اعوجاج سیگنال ها در تقویت کننده. ب- اعوجاج فرکانس و پاسخ فرکانسی. محدوده فرکانس

• آموزش

مرسوم است که در سایت‌های موسیقی دوست، بازدیدکنندگان را با اعوجاج درون مدولاسیون بترسانند، با این حال، از آنجایی که بیشتر نشریات در این موضوع به طور گسترده از فناوری کپی پیست استفاده می‌کنند، درک اینکه چرا این تحریف‌ها رخ می‌دهند و چرا اینقدر ترسناک هستند، بسیار دشوار است. امروز من سعی خواهم کرد تا حد امکان و حجم مقاله ماهیت این آنها وحشتناک را منعکس کنم.

موضوع اعوجاج سیگنال در UMZCH در مقاله قبلی من مطرح شد، اما آخرین بار فقط به اعوجاج های خطی و غیر خطی پرداختیم. امروز ما سعی خواهیم کرد ناخوشایندترین آنها را درک کنیم که برای تجزیه و تحلیل گریزان است و حذف اعوجاج درون مدولاسیون برای طراحان ULF دشوار است. دلایل وقوع آنها و رابطه با بازخورد با عرض پوزش برای جناس.

تقویت کننده عملیاتی به عنوان یک مثلث سفید

یک تقویت کننده را به شکل یک جعبه سیاه یا بهتر بگوییم یک مثلث سفید در نظر بگیرید، همانطور که معمولاً در مدار به آنها اشاره می شود، بدون اینکه وارد جزئیات دستگاه آن شوید.

تخصیص پین تقویت کننده عملیاتی

ورودی غیر معکوس:

ورودی معکوس:

منبع تغذیه به علاوه:

منهای منبع تغذیه:

اگر ولتاژ ورودی را در ورودی غیر معکوس افزایش دهید، ولتاژ خروجی افزایش می یابد، اگر در ورودی معکوس، برعکس کاهش می یابد.

معمولاً ولتاژ ورودی برای تقویت بین دو ورودی اعمال می شود و سپس ولتاژ خروجی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

سود حلقه باز کجاست

از آنجایی که هدف ما افزایش نیست ولتاژ ثابتو ارتعاشات صدا، برای مثال، اجازه دهید وابستگی یک آپمپ ارزان قیمت LM324 را به فرکانس نوسانات سینوسی ورودی در نظر بگیریم.

پس چه باید کرد، باید راهی وجود داشته باشد! بله، او است. بخشی از سیگنال خروجی را بگیرید و آن را روی ورودی معکوس اعمال کنید - بازخورد را معرفی کنید.

بازخورد - ساده و عصبانی! نوشدارویی برای همه بیماری ها؟

فیدبک در این مدار از طریق مقاومت R2 به ورودی معکوس op-amp، به طور دقیق تر تقسیم کننده ولتاژ از R2 و R1 تغذیه می شود.

به راحتی می توان ثابت کرد که این مدار دارای بهره ولتاژی برابر با دو خواهد بود و در هنگام تقویت بدون تغییر خواهد بود. سیگنال های هارمونیکدر یک بسیار گسترده محدوده فرکانس. با افزایش فرکانس سیگنال، بهره آپ امپ بدون فیدبک کاهش می یابد اما چندین برابر بیشتر از دو باقی می ماند و این افت با کاهش خودکار سطح سیگنال فیدبک جبران می شود. در نتیجه، بهره مدار به عنوان یک کل بدون تغییر باقی می ماند. اما این همه ماجرا نیست. این مدار دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی است، به این معنی که عملا هیچ تاثیری بر منبع سیگنال ندارد. همچنین دارای امپدانس خروجی بسیار کم است، به این معنی که، از نظر تئوری، باید شکل سیگنال را حتی در هنگام کار بر روی یک بار با مقاومت نسبتاً کم، علاوه بر این، با مقاومت پیچیده - القایی و خازنی، حفظ کند.

آیا ما به تازگی تقویت کننده IDEAL را به این شکل گرفتیم؟

متأسفانه نه، درست مانند هر سکه ای سر و دم دارد، بازخورد نیز جنبه تاریک خود را دارد.

آنچه برای یک روسی خوب است مرگ یا کمی مهندسی رادیو برای یک آلمانی است

بالاترین دامنه دارای هارمونیک هایی به نام خواهد بود هارمونیک های مرتبه دوم با فرکانس:

IMI (IMD)- اعوجاج intermodulation

این نوعاعوجاج‌ها برای گوش بسیار ناخوشایندتر از محدودیت دامنه اولیه سیگنال، منبع ظهور آنها در هر یک است. مورد خاصتشخیص بسیار دشوارتر و مهمتر از همه از بین بردن.

زمان آن فرا رسیده است که در نهایت جنبه تاریک بازخورد را بررسی کنیم.

سمت تاریک بازخورد

و اکنون اجازه دهید به ورودی آن اعمال شود موج مربعدامنه کم، حدود 100 میلی ولت.

گشت و گذار در دنیای واقعی. بازخورد منفی رایج در تقویت کننده قدرت صوتی

در نتیجه، op-amp، به دلیل بهره عظیمی که دارد، باید به مقابله با انواع مختلف غیرخطی ها و تداخل در مراحل تقویت کننده ترانزیستور کمک کند. ما در زیر موارد اصلی را لیست می کنیم:

• ترانزیستورها در چنین گنجایشی می توانند در حالت بسیار غیر خطی در هنگام عبور سیگنال از صفر و برای سیگنال های ضعیف عمل کنند.
• در خروجی، تقویت کننده با بار پیچیده بارگیری می شود - سیستم صوتی. نمودار معادل آن را نشان می دهد - مقاومت R15 و اندوکتانس L1.
• ترانزیستورها در یک رژیم حرارتی سنگین کار می کنند و دمای بدنه آنها به طور قابل توجهی به توان خروجی بستگی دارد و پارامترهای آنها به شدت به دما بستگی دارد.
• ظرفیت نصب و تداخل می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند و خطاهای مسیریابی به راحتی می توانند به بازخورد مثبت و خود تحریک آمپلی فایر منجر شوند.
• نقش تداخل ناشی از قدرت به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

اعوجاج درون مدولاسیون دینامیکی TIM. تقویت کننده Overdrive و Clipping

در تقویت کننده های ترانزیستوریظرفیت اضافه بار به خصوص در مراحل ترمینال و پیش ترمینال کم است. توان نامی اغلب با حداکثر 40 درصد متفاوت است که کمتر از 3 دسی بل است.

تصور کنید که تقویت کننده ما متشکل از یک پیش تقویت کننده اصلاح کننده ایده آل و UMZCH است که با فیدبک با ضریب B پوشانده شده است. توجه به این نکته مهم است که سیگنال V 1 می تواند شامل اجزای بسیار زیادی باشد. فرکانس بالا. پیش تقویت کننده C به عنوان یک فیلتر پایین گذر عمل می کند و سیگنال ورودی V 2 را به تقویت کننده A ارائه می دهد که فقط شامل اجزای باند صوتی است.

ولتاژ ورودی تقویت کننده قدرت V 2 دارای یک زمان افزایش است که توسط پیش تقویت کننده تعیین می شود، نمودار نشان می دهد که صاف شده است. با این وجود، در ولتاژ V 3 که در خروجی جمع کننده عمل می کند، بیش از حد ناشی از تمایل فیدبک برای جبران سرعت کم تقویت کننده توان A با دامنه V max ایجاد می شود.

تکنیک های اندازه گیری اعوجاج درون مدولاسیونی و روش های مقابله با آنها

رایج ترین آنها استفاده از فرکانس های 400 و 4000 هرتز است که در DIN 45403، GOST 16122-88 و IEC 60268-5 تأیید شده است. دامنه سیگنال با فرکانس f 1 12 دسی بل 4 برابر بیشتر از دامنه سیگنال با فرکانس f 2 است. بسته به غیر خطی بودن مشخصه، در نقطه عملیاتی، به طور متقارن نسبت به فرکانس f 2، اختلاف و نوسانات ترکیبی کل f 2 ± f 1 و f 2 ± 2f 1 از مرتبه های بالاتر تشکیل می شود. ارتعاشات ترکیبی ناشی از مرتبه دوم با فرکانس‌های f 2 ± f 1 مشخصه درجه دوم و مرتبه سوم با فرکانس‌های f 2 ± 2f 1 - اعوجاج مکعبی جسم اندازه‌گیری است.

یک جفت فرکانس 19 و 20 کیلوهرتز با سطح سیگنال برابر نیز به طور گسترده استفاده می شود، که در درجه اول راحت است زیرا هارمونیک اصلی که در آن قرار می گیرد محدوده صدا، V این موردسیگنالی با فرکانس 1 کیلوهرتز است که اندازه گیری سطح آن آسان است.

برای تامین سیگنال‌های اندازه‌گیری، نه تنها از ژنراتورها استفاده می‌شود، بلکه از سی‌دی‌های اندازه‌گیری و حتی صفحات وینیل که به‌ویژه در استودیو ضبط شده‌اند نیز استفاده می‌شود.

1. صفحه گردان برای صفحات وینیل;
2. صفحه اندازه گیری؛
3. سوار کردن؛
4. تقویت کننده اصلاحی؛
5. فیلتر میان گذر؛
6. آشکارساز خط؛
7. فیلتر پایین گذر.
8. و البته V یک ولت متر است که می تواند اندازه گیری کند ارزش موثرارتعاشات سینوسی!

استانداردهای توصیف شده برای تولید کنندگان تجهیزات بازتولید صدا بسیار مناسب است؛ شما به راحتی می توانید اعداد کوچک زیبا را در داده های پاسپورت دریافت کنید، اما آنها کیفیت واقعی مسیر تقویت را به خوبی منعکس نمی کنند. نتیجه، البته، توسعه ذهنیت گرایی است - وقتی دو تقویت کننده یا حتی کارت های صوتی گران قیمت که به طور رسمی پارامترهای تقریباً یکسانی دارند، در یک سیگنال پیچیده موسیقی کاملاً متفاوت صدا می کنند - نمی توانید قبل از خرید بدون گوش دادن انجام دهید.

علاقمندان عاشق صدای با کیفیتو تک تک تولید کنندگان سخت افزار طبقه بالاتلاش می‌کنند تکنیک‌های اندازه‌گیری خود را بر اساس تقریب‌هایی که کمتر از واقعیت جدا هستند، تبلیغ کنند. تکنیک‌های چند فرکانسی، تکنیک‌هایی وجود دارند که تعامل یک فرکانس هارمونیک و یک پالس را بر اساس سیگنال‌های نویز مطالعه می‌کنند و غیره. با این حال، این بار ما فرصتی برای بحث در مورد آنها نداریم.
OOS برچسب ها را اضافه کنید

می دانید، من واقعاً می خواهم موسیقی را با کیفیت خوب گوش کنم. "بالالایکا" با صدای تخته سه لا فقط در سن دبستان مناسب است، اگرچه خرس بدون توجه به این که رده سنی. فکر می کنم اکثر کسانی که این مقاله را باز می کنند زمانی به بلندگوها و آمپلی فایرها علاقه داشتند و این فنجان از دست من رد نشد. متأسفانه من در این زمینه حرفه ای نیستم، بنابراین قضاوت های موجود در مقاله ممکن است چندان موفق نباشند و بخش قابل توجهی از آنها مشاهدات شخصی من است و بنابراین نباید آنچه در اینجا گفته شد را به عنوان حقیقت نهایی در نظر بگیرید.

لامپ، مس بدون اکسیژن و غیره

دوستداران آکوستیک به دو (و نه سه) دسته تقسیم می شوند - تکنسین ها و "شنوندگان". اولی فقط اعداد را می‌فهمد، دومی تمرین‌های دیجیتال را قبول نمی‌کند و بر ابرهای عقاید ذهنی اوج می‌گیرد... من هیچ مخالفی با اولی و دومی ندارم، فقط احمقانه است. مشکلات بازتولید صدا توضیحات فنی بسیار خاصی دارند و تنها ناتوانی در درک آنها باعث ایجاد شایعات و خرافات می شود. با این حال، برای اینکه نمایندگان سرسخت دسته دوم را تحریک نکنید، از آنها می خواهم که بلافاصله این مقاله را ببندند - این فقط اعصاب شما را خراب می کند. گناهکار، در مشیت الهی دخالت نکن.

برای بقیه، بیایید ادامه دهیم. اوه بله، دسته سوم را از دست دادم. افسوس که هیچ مقاله ای در مورد بازتولید با کیفیت بالا وجود ندارد و وجود ندارد و تبلیغات "صدای لوله" متوقف نمی شود که منجر به پر کردن مداوم متخصصان دسته سوم می شود. آقایان، رشته ها را بیشتر از گوش های خود بتکانید، این مدت هاست که به تعبیر چنین تاجران، تجارتی است که در آن پول سلاخی می شود. خودت تصمیم بگیر و به هیچکس به خصوص من اعتماد نکن

عوامل موثر بر کیفیت صدا

بیایید سعی کنیم بفهمیم چه چیزی بر کیفیت صدا تأثیر می گذارد. به طور دقیق تر، چه چیزی آن را خراب می کند. مقاله در مورد تقویت کننده صحبت خواهد کرد، بنابراین ما عوامل زودگذر را در نظر نخواهیم گرفت.

صدای طبیعی می خواهید؟ تنها یک راه وجود دارد - رفتن به یک کنسرت آکوستیک. یک سالن خوب، مجریان عالی - فقط این می تواند یک شایعه ایجاد کند. با شنیدن صدای صحیح، می توانید بفهمید که ما با این "بالالایکا" چقدر احمق هستیم. با این حال ... اما نه، متاسفم، تکرار می کنم - به یک کنسرت معمولی بروید. بدون این، نمی توان یاد گرفت که صدا را درک کند، مغز به سادگی چیزی برای مقایسه با آن ندارد.

اما من خواننده نیستم، پس بیایید مستقیماً به سراغ تکنیک برویم. راه های زیادی برای خراب کردن صدا وجود دارد و نادیده گرفتن هر چیز کوچکی منجر به شکست می شود. به همین دلیل است که نمی توانید فقط بنشینید و یک آمپلی فایر معمولی را لحیم کنید (حتی اگر دستگاه واقعاً با کیفیتی باشد) - مشکلات یکی یکی حل می شوند و راه رسیدن به صدای با کیفیت بسیار طولانی و پیچ در پیچ است. بیایید سعی کنیم از منظر فنی به اشتباهات و آتاویسم های اصلی بپردازیم

به طور متعارف، "مشکلات" را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد:
1. اعوجاج سیگنال در تقویت کننده.
2. اتصال به بار.
3. تأثیر بارگذاری.
4. امپدانس تقویت کننده و عملکرد بلندگو.

انواع در گروه ها وجود دارد و آنها تفاوت های ظریف خاص خود را دارند، بنابراین گفتگو طولانی خواهد بود، خود را راحت کنید، بیایید شروع کنیم.

اعوجاج سیگنال در تقویت کننده

اعوجاج ها یا خطی هستند یا غیرخطی. اولی فقط یک تغییر است طیف فرکانسیسیگنال بدون تحریف شکل آن، یعنی افزایش یا کاهش پیش پا افتاده در برخی از باندهای فرکانسی. در واقع، حتی تغییر طیف، شکل سیگنال را تغییر می دهد، بنابراین تعریف کاملاً صحیح نیست. نه اعوجاج خطی- این معرفی سیگنال چیزی است که در ابتدا وجود نداشت، گسترش طیف آن. لازم نیست نگران اعوجاج خطی باشید، در یک تقویت کننده با این مشکلات خاصنه، اما موارد غیر خطی مشکلاتی ایجاد می کنند و به وضوح درک تصویر صدا را خراب می کنند.

انواع اعوجاج:
1. اعوجاج های غیرخطی.
2. محدودیت سطح.
3. Intermodulation.
4. سوئیچینگ.
5. پویا.
6. خود هیجانی.

اعوجاج غیر خطی

سیگنال صوتی از تقویت کننده عبور می کند، دامنه آن افزایش می یابد و تحریف می شود. هیچ چیز کامل نیست، سیگنال مفید مطمئناً حاوی چیزی است که در آن وجود ندارد - نویز، اعوجاج، تداخل منبع تغذیه و سایر مواد مضر که با درک کیفیت صدا تداخل دارند. با این حال - در حالی که در مورد خصوصی.

اعوجاج غیر خطی - افزایش طیف سیگنال اصلی با افزودن هارمونیک. اگر یک سیگنال سینوسی خالص با فرکانس F بگیریم، پس از عبور از تقویت کننده در طیف سیگنال، علاوه بر هارمونیک بنیادی F، مولفه های K * F وجود خواهد داشت که در آن K = 2، 3، 4، 5 وجود دارد. ..

عدم تقارن

از نظر ظاهری هارمونیک ها به زوج و فرد تقسیم می شوند. اولین ها زمانی ایجاد می شوند که سیگنال نامتقارن باشد. شایعات مداوم وجود دارد مبنی بر اینکه آنها کمتر از موارد عجیب و غریب قابل توجه هستند ... اما مواد راهنمایی قرن گذشته دستورالعمل های بسیار واضحی را ارائه می دهد - ابتدا با هارمونیک ها حتی به ضرر برخی از رشد هارمونیک ها مبارزه کنید. عدم تقارن در تمام عناصر مدار تقویت کننده ذاتی است، با این تفاوت که در مرحله خروجی چندان مهم نیست، بنابراین مشکل یکنواختی هارمونیک ها تا به امروز بسیار حاد وجود دارد.

این مقاله از شبیه سازی با استفاده از برنامه PSPICE استفاده خواهد کرد که قابلیت اطمینان محاسبات انجام شده را ثابت کرده است. مواردی وجود داشت که محاسبات در این برنامه نتایج "عجیب" داشت و تمایل به سرزنش وجود داشت. خطاهای داخلی، اما پس از کشف همان نتایج "عجیب" در یک مدار لحیم کاری، به طور غیر ارادی نسبت به توسعه دهندگان این شبیه ساز احساس اعتماد و احترام می کنید. بنابراین، متاسفم، اما من این برنامه را باور دارم. اگر نظر دیگری دارید، متاسفم.

مگر اینکه غیر از این ذکر شود، منبع در همه مدارها یک موج سینوسی 1 کیلوهرتز، دامنه 1 ولت (پیک) خواهد بود.

بنابراین، اعوجاج غیر خطی. هنگامی که عدم تقارن سیگنال ظاهر می شود، حتی هارمونیک ها نیز ظاهر می شوند.

طرح شبیه سازی:

عدم تقارن در مدار با نصب دیود شاتکی حاصل می شود. جریان کنترل "A" توسط تقسیم کننده R3، R4 با کاهش سطح سیگنال به دامنه نزدیک به خروجی بررسی شده "B" به دست آمد.

همه نمودارها در این بخش، سبز – سیگنال شبیه سازی شده; قرمز - نمونه، با دامنه کمی کاهش یافته است.

شکل موج:

اگر در قسمت پایین خطوط قرمز و سبز تقریباً منطبق باشند ، در قسمت بالایی تأثیر دیود شروع به تأثیر می کند و سیگنال تحریف شده تا حد زیادی از نمونه پیشی می گیرد. یعنی نیم موج مثبت (بالاتر از 0 ولت) و منفی یکسان نیستند، وجود دارد. نشانه های واضحعدم تقارن

طیف سیگنال مرجع (قرمز) تنها یک پیک در 1 کیلوهرتز دارد، قبل از مدار شبیه سازی شده (سبز) یک شانه شفاف با پیک های 1 کیلوهرتز، 2 کیلوهرتز، 3 کیلوهرتز، 4 کیلوهرتز وجود دارد.

بیایید کمی بیشتر توقف کنیم. اولین پیک در 1 کیلوهرتز تقریباً مشابه سیگنال مرجع است - هارمونیک اساسی در هر دو مورد با دامنه تقریباً یکسان. خوب از نظر بصری هم دیده می شود، از نظر ظاهری شبیه هم هستند... اگر ظرافت هایی را که منجر به طیف وسیعی از هارمونیک ها می شود کنار بگذارید. سیگنال مرجع فقط هارمونیک اول را دارد، اما مدار شبیه‌سازی‌شده فقط اولین هارمونیک را دارد (در واقع، طیف از ۱۰ کیلوهرتز فراتر می‌رود)، به این معنی که یک عنصر غیر خطی در مدار وجود دارد که طیف بزرگی از هارمونیک‌ها را تولید می‌کند. . اما این است، در مدار یک دیود نیمه هادی وجود دارد.

شاید از نحوه ارائه اطلاعات در برنامه گیج شده باشید. معمولاً هنگامی که یک طیف ارائه می شود، "نوار" با ارتفاع متغیر ترسیم می شود. برنامه PSPICE ولتاژها و جریان ها را در تمام گره های مدار برای کل مدت آزمایش محاسبه می کند، اغلب با وضوح زمانی متغیر. پس از آن، دنباله زمانی به تبدیل می شود روش فرکانس FFT( تبدیل سریعفوریه). هرچه گسستگی محاسبه نقاط در زمان کمتر باشد، دقت ترجمه به حوزه زمانی بیشتر و تحلیل صحیح تر است. هزینه برای این زمان اجرای شبیه ساز است.

از زمان انتشار این برنامه، رایانه ها سریعتر شده اند، اما اشتها نیز در حال رشد است، بنابراین شبیه سازی باید در دو مرحله انجام شود - ابتدا خیلی دقیق نیست، اما سریع است، سپس گسسته زمانی باید کاهش یابد تا بیشتر به دست آید. نتایج کافی به عنوان مثال، بیایید آزمایش را برای دقت عادی (نمودار آبی) و با حداکثر محدودیت گام در محور زمان (نمودار سبز) تکرار کنیم:

هر دو نمودار دارای معنای مشابهی هستند، اما نمودار زمان محاسبه طولانی تر (سبز) واضح است که دقیق تر است.

حال مدار یک مدار متقارن و غیر خطی:

برای شبیه‌سازی یک مدار غیر خطی، اما کاملاً متقارن، مدار از دو دیود شاتکی استفاده می‌کند - هر کدام یکی برای نیمه موج‌های مثبت و منفی.

شکل موج:

شکل موج ولتاژ در مدار شبیه سازی شده متقارن و تقریباً مشابه شکل موج مرجع است.

به آزمایش قبلی نگاه کنید - اگر اوج هایی در فرکانس های 1، 2، 3 ... 10 کیلوهرتز وجود داشت، اکنون هارمونیک حتی وجود ندارد.

محدودیت سطح

این نوع غیر خطی به دلیل نقض یکنواختی سیگنال ایجاد می شود. این موارد شامل دو مورد است:

• گام.
• اشباع.

اعوجاج نوع مرحله ای مشخصه تقویت کننده های کلاس B (یا AB) است - با کاهش سطح سیگنال، ضریب انتقال کاهش می یابد و سیگنال به سادگی ناپدید می شود. مکانیسم وقوع آن در نیمه دوم مقاله با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اشباع - می تواند به دلیل محدودیت، در یک سطح سیگنال بسیار بالا، یا عملکرد حفاظت در تقویت کننده برای جریان یا قدرت ایجاد شود.

گام

این نوع اعوجاج در مدارهای کم بایاس مبتنی بر ترانزیستور تنظیم کننده رایج است، بنابراین می توان از یک جفت دیود سیلیکونی برای شبیه سازی استفاده کرد، 1N4148 کاملا مناسب است.

شکل موج:

لطفاً توجه داشته باشید که وقتی نمودار سبز از 0 ولت عبور می کند، برای مدتی سیگنالی عبور نمی کند. اگر یک تغییر سطح یکنواخت در نمودار قرمز (نمونه ای) وجود داشته باشد، ولتاژ در مدار شبیه سازی شده برابر با صفر می شود. هرچه سطح سیگنال کمتر باشد، این نوع اعوجاج بیشتر خود را نشان می دهد، تا زمانی که سیگنال مفید در خروجی ناپدید شود. بنابراین، تقویت کننده ها باید نه تنها در سطح سیگنال اسمی، بلکه در سطح بسیار کاهش یافته نیز بررسی شوند. در غیر این صورت، به راحتی می توان در دام این نوع اعوجاج افتاد - با کاهش سطح سیگنال، ضریب هارمونیک به طرز فاجعه باری رشد می کند.

اعوجاج متقارن است، بنابراین هیچ هارمونیک حتی در طیف وجود ندارد.

اشباع

حد اشباع یک مورد کاملاً معمولی، آنها می خواستند بلندتر باشند و "خس خس" گرفتند. اگر مدارهای کنترلی برش سطح "نرم" را ارائه دهند، نوع اعوجاج با تقویت کننده های بدون چنین حفاظتی متفاوت است. اما در حال حاضر، بیایید بدون وارد شدن به جزئیات، از خود مشکل عبور کنیم. برای شبیه سازی، همان جفت دیود 1N4148 مناسب است، اما در یک گنجاندن متفاوت.

شکل موج:

اگر در سطح سیگنال پایین هر دو نمودار منطبق باشند، پس رسیدن به ولتاژ 0.5 ولت با توقف در رشد نمودار سبز مشخص می شود، یعنی محدودیت سطح به دنبال دارد.

تصویر مشابه مورد "گام" است. با هر دو گزینه، هارمونیک ها ظاهر می شوند، فقط ماهیت ظاهر آنها تغییر می کند:

• برای یک "گام"، با کاهش سطح سیگنال، درجه اعوجاج سیگنال افزایش می یابد.
• "اشباع" الگوی مخالف دارد - در یک سطح سیگنال کم یا عادی، مدار اعوجاج ایجاد نمی کند و فقط در سطح بالا پدیده های منفی شروع به تأثیر می کنند.

نقص اشباع در همه تقویت کننده ها ذاتی است و با یک حالت "محدودیت نرم" یا یک گره کنترل بهره اضافی که در هنگام تشخیص سطوح سیگنال بیش از حد صدا را کاهش می دهد، با آن برخورد می شود.

• آموزش

مرسوم است که در سایت‌های موسیقی دوست، بازدیدکنندگان را با اعوجاج درون مدولاسیون بترسانند، با این حال، از آنجایی که بیشتر نشریات در این موضوع به طور گسترده از فناوری کپی پیست استفاده می‌کنند، درک اینکه چرا این تحریف‌ها رخ می‌دهند و چرا اینقدر ترسناک هستند، بسیار دشوار است. امروز من سعی خواهم کرد تا حد امکان و حجم مقاله ماهیت این آنها وحشتناک را منعکس کنم.

موضوع اعوجاج سیگنال در UMZCH در من مطرح شد، اما آخرین بار فقط کمی به اعوجاج های خطی و غیر خطی پرداختیم. امروز ما سعی خواهیم کرد ناخوشایندترین آنها را درک کنیم که برای تجزیه و تحلیل گریزان است و حذف اعوجاج درون مدولاسیون برای طراحان ULF دشوار است. دلایل وقوع آنها و رابطه با بازخورد با عرض پوزش برای جناس.

تقویت کننده عملیاتی به عنوان یک مثلث سفید

یک تقویت کننده را به شکل یک جعبه سیاه یا بهتر بگوییم یک مثلث سفید در نظر بگیرید، همانطور که معمولاً در مدار به آنها اشاره می شود، بدون اینکه وارد جزئیات دستگاه آن شوید.

تخصیص پین تقویت کننده عملیاتی

ورودی غیر معکوس:

ورودی معکوس:

منبع تغذیه به علاوه:

منهای منبع تغذیه:

اگر ولتاژ ورودی را در ورودی غیر معکوس افزایش دهید، ولتاژ خروجی افزایش می یابد، اگر در ورودی معکوس، برعکس کاهش می یابد.

معمولاً ولتاژ ورودی برای تقویت بین دو ورودی اعمال می شود و سپس ولتاژ خروجی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

سود حلقه باز کجاست

از آنجایی که هدف ما تقویت ولتاژهای ثابت نیست، بلکه ارتعاشات صوتی است، به عنوان مثال، وابستگی یک آپ امپ ارزان قیمت LM324 به فرکانس نوسانات سینوسی ورودی را در نظر می گیریم.

پس چه باید کرد، باید راهی وجود داشته باشد! بله، او است. بخشی از سیگنال خروجی را بگیرید و آن را روی ورودی معکوس اعمال کنید - بازخورد را معرفی کنید.

بازخورد - ساده و عصبانی! نوشدارویی برای همه بیماری ها؟

فیدبک در این مدار از طریق مقاومت R2 به ورودی معکوس op-amp، به طور دقیق تر تقسیم کننده ولتاژ از R2 و R1 تغذیه می شود.

به راحتی می توان ثابت کرد که این مدار دارای بهره ولتاژی برابر با دو خواهد بود و در هنگام تقویت سیگنال های هارمونیک در محدوده فرکانس بسیار وسیع تغییری نخواهد کرد. با افزایش فرکانس سیگنال، بهره آپ امپ بدون فیدبک کاهش می یابد اما چندین برابر بیشتر از دو باقی می ماند و این افت با کاهش خودکار سطح سیگنال فیدبک جبران می شود. در نتیجه، بهره مدار به عنوان یک کل بدون تغییر باقی می ماند. اما این همه ماجرا نیست. این مدار دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی است، به این معنی که عملا هیچ تاثیری بر منبع سیگنال ندارد. همچنین دارای امپدانس خروجی بسیار کم است، به این معنی که، از نظر تئوری، باید شکل سیگنال را حتی در هنگام کار بر روی یک بار با مقاومت نسبتاً کم، علاوه بر این، با مقاومت پیچیده - القایی و خازنی، حفظ کند.

آیا ما به تازگی تقویت کننده IDEAL را به این شکل گرفتیم؟

متأسفانه نه، درست مانند هر سکه ای سر و دم دارد، بازخورد نیز جنبه تاریک خود را دارد.

آنچه برای یک روسی خوب است مرگ یا کمی مهندسی رادیو برای یک آلمانی است

بالاترین دامنه دارای هارمونیک هایی به نام خواهد بود هارمونیک های مرتبه دوم با فرکانس:

IMI (IMD)- اعوجاج intermodulation

این نوع اعوجاج برای گوش بسیار ناخوشایندتر از محدودیت دامنه پیش پا افتاده سیگنال است، منبع ظاهر آنها در هر مورد تشخیص و مهمتر از همه از بین بردن آنها بسیار دشوارتر است.

زمان آن فرا رسیده است که در نهایت جنبه تاریک بازخورد را بررسی کنیم.

سمت تاریک بازخورد

و اکنون اجازه دهید یک پالس مستطیلی با دامنه کوچک به ورودی آن اعمال کنیم، حدود 100 میلی ولت.

گشت و گذار در دنیای واقعی. بازخورد منفی رایج در تقویت کننده قدرت صوتی

در نتیجه، op-amp، به دلیل بهره عظیمی که دارد، باید به مقابله با انواع مختلف غیرخطی ها و تداخل در مراحل تقویت کننده ترانزیستور کمک کند. ما در زیر موارد اصلی را لیست می کنیم:

• ترانزیستورها در چنین گنجایشی می توانند در حالت بسیار غیر خطی در هنگام عبور سیگنال از صفر و برای سیگنال های ضعیف عمل کنند.
• در خروجی، تقویت کننده با یک بار پیچیده بارگیری می شود - یک سیستم بلندگو. نمودار معادل آن را نشان می دهد - مقاومت R15 و اندوکتانس L1.
• ترانزیستورها در یک رژیم حرارتی سنگین کار می کنند و دمای بدنه آنها به طور قابل توجهی به توان خروجی بستگی دارد و پارامترهای آنها به شدت به دما بستگی دارد.
• ظرفیت نصب و تداخل می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند و خطاهای مسیریابی به راحتی می توانند به بازخورد مثبت و خود تحریک آمپلی فایر منجر شوند.
• نقش تداخل ناشی از قدرت به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

اعوجاج درون مدولاسیون دینامیکی TIM. تقویت کننده Overdrive و Clipping

در تقویت کننده های ترانزیستوری، ظرفیت اضافه بار به خصوص در مراحل ترمینال و پیش ترمینال کم است. توان نامی اغلب با حداکثر 40 درصد متفاوت است که کمتر از 3 دسی بل است.

بیایید تصور کنیم که تقویت کننده ما متشکل از یک پیش تقویت کننده اکولایزر ایده آل و یک UMZCH است که با ضریب فیدبک B پوشانده شده است. توجه به این نکته مهم است که سیگنال V 1 می تواند شامل اجزای فرکانس بسیار بالا باشد. پیش تقویت کننده C به عنوان یک فیلتر پایین گذر عمل می کند و سیگنال ورودی V 2 را به تقویت کننده A ارائه می دهد که فقط شامل اجزای باند صوتی است.

ولتاژ ورودی تقویت کننده قدرت V 2 دارای یک زمان افزایش است که توسط پیش تقویت کننده تعیین می شود، نمودار نشان می دهد که صاف شده است. با این وجود، در ولتاژ V 3 که در خروجی جمع کننده عمل می کند، بیش از حد ناشی از تمایل فیدبک برای جبران سرعت کم تقویت کننده توان A با دامنه V max ایجاد می شود.

تکنیک های اندازه گیری اعوجاج درون مدولاسیونی و روش های مقابله با آنها

رایج ترین آنها استفاده از فرکانس های 400 و 4000 هرتز است که در DIN 45403، GOST 16122-88 و IEC 60268-5 تأیید شده است. دامنه سیگنال با فرکانس f 1 12 دسی بل 4 برابر بیشتر از دامنه سیگنال با فرکانس f 2 است. بسته به غیر خطی بودن مشخصه، در نقطه عملیاتی، به طور متقارن نسبت به فرکانس f 2، اختلاف و نوسانات ترکیبی کل f 2 ± f 1 و f 2 ± 2f 1 از مرتبه های بالاتر تشکیل می شود. ارتعاشات ترکیبی ناشی از مرتبه دوم با فرکانس‌های f 2 ± f 1 مشخصه درجه دوم و مرتبه سوم با فرکانس‌های f 2 ± 2f 1 - اعوجاج مکعبی جسم اندازه‌گیری است.

یک جفت فرکانس 19 و 20 کیلوهرتز با سطح سیگنال برابر نیز به طور گسترده استفاده می شود، که در درجه اول راحت است زیرا هارمونیک اساسی که در محدوده صوتی قرار می گیرد، در این مورد، سیگنالی با فرکانس 1 کیلوهرتز، سطح است. که اندازه گیری آن آسان است.

برای تامین سیگنال‌های اندازه‌گیری، نه تنها از ژنراتورها استفاده می‌شود، بلکه از سی‌دی‌های اندازه‌گیری و حتی صفحات وینیل که به‌ویژه در استودیو ضبط شده‌اند نیز استفاده می‌شود.

1. صفحه گردان برای صفحات وینیل;
2. صفحه اندازه گیری؛
3. سوار کردن؛
4. تقویت کننده اصلاحی؛
5. فیلتر میان گذر؛
6. آشکارساز خط؛
7. فیلتر پایین گذر.
8. و البته V یک ولت متر است که می تواند مقدار موثر نوسانات سینوسی را اندازه گیری کند!

استانداردهای توصیف شده برای تولید کنندگان تجهیزات بازتولید صدا بسیار مناسب است؛ شما به راحتی می توانید اعداد کوچک زیبا را در داده های پاسپورت دریافت کنید، اما آنها کیفیت واقعی مسیر تقویت را به خوبی منعکس نمی کنند. نتیجه، البته، توسعه ذهنیت گرایی است - وقتی دو تقویت کننده یا حتی کارت های صوتی گران قیمت که به طور رسمی پارامترهای تقریباً یکسانی دارند، در یک سیگنال پیچیده موسیقی کاملاً متفاوت صدا می کنند - نمی توانید قبل از خرید بدون گوش دادن انجام دهید.

علاقه مندان به کیفیت صدا و تک تک تولید کنندگان تجهیزات پیشرفته سعی در ترویج روش های اندازه گیری خود بر اساس تقریبی دارند که کمتر از واقعیت جدا شده است. تکنیک‌های چند فرکانسی، تکنیک‌هایی وجود دارند که تعامل یک فرکانس هارمونیک و یک پالس را بر اساس سیگنال‌های نویز مطالعه می‌کنند و غیره. با این حال، این بار ما فرصتی برای بحث در مورد آنها نداریم.
OOS

اعوجاج غیرخطی به عنوان تغییر شکل سیگنال خروجی نسبت به شکل سیگنال ورودی درک می شود. تغییرات در شکل موج به دلیل غیر خطی بودن مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور است. درجه اعوجاج با ضریب اعوجاج غیر خطی تخمین زده می شود g. برای تعیین آن، از مشخصه انتها به انتها آبشار استفاده می شود، که وابستگی جریان خروجی به EMF ورودی، از جمله غیر خطی بودن مشخصات ورودی و خروجی است:

نمای مشخصه مشخصه عبوری (5.2) در شکل نشان داده شده است. 5.11. با E.D.S سینوسی. E Vxجریان کلکتور بر اساس یک قانون غیر سینوسی تغییر می کند و با نیم موج های بالا و صاف مشخص می شود (شکل 5.11 را ببینید).

شکل 5.11 - از طریق مشخصه آبشار

جریان کلکتور غیر سینوسی که جریان خروجی است من خارج می شومرا می توان در سری فوریه گسترش داد:

در طیف جریان خروجی فقط هارمونیک اول که با فرکانس منطبق است مفید است. E Vx، هارمونیک های باقی مانده نشان دهنده اعوجاج های غیر خطی هستند، زیرا در سیگنال ورودی وجود ندارند. ضرایب اعوجاج هارمونیک از عبارات زیر تعیین می شود:

, , . (5.3)

برای محاسبات مهندسی، خطای 10٪ کافی در نظر گرفته می شود، که باعث می شود سری فوریه را با چهار هارمونیک محدود کنیم. سپس ضریب کل اعوجاج غیرخطی به صورت زیر تعیین می شود:

. (5.4)

هنگام طراحی یک آبشار تقویت کننده، تنظیم می شود g مجموعو لازم است اطمینان حاصل شود که اعوجاج در تقویت کننده بیشتر از موارد مشخص شده نیست.

اعوجاج های غیرخطی توسط علل و عوامل اصلی زیر تعیین می شوند:

- مقدار مشخص شده ولتاژ ورودی (یا E.D.S. E Vx);

- غیر خطی بودن ویژگی های ورودی I-V ترانزیستور؛

- نگرش مقاومت داخلیمنبع سیگنال ورودی به امپدانس ورودی تقویت کننده؛

- غیر خطی بودن ویژگی های خروجی ترانزیستور؛

- مدار سوئیچینگ ترانزیستور

ضرایب اعوجاج داده شده در وابستگی را در نظر بگیرید g مجموعاز استدلال، برای طرح های مختلفروشن کردن ترانزیستور این وابستگی ها در شکل نشان داده شده است. 5.12.

شکل 5.12 - وابستگی ها g مجموعاز نگرش

(a - برای یک مدار با OB، b - برای یک مدار با OE)

همانطور که در شکل دیده میشود. 5.12، با افزایش نسبت، ضریب اعوجاج کاهش می یابد، که به دلیل خطی شدن ویژگی های ورودی ترانزیستور است. R Vn. برای مدار با OE، نسبت نباید از 1.5 تجاوز کند، زیرا افزایش بیشتر آن باعث افزایش اعوجاج می شود. چنین محدودیتی برای مدار با OB وجود ندارد، با این حال، در > 2، اعوجاج ها به میزان ناچیزی کاهش می یابد، افزایش این نسبت منجر به کاهش در U دربه طور نسبی E Vx، بنابراین معمولاً برابر با 1¸1.5 در نظر گرفته می شود.

تجزیه و تحلیل علل اصلی تحریف به ما امکان می دهد نتایج زیر را بگیریم:

- اعوجاج های غیر خطی با افزایش ورودی E.D.S به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

- مدار تقویت کننده با OB در مقایسه با مدار با OE اعوجاج کمتری ایجاد می کند.

- غیر خطی بودن ویژگی های خروجی I-V ترانزیستورها به طور قابل توجهی بر اعوجاج تأثیر نمی گذارد.

- افزایش نسبت خطی بودن ویژگی های ورودی IV ترانزیستور را گسترش می دهد و اعوجاج غیر خطی را کاهش می دهد.

5.4 مشخصات دینامیکی ورودی ترانزیستورها.
از طریق مشخصه آبشار

بار ترانزیستور توسط جریان مستقیممقاومت است R K، که شیب خط بار DC را تعیین می کند. هنگام کار بر روی جریان متناوبترانزیستور با مقاومت معادل کمتری بارگذاری می شود معادله R=R K½½ R N. زیرا معادله R<R Kسپس شیب خط بار AC تندتر است. موقعیت خطوط بار روی مشخصات خروجی ترانزیستور در شکل نشان داده شده است. 5.13.

شکل 5.13 - خطوط بار AC و DC
در مشخصات خروجی I-V یک ترانزیستور متصل شده بر اساس مدار با ABOUT

در اینجا (1) - خط بار برای جریان مستقیم، (2) - زاویه شیب خط بار را برای جریان متناوب تعیین می کند. از آنجایی که ترانزیستور در حالت خطی عمل می کند، با در نظر گرفتن اصل برهم نهی، خط بار AC باید به نقطه استراحت (خط (2")) منتقل شود (شکل 5.13 را ببینید).

روابط بین پارامترهای ورودی و خروجی ( من Eبا I K، U KB) در امتداد خط بار 2 انجام می شود". در این راستا، لازم است مشخصات ورودی دینامیکی ساخته شود که تغییر ولتاژ خروجی از تغییر جریان ورودی را در نظر بگیرد. نتایج ساخت یک مشخصه ورودی دینامیکی برای یک مدار با یک OB در شکل 5.14 نشان داده شده است.خطوط AC، از مشخصات خروجی I-V ترانزیستور تا ورودی همانطور که از شکل 5.14 مشاهده می شود، مشخصه ورودی دینامیکی برای مدار OB خطی تر از ویژگی های استاتیک، بنابراین مدار OB دارای حداقل اعوجاج است.

شکل 5.14 - مشخصه ورودی دینامیک برای مدار با OB

به طور مشابه، ما یک مشخصه ورودی دینامیک برای یک مدار با OE می سازیم (شکل 5.15 را ببینید). از شکل مشخص می شود که مشخصه ورودی دینامیکی برای مدار OE غیر خطی تر از مدارهای استاتیک است، به این معنی که مدار OE دارای اعوجاج غیر خطی بیشتری نسبت به مدار OB است.

بیایید تکنیکی را برای ساختن یک مشخصه گذر از یک آبشار، با در نظر گرفتن غیرخطی بودن مشخصه های ورودی و خروجی I-V در نظر بگیریم. تقویت کننده می تواند با منبع E.D.S کار کند. و منبع تغذیه برای ایجاد روابط بین جریان ورودی و E.D.S. با جریان خروجی من کاجازه دهید ساختارهای نشان داده شده در شکل را انجام دهیم. 5.16.

ربع اول شامل مشخصات خروجی ترانزیستور با خط بار AC (2") است که از نقطه عملیاتی DC "O" عبور می کند. من E) با جریان خروجی ( من ک) از طریق نقاط تقاطع خط بار با مشخصات خروجی ترانزیستور.

شکل 5.15 - مشخصه ورودی دینامیک برای مدار با OE
و تکه هایی از ساخت آن

شکل 5.16 - برآورد اعوجاج های غیر خطی تقویت کننده در حین کار
با منبع EMF و منبع فعلی

مشخصه خروجی پویا در ربع سوم (2) ساخته شده است. نقطه عملیاتی "O" را به طور منحصر به فردی تعریف می کند.

اگر ورودی یک سینوسی از منبع جریان باشد DI E (wt)، پس غیر خطی بودن مشخصه دینامیکی ورودی بر شکل جریان خروجی تأثیر نمی گذارد. در این حالت، غیر خطی بودن مشخصه گذرا (1) صورت می گیرد و جریان کلکتور تقریباً سینوسی است.

در صورت کار با منبع E.D.S. DE در (وزنی)، از زمان عبور از اعوجاج به طور قابل توجهی بزرگتر به دست خواهیم آورد DE دربه DI Eغیر خطی بودن مشخصه دینامیکی ورودی و اسیلوگرام تأثیر می گذارد DI Kغیر سینوسی تر هنگام کار با منبع EMF ( R Ext®0بنابراین، خط بار در ویژگی های ورودی I-V موازی با محور است من E، به دلیل غیر خطی بودن مشخصه ورودی دینامیکی، شکل موج جریان ورودی به هم می خورد و بنابراین جریان خروجی به شدت تغییر می کند (شکل 5.16 را ببینید).

هنگام کار با منبع تغذیه (R Int.Str ®¥)، جریان ورودی تحریف نمی شود و بنابراین حداقل اعوجاج جریان خروجی تضمین می شود.

در تقویت کننده های واقعی، یک نوع متوسط ​​وجود دارد ( R Int.Str ¹0مقدار نهایی)، زاویه شیب خط بار در ویژگی های ورودی I-V تعیین می شود R Vn. (شکل 5.17 را ببینید). وقتی تغییر می کند DE در (وزنی)خط بار به موازات خود حرکت می کند و باعث شکل موج جریان خروجی می شود من ک. اعوجاج های غیرخطی رخ می دهند و در بزرگی بین دو موردی که قبلاً در نظر گرفته شد هستند.

در مدارهای واقعی، همیشه وجود دارد R در 0 ¹، یعنی آخرین گزینه در نظر گرفته شده ربط دادن E Vxو من ک، مشخصه انتها به انتها آبشار ترانزیستور را دریافت کنید، در حالی که باید مقادیر مطلق را بگیرید E Vxو من ک. شکل این مشخصه در شکل نشان داده شده است. 5.17 (ب).

با توجه به یک سیگنال ورودی داده شده نسبت به نقطه "O" طبق روش 5 ودستورات (به بخش 5.5 مراجعه کنید) اعوجاج را تعیین می کنند.