「高速」不等於「Low TIM」!!!

[mtlin12]

Ultima-1 DT-01曾經委託朋友用AP2測試過一些數據，還有勞解夢者兄
協助解釋並提供建議改進方向，就知道我對於如何用高階儀器量測擴大機完全是外行。

[uuu]

看諸位討論了許久, 有沒有人可以說明一下TIM失真形成的原因呢?

我完全照書說說TIM，Transient Inter MOdulation(暫態互調制)
是暫態快速的波形輸入時產生的現象。例如將方波a輸入到上沿慢
的放大器，其輸出波形b就像下圖一般有圓滑的上下沿
10KHz速度還可以

100KHz時已經有圓滑化
如果將b的幾分之一(假設1/10)回饋到輸入端，可想見b*1/10=c
c波形已經與方波a不相似，再輸入時就產生訊號差(上下兩邊緣有
尖峰)，這樣在放大器內被破壞的波形經過進一步放大後，就會輸
出有失真的波形e。

在放大途中，波形被破壞的狀態加入其他訊號便產生TIM失真。
由於方波有很多高次諧波，若產生非常多這樣的失真，對音質
有重大影響。

因此減輕TIM失真的方法之一，要考慮盡可能加快放大器的上沿。
(日塚茂一書P16~17，部份字句有稍微修改)

其實不管是暫態波形或是穩態正弦波放大器本身對輸入訊號處理的方式都是一樣的, 以附圖中100Khz方波圖為例, 在可以明顯看出輸入訊號與輸出訊號有時間差, mtlin12兄您將之定義為相位差, 但是如果您的示波器時間軸的解析度夠高的其實在10Khz波形中依舊可以看到與100Khz相同的時間差, 即使把負回授拿掉其時間差還是依舊, 這就是訊號處理的速度, 這在二十多年前手邊很難找到可以測試這些現象的儀器設備來做觀察, 但是在今日 數十G Samples/Sec數位示波器隨手可得, 可以送出pS級暫態脈衝的訊號產生器到處都是的時代, 要量測DB-01各級時間延遲與電壓電流變化, 已不是問題了. 所以若有懷疑或知識上不足以解釋的地方, 直接量一看看不就成了嗎?

其實
mtlin12這兩張照片....
不用再量
也可以看到一些端詳

第一張照片10K Hz突起那一角
上昇邊緣也變粗時
已經可以看到初級輸出訊號狀況....
這時
初級已有過激(相位也倒轉了)沒有放大的現象.
最終輸出.是由二級開環會同蛔授苦撐放大作出來的.

第二張照片100K Hz也是一樣....還更慘
上昇邊緣變圓.
但是
邊緣已非圓滑(Smooth)
呈波浪斜坡上昇
一些補償電容(迴授補償電容.級間補償電容)在此也發生作用
延遲加劇
此時
初級輸出的訊號....
可以想像已方波不成方波....
想必已亂成一團
還加參四波震鈴(西螺七崁震 )

看情況
pcb到手要玩跳跳樂啦

[mtlin12]

uuu兄少挖苦我，您分析波形比老美過火許多。:lol:

DB-01補償電容就INPUT及第二級各22pF，頻寬早就很寬了，
不用勞方波亂震，管它輸出接純電容或是什麼弄錯來著的純電感，工作穩定的很。

[mtlin12]

uuu兄，您就憑藉縮小的照片論斷，說什麼
100Khz"邊緣已非圓滑(Smooth)呈波浪斜坡上昇 "來兩張大照片給老人家瞧瞧:


真的上昇邊緣也變粗?


真的呈波浪斜坡上昇?

[wensan]

KO桑．．．
你還有沒有講完...
要講也直接講完嘛

前輩.....！您倒是看起熱鬧來了！
您以為晚輩「玩電路」，不拿烙鐵、不用儀器，光靠一顆腦袋瓜在玩，「很輕鬆！」
累死人了！您知不知道！
這二十年來，PC已經從8088 Upgrade到Pentium-4 3GHz，晚輩這顆腦袋瓜可還沒Upgrade過！「超頻」過了頭是會燒掉的。
當初要不是您貼出那張「刺目」的DB-01電路圖，晚輩也不會落到這步田地。
看看改天咱們倆也來過兩招玩玩，您說好不好啊？
不過高手過招，雖然是嘻笑怒罵，但是招招狠毒，前輩可得小心一點！
.......偷偷告訴前輩，晚輩已經在練「九陰真經」中，「詭辯學」篇的最高段武功，前輩不可大意！


好啦！好啦！
今天先教各位「抓小偷」好了，「放大器的等效電路模型」等以後有時間再講。(要是先講「放大器的等效電路模型」，那「抓小偷」就不好玩了！)


今天我們就來「實際測試」DB-01的迴轉率。
首先先將DB-01的電路中，輸入端為了限制頻寬所加的低通濾波電路的濾波電容拿掉，並輸入方波讓DB-01輸出發生迴轉率過荷。
那這個迴轉率過荷是DB-01中，哪一級過荷所導致的呢？
一定是輸入級。..........這時候誰敢說過荷是發生在雙JFET加串疊的電壓放大級或「鑽石電路」的電流放大級，一定馬上被mtlin12前輩打死兼下葬，根本輪不到晚輩出手。
既然DB-01有30V/uS的迴轉率，我們就調整輸出振幅超過正負15V，讓輸出迴轉率過荷的持續時間超過1uS。
...........精彩的來了，眼睛不要眨喔！...................
既然DB-01的輸出端迴轉率過荷的持續時間超過1uS，而且輸出端迴轉率過荷是輸入級過荷所導致，那輸入級也過荷了1uS囉！
輸入級過荷表示輸入級保持在最大的電流輸出，那表示輸入級的輸出端(電壓放大級的輸入端)迴轉率也保持在最大值。
可是有人說輸入級的迴轉率是25V/uS耶！
...........那表示輸入級的輸出端(電壓放大級的輸入端)在這過荷的1uS時間內，電壓變化了25V.....................




好了！依照在下故事只說一半的慣例，今天就此打住。
.........這時心中暗暗念著：幹！就是因為迴轉率的問題少人深入研究，竟連本人精心研究發表的文章都被當成大有問題，這小偷真可惡！要是給「你爸」抓到.....#%@~*!%#@...........

[wensan]

[
每一本都是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。

.........幹！就只曉得迴轉率是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。都不曉得算出來的是這一級輸入端的迴轉率，還是輸出端的迴轉率...........#$@%!~$$#@!.......

[wensan]

uuu兄，您就憑藉縮小的照片論斷，說什麼
100Khz"邊緣已非圓滑(Smooth)呈波浪斜坡上昇 "來兩張大照片給老人家瞧瞧:


真的上昇邊緣也變粗?


真的呈波浪斜坡上昇?

我就說吧！舞刀弄劍乃是外家功夫。一個波形，各有各的解讀............。不從內功心法下手，武功難有大成！


.......本派講求內功心法，從根基打起......，唸一段給各位聽聽：
.........欲練神功，引刀自.........咦！.....葵花......
錯了！錯了！拿錯本了............

[Dream_Reader]

uuu兄，您就憑藉縮小的照片論斷，說什麼
100Khz"邊緣已非圓滑(Smooth)呈波浪斜坡上昇 "來兩張大照片給老人家瞧瞧:


真的上昇邊緣也變粗?


真的呈波浪斜坡上昇?

我就說吧！舞刀弄劍乃是外家功夫。一個波形，各有各的解讀............。不從內功心法下手，武功難有大成！


.......本派講求內功心法，從根基打起......，唸一段給各位聽聽：
.........欲練神功，引刀自.........咦！.....葵花......
錯了！錯了！拿錯本了............

我提的問題還沒有人回應呢?

[uuu]

uuu兄，您就憑藉縮小的照片論斷，說什麼
100Khz"邊緣已非圓滑(Smooth)呈波浪斜坡上昇 "來兩張大照片給老人家瞧瞧:


真的上昇邊緣也變粗?


真的呈波浪斜坡上昇?

我就說吧！舞刀弄劍乃是外家功夫。一個波形，各有各的解讀............。不從內功心法下手，武功難有大成！


.......本派講求內功心法，從根基打起......，唸一段給各位聽聽：
.........欲練神功，引刀自.........咦！.....葵花......
錯了！錯了！拿錯本了............

沒錯.....沒錯

一個給後段輸出.....(桃花源入口不明 我亂入 )
一個給半本葵花....(怎麼進桃花源啊..........切豬大腸 )
暈船的都拿香還在拜 .......我還燒紙錢勒
X.......X....X.....
泥們兩個還真是沒誠意
還在拖棚


KO桑
"治病"嘛
不就是要下"猛藥"嘛
不猛不行....不過後遺症滿多的就是的

mtlin12
還有沒有更大張的....
最好
每一級都來幾張越大張越好

[wensan]

半導體的傳遞延遲原本就要以載子移動來做分析啊! RLC分析是用來做功率傳遞用的, 當然你也可以用RLC常數來計算Delay Time但是只能用在被動網路上吧!

什麼是「主動」、「被動」啊？
「半導體元件」明明自己不能產生能源，應該是「非線性時變」或「非線性非時變」的「被動元件」，為什麼總被當成「主動元件」呢？



此招「博大精深」，又運足十二成功力，直接挑戰電路學最最最......最基本的概念，弄個不好....搞不好會演變成「古典電路學」跟新興的「半導體電子學」大對決的場面！.........


敬告圍觀群眾，此招挹注本人一生功力，估計有二、三十噸黃色炸藥的威力，若有功力不足者，請速離去！若執意觀看，也請備好掩體、護目鏡，以免受到波及！

[wensan]

提個問題吧, 假設有一輸出組抗為50ohm振幅為0.1V寬度50pS的完美脈衝波為訊源將之注入DB-01放大器後, 請問在DB-01的輸出端的響應如何?

您是不是得提供.sp檔和SPICE model library？...........
.........您還真把我當SPICE在RUN啊！...........


我知道您在考我如果DB-01的輸出延遲超過50pS，如何能對50pS這種超短脈衝起反應！而您能以載子移動來「解釋」這個現象。
然而「電路學」難道不能以「非線性時變元件」來處理這個問題！
「半導體物理」著重「現象」，「電路學」著重「解題」。訴求不同，不可一概而論。

[Dream_Reader]

什麼是「主動」、「被動」啊？
「半導體元件」明明自己不能產生能源，應該是「非線性時變」或「非線性非時變」的「被動元件」，為什麼總被當成「主動元件」呢？

對不起喔! 沒學過「非線性時變」或「非線性非時變」可以講解一下, 順便做個證明吧!

我想在著裡出沒的朋友多的是電子電機系甚至是電子物理的相關學生甚至工作者吧! 這些人應該不會像我這麼差勁, 所以你不用擔心您的功力太強會打傷它們的!

[狂人]

偶是焊工+搬運工... (高載重機車搖晃中...)

偶躲起來好了... @@

[wensan]

什麼是「主動」、「被動」啊？
「半導體元件」明明自己不能產生能源，應該是「非線性時變」或「非線性非時變」的「被動元件」，為什麼總被當成「主動元件」呢？

對不起喔! 沒學過「非線性時變」或「非線性非時變」可以講解一下, 順便做個證明吧!

我想在著裡出沒的朋友多的是電子電機系甚至是電子物理的相關學生甚至工作者吧! 這些人應該不會像我這麼差勁, 所以你不用擔心您的功力太強會打傷它們的!

在電路學中，所謂的「主動」元件，指的是可以提供能源出來的元件，例如電壓源、電流源。而自己不能提供能源，只能「接受」能源(儲存或消耗能源)者，則為「被動」元件。
而半導體元件如二極體、電晶體，他們可以自己產生能源出來嗎？不能！所以他們是「被動」元件。
但是他們又很奇怪，不能直接用簡單的物理量(如電阻、電容、電感)來表示，那怎麼辦呢？只好給他套上一個模型來表示，而這個模型則是用數學的方式描述，以方便計算。所以元件的物理特性只要能用數學的方式加以模型化，變可以用電路學加以分析計算。
電路學的目的在解決電路設計的問題，而不是物理現象的探討。因此到底需要多精確的模型是視你的需要而定。例如某個元件的電阻值明明會隨某種條件(電壓、電流、磁場、時間...)變化而變，但這些變化對你的計算所造成的誤差你可以接受，那你就可以用一個不會變化的電阻作為這個元件的模型。如果不能接受，就必須加強你的模型，直到誤差可以接受。
電路學既然是解決電路設計問題的手段，所以它很有彈性，只要方便解決問題就好。半導體元件如電晶體等，我們通常不需要使用到它完整的特性，只需要使用到它在工作區的特性，而它在工作區的特性如果用「受控制的電流源」最方便分析計算，因此電晶體明明不是主動元件，但在分析計算時普遍被當成電流源這種主動元件。
所以關於載子移動所造成的延遲能否用電路學的方式計算，我認為只要這方面的模型能建立，應該就可以。

[oldhan]

對不起,插個花:
mtlin12前輩, 您的示波器是 20Mhz 等級的吧?
這等級的示波器未必能重現 100Khz 良好的方波, 有些會有 overshot.
有時波形高頻的震盪會被 20Mhz 的頻寬濾掉而造成波形很完美
的假象, 建議至少要用 60Mhz+ 的示波器才好.

[sung9918]

為何不建議 100Mhz.....

秀才遇到兵....不知誰是兵....


我是兵....

[wensan]

既然uuu前輩想練全本「葵花」，晚輩這就把它補上。


先談談迴轉率跟電壓增益的關係。
假設有一個在1uS內變化1V的訊號被放大十倍，會變成一個在1uS內變化10V的訊號。
注意！1uS內變化1V是一個迴轉率的描述。
也就是說訊號的振幅被放大的同時，訊號的迴轉率也一起被放大。
那麼DB-01的迴轉率限制如果是30V/uS，假設其電流放大級為理想的緩衝放大器，則表示其電壓放大級輸出端的迴轉率同樣為30V/uS(因為理想的緩衝放大器的輸入訊號等於輸出訊號)。
如果DB-01的電壓放大級放大倍數是500，那電壓放大級輸入端(即輸入級的輸出端)的迴轉率等於30/500=0.06V/uS。
那麼說輸入級的輸出有25V/uS的迴轉率不是很矛盾嗎？

在解釋回授放大器迴轉率限制的計算前，先談一下反向積分器。
所謂反向積分器是用一個增益無限大的理想反向放大器，在其輸入與輸出間跨接一個電容。由於反向放大器輸入端的「虛接地」現象，反向放大器輸入端的電位不會變，其輸出電壓等於跨接反向放大器輸入與輸出端那個電容的電壓。
所有輸入反向積分器的電流都會流入反向積分器的電容，對電容充電。
所以反向積分器的輸出訊號迴轉率等於輸入電流除以跨接反向放大器輸入與輸出端那個電容的電容值。
現在的回授放大器的架構幾乎都是差動輸入級-電壓放大級-電流放大級的架構。
如果電流放大級近似理想的緩衝放大器，則此回授放大器的迴轉率近似電壓放大級輸出端的迴轉率。
而電壓放大級通常都是電壓增益非常高的反向放大器，又在電壓放大級輸入與輸出間跨接一個補償電容。
因此電壓放大級非常近似一個反向積分器。
所以如果把電壓放大級當成一個反向積分器，那麼電壓放大級的輸出迴轉率為驅動電壓放大級輸入的最大電流(即輸入差動放大級的偏流)除以跨接電壓放大級輸入與輸出間補償電容的電容值。

注意！這只是一個粗略的估算方法。因為電流放大級並非真正的理想的緩衝放大器，電壓放大級也只是近似一個反向積分器。

[mtlin12]

SORRY，我的20Mhz OSC.和1Mhz function gen.都是二手貨，
共NT6000，拿來"觀察現象"就很好用了，至於測試希望有一天能買一台
AP2來向解夢者兄討教一番，只可惜老婆大人這關很難過。

[sung9918]

只要是DIY or 老婆大人看不懂的都很難過.....
所以我都偷偷的做.....不要告密.....

各為大大討論的不會是 "葵花寶點" 遇上 "九陰真經" 吧 !

這些心得想必課本沒有說清楚......
繼續....加油....拼啦!!

[skychu]

:eeh: mtlin12啊！
4顆晶體的運用時
不要執著於Q25、Q26的.....2mA
這控制著Q20、Q21輸出的電流能用的數值啊！
真的可以再提高至6mA以上來獲得更多推動餘裕和S\R
不夠的加強不就好啦！

又一樣的想法 !
DB-01 的輸出可達200mA, 那不是MJE340/350要特選Hfe > 100, 就是加大CRD1 & CRD2電流。

[skychu]

小弟插個嘴，我覺得mtlin學長
之前有提過DB-01的SR約為30V/us，我覺得這可能是受限於
input stage的SR。因為input stage的bias是2mA，而補償
電容為22pF，加上一個JFET的input capacitance也是有約
20~30pF(我是參考2SK170，Ciss=30pF)，假設兩個JFET
的Ciss加上補償電容共80pF，這樣input stage的SR就是約
25V/us。所以就算拿掉Q25、Q26，DB-01的internal SR
應該還是受限於這裡吧。

基本上您算的應該正確。此為第二級的SR值, 再乘以後一級(diamond buffer)的Av值(~=1), 大概就是此Amp的SR。而輸入級的SR，因還要乘以第二級的Av值，大都遠大於第二級的SR值,就省掉。
但您參考的JFET, 似乎用2SJ74 or 2N5465 較合適。而且有加串疊, 故電容值較小。

[Kit]

小弟插個嘴，我覺得mtlin學長
之前有提過DB-01的SR約為30V/us，我覺得這可能是受限於
input stage的SR。因為input stage的bias是2mA，而補償
電容為22pF，加上一個JFET的input capacitance也是有約
20~30pF(我是參考2SK170，Ciss=30pF)，假設兩個JFET
的Ciss加上補償電容共80pF，這樣input stage的SR就是約
25V/us。所以就算拿掉Q25、Q26，DB-01的internal SR
應該還是受限於這裡吧。

基本上您算的應該正確。此為第二級的SR值, 再乘以後一級(diamond buffer)的Av值(~=1), 大概就是此Amp的SR。而輸入級的SR，因還要乘以第二級的Av值，大都遠大於第二級的SR值,就省掉。
但您參考的JFET, 似乎用2SJ74 or 2N5465 較合適。而且有加串疊, 故電容值較小。

謝謝，不過我算的應該是input stage的輸出端的SR值沒錯吧，
skychu兄說是第二級的SR值，可能是我們表達的方式不同？
對任一級來說，SR的計算應該事前一級的SR乘上本級的Av去跟
本級的(最大輸出電流能力/負載電容)作比較，然後取較小的值。

另外因為我一時只想到2SK170，不過電容值應該不會差太多吧，至少在一個order之內

[Kit]

[
每一本都是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。

.........幹！就只曉得迴轉率是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。都不曉得算出來的是這一級輸入端的迴轉率，還是輸出端的迴轉率...........#$@%!~$$#@!.......

我當然知道是哪裡的迴轉率啊，以這個例子來講當然是第二集輸入端的迴轉率。就算不知道，您有必要罵髒話嗎？我有對您有任何的不敬嗎？

[Kit]

[
每一本都是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。

.........幹！就只曉得迴轉率是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。都不曉得算出來的是這一級輸入端的迴轉率，還是輸出端的迴轉率...........#$@%!~$$#@!.......

我當然知道是哪裡的迴轉率啊，以這個例子來講當然是第二集輸入端的迴轉率。就算不知道，您有必要罵髒話嗎？我有對您有任何的不敬嗎？

建議您去看看在下在約二十年前，在音響技術雜誌發表的「你的放大器有多少迴轉率？」一文，分上、下兩級刊出。
........記得這一篇文章講的內容大致上是：
電容充放電
米勒效應
單級放大的迴轉率計算與公式推導
多級放大的迴轉率計算與公式推導
無回授放大器與回授放大器在迴轉率計算上的差異
電流輸出的差動級驅動反向積分器的放大器等效模型
依放大器等效模型估算回授放大器的迴轉率

OK，我瞭解了，小弟那時候沒注意到前輩提到說這篇是您所發表的，
況且二十年前小弟還在唸小學，無緣得見。
我之前提到說有問題，是針對迴轉率需要考慮米勒效應這點，
我也提過了，我還沒看過一本書在算迴轉率時需要將負載電容
用Miller approximation拆開的，如果前輩有在哪裡看到有人
這樣算，煩請告知，謝謝。

[uuu]

[
每一本都是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。

.........幹！就只曉得迴轉率是Iss/Cc，其中Iss是前一級的bias電流，Cc是補償電容。都不曉得算出來的是這一級輸入端的迴轉率，還是輸出端的迴轉率...........#$@%!~$$#@!.......

我當然知道是哪裡的迴轉率啊，以這個例子來講當然是第二集輸入端的迴轉率。就算不知道，您有必要罵髒話嗎？我有對您有任何的不敬嗎？

哈...哈
Kit兄
他沒有惡意
只是
diy病原菌侵襲多年"病發"的後遺症的徵兆
不發會"屎"
還有你看他是那裡來的.....
哥兒們說話...不加個~~"幹"~~字....就不夠親切...不夠爽快

"幹"XX！KO傷
你說是不是啊

預告....
好戲連檯.....結局搶鮮預測報
KO警長帶著CX.CX.CX組成的PP連盟
也拖著自己土造黃色炸藥
要到OK鎮
收拾
以differential為首
differential mode gain
common mode gain
組成的CMRR的黨遛............
兩派勢均力敵
結果......
OK鎮會不會炸個精光
炸個精光
對決中
會不會有異軍突起
還是陣前倒擱
還是......
快看.....