратной связи может получиться вследствие целого ряда обстоятельств. Основные из них перечислены ниже:
    1. Хорошо известно, что реакция электрической системы может быть точно изучена только с помощью уравнений электромагнитного поля. Законы электрических цепей представляют собой аппроксимацию, которая дает удовлетворительные результаты, когда длина волны используемого сигнала значительно больше геометрических размеров устройства, но которая оказывается неверной, если эти величины становятся соизмеримыми. При проектировании петли обратной связи это означает, что трудности, связанные с дополнительными фазовыми сдвигами, будут возникать всякий раз, когда путь вдоль петли станет сравнимым с длиной волны, соответствующей верхней используемой частоте.
    В качестве примера предположим, что расстояние вдоль петли будет равно 1 м. Длина волны в 1 м означает, что мы имеем частоту в 300 МГц. Так как сдвиг на одну длину волны соответствует сдвигу по фазе на 360°, то, следовательно, мы можем ориентировочно считать, что имеющая место в действительности фазовая характеристика петли обратной связи содержит дополнительную линейную составляющую с крутизной в 1,2° на мегагерц. В усилителе с узкой полосой этот дополнительный фазовый сдвиг будет несущественным, в то время как в телевизионных усилителях, где эффективная ширина полосы превышает иногда 50 или даже 100 МГц, указанное обстоятельство становится весьма важным.
    Очевидно, что избежать затруднения в этом отношении проще всего путем конструирования усилителя в как можно более компактном виде с тем, чтобы длина пути вдоль петли обратной связи была значительно меньше первоначально выбранной величины 1 м. Напротив, значительно большая величина дополнительного фазового сдвига получится в том случае, когда путь обратной связи очень значителен, как это, например, может быть в случае, когда мы создадим обратную связь по огибающей в передающем устройстве, используя приемную антенну, расположенную на некотором расстоянии от самого передатчика.
    2. Вторая основная причина, вызывающая дополнительный фазовый сдвиг, связана с влиянием времени пролета в лампах. Временем пролета называют время, которое требуется электронам для того, чтобы пройти путь в лампе от катода до анода под влиянием поля, создаваемого анодной батареей. Эта величина зависит от напряжения батареи и от расстояния между электродами. Можно учесть влияние времени пролета, вводя линейную фазовую характеристику, подобно тому как мы рассматриваем время запаздывания в обычных электрических системах. В современных лампах, предназначенных для работ на высоких частотах, соответствующий фазовый сдвиг будет составлять всего десятые доли градуса на мегагерц для каждой лампы. Даже при этих условиях величина фазового сдвига может быть значительной, если мы сложим фазовые сдвиги нескольких ламп и будем рассматривать эффективные полосы порядка 50—100 МГц.
    3. В усилителях с произвольным образом подобранными параметрами дополнительный фазовый сдвиг может возникнуть вследствие использования в некоторых частях петли таких систем, которые не обладают минимальным фазовым сдвигом. Трудности подобного рода обычно легко преодолеть. В качестве примера рассмотрим фиг. 366, на которой изображен экранированный входной трансформатор, который используется в усилителе с обратной связью по току.
    Далее...

Подбор результирующей характеристики среза с тем, чтобы скомпенсировать дополнительную величину фазового сдвига

Напомним, что резкое изменение крутизны на концах горизонтальной ступеньки результирующей характеристики усиления петли обратной связи создает линейные фазовые характеристики, которые могут взаимно скомпенсировать друг друга при правильном соотношении частот, соответствующих краю ступеньки. Так как предполагается, что характеристика дополнительного фазового сдвига также линейна, то, очевидно, ее возможно тоже скомпенсировать, выбирая определенным образом длину ступеньки.

Например, если пользоваться обозначениями фиг. 351, то величины фазового сдвига, соответствующие изменению крутизны на краях ступеньки, будут —(4/π)(f/f_b) и (2 п/π) (f/f_a). Если мы определим длину дополнительного фазового сдвига, полученного любым путем с помощью частоты f_p, на которой эта величина равна 2 п/π радиан, то, экстраполируя, найдем требуемое соотношение:

(18.17)

(18.18)

Отсюда частоту f_b можно выразить через f_a и f_p следующим образом:

Так как соотношение для среза на частоте ниже f_b не будет изменяться, то очевидно, что равенство (18.18) предполагает, что выражение для максимально допустимой обратной связи для общего случая можно переписать в виде

(18.19)

Таким образом, действующее значение асимптотической частоты для предельной обратной связи представляет собой как бы "параллельное включение" частот f_a и f_p. Если мы сделаем такие же замены в (18.12), то получим

(18.20)

Это соотношение представляет собой интерес в случае усилителей с весьма широкой полосой, когда физически осуществимые предельные значения определяются коэффициентом качества и временем пролета электронов применяемых ламп. Следует заметить, что когда A_t очень мало, частота f_t характеризующая коэффициент качества, и частота f_p, характеризующая время пролета, имеют равное значение в ограничении допустимой обратной связи. Однако, если величина A_t возрастает, то повышение для ламп частоты f_t имеет большее значение, чем повышение f_p.

Фиг. 369

Если конструируется усилитель с заданными величинами запаса, то процесс подбора имеет тот же характер, за исключением того, что, поскольку запас по величине усиления расширяет ступенчатую часть характеристики среза в область несколько более высоких частот, то характеристика дополнительного фазового сдвига приобретает большее значение. Однако в случае, когда усилитель является узкополосным, имеет место некоторое видоизменение процесса. Здесь желательно разбить общую характеристику дополнительного фазового сдвига на постоянную часть, определяющую фазовый сдвиг относительно центра полосы, и переменную часть, характеризующую изменение фазы в пределах действующей расчетной полосы с обеих сторон от центра полосы. Можно себе представить, что постоянный сдвиг по фазе может быть получен там, где это требуется, путем перекрещивания концов и включения в схему короткого отрезка линии или сравнительно мало селективной системы со сосредоточенными параметрами одного из видов, показанных на фиг. 369.

При этих условиях, производя замену реального усилителя эквивалентной системой, пропускающей нижние частоты того типа, который был описан в настоящей главе, нам достаточно рассмотреть одну лишь переменную часть характеристики. Принцип постоянства ширины полосы остается в силе и для этой составляющей полного фазового сдвига. Другими словами, характеристика дополнительного фазового сдвига, имеющая определенную крутизну в градусах на мегагерц, будет одинаковым образом ограничивать ширину полосы в мегагерцах, независимо от того, в какой части частотного спектра расположена эта полоса. В предельных случаях мы, очевидно, приходим к диаграмме Найквиста, которая охватывает начало координат много раз, выше и ниже эффективной расчетной области. Однако, если усилитель имеет соответствующим образом подобранную характеристику среза в пределах эффективной, полосы, то устойчивость системы обеспечена.

Зависимость расчета петли обратной связи от внешнего усиления усилителя

В предыдущем рассмотрении внимание было сосредоточено на форме общей характеристики среза для петли обратной связи, причем специально не принималась во внимание та часть характеристики, которая подлежит подбору. Однако очевидно, что характеристику петли обычно проще откорректировать путем выбора межкаскадных цепей, которые, в отличие от входных и выходных цепей, а также β-цепи, независимы от других параметров усилителя.

Если отсутствуют какие-либо специальные доводы обратного характера, то более логично начинать проектирование всего усилителя с проектирования его входных и выходных цепей, уделяя специальное внимание требованиям в отношении подбора сопротивлений и коэффициента пассивной передачи, которые определяют свойства схемы. В этом случае можно подсчитать, какова та составляющая, которая вносится коэффициентом передачи входной и выходной цепей во внешнее усиление всего усилителя, и выбрать β-цепь с тем, чтобы получить требуемую результирующую характеристику усиления. Межкаскадные цепи рассчитывают в последнюю очередь, определяя разность между данными для всей петли обратной связи и данными входной, выходной и β-цепей.

Общий порядок расчета строится таким образом, чтобы характеристики сопротивления, внешнего усиления и коэффициента пассивной передачи были подобраны нормальным образом только в пределах рабочей полосы. Так, по крайней мере, при проектировании с карандашом и бумагой, имеются известные элементы произвола в отношении того, каким образом различные составляющие петли обратной связи влияют на параметры петли. С другой стороны, по мере того, как мы переходим к все более и более высоким частотам и паразитные элементы сказываются сильнее, становится все более затруднительным добиться того, чтобы элементы схемы удовлетворяли своему назначению в пределах широкого диапазона частот. Вследствие этого важно тщательно распределить общие требования к усилителю по отдельным показателям между отдельными частями схемы, если оказывается затруднительным или невозможным сконструировать систему, не производя расчета.

Распределение величины завала характеристики среза для петли обратной связи между отдельными элементами, вообще говоря, определяется требованиями к внешнему усилению в пределах рабочей полосы. Характеристика среза будет обусловлена главным образом межкаскадными цепями, если усиление относительно мало, а если усиление достаточно велико, то главным образом β-цепью. Примером в этом отношении является усилитель с обратной связью по току, который уже приводился ранее на фиг. 348.

Если в пределах рабочей полосы требуется сравнительно малое внешнее усиление, то сопротивление цепи обратной связи N₃ должно быть большим. При этом, очевидно, предполагается, что цепь обратной связи будет определяться в области среза главным образом шунтирующей цепь обратной связи паразитной емкостью С₇, и потому не может быть достаточно точно учтена при проектировании. С другой стороны, малые потери в β-цепи требуют использования небольшого коэффициента передачи межкаскадной цепи с тем, чтобы получить заданную величину усиления для всей петли. В то же время, ввиду того, что при малой величине межкаскадного усиления им можно распоряжаться с известным произволом, оказывается возможным откорректировать характеристики петли как в пределах рабочей полосы, так и в области характеристики среза. Напротив, если требуемое усиление достаточно велико, то межкаскадные цепи должны быть того типа, при котором обеспечивается максимальное усиление, и будут определять характеристики вне пределов полосы. Однако мы не имеем возможности воздействовать на β-цепь, так как при большой величине внешнего усиления сопротивление цепи обратной связи оказывается настолько малым, что емкость С₇ уже не будет оказывать шунтирующего действия. Так как максимальная величина коэффициента передачи межкаскадной цепи резко уменьшается вне пределов полосы, то очевидно, что требуемое сопротивление цепи обратной связи должно постоянно возрастать в области среза с тем, чтобы дать общую величину среза для всей петли обратной связи, укладывающуюся в допустимые пределы.

Это положение можно рассмотреть количественно, используя соотношение. Напомним, что это соотношение было выведено с тем, чтобы установить, насколько нужно уменьшить в пределах рабочей полосы коэффициент передачи межкаскадных цепей по сравнению с максимальным возможным уровнем для получения за пределами полосы заданной величины фазового сдвига межкаскадной цепи, меньшей 90°. В данном случае может быть использовано это же соотношение. Если мы будем сравнивать коэффициент передачи межкаскадной цепи, необходимый для получения требуемой обратной связи, с максимально возможной величиной коэффициента передачи, то формула (17.18) даст суммарную величину запаса по фазовому сдвигу, которая будет получаться за счет межкаскадной цепи. Отсюда легко определить, какой запас по фазовому сдвигу может быть отнесен к остальной части цепи. Например, если, используется трехкаскадная μ-цепь, то фазовый сдвиг двух межкаскадных элементов будет примерно равен 180°.

Так как общая величина фазового сдвига по петле обратной связи также примерно равна 180°, то фазовый сдвиг в цепи обратной подачи от анодной цепи выхода до сеточной, цепи входа должен примерно равняться нулю. Запас по фазовому сдвигу петли может быть получен либо за счет использования межкаскадных цепей, имеющих величины фазового сдвига, несколько меньшие, чем 90°, либо за счет применения цепи обратной подачи с отрицательным углом фазового сдвига. Интеграл, характеризующий величину уменьшения усиления, показывает, какую часть от общей величины должны обеспечить межкаскадные цепи. После того, как подобное разделение выполнено, площадь ограничения кривой запаса по фазовому сдвигу может быть представлена в виде функции от частоты любым путем, который представляет возможным получить простой подбор цепей.

Вообще говоря, удобно использовать запас по величине фазового сдвига межкаскадных цепей вблизи края рабочей полосы. Здесь могут использоваться элементы, корректирующие форму характеристики в пределах полосы, в то время как элементы остальной части схемы делают это возможным на более высоких частотах, где подбор данных можно выполнить при наличии известного произвола, не нарушая точности характеристики внешнего усиления в пределах рабочей полосы.

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9]  [10]

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

Найти на сайте

Информация

Kosmoteros, R-Studio от производителя с доставкой по РФ.

Хай-тек новости

DIANET - оборудование для профессионалов связи. Поставка телекоммуникацион- ного оборудования ведущих отечественных и зарубежных производителей.

Блог Фискала - коллективный блог про налоги и налоговый контроль.

Это интересно

Чтобы предотвратить развитие страшных для меня событий, я готов снова и снова переубеждать всех тех, кто так мыслит, без исключения. В первую очередь я намерен изменить представление зомбированных аудиофилов о том, что такое деградация качества звукозаписи.
    В статье “«Хай-энд» умер, да здравствует «Хай-энд»” (см. “АМ” № 1 (36) 2001, с. 35-140) я уже пытался сделать это, опираясь на ярчайшие образы Босха, но, как оказалось, безуспешно. Буду пробовать еще раз, подкрепив свою позицию более привычными аргументами.
    Для начала внесем ясность в вопрос о том, что такое качество звукозаписи. С моей точки зрения, это способность записи доносить до слушателя суть самой музыки ну и еще некоторые ее атрибуты по предложенному мной ранее списку [1]. Если согласиться с этим определением, то тенденцию к утрате звукозаписью данной способности человечество наблюдало в течение последних 100 лет, хотя и не замечало ее. Утраты эти объясняются тремя причинами:
    1. По мере внедрения в технологию звукозаписи результатов научно-технического прогресса путь музыкального сигнала в студийном оборудовании, из-за его нескончаемого усовершенствования и усложнения постоянно увеличивался.
    2. В процессе усовершенствований звукозаписывающего оборудования расширялись его эксплуатационные возможности, а значит, возникали новые поводы для вмешательства звукорежиссеров-вредителей в записываемую фонограмму.
    3. Из-за перманентных революций в форматах звукозаписи участвующие в производстве звукозаписей работники студий сбились с истинного пути, то есть утратили ясное представление о высших целях, к которым им следует стремиться. В результате произошла подмена таких целей на приземленные задачи маркетинга.
    Тот факт, что качество записи зависит от количества и качества, используемых в звукозаписывающем оборудовании электроэлементов, мне кажется, не должен вызывать сомнений. Утверждение это основано не только на моем субъективном опыте, но и на результатах многих объективных измерений. Инструментально установлено, что усложнение передающего многокомпонентный сигнал оборудования приводит к значительному увеличению мощности комбинационных продуктов нелинейных искажений, тогда как мощность продуктов гармонических искажений растет заметно медленнее.
    Эти результаты не являются неожиданностью. Еще 58 лет назад Р. А. Брокбэнк и А. А. Васс (R. A. Brockbank, A. A. Wass) теоретически показали [2], что увеличение порядка нелинейности усилительного тракта. вызывает катастрофический рост мощности комбинационных продуктов искажений многокомпонентного сигнала, в нашем случае музыкального. Порядок же нелинейности тракта, как известно, растет всякий раз, когда число электроэлементов, через которые следует сигнал, увеличивается и в особенности, когда эти элементы соединяются цепью следующих друг за другом четырехполюсников. Порядок нелинейности усилителя также возрастает при охвате его ООС [3].
    Замечу, что с позиций слухового восприятия из всех, объективно измеряемых искажений комбинационные - самые зловредные. В отличие от гармонических, которые маскируются слухом, комбинационные искажения, точнее левую часть их спектра, слух не маскирует. Именно поэтому звуковой мусор, имеющий комбинационную природу, обрушивается на наше подсознание в первую очередь (1).
    Мной приведена только одна из весомых, причем совершенно объективных причин деградации звучания в “длинных” звуковых трактах. На самом деле их гораздо больше, среди них есть и совершенно неизученные, но это уже другая тема.
    Однако все идет своим чередом. Саунд-инженеры, занятые проектированием оборудования звукозаписи, по-прежнему нацелены только на коэффициент гармоник, а поэтому обсуждаемые проблемы не вызывают у них ни интереса, ни озабоченности.
    Далее...