Всем Доброго Аудиофильского!
Написал я тут статью О влиянии Винила на звук. Разбираемся с главным недо-инженрным мифом о Виниле.
В ней я заодно рассказал, про то какой у меня самодельный винил-корректор. Что там каскоды стоят и на входе, и на раскачке, да еще и динамическая нагрузка на выходе.
Ну и как всегда бывает. Приходит комметатор, и говорит, что это все чушь. Что каскод вообще нужен только для устранения эффекта Миллера, а динамическая нагрузка нужна исключительно на записи в магнитофонах.
При этом пишет, что каскод это вообще простое соединение эмиттер-коллектор в транзисторах.
Но тут знаете как бывает? Есть в науке несколько разных терминов описывающих одно и то же. Один термин это делает опираясь в своем названии на реальный процесс, а другой вот с точностью до наоборот.
Всячески отстраняется от реального процесса. При этом частенько за ним еще водится путаница в объяснении функционала.
И есть инженеры. Одни поняли досконально реальный процесс. А другие вот наоборот. Просто зазубрили.
Давайте сразу скажем. Эти 2 типа инженеров очень нужны. Для лучшего понимания давайте разберем это дело на примере настроек сетей в компьютерах.
Вот есть специалист, который исследует и изучает вопросы. Он при рядовой поломке будет целую вечностью искать причину ее возникновения.
А вот есть зубрила. Он вызубрил 80 процентов возможных проблем, и методик их наиболее эффективных решений.
Он за 5 минут решает то, что инжнер первого типа будет часа 3 решать.
Но при этом этот турбо-пацан становится жутко беспомощным в 20 процентах ситуаций, которые инженер первого типа повозившись решит.
Так мало того, еще и синтезирует методику быстрого решения проблемы, и учебник по ней напишет.
Ну вот такое разделение на 2 типа мышления.
При этом зубрилы, они часто зазубривают то, что думающим инженерам запоминать в голову не подходит. Тот же пример. Общий Эмитттер, Общий Коллектор, Общая База.
Что это вообще такое? Почему нельзя назвать их усилитель тока, усилитель напряжения, и ИТУН? Ведь во втором случае явно понятно, что эти схемы делают. А в первом пойди оличи ОК от ОЭ. По факту там есть проблема в одной из схем. Она противоречит формуле которая верна на ОК и ОБ.
Вы там всмотртесь. Там задачка в стиле Паззл для Вунденркинда. И это все в первый день освоения электроники.
Так мало того, там еще и эта игра в провода... Привет инеженерам-антиаудиофилам... Там как - они говорят, что проводов 4, а ножек у транзистора 3. В то время как любой школьник знает, что реально проводов 6.
2 от источника, 2 на нагрузку и 2 питания. Ан нет. В схемах группы ОКО-ЭОБ есть только источник и нагрузка. И вот эти 4 провода нужно подключить к 3 ножкам.
И зубрила это все запросто переваривает. У него это зазубривается на раз.
То же самое касается и этого эмиттерно-коллекторного соединения транзисторов. Эта фраза - она показатель очень хорошей памяти у говорящего.
Это факт. Он это запомнил!!! Встречается эта фраза крайне-редко в учениках. Но он ее помнит. И применяет.
Как показатель, что память хорошая фраза отличная. Но суть у нее нулевая. Вот вообще ни о чем.
Ведь 2х тактный выход в УНЧ это тоже эмиттерно-коллектороное соденинение транзисторов. И при чем тут каскод? Вообще ни о чем фраза, с точки зрения полезного смысла.
По большому счету, и да простит меня Джон Милтон Миллер, эффект Миллера - это как треугольник Пифагора.
Там ведь как. Есть Евклидов треугольник. Там длинна стороны есть Сторона А в квадрате = Сторона Б в квадрате + сторона С в квадрате + Б*С*синус(угол между БС)
А у Пифагора чего? У него сторона А в квадраре = Б в квадрате + С в квадрате.
И все это верно при условии, что угол между ними равен 90 градусам. А синус 90 градусов, возврщаемся к Евклидову трегольнику, равен нулю.
Ну и что сделал Пифагор по большому счету? То что каждый пятиклассник и сам бы вывел, если бы активно занимался геометрией?
Да, с одной стороны это оптимизированное знание. Оно позволяет сразу видеть такой момент и сразу упрощает с ним работу. И это полезно. Да и можно сказать, что не всякий пятиклассник сам додумается.
Ну т.е. для зубрил Пифагоров треугольник - это знание нужное. А для тех кто сам шурупит, так он и сам сообразит.
Но давайте все-таки признаем, что и для него это будет некоторым ускорением его мышления.
***
Ну а теперь Эффект Миллера.
Давайте возьмем Евклидов Трехножник под названием транзистор.
Итак. При работе таранзистора есть такая проблема.
При понижении напряжения на коллекторе, понижается коэффициент усилинения. Растет ток базы.
Т.е. если мы подаем 5 постоянных Вольт на Базу, а на коллекторе у нас 8 Вольт ток будет например 100 мА. А если на коллекторе 40 Вольт то ток снизится до 80 мА.
При этом на Эмиттере у нас будет 4.3 Вольта и скажем целый Ампер. И он будет неизменен невзирая на все приколы с коллектором и базой.
Уточнение. Речь о НПН транзисторе.
***
Теперь давайте возьмем схему усилителя напряжения. Это когда мы ставим на коллектор резистор. И получаем на выходе с него в противофазе раскачанную амплитуду.
Т.е. получается ситуация. Мы поднимаем напряжение на базе. А на коллекторе у нас напряжение падает.
Но только что было сказано, что при этом падает коэффициент усиления у транзистора. И растет ток на базе.
Растет он при этом быстрее, чем должен это делать согласно Закону Ома для линейной цепи.
Т.е. у нас возникает нелинейная цепь, с нелинейным искажением.
В этот момент возникает проблема, суть которой в том, что на входе базы есть паразитное сопротивление. А на нем при росте тока возникает падение напряжения. Именно на базе.
Этот эффект не сильный, но он приводит к замедлению нарастания напряжения.
А оно в свою очередь трансформируется в несколько меньшую амплитуду полезного сигнала и комплект гармоник. Та энергия которой не хватило на правильное колебание, распадается на комплект правильных колебаний удвоенных частот.
Так уж устроен окружающий мир. Это как девушка которой денег на новый айфон не хватило, так она на них одежек напокупала.
При этом если есть паразитное сопротивление на Базе, то очевидно, что и на Коллекторе оно тоже есть. А значит, что ток, даже в чистом Эмиттерном Повторителе(этот термин все таки имеет полезный смысл, гласящий, что к транзистору больше ничего не подключено - правда это верно только в УНЧ. На ВЧ и СВЧ даже эмиттерный повторитель в обвязке) все равно приводит к нелинейным искажениям.
При росте тока неизбежно происходит рост падения напряжения на Базе.
И как итог КНИ при 100 мА у КТ315 в районе 1 процента. В режиме усилителя тока.(вот этот термин надежнее, чем Эмиттерный Повторитель, суть та же, зато сразу функционал обозначен)
Минимизировать это дело можно 2мя способами.
1. ООС. Она будет формировать ускоряющий сигнал на Базе. Предискаженный сигнал с укоренным ростом напряжения.
2. Стабилизировать ток на выходе. Т.е. поставить динамическую нагрузку. Причем здесь мы даже можем действовать наоборот. Понижать ток при росте напряжения. Чем всячески компенсационно минимизировать влияние внутренних паразитных сопротивлений и падения напряжения на них. Так кстати заодно работает токовое зеркало Уилсона.
Ну а в случае усилителя напряжения, когда неизбежен резистор на коллекторе это дело минимизируют каскодом.
Он что делает. Ставят еще один транзистор. В разрыв между резистором падения напряжения и транзистором, что это падение напряжения инициирует.
На этот второй транзистор подают постоянное напряжение.
Таким образом на коллекторое первого транзистора всегда стабильное напряжние. Оно на нем не пляшет. Как итог КНИ у него ниже.
А ток при этом коммутируется и падение напряжения на резисторе все равно свою функцию выполняет.
Само собой схема не всесильна. Само собой паразитные сопротивления внутри теперь уже обоих транзисторов остаются.
И это приводит к росту интермодуляционных искжений второго и более высших порядков.
Есть в нелинейных цепях еще такая бяка как выделение частоты биения.
Т.е. если мы подаем 2 сигнала один с частотой 500 Герц, а другой с частотой 550, то нелинейная цепь создаст кроме верхних гармоник еще и паразитный тон на 50 Гц.
Сейчас не буду описывать механизм возникновения этого дела. Тема статьи другая.
Главное сам факт. На сложном сигнале мы получаем кроме гармоник с более высокими частотами, еще и батарею низких частот. В этой статье мы рассмотрим бяку на реальном примере.
***
Эффект Миллера.
А это что такое? А это Джон Милтон Миллер выявил в 1920м году на ламповом триоде кое что.
Оно справедливо и для транзисторов.
Но давайте почитаем, что именно он выявил.
У него это называется "увеличение эквивалентной ёмкости инвертирующего усилительного элемента, обусловленное обратной связью с выхода на вход данного элемента при его выключении."- цитата из Википедии.
Есть даже эквивалентная схема процесса.
Я действительно ничего не говорил о данной паразитной емкости. В транзисторое масса паразитных процессов, и эквивалетная схема их описывающая(на базе идеальных элементов) - она огромная, и местами страшная.
Но давайте посмотрим, что у нас здесь.
У нас здесь ни что иное как падение напряжение на коллекторе, ведущее к падению напряжения на базе, в схеме усилителя напряжения. При этом процесс частото-зависимый. С ростом частоты, гармоник и прочих нелинейностей будет больше.
Единственный момент. Из этой схемы следует наличие ПОС. Положительной обратной связи.
И вот это следует акцентировать.
Дело в том, что на некоторых частотах и некоторых поровоговых амплитудах это может приводить к затухающему самовозбуждению транзистора.
Т.е. это как с микрофоном и колонкой. На одном расстоянии система сразу заводится. А на другое отодвинули вроде не пищит. Но если хлопнуть в ладоши, то вдруг заводится и пищит.
Но если еще подальше отложить, то от хлопка заводится, пищит, а потом успокаивается.
Это называется эффектом когда тразнистор проще включить, чем потом выключить. Или же искажением динамических харакатеристик. Одним из подвидов данного искажения.
Ну и на звук это может влиять, если подобрать параметры такими, чтобы данные частоты самовозбуждений попали в звуковой диапазон. И тут надо саказть, что это не так сложно как кажется. Особенно по части интермодуляции. У нее там свои шалости. И она запросто может подгуживать запускаясь от флейты.
***
И вот сейчас нам как раз пример этот момент дополнительно проиллюстрирует.
фото отсюда Рояль с Розливом и как эту смесь переваривает усилитель?!!
По ссылке более подробное описание эксперимента.
Сейчас мы будем рассматривать только выводы из него.
Здесь у нас 2 картинки. Верхняя это спектры усилителя напряжения без каскода. Нижняя - то как это все отработал каскод.
Полезным сигналом здесь выступет Рояль С Розливом.
Это музыкальный термин. Суть его в том, что 3 струны в рояле, по которым ударяет молоточек настроены не точно на одну частоту, а с некоторым расхожднием.
Это придает переливчатости звучанию рояля.
Известно, то Рахманинов любил сильный Розлив у рояля. А вот Рихтер предпочитал точную настройку. А Ланг Ланг любит когда басы точные, а вот средние ноты и дисканты с Розливом.
Здесь у нас частоты в 450, 480 и 500 Герц.
Они самые высокие палки на спектрах. За ними право следуют гармоники.
А влево следует интермодуляция.
Здесь у нас как. Здесь есть интермодуляция первого порядка.
Это 20 Герц между 480 и 500, 30 Герц между 450 и 480. И 50 Герц между 450 и 500.
Это у нас 3 ракеты одной высоты слева.
А вот самая левая куполообразная ракета больше похожая на... ой! Не о том. В общем - это 10 Герц. Это интермодуляция второго порядка. Она между 20ю и 30ю герцами образовалась.
Так же мы видим еще и гармонику от 20 Герц в виде 40 Герцовой мини-ракетки.
Это уже КНИ от Интемодуляции второго порядка.
А вот теперь смотрим на то, что сделал каскод.
1. Вторая гамоника от полезного сигнала вообще исчезла.
2. Третья гармоника имела уровень -30 дБ, а стала -50.
3. 4я и 5я гармоники остались без изменений.
4. Интермодуляции первого порядка просели с -20 дБ до -55 дБ.
5. Интермодуляции второго порядка наоборот пошли в рост. Причем еще и вылезли местами там, где ранее их не было. 10 Гц были на - 55 дБ, а стали на - 50.
6. Общий уровень шума снизился с -80 до - 100, что и позволило нам увидеть некоторые искажения, которых ранее видно не было.
Итого имеем.
1. Каскод понижает уровень второй и третьей гармоник. При этом ничего не делает с более высокими.
2. Каскод понижает уровень интермодуляций первого порядка.
3. Каскод не сильно но увеличивает уровень интермодуляций второго порядка.
***
4. Автор засранец. Он ничего не показал про самовозбуд, ничего не показал про методы измерений динамических искажений, но решил на этом закончить.
А читатели решили, что ура, наконец лекция закончилась. И значит они все теперь досконально знают про Эффект Миллера.
Хотя по факту автор засранец и рассаказал, и самое важное, показал только половину.
И сейчас это самое важное!!! Именно так и просиходит сбой в самооценке собственных компетентностей.
Но теперь вы хоть знаете, что минимизация Эффекта Миллера приводит к значительному улучшению прозрачности звучания. И устранению каши от других инструментов в басу.
А то каскод у них ненужная приблуда в схемотехнике.
Кстати графики сделаны на импортном аналоге 315го транзистора.
Как раз детальки на которых Винил-Корректоры делают.
Такая вот история.
Впрочем комментатор молодец!!! На дельную мысль натолкнул. Хотя конечно размазать меня об стенку пытался изрядно. И делал это основательно и продолжительно. В общем говоря спортивным языком в духе боксеров - Удар у него сильный!!!
Спасибо, что дочитали!!!
