Table of Contents
Feedback הוא אחד המושגים המשתנים ביותר באלקטרוניקה אנלוגית, במיוחד בעיצוב של מגברי כוח עבור רבייה אודיו. על ידי לקיחת חלק של אות הפלט והאכילה אותו בחזרה קלט, מהנדסים מקבלים שליטה חזקה על רווח המגבר, לינאריות ויציבות.הדרך שבה משוב אינטראקציה עם מגבר ופלט קובע את הבהירות האולטימטיבית של מערכת ההבנה הזו היא חיונית עבור כל אחד, עיצוב ציוד אודיו גבוה, או ביצועים.
הבנה של Power Amplifier
קליפפט מתרחש כאשר מגבר כוח הוא מונע מעבר למתח הפלט המקסימלי שלו או היכולת הנוכחית.הפלט גלפור הופך להיות "מטופש" או שטוח בפסגות, כבר לא לאחר אות קלט.זה סוג של עיוות קשה שמשנה באופן דרמטי את התוכן אודיו.
סוגי קליפ
חיתוך סימפמטרי קורה כאשר שני חצאים חיוביים ושליליים של הגלפור הם מוגבלים באותה מידה, לעתים קרובות בשל אספקת כוח סימטרית. Aסימטרית מתרחשת כאשר חצי אחד מוגבל יותר מהשני, אשר יכול לגרום מתחנות כוח לא מאוזנות או DC. האוזן האנושית קולטת קידוד סימטרי יותר טבעי כי הוא מציג אפילו נזקי פיטורים.
הסיבות של קליפ
קליפון נגרמת בדרך כלל על ידי אות קלט העולה על טווח הקלט המקסימלי של המגבר, או על ידי מתח אספקת חשמל לא מספיק. גורמים תורמים אחרים כוללים הגדרות רווח מופרז, עומסים נמוכים הדורשים יותר זרם מאשר המגבר יכול לספק, ועומסים תגובתיים שגורמים למתח ולנוכחיים להיות מחוץ לשלב, דרישות עלייה.
השפעות על איכות אודיו וציוד
קליפינג מציגה הרמוניות סדר גבוה שנשמעות קשות, רחמיות, ושומן. במקרים קיצוניים, הקידוד המתמשך יכול לגרום לנפיחות בקול רם יותר, מה שמוביל לנזק קבוע.המגבר עצמו עשוי גם לסבול: טרנסים פלט לחוצים על ידי הניתוק מוגבר במהלך החלק המקודש של הגלפור.
תפקיד ה- Feedback בביצועים של Amplifier
Feedback הוא המנגנון שבאמצעותו חלק מהתתתת הפלט חוזר לקלט כדי לשנות את התנהגותו של המגבר.מגברי כוח, משוב שלילי (NFB) הוא הגישה הסטנדרטית. משוב חיובי משמש באוסוציאטורים וכמה מעגלים למטרות מיוחדות, אבל זה יחריף את הנפיחות וחוסר היציבות במגבר כוח.
כמה משככי השליליים עובדים
בלולאה משוב שלילית בסיסית, הפלט מודגם, המופנם בשלב, וסיכום עם הקלט.ההבדל בין הקלט לבין אות ה-Fed-back הופך למתח השגיאה. המגבר ואז מגבר את השגיאה הזו.התוצאה היא רווח חד פעמי שנמוך הרבה יותר מהרווח הפתוח, אך הרבה יותר צפוי לינארי.
(FLT:0) ,Closed-loop win-loopרווח / (1 + Open-loop win-loop win-x Feedback factor)
גורם משוב הוא השבריר של הפלט האכיל בחזרה.כאשר רווח הפותח הוא גבוה מאוד, רווח ה-Open-loop הופך להיות כמעט עצמאי של רווח פתוח והוא מוגדר על ידי רשת משוב.זה מפחית באופן דרמטי את עיוות כי כל אי-לינאריות ברווח הפתוח תיקון על ידי לולאת משוב.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «
סדרה -shunt (Voltage Feedback)
זוהי הטופולוגיה הנפוצה ביותר.מתח הפלט הוא מדגום ואכיל בחזרה ב shunt (מקביל) עם קלט.זה מייצר תנופה נמוכה, אשר אידיאלי עבור רמקולים נהיגה.התמעומצת קלט גבוהה, מה שהופך אותו קל לממשק עם preamplifiers.
סדרה - סדרה (Current Feedback)
כאן, זרם הפלט הוא מדגימה, ואת אות המשוב הוא בסדרה עם קלט.טופולוגיה זו מייצרת תנופה גבוהה פלט, מתנהג כמקור נוכחי.זה פחות נפוץ עבור מגברי כוח אודיו אבל יכול להיות שימושי עבור נהיגה עומסים תגובתיים או בעיצובים מיוחדים.
יתרונות מעבר לניכוי
משוב שלילי לא רק מוריד עיוות הרמוני, אלא גם מרחיב את רוחב הפס של המגבר, משפר את לינאריות שלב, מגביר את הגורם המחץ (שליטה טובה יותר על תנועת הדובר), ומפחית רעש המוצג על ידי המכשירים הפעילים.
כיצד Feedback מקטין את הקליפפט
Feedback ממלא תפקיד מכריע בעיכוב ורתכך את תחילת החיתוך, אך הוא אינו יכול לחסל את הסימון לחלוטין כאשר המגבר נדחק מעבר לגבולותיו הפיזיים.
משוב ו-Swive Rate
אחד המנגנונים שבאמצעותם משוב מפחית את החיתוך הוא על ידי לנטרל את המגבלות של קצב המגבר עצמו. כאשר הפלט מנסה להשתנות מהר מדי בשל טראנס חד, הלולאה משוב מרגיש את השגיאה ומניע את שלב קלט קשה יותר לתקן אותו.זה למעשה מגביר את קצב הזחלות הנת ומנע עיוות גלנט מוקדם.
Overload Recovery
כאשר קרפטציה מתרחשת, רשת משוב מעוצב היטב מבטיחה התאוששות מהירה.הרגע שבו מתח הפלט טיפות מתחת למסילות האספקה, הלולאה משוב מביא במהירות את המגבר בחזרה לפעולה ליניארית. משוב מתוכנן באופן גרוע יכול לגרום למגבר "קל" בחיתוך או או או אווסציל במהלך ההתאוששות, ומייצר פריטים ארוכי טווח כי הם הרבה יותר בלתי ניתנים להערצה מאשר הרגע עצמו.
פיצויים ל Nonlinearities
לפני שהתמונה מתרחשת, רווחו של המגבר אינו קבוע לחלוטין.לא ליניאריות קטנות בשלב הפלט, כגון עיוות חוצה-מעבר בעיצובים בכיתה-AB, לייצר הרמוניות. משוב שלילי תמיד משווה את הפלט לקלט ומתקן שגיאות אלה.זה אומר המגבר מתנהג בצורה ליניארית יותר עד לנקודת הסימון, כך המעבר לחיתוך הוא פחות פתאומי ופחות מטריד לאוזן.
עם זאת, משוב לא יכול להגדיל את התנופה מקסימלית של פלט פלט: זה קבוע על ידי אספקת החשמל. ברגע שהתפוקה הנדרשת עולה על מסילות האספקה, ספיגה היא בלתי נמנעת. Feedback יכול רק להפוך את המגבר יותר ליניארי בטווח התפעולי שלה, לא להאריך את טווח זה.
השפעה על קלרנס ואיכות הצליל
קלרנס בהתרבות אודיו הוא היכולת לשמוע כל פרט של האות המקורי מבלי להוסיף hash, smear, או טבעת. Feedback משפר ישירות את הבהירות בכמה דרכים מדידה.
ניכוי המשמעת ההרמוניה
עם עיוות הרמוני נמוך יותר (THD), פלט גלפור הוא העתק נקי יותר של קלט. high-order הרמוניות, אשר הם במיוחד audible, מדוכאים יותר ביעילות מאשר אלה מסדר נמוך.אפקט אודיו טיפוסי עם NFB להשיג ערכי THD מתחת 0.01% מכוח נומי, מה שהופך עיוות למעשה לא פתור.
שיפור התגובה הטרנסנדנטלית
Feedback מרחיב את רוחב הפס הפתוח ומפחית את השינוי בשלב.זה אומר שהמגבר יכול לשחזר טראנסים מהירים - כגון להיט תופים או התרסקות צימברלית - ללא טבעת או overshoot. תגובה קבועה נקייה משמרת את ה"התקפה" ו"decay" של הערות מוזיקליות, לתרום לבהירות נתפסת.
שלב קוהרנטיות ודמיון
לינאריות שלב מבטיחה שכל התדרים מתעכבים באותה מידה, כך שצורת הגלום נשמרת. Feedback מגבירה את הגורם המחץ, שהוא היחס של ניתוק לאימפולס הפלט של המגבר. גורם לחות גבוה (מעל 200) מאפשר למגבר לשלוט חזק יותר בגיבוי האחורי של הדובר, צמצום על פני פתרון ובוץ סובייקטיבי יותר.
חידוש רעש
גם רעש שנוצר בתוך המגבר עצמו.זה כי לולאת משוב מפחיתה את הרווח עבור אותות שאינם נוכחים בקלט. רצפת רעש נמוכה יותר פירושה מעברים שקטים יותר אינם מטשטשים על ידי שלו או לח, שיפור בהירות נוספת.
שיקולים וסחר-offs
בעוד היתרונות של משוב שלילי הם משמעותיים, יישום יותר מדי משוב יכול להציג בעיות חדשות.המעצב חייב להכות איזון זהיר.
יציבות ושלב מרג'ין
משוב שלילי יכול להיות חיובי אם השינוי שלב הלולאה מגיע 180 מעלות בתדירות שבה הרווח הלולאה עדיין מעל אחדות. זה גורם oscillation.כדי למנוע זאת, מהנדסים להוסיף רשתות פיצוי (למשל, קיבול קטן מאספן לבסיס בשלב מגבר מתח) כדי להפחית את הרווח בתדרים גבוהים תוך שמירה על מרווח נאותה (בדרך כלל עד 45 מעלות).
משוב מופרז מכריח את המעצב להפחית את רוחב הפס הפתוח בכבדות, אשר יכול לפענוח קצב תגובה חולפת.זהו ה- Trading-off הקלאסי: משוב נוסף נותן עיוות נמוך יותר, אך עשוי לדרוש פיצוי נוסף, אשר בתורו יכול להוביל לעיוות בין-מתון FLT:0transient Intermodulation עיוות (TIM)ראה FLT:1.
דיסטורציה (TIM)
TIM מתעורר כאשר השלבים הפנימיים של המגבר איטי מדי לעקוב אחר שינויים מהירים בסימן השגיאה. לולאת משוב מאבד באופן זמני שליטה, ואת שלב הפלט ניתן לנעוט לתוך לא ליניאריות או לרטוט על פני נקודות מהירות. רמות גבוהות של משוב שלילי, בשילוב עם שיעור סלסול לא מספיק בשלבים הראשונים, להחמיר את TIM. John Curl, מאטי אוטאלה, ואחרים בשנות השבעים כי הם הראו נזק סביר יותר מאשר שימוש ויזואלי עדיין בשימוש נמוך יותר מאשר קידודים.
בסביבה הקרובה של Global Feedback
במקום להשתמש בלולאה אחת מהפלט בחזרה לקלט (ה משוב גלובלי), מעצבים לעתים קרובות משתמשים בלולאות משוב מקומיות מרובות בתוך שלבים בודדים. גישה זו מפחיתה את השינוי בשלב בלולאה העיקרית, ומאפשרת רווח לולאה כללית גבוה יותר ללא בעיות יציבות. משוב מקומי גם שומר על רווח של כל שלב צפוי ומפחית את הנטל על הלולאה העולמית.
Class-A לעומת Class-AB
Class-A amplifiers קליפ יותר בחסד כי הם תמיד מוטים באזור ליניארי. Feedback יעיל עד תחילת של קידוד, ושיקום הוא מהיר. Class-AB מגבר יש אזור מעבר ליד אפס מעבר שבו עיוות חוצה את הגבול יכול להתרחש; משוב זה אבל חייב להיות מהיר מספיק כדי להתמודד עם התוכן גבוה של המגבר בכיתה-D, יש להשתמש כדי למנוע משוב בזהירות, אבל צריך להיות מתוכנן כדי למנוע את הפלט הנכון של הפילטרים, אבל צריך להיות מהיר מספיק כדי לטפל את השגיאה.
השלכות מעשיות עבור עיצוב מערכת אודיו
הבנת הממשק של משוב, קידוד, בהירות יש השלכות ישירות על בונה המערכת ומשתמשי קצה.
תקציב חדר הראש
נקודת הסימון של מגבר צריכה להיות טובה מעל לרמת האות המצופה ביותר.כלל טיפוסי של אצבע הוא שיש 10 dB של חדר הראש עבור חומר התוכנית, כלומר הכוח הדירוג של המגבר צריך להיות בערך שלוש פעמים הכוח הממוצע הנדרש. Feedback עוזר לשמור את המגבר ליניארי בתוך חדר הראש הזה, אבל אם החדר הוא קטן מדי, אפילו המשוב הטוב ביותר לא יכול למנוע קלפטציה.
מעגלי הגנה ו- Clip Limiters
מגבר מקצועי רבים כוללים מגבילי וידאו המשתמשים בשיטות משוב כדי להפחית את הרווח באופן אוטומטי כאשר קידוד מזוהה.עיגולים אלה יכולים להיות אנלוגיים (ההדגימה את תחילת של קידוד וצמצום רמת קלט) או דיגיטלי (מעבדת אות קלט מראש). בעוד לא תחליף לעיצוב תקין, הם יכולים להגן על רמקולים ומאזינים מפני עיוות מופרז.
התאמת מגבר ורמקול
דובר עם תנוחה נמוכה או עומס תגובתי דורש יותר נוכחי ויכול לגרום שלב הפלט של המגבר לזרז באופן סימטרי. Amplifiers עם גורם לחות גבוה (שאפשר על ידי משוב) להתמודד עם עומס כזה טוב יותר, שמירה על בהירות אפילו ככל שהעומס משתנה עם תדירות.מערכת integrators צריך לשקול את היכולת של המגבר לספק לתוך עומס נמוך הנוכחי והאם משוב עם כל רמקולים עיצוב.
מדד וסימולציה
עיצוב כוח מודרני מגבר מבוסס על סימולציה SPICE כדי לחזות את ההתנהגות של לולאות משוב בתנאים קבועים ויציבים של מדינתם. כלים כמו LTspice לאפשר למהנדסים לדמיין רווח פתוח, שולי שלב, ורכיבי עיוות לפני בניית אבטיפוס. על ספסל הבדיקה, מנתח ספקטרום ו גנרטור של פיזור נמוך חושף כיצד משפיע על מזיקים וקידוד קיפולטיבי כוללים רמות סימולציה שונות, SSD , , סימולציה , סימולציה , סימולציה סימולציה , סימולציה , סימולציה סימולציה סימולציה , ו- SMPset , ו-S.
גישה חדשה: Feedback ו-Digital Feedback
בעוד משוב שלילי מסורתי הוא סוס העבודה, טכניקות אחרות הופיעו להתגבר על המגבלות שלו.
תיקון שגיאות
מערכות האכלה מתקדמות יוצרות עותק של אות עיוות ומפחיתות אותו מהתפוקה, ללא עיכוב ושינוי שלב המגבלה משוב.גישה זו, המודגם על ידי מגבר ה- Quad 405 הנוכחי, יכול להניב עיוות נמוך מאוד ללא יציבות של משוב גלובלי גבוה.
ההרחבה Digital Feedback in Class-D Amplifiers
מגברי כיתה דיגיטלית-D משתמשים לעתים קרובות בלולאה משוב כי דגימות את הפלט של מסנן LC ומזין אותו בחזרה למודולטור. משוב זה מתקן עבור אי-ידיות בשלב ההחלפה ורכיבי סינון. כי הלולאה משוב הוא בתחום הדיגיטלי, זה יכול להיות עשה מאוד מדויק ויציב. עם זאת, הלולאה חייב להיות מתוכנן להתמודד עם הרעש גבוה ⁇ מבלי להציג את המרקם או חוסר יציבות יכול להיות מאוד דומה.
מסקנה
Feedback הוא חרב כפולה בעיצוב מגבר כוח.יש ליישם כראוי, זה באופן דרמטי להפחית עיוות הרמוני, מרחיב רוחב פס, משפר את הגורם לחי, ועיכובים תחילת של קליטה בלתי ניתנת לזיהוי.התוצאה היא בהירות גדולה יותר, פרטים ושליטה בהתרבות אודיו.אבל משוב מופרז או מפצה גרועה יכול להוביל לעיוותים, חוסר יציבות, וטבעה, כל מה שגורם נזק באיכות.
האמנות של עיצוב מגבר נמצאת באיזון כמות של משוב שלילי עם הפיצויים הדרושים, באמצעות משוב מקומי להקל על העומס על הלולאה העולמית, ושילוב תוכניות הגנה כי לשמור בהירות תחת עומס יתר. בין אם אתה מהנדס המציין רשת משוב או אודיופילי בחירת ציוד עבור האזנה ביקורתית, הבנה עקרונות אלה יובילו להחלטות טובות יותר וצליל טוב יותר.
לקריאה נוספת על תיאוריית משוב ועיצוב מגבר כוח, להתייעץ עם הדיונים הנדסיים המפורטים ב-FLT:0Elliott Sound ProductsFLT:1, יצירות קלאסיות של דאגלס עצמי ב-FLT:2Audio Power Amplifier DesignFLT 3, ואת המסמכים הטכניים על ניתוח עיוות מ-FLT:4Audio Science ReviewFLT5:2Audio Science ReviewF5 אלה מספקים במושגים מדידה ומחוסה נתונים.