Эврика!Я понял в чём моя проблема, почему от регулировки ёмкости не было особого толку. Оказывается, причина в высоком активном сопротивлении катушек моста, а так же от части в ОУ. Катушки я намотал довольно тонким проводом около ∅0,6мм, поэтому их собственное сопротивление вышло 35мΩ. Соответственно, ослабление искажений осуществляется всего в 0,035Ω / 47Ω = 0,00074 раза. Однако, я нашёл простой способ скомпенсировать не только активное сопротивление выходной катушки, но и чрезмерное усиление А
1! Но обо всём по порядку.
Сначала схема модели:
За тем система уравнений:
Из необозначенного на схеме:
k — собственный коэффициент усиления A
1, в общем случае комплексная величина (учитывая фазовое смещение А
1, зависящее от частоты);
Uи — напряжение искажений, вознакающие в выходном каскаде, работающем в режиме B;
Zн — импеданс нагрузки.
Решая эту систему получаем такое выражение:
Как обычно, чтобы сделать усилитель наиболее линейным, необходимо сделать коэффициент перед напряжением искажений как можно меньше. Неприятность заключается в том, что он так или иначе зависит от частоты. Но, тем не менее, рассмотрим его по-ближе:
Величины R
1/Z
1, 1/k, Z
2/R
2 по крайней мере в области звуковых частот достаточно малы, поэтому в знаменателе практически единица. Величиной R
1/(k*Z
1) так же можно пренебречь, поэтому выражение для коэффициента напряжения искажений очень сильно упрощается:
Затем необходимо обратить внимание на то, что этот
коэффициент имеет как мнимую, так и действительную часть. Вот именно вторая часть может загубить всё дело на корню! Мнимая — это реактивная составляющая катушки (из Z
2/R
2) и конденсатора (R
1/Z
1). Обе составляющие пропорциональны частоте но разного знака, по этой причине пригодные к занулению. Действительная часть складывается из активного сопротивления в катушке (тоже из Z
2/R
2) и величины (R
0 + R
1) / (k * R
0), присутствующей из-за небесконечного коэффициента усиления А
1, эти составляющие разного знака и, если повезёт, могут сами занулиться, но, в общем случае, к сожалению, не подлежат никакой регулировке. Однако есть и на них управа. Обратим внимание на то, что величина Z
1 стоит в выражении в знаменателе, поэтому если подключить
параллельно конденсатору моста резистор подходящего сопротивления, то в выражении для коэффициента напряжения искажений появится ещё одно слагаемое (при параллельном включении складываются величины обратные импедансам), с помощью которого можно скомпенсировать и действительную часть в коэффициенте напряжения искажений! А именно:
Как видим всё прекрасно зануляется, и получается следующие два условия баланса моста (первое — классическое для идеальной катушки и А
1 с бесконечным усилением):
Второе условие диктует требование для А
1: его
коэффициент усиления обязан быть постоянным в как можно более широком диапазоне частот. То, что он окажется при этом не очень большим, не страшно, всё равно это можно скомпенсировать. Однако он не может быть меньше величины (R
1/R
0 + 1) * R
2/R
L, иначе скомпенсировать не получится (из-за отсутствия деталей с отрицательным сопротивлением
). В случае выполнения равенства мост получается сбалансированным без резистора R
C. Из этого всего видно, что единственное, что может нарушает баланс моста -- падение коэффициента усиления A
1 на высоких частотах. Это является ответом на вопрос, который я задавал в этой теме несколько страниц назад, а именно: "Почему вместо кучи транзисторов не используют один ОУ?" К сожалению, производители стремятся получить в ОУ как можно более высокий коэффициент усиления, поэтому, даже для весьма быстродействующих ОУ спад этого коэффициента начинается ещё в середине диапазона звуковых частот, в то время как здесь требуется небольшое, но стабильное во всём звуковом диапазоне усиление. Надо будет подумать, как искусственно можно зарубить усиление ОУ и выровнять его коэффициент, не влияя при этом на мост. А так же посмотреть не существует ли готовых ОУ с требуемыми параметрами.
Ещё хочется заметить, что в большинстве статей и справочников приводится некорректное описание работы моста, в частности такой момент:
На низких частотах баланс моста может нарушаться из-за активной составляющей в полном сопротивлении индуктивности. Малый уровень нелинейных искажений на этих частотах обеспечивается за счёт глубокой ООС.
Как видно из приведённых выше формул это не верно (разумеется, на столько, на сколько обсчитанная мною модель соответствует реальности).
Активная составляющая индуктивности нарушает баланс моста во всём диапазоне частот, причём вклад она вносит, в отличие от коэффициента усиления A
1, постоянный. А слишком глубокая ООС может потребовать дополнительной компенсации.
- Вложения
-
- FEC-formulas-4.gif
- (626 байт) Скачиваний: 5584
-
- FEC-formulas-2.gif
- (3.03 KiB) Скачиваний: 5616
-
- FEC-formulas-3.gif
- (2.56 KiB) Скачиваний: 5603
-
- FEC-formulas-5.gif
- (1.37 KiB) Скачиваний: 5549
-
- FEC-formulas-6.gif
- (1.08 KiB) Скачиваний: 5595