Параллельный композитный усилитель с улучшенной линейностью
#1

Если быть более точным, то звучать это должно примерно так: Параллельный композитный усилитель с улучшенной линейностью за счёт дополнительного полюса/нуля в петле ООС
Собственно, подобные усилители известны достаточно давно. В своё время, в 1987 году в журнале Electronics & Wireless World о них писал Yewen.
Примерно в то же время вышла AN107 фирмы Analog Devices.
До этого о подобных усилителях писали:
Natarajan (Proceedings of the IEEE (Volume:68 , Issue: 12, 1980) Synthesis of actively compensated double-integrator filter without matched operational amplifiers и
Soliman, AM and Ismail, M, “Active Compensation of Op Amps,” IEEE Transactions on Circuits and Systems, February 1979

Так же существует несколько патентов касающихся использования подобных устройств.
Например US 5045805 Schanen "High precision composite amplifier with improved high speed response"

В России известно несколько достаточно свежих публикаций Литаврина, затрагивающих работу подобных структур.
Но в связи с "дикостью" используемой автором терминологии, полным отсутствием анализа и бредовостью описания работы
подобных устройств у меня возникают серьёзные сомнения в том что Литаврин сам представляет как это работает.
Хотя многие из его схем вполне работоспособны при соответствиющей доводке.

Схема и график петлевого усиления предложенного устройства прилагаются.

       

Дополнительное петлевое усиление по сравнению с топологией Yeven'a достигается за счёт использования частотно зависимого делителя (вместо обычного R-R у Yeven'a) R3, R4, C3.

В зип файле - модель для LTSPICE

Немного о достоинствах и недостатках такого вида композитов.

Основное достоинство - большое петлевое усиление и более широкая область той полосы частот, где петлевое имеет очень высокое значение. Т.е. по сравнению с обычным Yewen'ом, дополнительный прирост петлевого на "средних" частотах обеспечивается дополнительной парой полюс/ноль. Что позволяет увеличить линейность на верхней границе звукового диапазона.
Преимущества по сравнению с "последовательными" композитами со сравнимым петлевым усилением-схема менее склонна к возбуждению при переходе в нелинейный режим при клипировании и включении питания. При этом, выходной сигнал первого ОУ шунтируется входными диодами второго ОУ, ограничивая вклад первого ОУ в работу петли. Петля ОС при этом не "разрывается" и остаётся замкнутой вокруг второго ОУ.
Тем не менее, в некоторых конфигурациях (в основном при близких к 1 усилениях), схема может потребовать дополнительных мер для предотвращения негативных эффектов при клипировании.

Недостатки-схема имеет на 3 дБ ( при одинаковых ОУ) больший уровень токового шума по сравнению с одиночным ОУ. Это надо учитывать при использовании данной топологии совместно с относительно высокоомными резисторами. Правда вклад второго ОУ можно практически свести к 0 применением некоторых типов ОУ с полевыми транзисторами на входе.

Ещё одним недостатком являются вышеупомянутые потенциальные проблемы при клипировании и подаче питания. Причём эти проблемы могут не проявляться в полной мере при моделировании устройств в SPICE симуляторах, в связи с ограниченной точностью обычно используемых моделей. Что означает что схема требует тщательной инструментальной проверки. Хотя, чисто практически, несколько макетов показали высокую повторяемость результатов.

Шумы напряжения в данном композите практически не меняются по сравнению с одиночным ОУ и определяются таковыми параметрами входного ОУ и, как обычно, пассивными элементами.


Файлы вложений
.zip Stability_3Gains.zip Размер: 3.51 KB  Загрузок: 143
The following 6 users say Thank You to begemot for this post:
  • sergsss (08-09-2015), BesPav (07-28-2016), mellowman (06-19-2017), pryanic (05-26-2019), Black_Jack (02-15-2021), alexeyfea (09-18-2021)
Ответ
#2

Две первые ссылки: Page Not Found.
Ответ
#3

Да, там не получается со ссылкой. По любому, там только абстракт. Если кому-то интересно, скину их на мыло.
Ответ
#4

Собственно, всё и так видно: схема охygennaya отличная. Другое дело, что из этого можно сделать практически. Напрашивается активный темброблок: тогда при подъёме АЧХ на ВЧ за счёт ослабления глубины ООС оставшегося петлевого усиления ещё будет достаточно, чтобы обеспечить высокую линейность усиления.
The following 1 user says Thank You to Sagittarius for this post:
  • f.trushkov (02-02-2019)
Ответ
#5

Добавил немного в первый пост. В общем, с этими вещами надо быть осторожным. Т.е. это более стабильно чем последовательный композит со сравнимой компенсацией. Но иногда всё-таки проблемы возникают.
И мне показалось что схемы с усилением около 1 более подвержены проблемам. Скомпенсировать-не проблема. Но при перегрузке может возникать генерация в районе нескольких сот Кгц. Т.е. примерно там где фаза пересекает 0. Т.е. всегда надо проверять на подобные эффекты. С полосовыми фильтрами после правильной настройки коррекции - проблем не возникало. А с тембрами-не знаю.
Ответ
#6

Ставил этот композит в ВВС, ОУ были с ПТ на входе, шумов было меньше, и на рабочий режим выходили быстрей, чем те же LME49990.


Файлы вложений
.asc Unreal.asc Размер: 11.86 KB  Загрузок: 94
Ответ
#7

В общем, для популяризации мегарулёзного девайса надо найти ему практическое применение. Предлагаю сделать на его базе ушник.
Ответ
#8

Ты знаешь, он появился на свет примерно с этой целью. Владимир aka pvm как-то предложил сделать что-то на эту тему. Ну мы начали думать, смакетировали последовательный композит, не понравилось. Так появился этот. Потом мы прикинули-а померить его же будет нечем. И решили сделать на нём фильтры. Так что измериловка на нём появится в ближайшее время. Она практически готова, я уточняю номиналы, у Владимира лежат мои платы, ждут пока я закончу причёсывать. Причём там на выходе стоит LME49610 ( или BUF634F) - почти готовый ушник.
Из того что я намерил на железе, уровень 2 и 3 гармоник 20Кгц-где то -140дБ. Лучше намерить не смог, да и это практически невозможно намерить на AP2722a, не рассчитан он на такое. Приходилось в ручную выставлять его входной аттенюатор. Но это фильтр, он и свои гармошки немного фильтрует. На обычном усилителе пока 2 на уровне -130 дБ и 3 на уровне -138 / -140 дБ


Файлы вложений Эскизы(ов)
   
Ответ
#9

Вот у вас проблемы: нечем померить! Делайте ушник и не парьтесь. Это ж хорошо, что никто ничем искажения не померит.
А собрать фильтр 19-20, наверное, невозможно. Я как только не извращался.
Тогда лучше сделать фильтр 19,5 кГц, чтобы давил сразу 19 и 20 кГц с нормированным (известным) подавлением 18-21 кГц, чтобы можно было дорисовать палки.
А если бы к фильтру были генераторы 19 и 20 кГц, на таких же композитах да с регулировкой (стабилизацией) уровня на перемножителях, то это бы вообще коммерческий продукт вышел бы.
The following 1 user says Thank You to Sagittarius for this post:
  • MacCar (07-31-2016)
Ответ
#10

Генераторы как раз не проблема. Если использовать не один канал звуковой карточки для обоих частот, а левый для одной частоты и правый для другой. При этом сами гармоники любой из частот (если это 19 и 20К) практически не важны и они вне диапазона. А комбинационные будут на 1-2 порядка меньше чем если это генерить одним каналом. Конечно они останутся, это всё таки один чип, но это будут комбинационные продукты пролезания. Т.е. значительно меньше. А дальше-смешать пассивным резистивным делителем по несколько килоом.
Ответ
#11

Как правильно заметил товарищ begemot, весьма качественный генератор на такой структуре не проблема. Для популяризации идеи даю ссылку на старый апнот от Linear, где на 61- 65 стр. изложено немного теории и приведена схема генератора НЧ с искажениями “parts per billion.” - http://cds.linear.com/docs/en/applicatio.../an67f.pdf Имеются платы генератора.
Обратите внимание, на 64 стр. Linear утверждает, что их усилительный блок на композите стабилен при 1 - ом усилении.
Ответ
#12

АН67 конечно штука известная, но есть сомнения в нескольких ппб. Интересно как и чем они это померили.
Там надо будет очень точно балансировать мост, чтоб регулирующиий элемент практически не давал сигнала.
Да и сама идея их версии композита мягко говоря...далека от совершенства

Кстати, как я уже писал в теме про измеритель, я получал искажения на своём композите лучше -150дБ на 20К.
Насколько лучше х.з., ограничено шумами.

Проблема со стабильностью композитов собсно не связана с условием запаса по фазе при 1 петлевом.
Это условие выполняется легко. Так же как и легко моделируется.

Проблемы могут возникать при включении питания и при перегрузке. В связи с тем что в этих режимах
меняется петлевое, а фаза обычно пересекает 0. Возможны например ситуации, когда при нарастании напряжения питания
петлевое усиление станет равно 1 при 0 фазе. Так же как и при ограничении.
Эти вещи практически не поддаются корректному моделированию при разумной сложности модели. Их надо проверять и
доводить на практике. При этом одни топологии более чувствительны, другие менее.

И я не вижу проблем в доведённой топологии с усилениями 1 и менее. Просто с усилением 1 мне сложно довести этот
композит до клиппирования прямоугольником, генератор пр. выдаёт максимум +/-10В. На синусе клиппирует вполне пристойно.

Nobody Is Perfect
Ответ
#13

Уважаемый begemot, к сожалению у меня нет рабочего девайса, есть только платы. Неделю назад заказал чипетки на "Лайнере", заказ приняли, порекомендовали более продвинутые опера, т.е. улучшенную версию тех, что в ап.ноте. К сожалению, срок поставки не сказали, хотя я все оплатил. Платы не мои, платы моего товарища, он сделал 2 комплекта по 3 гена, на 1, 19 и 20 кГц. Доволен, мерял АР, говорит что все лучше чем заявлено в ап.ноте. Правда внес "косметические улучшайзеры" , печать не требует коррекции. По поводу Ваших сомнений о параметрах заявленных "Лайнером". Если Вы внимательно читали ап.нот, то должны были обратить Ваше внимание, что это их внутренняя разработка для проверки линейности ИХ АЦП с разрядностью 16+.
Как Вы думаете, они хотели себя обмануть, или нам с Вами кинуть "замануху" на покупку их оперов?
Ответ
#14

begemot Написал:Проблемы могут возникать при включении питания .....
И какие меры надо принимать чтобы такого не происходило?
Ответ
#15

Честно сказать , "не дНаю", т.к. такого не видел на 2-х работающих комплектах (6 плат).
Ответ
#16

EDWARD Написал:И какие меры надо принимать
У меня нет решений на все случаи жизни. Иногда что то клипануть диодами.
Иногда немного изменить коррекцию. А иногда - всё нормально.
И мерить. Всегда.

Nobody Is Perfect
Ответ
#17

mcu51 Написал:мерял АР
"parts per billion" подразумевает наверно не 990Е-9 и не 100Е-9 а что-то типа 5-10Е-9. Ну в моём понимании.
И где результаты их измерений?
То что может АП ( ну если это АП2722А, а это самое лучшее из того что АП предлагает для измерения искажений)
я показал в одном из предыдущих постов.
Причём даже 100Е-9 очень проблематично (надо колдовать и ловить волшебную точку аттенюатора и амплитуду)
там обычно на 20К 500Е-9, ну 300Е-9.
Ни в этом дело, вариант для одной частоты рабочий, можно в принципе поставить ОУ немного получше
упростить коррекцию, получить поболе петлевого. Не уверен что нужно. Но с коррекцией они откровенно погорячились.
Так сложно не надо.

Nobody Is Perfect
Ответ
#18

"parts per billion" - это фраза из AN-67, ничего более. Я ни опровергнуть, ни подтвердить не могу. Мне приборы с такой разрешаловкой не доступны.
Ответ
#19

2 вопроса - какие ОУ можно использовать вместо LME49990?
И второй - как на базе этой структуры сделать композит с вторым LT1210 типа ZD-50?
Ответ
#20

С CFA это будет слегка неудобно :) С ними удобней использовать другую структуру.

"Найкраще сало то ковбаса." (с)
Ответ


Возможно похожие темы ...
Тема / Автор Ответы Просмотры Последний пост

Перейти к форуму:


Пользователи, просматривающие эту тему: 1 Гость(ей)