02-12-2021, 11:54 AM
O konceptu merenja izobličenja koji su Jung i Wurcer objavili u Analog Devices App. Note AN-245 (str. 10):
https://www.analog.com/media/en/technica...1AN245.pdf
je već bilo reči u temi "Cordell Distortion Magnifier", napr.
https://forum.yu3ma.net/thread-2358-post...#pid103672
ali pošto sam rešio da tu ideju eventualno dovedem do konkretnog instrumenta, otvaram posebnu temu.
Namera je razvoj relativno jednostavnog sklopa koji bi širem krugu članova foruma omogućio merenje nelinearnosti njihovih uradaka na bilo kojoj frekvenciji i bez potrebe za primenom oscilatora vrhunske spektralne čistoće.
U suštini, klasično merenje malih nelinearnih izobličenja se svodi na kvantifikaciju zbira harmonika na izlazu iz sklopa koji se ispituje. Preduslov za to je pobuda sklopa signalom koji sadrži samo jednu frekvenciju, odn. čije su više harmonike na nuli, što predstavlja idealni slučaj. U praksi je dovoljno da THD pobudnog signala bude nekih 20dB niži nego kod ispitivanog sklopa.
Najjednostavniji merač izobličenja predstavlja RMS voltmetar kome prethodi filter čiji je zadatak da voltmetru privede samo harmonike pobudnog signala, što znači da njegov propusni opseg mora biti ograničen sa obe strane (propusnik opsega, odn. "band-pass filter"). THD je onda odnos efektivne (RMS) vrednosti zbira harmonika i pobudnog signala.
Mnogo je korisnije izvršiti spektralnu analizu harmonika jer se tako dobija bolji uvid u mehanizme koji generišu izobličenja, a postoje i indicije da ljudski sluh različito reaguje na pojedine harmonike u spektru.
Za izvođenje spektralne analize postoje specijalni (skupi) instrumenti, ali raspoloživost kvalitetnih audio interfejsa omogućava i amateru realizaciju spektralne analize visoke tačnosti.
Obe vrste spektralnih analizatora (profesionalni i amaterski) imaju isti problem, a to je njihov dinamički opseg: razlika između pobudnog signala i izobličenja linearnijih DIY sklopova iznosi i 120dB (5Vrms pobude naspram 5uV izobličenja), što zahteva ADC rezoluciju od najmanje 20 bita. Kod najvećeg broja A/D konvertora, na tom nivou rastu izobličenja i fazne greške, pa direktno merenje celog izlaznog signala (pobuda + izobličenja) postaje nepouzdano.
Međutim, ako se iz signala pre njegovog dovođenja na ulaz ADC odstrani bar jedan deo osnovnog (pobudnog) signala, a ostatak (reziduum) pojača tako da dođe u linearniji deo opsega A/D konvertora, dobija se mogućnost izvođenja analize visoke tačnosti. U idealnom slučaju, trebalo bi potpuno odstraniti pobudni signal, ali je u praksi već dovoljno ako se on oslabi za bar 60dB.
Za potiskivanje pobudnog signala postoje dva metoda: pasivni ili aktivni eliminacioni ("notch") filter, ili njegovo oduzimanje od skaliranog (dovedenog na istu amplitudu) izlaznog signala ispitivanog uređaja u posebnom elektronskom sklopu.
Pri pažljivoj gradnji, pasivni eliminacioni filteri omogućavaju potiskivanje od 90dB. Aktvni filteri idu i dublje, ali su komplikovaniji i proizvode više šuma i eventualno izobličenja. Osnovna mana oba tipa tih filtera je što je promena frekvencije ekstremno komplikovana, pa se zato obično izvode kao monofrekventni. S druge strane, dobri pasivni filteri imaju zanemarljiva izobličenja.
Aktivni sklopovi za potiskivanje osnovnog signala se zasnivaju na diferencijalnom pojačavaču kome se na jedan ulaz dovodi pobudni signal, a na drugi izlazni signal uređaja koji se meri, doveden na istu amplitudu. Pri tom oba signala moraju da imaju istu fazu jer jedino tako dolazi do oduzimanja. Pored toga, tok faze jednog i drugog signala u mernom opsegu mora da bude istovetan, što se postiže faznom korekcijom jednog od ta dva signala u samom mernom sklopu.
Obzirom da se jedan signal oduzima od drugog, postoji teorijska mogućnost eliminacije izobličenja pobudnog oscilatora u istom iznosu kao i kod osnovne učestanosti, a u praksi je to ograničeno linearnošću primenjenog dif. pojačavača.
Cordell-ov sklop predstavlja jednu takvu realizaciju, namenjenu prevashodno ispitivanju pojačavača snage (nominalno, funkcioniše u opsegu pojačanja od 20 do 31dB).
Gore pomenuti sklop koji su opisali Jung i Wurcer zasniva se na primeni instrumentlanog pojačavača i još u vreme kada je objavljen (1983.) imao je donju granicu od -140dB. Pored toga, može se koristiti i za merenje nelinearnosti predpojačavača jer primenjeni metod funkcioniše već od pojačanja od 0dB.
Rezultati s improvizovanim prototipom tog sklopa prikazani su na gornjem linku.
Očekujem da se primenom nekog kvalitetnijeg instrumentalnog pojačavača mogu dobiti još bolji rezultati, ali tada u igru ulaze i drugi faktori (pločica, pasivni elementi, itd.).
U međuvremenu sam započeo rad na drugoj verziji prototipa, ali da ne preopterećujem ovaj uvod, prve rezultate dobijene s tom verzijom ću prikazati u nekom narednom prilogu.
Pozdrav
https://www.analog.com/media/en/technica...1AN245.pdf
je već bilo reči u temi "Cordell Distortion Magnifier", napr.
https://forum.yu3ma.net/thread-2358-post...#pid103672
ali pošto sam rešio da tu ideju eventualno dovedem do konkretnog instrumenta, otvaram posebnu temu.
Namera je razvoj relativno jednostavnog sklopa koji bi širem krugu članova foruma omogućio merenje nelinearnosti njihovih uradaka na bilo kojoj frekvenciji i bez potrebe za primenom oscilatora vrhunske spektralne čistoće.
U suštini, klasično merenje malih nelinearnih izobličenja se svodi na kvantifikaciju zbira harmonika na izlazu iz sklopa koji se ispituje. Preduslov za to je pobuda sklopa signalom koji sadrži samo jednu frekvenciju, odn. čije su više harmonike na nuli, što predstavlja idealni slučaj. U praksi je dovoljno da THD pobudnog signala bude nekih 20dB niži nego kod ispitivanog sklopa.
Najjednostavniji merač izobličenja predstavlja RMS voltmetar kome prethodi filter čiji je zadatak da voltmetru privede samo harmonike pobudnog signala, što znači da njegov propusni opseg mora biti ograničen sa obe strane (propusnik opsega, odn. "band-pass filter"). THD je onda odnos efektivne (RMS) vrednosti zbira harmonika i pobudnog signala.
Mnogo je korisnije izvršiti spektralnu analizu harmonika jer se tako dobija bolji uvid u mehanizme koji generišu izobličenja, a postoje i indicije da ljudski sluh različito reaguje na pojedine harmonike u spektru.
Za izvođenje spektralne analize postoje specijalni (skupi) instrumenti, ali raspoloživost kvalitetnih audio interfejsa omogućava i amateru realizaciju spektralne analize visoke tačnosti.
Obe vrste spektralnih analizatora (profesionalni i amaterski) imaju isti problem, a to je njihov dinamički opseg: razlika između pobudnog signala i izobličenja linearnijih DIY sklopova iznosi i 120dB (5Vrms pobude naspram 5uV izobličenja), što zahteva ADC rezoluciju od najmanje 20 bita. Kod najvećeg broja A/D konvertora, na tom nivou rastu izobličenja i fazne greške, pa direktno merenje celog izlaznog signala (pobuda + izobličenja) postaje nepouzdano.
Međutim, ako se iz signala pre njegovog dovođenja na ulaz ADC odstrani bar jedan deo osnovnog (pobudnog) signala, a ostatak (reziduum) pojača tako da dođe u linearniji deo opsega A/D konvertora, dobija se mogućnost izvođenja analize visoke tačnosti. U idealnom slučaju, trebalo bi potpuno odstraniti pobudni signal, ali je u praksi već dovoljno ako se on oslabi za bar 60dB.
Za potiskivanje pobudnog signala postoje dva metoda: pasivni ili aktivni eliminacioni ("notch") filter, ili njegovo oduzimanje od skaliranog (dovedenog na istu amplitudu) izlaznog signala ispitivanog uređaja u posebnom elektronskom sklopu.
Pri pažljivoj gradnji, pasivni eliminacioni filteri omogućavaju potiskivanje od 90dB. Aktvni filteri idu i dublje, ali su komplikovaniji i proizvode više šuma i eventualno izobličenja. Osnovna mana oba tipa tih filtera je što je promena frekvencije ekstremno komplikovana, pa se zato obično izvode kao monofrekventni. S druge strane, dobri pasivni filteri imaju zanemarljiva izobličenja.
Aktivni sklopovi za potiskivanje osnovnog signala se zasnivaju na diferencijalnom pojačavaču kome se na jedan ulaz dovodi pobudni signal, a na drugi izlazni signal uređaja koji se meri, doveden na istu amplitudu. Pri tom oba signala moraju da imaju istu fazu jer jedino tako dolazi do oduzimanja. Pored toga, tok faze jednog i drugog signala u mernom opsegu mora da bude istovetan, što se postiže faznom korekcijom jednog od ta dva signala u samom mernom sklopu.
Obzirom da se jedan signal oduzima od drugog, postoji teorijska mogućnost eliminacije izobličenja pobudnog oscilatora u istom iznosu kao i kod osnovne učestanosti, a u praksi je to ograničeno linearnošću primenjenog dif. pojačavača.
Cordell-ov sklop predstavlja jednu takvu realizaciju, namenjenu prevashodno ispitivanju pojačavača snage (nominalno, funkcioniše u opsegu pojačanja od 20 do 31dB).
Gore pomenuti sklop koji su opisali Jung i Wurcer zasniva se na primeni instrumentlanog pojačavača i još u vreme kada je objavljen (1983.) imao je donju granicu od -140dB. Pored toga, može se koristiti i za merenje nelinearnosti predpojačavača jer primenjeni metod funkcioniše već od pojačanja od 0dB.
Rezultati s improvizovanim prototipom tog sklopa prikazani su na gornjem linku.
Očekujem da se primenom nekog kvalitetnijeg instrumentalnog pojačavača mogu dobiti još bolji rezultati, ali tada u igru ulaze i drugi faktori (pločica, pasivni elementi, itd.).
U međuvremenu sam započeo rad na drugoj verziji prototipa, ali da ne preopterećujem ovaj uvod, prve rezultate dobijene s tom verzijom ću prikazati u nekom narednom prilogu.
Pozdrav