Limitace, saturace a způsob jejího řešení

Uživatelský avatar
Federmann
Administrátor
Příspěvky: 2575
Registrován: pát 15. kvě 2009 11:16:10
Kontaktovat uživatele:

Re: Limitace, saturace a způsob jejího řešení

Nový příspěvek od Federmann »

Pavel Dudek píše: Nesmírně důležitým parametrem kvalitního nízkofrekvenčního zesilovače je jeho chování v limitaci. Osobně si myslím, že to je jedna z hlavních příčin, proč jsou mezi zesilovači slyšitelné rozdíly. Vycházejme z předpokladu, že každý výkonový zesilovač občas pracuje v limitaci. Zesilovač je sestaven z několika funkčních celků, které mají různý mezní kmitočet. Vstupní a rozkmitové stupně jsou osazeny tranzistory s mezním kmitočtem o jeden až dva řády vyšším než mají tranzistory výkonové. Při limitaci ve vnitřní struktuře zesilovače začne zpravidla nejprve limitovat výkonový stupeň. Protože tím okamžitě ztratí schopnost řízení, zesilovač se začne chovat tak, jako by byla rozpojena zpětná vazba. Zesílení se prudce zvětší, do limitace se dostane i rozkmitový stupeň, jehož bázový přechod je nyní buzen předchozím stupněm do hluboké saturace, do hluboké saturace se proto dostane i výkonový stupeň. V okamžiku, kdy se změní polarita vstupního signálu, jsou bázové přechody všech stupňů přesyceny nosiči nábojů, jejichž rekombinace je ale různě dlouhá, z limitace se nevracejí ve stejný okamžik a nejdelší dobu to trvá právě výkonovému tranzistoru. Tento jev lze částečně potlačit vnitřní kmitočtovou kompenzací rozkmitového stupně a to buď přímo v něm, nebo zavedením zpětné vazby přímo do vstupního zesilovače. Tento způsob není ale nikdy dokonalý a navíc, což je velmi nemilé, zmenšuje zisk naprázdno na vysokých kmitočtech, čímž prudce vzrůstá zkreslení. Saturace ve vnitřní struktuře zesilovače se projeví oním typickým "odtržením" a zákmity při odběhu z limitace. Toto zkreslení nemá harmonický charakter, perioda zákmitu je dána dobou rekombinace nosičů nábojů a různou velikostí vnitřních kapacit, lidské ucho je na takové zkreslení proto velmi citlivé. Subjektivně si ani nemusíme uvědomovat, že zesilovač limituje, vždyť "máme k dispozici tak velký výkon a hrajeme tak potichu", ale opak je pravdou, viz úvod (při velmi malých hlasitostech se uplatní zase přechodové zkreslení). Nejspíš proto se tak líbí elektronkové zesilovače, neboť zde se popsaný jev zdaleka tak neuplatní. Tyto zesilovače pracují s podstatně menším ziskem naprázdno, všechny stupně jsou přibližně stejně rychlé a je jich méně. Polem řízené prvky nemají saturaci, mají proto velmi krátké rozpínací časy. Převodní charakteristika elektronek je v kraji navíc velmi zakřivená, limitace není proto ostrá, ale zakulacená, což má ucho "rádo". Také výstupní transformátor nepřenáší dobře vysoké kmitočty, čímž se tento jev ještě dále potlačí. Nepochopení problematiky vede nyní různé výrobce k tomu, aby konstruovali zesilovače s malým ziskem naprázdno a z toho plynoucí malou nebo i žádnou celkovou zpětnou vazbou. Protože se od elektronkových zesilovačů jaksi odvodilo obecné povědomí, že "malá vazba = pěkný zvuk", zavádějí to výrobci i u takto řešených zesilovačů tranzistorových, což i patřičně v reklamě zdůrazňují. Pravda je ovšem taková, že tyto zesilovače mají díky výše popsanému o jeden až dva řády větší základní zkreslení a i další nectnosti (např. špatnou stejnosměrnou stabilitu).

Řešení problematiky je po pochopení problému prosté a elegantní. Je totiž nutné zabránit saturaci výstupních tranzistorů, případně potlačit hlubokou saturaci rozkmitového stupně. Saturaci koncového stupně můžeme zabránit dvěma způsoby:

napájet je vyšším napětím než stupně předchozí

zkonstruovat zesilovač tak, aby limitoval dříve stupeň rozkmitový (jedná se v podstatě jen o jinou variantu předchozího způsobu)

Snažší a lacinější je ten druhý způsob. Oba způsoby sice nepatrně zhoršují účinnost zesilovače, ale to prakticky vůbec nevadí. Potlačení saturace rozkmitového stupně lze elegantně vyřešit zavedením nelineární zpětné vazby, jak je naznačeno na obr. 3. Při malých úrovních výstupního signálu se dioda v obvodu nijak neuplatní (jen její parazitní kapacita, ale ta je zanedbatelně malá). Ve chvíli, kdy se ale kolektorové napětí T3 přiblíží napětí UB, dioda se otevře a zesílení se téměř skokově zmenší. Stejnou měrou se zmenší i zesílení celého zesilovače, nedojde proto k saturaci ani následujícího stupně. Výsledkem jsou zcela perfektní průběhy při odběhu z limitace, navíc je ještě limitace podobná přístrojům elektronkovým, neboť dioda má v propustném směru charakteristické "koleno".
Nemá cenu v Dudkovém textu, který hrdě přebral například audioweb a řada dalších webů, všechny napsané nesmysly rozebírat, proto jen tři drobnosti:

1. Není žádný důvod aby jakýkoliv zesilovač byl provozován v limitaci, ve stavu s neřízenou celkovou ZV! To dá zdravý rozum!
2. Zkreslení má stejný charakter jako samotný zvuk, jeli ten periodický, je tedy i harmonický, a naopak, to jsou základy Fouriera!
3. Pokud se kolektorové napětí T3 přiblíží napětí UB, pak se vůbec nic neděje, teprve pokud napětí na kolektoru bude o prahové napětí diody kladnější, teprve pak se začne dioda otevírat, atd... , to je V-A charakteristika diody!
Uživatelský avatar
Federmann
Administrátor
Příspěvky: 2575
Registrován: pát 15. kvě 2009 11:16:10
Kontaktovat uživatele:

Re: Limitace, saturace a způsob jejího řešení

Nový příspěvek od Federmann »

V článku jde o tři různé způsoby řešení zabránění limitaci a dostání se zesilovače do celkovou ZV nekontrolovatelného stavu. Všechny tři řešení jsou elegantní a na rozdíl od Dudkova antisaturačního obvodu používaného v zesilovačích DPA fungují. Blbovzdorný a hlavně blbůmvzdorný obvod, by si měli pořídit všichni pro něž je důležitá limitace, jen nevím, jak se s tím potom vyrovnají, když je tento obvod do limitace již nikdy nepustí.
Odpovědět