Специально выношу этот тезис в отдельный пост - для обострения понимания спектральной сущности проблемы глубокой ОООС
Итак, давайте рассмотрим схему с ОООС в условном виде - это будет у нас некий усилитель с начальным Кус, на входе которого установлен детектор разности (схема вычитания, или схема сравнения - назовите как угодно), имеющая два входа.
Усилитель обладает собственными искажениями - что означает, что спектр сигнала на выходе не может быть идентичен спектру сигнала на входе.
Итак, мы подаём на вход сравнивателя два разных спектра - Fвх (входной сигнал) и Fвых (сигнал с выхода усилителя).
Что происходит в спектральной области?
Какая то часть спектральных компонентов аннигилирует - происходит пресловутая коррекция суммарных параметров тракта. Но совершенно очевидно, что при неидентичных спектрах, на выходе сравнивателя всегда будет присутствовать спектральная разница - а
это означает, в свою очередь, что исходный сигнал ещё до усиления обогащён компонентами, которых в нём исходно не содержалось!Естественно, что пройдя через нелинейность усилителя, этот спектральный довесок изгадит сигнал разностными компонентами. Эти новые добавки снова появятся на сравнивателе - и дополнительно расширят
мусорный спектр.
Схема с ОС - это же регенеративная схема!!!
Теперь проанализируем фактор глубины ОС: допустим, типичные искажения усилителя сосредоточены в районе первых гармоник - и как и положено для свободного (без ОС) усилителя имеют уровень второй гармоники -40...-60 дБ, а далее спадают с крутизной 20 дБ/гарм.
Посмотрим теперь на возможности компенсации в петле - с учётом фазы: совершенно очевидно, что с увеличением частоты фаза возвернувшейся через петлю гармоники уходит от исходной всё дальше и дальше. То есть, возможность аннигиляции ухудшается.
Допустим, мы установили ОООС на уровне -10 дБ. То есть, подали на сравниватель с выхода 1/3 от
входного сигнала.
Что произойдёт?
Ну, да - первые гармоники на выходе ослабятся на 10 дБ. На столько же улучшится формальный результат, записываемый в протокол.
Более высокие гармоники ослабятся меньше - в соответствии с убеганием фазы в петле.
Теперь установим глубину ОООС порядка 60 дБ - что типично для применений ОУ в каскадах с небольшим усилением. Это означает, что мы на сравниватель подали сигнал (спектр), с уровнем 0.999 от входного!
И, значит, мы подняли в 1000 раз все гармоники - в том, числе, и те, которые не аннигилируют из-за фазовых неутрясок!!!
Почувствуйте разницу: допустим, 5-я гармоника - она без охвата ОООС имела на выходе усилителя уровень -100 дБ. Да на фоне первых гармоник про неё можно и не вспоминать - как не вспоминать и про все остальные верхние.
Теперь же мы эту гармонику подняли на 60 дб и с уровнем в -40 дб сунули снова в усилитель. Да, конечно пятая гармоника ещё будет в значительной степени аннигилирована противофазой - но будет и немалый остаток от аннигиляции, который уйдёт на новый цикл регенерации (причём. всё более сдвигаемый по своей фазе).
А вот гармоники более высоких порядков ещё больше будут разгоняться в петле ОООС.
И тут очень важный момент, который нельзя упускать!
Казалось бы - ну и фиг с ними, коль они выпадают из рабочей полосы частот.
Но самая печальная фишка состоит в том, что нелинейное суммарно-разностное преобразование, имеющее место быть в усилителе, возвращает энергетику высших гармоник в звуковой диапазон!!!
То есть, нам очень небезразлично, что происходит на очень высоких частотах - если усилитель охвачен глубокой ОООС.
В пику этому - нам пофиг, что творится наверху, если ОООС нет или она неглубока.
Описывая процесс с другой аналитической точки, можно утверждать, что глубокая ОООС не уничтожает искажения - ОООС всю энергию искажений просто размазывает по всей полосе (до частоты единичного усиления). Потому спектрально вместо крутого склона из нескольких ближних гармоник получается совершенно плоский и равномерный забор палок от нуля до частоты единичного усиления - и мощность гармоник в звуковом диапазоне определяется исключительно шириной полосы, по которой энергетика размазана. То есть, что б уменьшить искажения в звуковом диапазоне, нужно увеличивать частоту единичного усиления. Другой альтернативы нет. И никакие схемотехнические выкрутасы не могут уменьшить высоту "забора" - она однозначно связана только с двумя факторами: начальным уровнем/спектром искажений усилителя без ОООС и частотой единичного усиления (широкополосностью).
При этом, никакая комбинация местных ООС, линеаризирующих отдельные узлы усилителя, не позволит улучшить действие ОООС - потому, что местные ООС сильно влияют на полюса и уменьшают частоту устойчивого усиления: приходится для предотвращения возбуда из-за сдвига полюса в местно скорректированном каскаде уменьшать частоту единичного усиления, сдвигая главный полюс коррекции вниз.
То есть, местная ООС в совокупном использовании с общей ООС только лишь ухудшает ситуацию.
Вот при отказе от общей ООС, можно местными ООС линеаризировать усилитель очень успешно, избегая при этом появления спектрального забора.
Всё это прекрасно моделируется в симе - так, что иллюстративный материал предлагаю получить самостоятельно. Самостоятельное изучение проблемы ОООС на симе гораздо убедительней любого многобуковия.
Несколько слов, почему быстроспадающий спектр предпочтительней, чем забор - даже при достаточно низкой высоте этого забора...
Я тут уже давал ссылку на довольно сильную статью по изучению субъективного восприятия искажений разного рода - потому в качестве пруфлинка отсылаю снова к ней.
А на пальцах можно это объяснить наличием специфических свойств у человечьего слухового анализатора: ухо имеет весьма значительную собственную нелинейность (на уровне механических элементов - базиллярной мембраны и т.п) - эта нелинейность используется для создания логарифмического ощущения громкости (то есть, функционально дополняет АРУЗ, расширяя динамический диапазон приёмника).
Вот эта нелинейность и вызывает появление гармоник - причём, эти гармоники не виртуальны, а совершенно реальны: при возбуждении слухового канала чистым синусоидальным сигналом, возбуждается не только зона (слуховая полоска), соответствующая этому сигналу, но и кратные зоны, т.е, гармоники.
Повторю ещё раз: на слуховой мембране возникают механические колебания - которые вполне честно снимаются нервными окончаниями.
Природа предусмотрела при обработке фильтрацию - нервные возбуждения, вызванные колебаниями в сопряжённых по частоте с основным тоном зонах мембраны, подавляются "софтово", т.е. при последующей обработке. И мы слышим как бы "чистый тон".
Характер этой фильтрации - крутизна спада характеристики защитного фильтра - подобны спаду гармоник в ламповой (да и транзисторной тоже) схеме без ОС.
Именно по этой причине - из-за действия психоакустического фильтра - мы воспринимаем очень большой уровень ближайших гармоник гораздо более экологично, чем пусть и значительно меньший, но равномерный гармонический забор, порождаемый глубокой ОООС...
