Velikost SR a frekv. rozsahu zesilvoače

[Jan16]

Můžete mě někdo odkázat na konkrétní materiály ke studiu, proč je potřeba zesilvoač míti se SR pokudmožno větším než malým, rspektive k čemu se koncové zesilovače konstruují z velmi ryhclých tranzistorů, aby výsledná výk. frekv. charakteristika sahala třeba až ke 100kHz ?
nebo jak byste člověku vysvětlili, že

když ucho rozkládá zvuk na frekvenčně-časovou závislost a jeho rozsah je řekněme 20Hz-20kHz, k čemu je pak dobrý zesilovač se SR 70V/us s frq. rozsahem 10Hz-70kHz? Však to je přece zbytečné ne?

20kHz sinus při napájení +-50V mě vychází 6 V/us, k čemu pak bych potřeboval SR 30V/us?

Díky.

[Dalča]

odpověď je složitá, jedná se hlavně o nezkreslení přechodových jevů a fází signáli. když si představíš, že v audio signálu může být sklidem 8kHz pila, nebo hrana jako obdélníkového signálu, tak je SR hodně důležitej, jináč ti z impulzní hrany vyintegruje oblinu a máš jinou barvu zvuku. Netřeba se hnát až ke 20kHz, takový 1kHz obdélník, aby byl obdélníkem (nebo pila) musí mít hodně "rychlé" hrany.
A v třeba elektronickém zvuku není o hrany nouze.

[Digiting]

K těm studijním materiálům: Libovolnou periodickou funkci lze (matematicky) rozvinout do (či sečíst z) součtu nekonečně mnoha harmických funkcí. Tento součet se nazývá Fourierův rozvoj funkce. Kdo nevěří, ať sám rozvíjí, třeba v Excelu viz
http://staryweb.lfhk.cuni.cz/soucek/mate...a_řada.pdf . Informace v knihách i na internetu snadno k nalezení, i včetně simulací.
Od této teorie je již jen kousek k představě, jak veškeré nespojitosti (hrany) funkce (signálu, hudby) sahají svým spektrem (též spektrálním či Fourierovým rozvojem) právě daleko za 16 kHz až 20 kHz, což nás vede v doufání, že v nahrávce jsou, a že i naše milované zesilovače by měly harmonicky přenášet ke 100 kHz, či výše. Spoléhme při tom, že vyšší složky harmonického rozvoje (těch nespojitostí, čili hran, apod., tvz. tranzientů v hudbě) než 100 kHz, již nebudou pro věrnou reprodukci tak určující, t.j. jejich absence nebude tolik vadit. (Ve skutečnosti se nám tak "širokospektrální" zesilovače těžko konstruují). V tomto úsilí se také opíráme o tvrzení, že pro harmoncké kmitání je náš sluch omezen právě těmi 16 kHz až 20 kHz, zatímco tranzientní signály dokážeme rozlišit, či alespoň nějak vnímat, nad tuto hranici.
Čili - čím strmější hrana či ostřejší "roh" signálu, tím výše (ve frekvenci) sahá jeho Fourierův rozvoj, t.j. kmitočtové spektrum ve fyzikální realizaci signálu. Teoreticky (matematicky) je Fourierovo spektrum nekonečné.
Pochopitelně, technicko-fyzikální podmínky jsou jen konečné.
V radiotechnice existuje jeden snadný způsob, jak si vyrobit vysílač v širokém elektromagnetickém spektru. Jiskřiště. Snadno dovodíte, že vysílá na poměrně širokém spektru. A odtud již je fyzika a technika radostnou hrou.
Psáno narychlo, před snídaní, takže čtenář nechť je shovívavý k nějakému tomu neobratnému slůvku.
Pro základní seznámení Vám tedy postačí to, co naleznete na internetu. A pak si již sám budete umět najít potřebné knihy, bude-li to ještě třeba.

[Jan16]

Digiting: Na tohle by ti ten můj kolega řekl, že
"na co potřebuješ harmonický nad 20kHz, ucho je stejně nevnímá, takže bude jedno, že 8kHz pila nebude pilatá ale bude víc kulatá"

Dalča: "jináč ti z impulzní hrany vyintegruje oblinu a máš jinou barvu zvuku"
Kolega by řekl: "Ucho nevnímá nad 20k, proto je snad jedno, že impulsní hrana bude méně hranatá"

Kolega to ještě bere tak, že sinus 20kHz, je řekněme to poslední, co ucho slyší. Pro zesilovač s Unap +-55V lze snadno dopočítat, že ten sin 20k je 6V/us, takže vůbec nepotřebuješ rychlejší zesilovač.

[luta]

a co se na to dívat z jiného pohledu? to vše je pouze vstupní signál, ale zesilovač musí ukorigovat nějakou impedanci jako zátěž tak, aby tento signál / napětí / bylo i na ní a to se děje pomocí zpětné vazby.. pokud ten zesilovač bude takto pomalý, není tam žádná rezerva, ovšem jaká rezerva to má být to nevím.. píšu čistě o analogii s obecně řízením a regulací..

[Jan16]

Když jsem něco podobného zmínil před kolegou (jaloviny vyhybek, setrvačnosti repráků, a podobně), tak jsem na to dostal leda vytlemený smajlík, takže toto je myslím marná snaha :-)

Kolega:

aspoň podle toho co nám říkali ve škole si ten zes můžeš "propísknout" a nahradit modelem dvojbranu, kterej je popsanej rovnicema... pak si můžeš nasimulovat už cokoli, chování při jakékoli zátěži, frekvenci a signálu

[luta]

co vím z odvětví regulace, tak vždy když máš nějakou dynamiku soustavy, regulátor je několikrát rychlejší - zásoby stability, rychlosti přechod. dějů atd atd.... chtěl jsem pouze nastřelit možnost.. já se audiu zase tak moc nevěnuji, abych ležel v knihách apod..takže snad se vyjádří někdo způsobilejší..

[ondra323]

Jan 16: Teoreticky zjednodušeně fakt stačí takováhle rychlost přeběhu. I prakticky se to moc neodlišuje-třeba taková TDA7293 je pomalá (10 V/uS) a hraje krásně.
Pokud je překonávána SR, nastane rozpojení ZV a všechny důležitý parametry jdou do háje.

Pak je tu ale ta souvislost rychlosti SR s kmitočtovým rozsahem, a tím pádem i fázovou charakteristikou-vzájemný posun harmonických, a nastává fázové zkreslení.

[reeb]

proč je potřeba zesilovač míti se SR pokud možno větším než malým, respektive k čemu se koncové zesilovače konstruují z velmi rychlých tranzistorů, aby výsledná výk. frekv. charakteristika sahala třeba až ke 100kHz ?

Tak především šířku pásma 100kHz dosáhneš i s obyčejným, levným "pomalým" koncákem naprosto bez problémů (BD911 atd.) v závislosti na konstruci spíš víc. S rychlými tranzistory není problém dosáhnout šířky pásma několik set kHz.

Platí že čím má zesilovač širší přenosové pásmo , tím má zpravidla menší zkreslení v běžně užívaném akustickém pásmu (tím je kmitočtová závislost zkreslení v akustickém pásmu plošší- zkreslení s kmitočtem stoupá méně).

Pomalý zesilovač se také špatně potýká s velmi vysokými kmitočty které jsou často v signálu obsaženy. Jde o relikty DA převodu , rušení ze sítového rozvodu a o průniky vf signálu.. Tyto kmitočty leží nad akustickým pásmem ale můžou způsobit různé intermodulační zkreslení které se projeví i v akustickém pásmu.

Rychlost přeběhu udává maximální rychlost nárůstu napětí za jednotku času na výstupu. Hodnota SR je v podstatě velikost dV/dt odezvy výstupu zesilovače na jednotkový skok. Jednotka rychlosti přeběhu je V/s, či běžněji užívaná V/μs. Rychlost přeběhu je parametr který má nelineární projevy a může proto způsobit zkreslení signálu. Zároveň jsou jeho projevy závislé na velikosti amplitudy a kmitočtu zpracovávaného signálu. Tímto se odlišuje od hodnoty transitního kmitočtu na které je jinak hodnota SR závislá.
V souvislosti s rychlostí přeběhu se někdy zmiňuje parametr „maximální výkonová
frekvence“, což je frekvence při které je zesilovač schopen ještě dosahovat daného rozkmitu
výstupního napětí bez zkreslení vlivem omezení rychlosti přeběhu.

Má-li být na výstupu zesilovače napětí o amplitudě 20V (tj. 25W do 8 Ω) a frekvenci 20kHz, pak na zátěži vzroste napětí na maximální hodnotu za dobu čtvrt periody, což je 12,5μs. Zesilovač musí být tedy schopen na výstupu vytvořit za dobu 12,5μs napětí 20V, tj. musí mít rychlost přeběhu větší než 1,6V/μs (napětí nestoupá lineárně, ale kopíruje funkci sinus)

Doporučuje se, má-li být zkreslení způsobené vlivem konečné rychlosti přeběhu v úrovni 0,01% i na 20 kHz a při plným výkonu, aby byla VÝKONOVÁ šířka pásma zesilovače nějakých 160 kHz (přinejhorším 80 kHz).
Tomu odpovídá docela hezky zapamatovatelná podmínka: Na každý volt rozkmitu zesilovače (míněna maximální hodnota) má být rychlost přeběhu 1 V/us (minimálně 0,5 V/us).
Z toho plyne pro klasický zesilovač 100W / 4 ohmy (tedy 28V) oněch (15 až) 30 V/us.

Z literatury lze doporučit výborné knihy:

Audio Power Amplifier Design Handbook- Douglas Self

http://www.amazon.com/Audio-Power-Amplif...=Amplifier

Designing Audio Power Amplifiers - Bob Cordell

http://www.amazon.com/Designing-Audio-Po...ifier+book

[Dalča]

Jan16:
Kolega má ve svém úhlu pohledu pravdu, jenže jen ve svém úhlu.
Já osobně jsem už starší jedinec, a sinus o kmitočtu 16kHz jsem schopen vidět na osciloskopu, ale fakt jej už neslyším.
Přesto poznám spolehlivě 4kHz sinus, pilu, trojuhelník a obdélník.
I když 4 harmoniku (sinusovou) objektivně neslyším, barvu slyším.
Hodně času jsem strávil s analogovou syntézou zvuku a myslím, že vím co říkám.
I když kontinuální signály daného kmitočnu vadí tak maximálně netopýrům, na barvě tónu to pozná témeř každý laik.

Někdo říká přechodový děj, jinej tranzienty, všechno je to o odezvě na impulz . nějkou hodně rychlou změnu z něčeho na něco jiného.

Právě když vemeš konce téměř shodné, které se ličí SR tak ucítíš rozdíl na barvě zvuku.
pomalý zesík bude mít takový měkší podání, až jakoby do elektronkova (kdo slyšel transivata s germaniem, tak ví o čem mluvím).

Luta:
S tou automatizací to máš recht.
KOnecc audia není nic jinýho než elektromechanický servo (zesík - reprák) open loop.
Tj nemáš žádnou kontrolu nad převodníkem jinou, než transformovanou na elektrickou stranu.
Musíš mít ultra rychlý servozesilovač s optimální hodnotou vnitřní impedance, abys ten relativně pomalý elektormechanický převodník - brepták - byl schopen patřičně polohovat, bez zbytečných překmitů nebo nadměrné pomalosti odezvy.

[reeb]

Toho kolegu bych tipoval na nějakého Ing. který nemá s kvalitním audiem mnoho skušeností a vše ostatní než základní školní poučky odkazuje do říše pověr..

[Jan16]

reeb: Kolega je (asi ještě studující? Nebo čerstvě vystudovaný?) vysokoškolák, který se věnuje převážně VN (tesláky a podobná "havěť").