G.S. Cykin - Wzmacniacze elektroniczne - Pytania

[Dragon]

Cześć, dwa tygodnie temu zacząłem przerabiać książkę G.S. Cykin - Wzmacniacze elektroniczne i zauważyłem, że jest tam poruszonych kilka kwestii, które są nie wyjaśnione. Na razie mam trzy pytania, ale podejrzewam, że podczas czytania książki, ich ilość będzie rosła.
1)Dlaczego podawany współczynnik wzmocnienia, jest stosunkiem napięcia wyjściowego i wejściowego? Przecież wzmacniacz wzmacniacza moc, czyli napięcie i prąd. Po co podawać stosunek tylko jeden wartości? Nie lepiej podać stosunek mocy wejściowej i wyjściowej?
2)[Charakterystyka przejściowa] Czemu czas ustalenia (który służy do ustalenia zniekształceń czoła impulsu) jest definiowany jako czas, w ciągu którego napięcie wyjściowe wzrasta od 0,1 do 0,9 wartości? (Czyli od 10% do 90% wartości tego napięcia wyjściowego) Przecież ten czas rośnie od zera do 1 ( czyli do 100%), to czemu mamy podawać tylko jego wybiórczą część?
3)[Charakterystyka przejściowa] Od czego powstaje wierzchołek impulsu, kiedy na wejście wzmacniacza podamy dany skok napięcia? W sensie czemu kiedy napięcie wyjściowe urośnie już do nominalnej wartości, rośnie jeszcze przez chwile, następnie opada i dopiero się wyrównuje? Przecież zakładając, że wzmacniacz ma charakter indukcyjny, napięcie powinno po prostu rosnąc aż do wartości, jaka występuje po ustaniu procesu ustalania czoła impulsu.

Jakby ktoś miał pod ręką Cykina, to pytania czerpałem z konkretnych stron książki. Pytanie pierwsze to strona 17, a pytanie drugie i trzecie to strona 27.
Wiem, że piszę trochę od rzeczy, dlatego jeśli nie wiedzielibyście o co dokładnie chodzi, to mogę wrzucić strony o których mowa - jak byłaby potrzeba to piszcie.
Z góry dzięki,
Pozdrawiam

[Piotr]

1)Dlaczego podawany współczynnik wzmocnienia, jest stosunkiem napięcia wyjściowego i wejściowego? Przecież wzmacniacz wzmacniacza moc, czyli napięcie i prąd. Po co podawać stosunek tylko jeden wartości? Nie lepiej podać stosunek mocy wejściowej i wyjściowej?

Ponieważ mowa jest o wzmocnieniu napięciowym. Istnieje też wzmocnienie prądowe i wzmocnienie mocy, są to jednak parametry istotne dla w.cz.
We wzmacniaczach m.cz. zazwyczaj rezystancja wejściowa jest stała, a prąd wejściowy nie zależy od prądu wyjściowego, więc wzmocnienie prądowe i mocy traci sens, natomiast podaje się wzmocnienie napięciowe oraz rezystancję wejściową.

2)[Charakterystyka przejściowa] Czemu czas ustalenia (który służy do ustalenia zniekształceń czoła impulsu) jest definiowany jako czas, w ciągu którego napięcie wyjściowe wzrasta od 0,1 do 0,9 wartości? (Czyli od 10% do 90% wartości tego napięcia wyjściowego) Przecież ten czas rośnie od zera do 1 ( czyli do 100%), to czemu mamy podawać tylko jego wybiórczą część?

Otóż początek i koniec narastania trochę ciężko zdefiniować, jeżeli nie wybierze się się jakiegoś zakresu. Akurat wybór 0,1 - 0,9 dawał dobrą czytelność pomiarów.

3)[Charakterystyka przejściowa] Od czego powstaje wierzchołek impulsu, kiedy na wejście wzmacniacza podamy dany skok napięcia? W sensie czemu kiedy napięcie wyjściowe urośnie już do nominalnej wartości, rośnie jeszcze przez chwile, następnie opada i dopiero się wyrównuje? Przecież zakładając, że wzmacniacz ma charakter indukcyjny, napięcie powinno po prostu rosnąc aż do wartości, jaka występuje po ustaniu procesu ustalania czoła impulsu.

Jeżeli rozbijesz prostokąt na szereg Fouriera, to zauważysz, że wzmocnienie niektórych częstotliwości bardziej od pozostałych spowoduje zmianę kształtu impulsu. Akurat uwypuklenie wysokich częstotliwości powoduje "przerzucenie" wierzchołka prostokąta.
ps. Indukcyjny charakter wzmacniacza? Ale jak to...?

[Dragon]

Dzięki za szybką odpowiedź. Dopytam się jeszcze, bo nie jestem pewien czy na pewno wszystko zrozumiałem.

Czemu wzmocnienie mocy jest istotne tylko dla wielkich częstotliwości? Poza tym współczynnik wzmocnienia napięciowego nam nic nie mówi. Jeśli zbudujemy klasyczny wzmacniacz lampowy i zmierzymy napięcie za TG, to współczynnik wzmocnienia napięciowego będzie mniejszy, niż gdybyśmy nie użyli TG lub po prostu zmierzyli napięcie przed TG w naszym wzmacniaczu. A jeśli chodzi o moc, to w obydwóch przypadkach jest taka sama. Poza tym, czemu podajemy ile wzmacniacz ma mocy, a nie jakie daje napięcie na wyjściu?

Jeśli chodzi o drugie pytanie, to piszesz, że początek i koniec narastania ciężko zdefiniować. Ale skoro wybieramy wartości od 0,1 do 0,9, to znaczy, że ten początek i koniec został już zdefiniowany skoro wybieramy z niego poszczególne wartości.

Jeśli chodzi o trzecie pytanie, to chyba zaczynam łapać o co chodzi, ale jeszcze się upewnię. Czemu w niektórych wzmacniaczach i większości generatorów prostokąt jest idealny, a w niektórych pojawia się ten przeskok? Czy to chodzi o podbicie wysokich częstotliwości (sinusoid, z których składa się prostokąt,) wskutek rezonansu na tych częstotliwościach przez co pojawia się przeskok? A może chodzi o nie liniowe przesunięcie fazowe do wzrostu danych częstotliwości, przez co po złożeniu sygnału z przesuniętych nierównomiernie sinusoid takie coś się pojawia?

Jeśli chodzi o ps'a to chodziło mi o to, że jeśli podamy sygnał wejściowy w postaci funkcji jednostkowej, to otrzymujemy prawidłowo wzmocniony sygnał wyjściowy dopiero po urośnięciu sygnału wyjściowego do nominalnej wartości. Ten wzrost tłumaczę sobie regułą Lentza. Dlatego tak napisałem. Oczywiście cały wzmacniacz składa się z indukcyjności i pojemności, ale przyjąłem, że indukcyjność musiała być większa od pojemności i przeważać we wzmacniaczu skoro taki przypadek miał miejsce.

Trochę się rozpisałem, ale mam nadzieje, że udało mi się przekazać, co siedzi w mojej głowie.
Pozdrawiam

[AZ12]

Witam

W stopniach mocy w. cz. impedancja wejściowa jest niska rzędu 50-75Ω, stopień poprzedzający musi dostarczyć prądu o odpowiedniej wartości, stąd pisze się o wzmocnieniu mocy. W tego typu układach ważne jest dopasowanie impedancji, gdyż jego brak jest przyczyną zmniejszenia mocy wyjściowej.

We wzmacniaczach lampowych mocy m. cz. rezonans jest wynikiem indukcyjności rozproszenia transformatora głośnikowego. Z reguły wszystkie jego stopnie są sprzężone przez kondensatory, które tworzą wraz z rezystorami upływowymi siatek pierwszych lamp filtry górnoprzepustowe RC. Wzmacniacze tranzystorowe tego elementu nie posiadają, ponadto sprzężenie stałoprądowe wszystkich stopni sprawia, że charakterystyka przenoszenia jest płaska w szerokim zakresie częstotliwości.

[Piotr]

Czemu wzmocnienie mocy jest istotne tylko dla wielkich częstotliwości?

Ponieważ rezystancja wejściowa wzmacniacza m.cz. wynika zazwyczaj z wartości pierwszego rezystora siatkowego i jest duża, a więc wzmocnienie mocy jest ogromne, natomiast nic nie mówi, ponieważ źródło sygnału m.cz. jest zazwyczaj źródłem napięciowym i moc pobierana z niego nie jest wartością krytyczną.

Poza tym współczynnik wzmocnienia napięciowego nam nic nie mówi.

Ależ mówi bardzo wiele, a dokładnie jak głośno będzie na wyjściu przy danym sygnale i czy rzecz się przesteruje, czy nie. Np. aby dwa wzmacniacze zagrały z tą samą głośnością, muszą mieć identyczne wzmocnienie napięciowe.

Jeśli zbudujemy klasyczny wzmacniacz lampowy i zmierzymy napięcie za TG, to współczynnik wzmocnienia napięciowego będzie mniejszy, niż gdybyśmy nie użyli TG lub po prostu zmierzyli napięcie przed TG w naszym wzmacniaczu.

A jeżeli zmierzylibyśmy sygnał za pierwszym stopniem, to będzie jeszcze inny. I co z tego? Rozpatrujemy kompletny wzmacniacz mając do dyspozycji wejście i wyjście.
Pamiętaj też, że nie każdy wzmacniacz jest wzmacniaczem mocy oraz, że impedancje obciążeń (głośników) są zestandaryzowane (zazwyczaj 4 lub 8R), więc napięcie wyjściowe przekłada sie prosto na moc wyjściową. Dodatkowo zazwyczaj wzmacniacze mają niewielką rezystancję wyjściową, a więc zachowują się jak źródła napięcia, czyli ich wzmocnienie napięciowe nie jest zależne od obciążenia. Jeżeli na przykład w funkcji częstotliwości moduł impedancji głośnika zmienia się, to dla równomiernego odtwarzania wzmacniacz powinien utrzymać stałe napięcie na wyjściu, a nie stałą moc, prawda?

Jeśli chodzi o drugie pytanie, to piszesz, że początek i koniec narastania ciężko zdefiniować. Ale skoro wybieramy wartości od 0,1 do 0,9, to znaczy, że ten początek i koniec został już zdefiniowany skoro wybieramy z niego poszczególne wartości.

Chodzi o zakres napięć, nie czasu.

Czemu w niektórych wzmacniaczach i większości generatorów prostokąt jest idealny, a w niektórych pojawia się ten przeskok? Czy to chodzi o podbicie wysokich częstotliwości (sinusoid, z których składa się prostokąt,) wskutek rezonansu na tych częstotliwościach przez co pojawia się przeskok?

Tak, chodzi o uwypuklenie pewnych częstotliwości, zazwyczaj na górze pasma, co daje właśnie efekt przerzucenia prostokąta.

[Dragon]

Dzięki Wam odpowiedzi - widzę, że im dalej się wchodzi w dany temat, tym więcej pytań się powstaje. Temat mocno rozjaśniony, ale jeszcze mam pytanko.

Jeżeli na przykład w funkcji częstotliwości moduł impedancji głośnika zmienia się, to dla równomiernego odtwarzania wzmacniacz powinien utrzymać stałe napięcie na wyjściu, a nie stałą moc, prawda?

- według tej strony (http://menstream.pl/car-audio/parametry ... 59042.html) nie. Jest tam podana charakterystyka głośnika, na której widać, że im mniejsza częstotliwość, tym większa oporność. Wynika z tego, że trzeba dać wtedy większe napięcie. Tu cytat "Oznacza to że im chcemy zejść ,,niżej" tym musimy dać większe napięcie na głośnik w tym właśnie paśmie częstotliwości. " Do tego, każdy głośnik posiada daną skuteczność, z której wynika, że jeżeli chcemy utrzymać równy poziom natężenia dźwięku, to musimy utrzymywać tą samą moc. A jeśli utrzymamy tylko napięcie równe, a impedancja będzie się zmieniać, to moc również będzie się zmieniać i głośnik będzie grał raz ciszej a raz głośniej. Tam mi się wydaję.

Jeśli chodzi o skok przy wzmacniaczniu impulsu, to już wiem, że to przez rezonans. Tworzy się on przez indukcyjność transformatora, ale skąd bierze się pojemność? Przecież na drodze od lampy mocy do transformatora głośnikowego zazwyczaj nic nie ma. Czy tu chodzi o pojemność lamp mocy?

Wracając do ostatniego pytania. Nie wiem czy na pewno mówimy o tym samym, dlatego wrzucę zdjęcie wykresu, którym się sugeruje. Widzimy na nim zaznaczony czas ustalania. Ja zaznaczyłem jednak jak moim zdaniem powinno to wyglądać. Moim zdaniem ten czas ustalania o niczym nie mówi. Gdyby wyglądał tak, jak na zaznaczonym kolorem czerwonym linią, to przynajmniej mówiłby, po jakim czasie wzmacniacz przestaje "świrować" i zaczyna normalnie wzmacniacz sygnał. Dzięki takiej definicji tego czasu moglibyśmy ustalić procentowo jak zniekształca ten wzmacniacz impuls. Np. jeśli czas po którym wzmacniacz zaczyna już normalnie wzmacnia impuls wynosi 5% czasu trwania całego impulsu, to takie by były jego zniekształcenia. A tym czasem na wstawionym przeze mnie wykresie, zaznaczony czas(ten na czarno) nie mówi o niczym. Co z tego ile trwa jakaś część wznoszenia się czoła impulsu, jak potem jest już niezmierzony przeskok(nie mówiąc już o tym, że nie mierzymy czasu od początku wykresu)?

Z góry dziękuję za odpowiedzi i pozdrawiam.
ps. Nie wchodzę za głęboko w tą tematykę? Jak Wy się uczyliście, to zakładaliście, że ma tak być i koniec, a podczas praktyki samo to wychodziło w praniu i stąd to wiecie, czy raczej robiliście tak jak ja, czyli na bieżąco wszystko wyjaśniać?

[Einherjer]

Może tym razem ja spróbuję odpowiedzieć. Głośnik dynamiczny zasadniczo jest przetwornikiem sterowanym napięciowo, jeśli zajrzysz do karty katalogowej głośnika znajdziesz tam wykres natężenia dźwięku (natężenia, nie mocy!) od częstotliwości przy ustalonym napięciu sygnału. Kwestia mocy w przetwornikach elektroakustycznych jest znacznie bardziej skomplikowana, nie czuję się tu kompetentny bez "podparcia" się odpowiednią literaturą.
Pojemności pasożytnicze są w każdym urządzeniu elektronicznym, we wzmacniaczu lampowym masz chociażby pojemności międzyelektrodowe, pojemności uzwojeń, pojemności między uzwojeniami itd. itp. Kwestia zniekształcania impulsów wynika z bardziej złożonych zjawisk niż rezonans, zwłaszcza jeśli mamy sprzężenie zwrotne. Powinieneś poczytać o biegunach, zerach, charakterystyce fazowej, czyli właściwie o teorii sterowania.
No właśnie, czas narastania impulsu, czas ustalania i podobne parametry zostały "pożyczone" właśnie z teorii (i praktyki, robotyk Ci to mówi ) sterowania. Czasu narastania nie mierzymy od "początku', bo odpowiedź skokowa układów z dużą inercją często na początku narasta bardzo powoli i patrząc na zmierzony przebieg nie dałoby się w sposób wiarygodny stwierdzić, kiedy właściwie odpowiedź układu się zaczęła. Podobnie czas ustalania, w praktyce zwykle chcemy wiedzieć, ile czasu sterownik potrzebuje na doprowadzenie np. temperatury do wartości odpowiednio zbliżonej do tej zadanej.

[Piotr]

według tej strony

To jakaś wybitnie słaba strona. Daruję sobie wytykanie wszystkich błędów, których jest tam sporo. Natomiast w twoim przykładzie przy obniżaniu częstotliwości zbliżamy się do rezonansu głośnika, gdzie rośnie impedancja, ale również rośnie sprawność. Sterowanie napięciowe, czyli wzmacniacz o niskiej rezystancji wewnętrznej tłumi rezonans głośnika i wyrównuje charakterystykę. Wzmacniacz o większej rezystancji wewnętrznej, który będzie dostarczał bardziej stałej mocy, uwypukli rezonans i popsuje strojenie obudowy. Ponieważ należy tu wspomnieć, że ogromna większość zestawów głośnikowych ma zarówno obudowy, jak i zwrotnice projektowane przy założeniu, że będą one sterowane ze źródła napięciowego.

Jeśli chodzi o skok przy wzmacniaczniu impulsu, to już wiem, że to przez rezonans. Tworzy się on przez indukcyjność transformatora, ale skąd bierze się pojemność? Przecież na drodze od lampy mocy do transformatora głośnikowego zazwyczaj nic nie ma. Czy tu chodzi o pojemność lamp mocy?

Jak wspomniał Einherier, jest to kwestia rozłożenia zer i biegunów w układzie ze sprzężeniem zwrotnym. Dodatkowo każdy transformator ma swój własny rezonans niezależny od reszty układu. Pojemności w układzie nie muszą być widoczne jako osobny kondensator w obudowie z nóżkami.

Wracając do ostatniego pytania. Nie wiem czy na pewno mówimy o tym samym, dlatego wrzucę zdjęcie wykresu, którym się sugeruje. Widzimy na nim zaznaczony czas ustalania. Ja zaznaczyłem jednak jak moim zdaniem powinno to wyglądać. Moim zdaniem ten czas ustalania o niczym nie mówi.

Mówi o prędkości narastania, ewentualnie jak powyżej wyjaśniono o czasie uzyskania wartości mniej-więcej poprawnej, w domyśle również chodzi o czas przełączenia stanu logicznego. Czasem ważne jest jak szybko z 0 zrobi się 1, a nie czy w obrębie tego 1 będzie jakieś zafalowanie, czy nie.

Jak Wy się uczyliście, to zakładaliście, że ma tak być i koniec?

Nigdy

[Dragon]

Dzięki Wam wielkie za odpowiedzi. Już wszystko rozumiem. Dowiedziałem się również, co rozwiało moje wszystkie wątpliwości, o co chodzi z tym czasem ustalania. Wydaje mi się, że w Cykinie jest po prostu błąd przy tłumaczeniu. Myślę tak, ponieważ tłumacz definiuje czas ustalania jako czas narastania. A ewidentnie opisywany czas w książce, to czas narastania. Źródło:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Czas_narastania
https://pl.wikipedia.org/wiki/Czas_regulacji
Z powyższych linków (jak i z innych stron, które udało mi się znaleźć), jasno wynika, że czas ustalania, to ten czas o którym trąbie od początku wątku. (Ten co zaznaczyłem na czerwono na wykresie w załączniku w poprzednim poście). Mianowicie jego definicja jest taka, że jest to czas od chwili wprowadzenia pobudzenia(to co ja uważałem za początek układu współrzędnych) do chwili, gdy odchyłka regulacji e(t) osiąga wartości stale mieszczące się w strefie tolerancji. - Czyli dokładnie to, o co mi chodziło. A czas narastania (w Cykinie czas ustalania), to czas od 10% do 90% do wartości stanu ustalonego. I w obydwóch przypadkach( zarówno na stronie o czasie ustalania i narastania) jest napisane, że ta wartość jest miarą jakości dynamicznej odpowiedzi skokowej otwartego lub zamkniętego układu automatyki. Czyli po prostu wynika, że obydwie wartości są potrzebne, tylko do różnych celów.

Jeśli chodzi o ten ząbek w impulsie, to mam jeszcze pytanie czy te zera i bieguny (przez które tworzy się ten ząbek) występują tylko po podpięciu USZ? Czy występuje przez cały czas? Pytam się dlatego, bo rezonans i przesunięcia fazowego (razem z szeregiem Fouriera), jako przyczyna występowania tego ząbka jest w 100% jasna, lecz kiedy weszły w grę te bieguny i zera to wszystko się miesza (szukałem na internecie, ale nie ma żadnego konkretu. Czy to jakieś podbicia części pasma po podpięciu USZ?).

I jeszcze jedno pytanko nie związane z poprzednimi. Czytałem o indukcyjności rozproszenia transformatora i wszystko rozumiem, oprócz wzorów na wyliczenie tej indukcyjności. Czemu one tak wyglądają? Tu link: https://pl.wikipedia.org/wiki/Indukcyjn ... zproszenia - jedyny wzór na tej stronie.

Tak to, oprócz powyższych wszystko rozumiem i jeszcze raz dzięki za poprzednie wpisy.
Pozdrawiam

[Einherjer]

Bieguny i zera transmitancji to pojęcia pozwalające na matematyczny opis charakterystyki częstotliwościowej układu, znów wywodzące się z teorii sterowania. W przypadku wzmacniaczy audio są one związane z pojemnościami i indukcyjnościami, bo to one kształtują charakterystykę częstotliwościową układu. Objęcie układu sprzężeniem zwrotnym zmienia ch-kę częstotliwościową, a więc również położenie biegunów i zer. Co więcej, analizując ich położenie w układzie z otwartą pętlą możemy stwierdzić czy po zamknięciu pętli układ będzie stabilny czy zacznie wytwarzać oscylacje (wykresy Bodego, kryterium Nyquista). Ta problematyka była bardzo przystępnie wyjaśniona w artykułach "Pod Lupą" w Elektronice dla Wszystkich w 2012 roku o ile pamiętam. Możesz zajrzeć też tu: http://www.jacmusic.com/techcorner/SBEN ... qresp.html
Indukcyjność rozproszenia to zjawisko niepożądane (w większości), więc jest to element pasożytniczy. Zasadniczo nie ma na nią wzoru. Potrafimy ją szacować dla konkretnych rozwiązań konstrukcyjnych, co pozwala na przykład zdecydować czy potrzebujemy podzielić uzwojenie na pięć czy siedem sekcji. Można ją za to łatwo zmierzyć. Podłączamy miernik indukcyjności do uzwojenia pierwotnego i zwieramy wszystkie uzwojenia wtórne. W ten sposób indukcyjność główna zostaje zwarta i zmierzona zostaje indukcyjność rozproszenia.