@ Von Auspuff:
Det er faktisk en meget interessant betragtning, at man sænker signalerne så voldsomt i en modkoblet forstærker.
Nedenstående figur er et principdiagram på indgangen i en modkoblet forstærker. Der er masser af varianter, men grundlæggende er problemstillingen den samme.
Dette trin har ideelt set ingen common mode gain. Altså, hvis man påtrykker 1 volt på basis på både Q1 og Q2, vil det IKKE påvirke output (collector på hhv Q1 og Q2).
Til gengæld er diffenrential mode gain MEGET høj!
I en modkoblet forstærker påtrykker man typisk indgangssignalet på basis af Q1, lad os sige 1 volt ind. Uden modkobling vil dette betyde, at hele forstærkeren går i mætning, og udgangen går ukontrolleret imod forsyningsspændingen.
For at undgå dette, kobler man en del af signalet fra udgangen tilbage til indgangen. Dette gøres med et simpelt modstandsnetværk, der ene og alene bestemmer den samlede forstærkning.
Dette er en selvregulerende sløjfe, der hele tiden sørger for at der er (næsten) samme spænding på basis af Q1 og Q2.
Påtrykkes 1mV mere på basis Q1, vil denne forstærkes voldsomt op, dæmpes af modkoblingsmodstandene og sendes retur til basis på Q2, så der her også er 1mV.
Jeg skrev "næsten" i parantes, fordi spændingen ikke er helt den samme. Forskellen er nemlig givet ved udgangsspændingen på forstærkerens udgang divideret open loop gain.
Lad os antage et open loop gain på 120dB (1million gange) og et closed loop gain på 10 gange. Så er modkoblingen 100dB (100.000 gange).
Da closed loop gain er 10 gange, skal input signalet være 100mV, for at få 1V på udgangen. Men for at få 1 volt på udgangen, skal der kun være et differentielt signal mellem basis Q1 og Q2 på 1V/1million = 1uV. Og det sørger modkoblingen for. Vores effektiv indgangssignal er altså dæmpet 100.000 gange, 100dB, svarende til modkoblingsfaktoren! Trinnets open loop ulinariteter vil i øvrigt også dæmpes med 100dB.
Hvis man påtrykker 100mV på indgangen, basis Q1, vil man altså kunne måle 100mV-1uV på basis Q2 = 99.999mV.
Påtrykker man et 100mV signal, vil man altså på basis Q1 og Q2 kunne måle et 99.999mV common mode signal og imellem dem måle et 1uV differential mode signal. I princippet OK, da indgangstrinnet kun forstærker differential mode signaler.
Men der er desværre en del uheldige egenskaber ved denne løsning.
Det fungerer rigtig godt ved DC, men i takt med at frekvensen stiger, vil open loop gain falde. Og dermed vil der være mindre og mindre modkobling, hvorved ulinariteter ikke længere kan undertrykkes. Det kan ret enkelt måles, idet differential mode signalet bliver større i takt med signalet.
Yderligere har man det problem, at modkoblingen reelt først kan korrigere for ulinariteterne når de er opstået. Og grundet gruppeløbstiden i det samlede trin, bliver dette problem større i takt med at frekvensen stiger.
Et andet ganske stort problem er, at indgangstrinnet i praksis ikke underterykker common mode signaler 100%. Og da vi forsøger at forstærker et differential mode signal der er overlejret med et 100.000 gange så stort common mode signal, vil der unægteligt være et lille problem
. Lidt som at høre nålen der falder på gulvet, imens man er omgivet af 120dB fra en jetmotor.
Modkoblingen er desuden meget følsom overfor kapacitive belastninger, da man for at opnå det høje open loop gain, ofte er meget tæt på ustabilitet. For at overholde Sterns K-faktor for absolut stabilitet selv under kapacitive beastninger, er man derfor ofte nødt til at sænke open loop gain ved høje frekvenser (hvor den endda er lav nok i forvejen). Alternativet er at koble en spole i udgangen af forstærkeren... det ses faktisk på rigtig mange kommercielle forstærkere. Prøv så at overveje hvor ideelt det er at have sådan en spole til at sidde der... Prøv at pille den ud, og tilslut noget kapacitivt. Så lukker man typisk røgen ud!!
Jeg var for nylig på et seminar omkring EMC rigtige installationer. Her fik jeg demonstreret hvor meget strøm man inducerer imellem 2 paralelle ledere, hvor den ene ikke selv påtrykkes et signal, imens den anden gør. Mener der blev påtrykt en signal på 4,8Ampere i det ene kabel, og i det andet kunne man måle 3,6Ampere (hvis jeg husker ret, men det var den størrelsesorden). Det bliver selvfølgelig mindre når man øger afstanden melle lederne.
Tænk så lige hvor meget strøm der trækkes fra en højtalerudgang. Snildt 10 Ampere, og afstandene er forholdsvis små i en forstærker. Der er endda masser af andet støj i sådan en sag. Overvej så lige hvor genialt det er at basere sin forstærker på, at den skal kunne forstærker et 1uV differential mode signal op 1million gange og totalt eliminere et common mode signal der er 100.000 gange større, samtidig med at den sidder i et midre støj-helvede. Sådan ville jeg næppe gøre...
Alt sammen går dog godt på papiret, idet man bare nøjes med at opgive data op til forholdsvis lave frekvenser. Dem der alligevel vælger at opgive højere p (Som Hansens forstærker), vidner så om hvor galt det går. I det konkrete tilfælde er dæmpningsfaktoren jo ændret over 500 gange bare fra 250 til 20.000Hz. Med andre ord ser højtaleren en fuldstændig forskellig forstærker ved forskellige frekvenser. Det samme er gældende for forvrængning osv, men det er næppe oplyst.
@ Diamagnetic:
Jeg synes det er en skam, at du aldrig har hørt en umodkoblet forstærker, der har styr på bunden, og at din reference er en stærkt modkoblet forstærker. Jeg er sikker på, at eks Auspuff vil mene, at hans Gravity kan levere noget af et drøn i bunden. Sikkert rigeligt til, at naboens kone kan undvære batterier i vibratoren
.
Min DOXA er nu heller ikke så slem, omend knap så voldsom som Gravity. Så her i området sælges stadig batterier.....
