Small-Signal Distortion in Feedback Amplifiers for Audio
James Boyk and Gerald Jay Sussman - April 22, 2003
https://www.its.caltech.edu/~musiclab/f ... crobat.pdf
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Riepilogo degli amplificatori single-ended
In tutti i casi, i segnali di ingresso erano alle frequenze 3 e 5 (non scalati). I livelli di tensione in ingresso erano sempre uguali per i due componenti ed erano come indicato di seguito. Se non diversamente indicato, (a) un livello di ingresso più alto aumenta la distorsione relativa e (b) enfatizza i prodotti di distorsione di ordine superiore. (c) L'aggiunta di più feedback riduce tutti i prodotti di distorsione.
1. FET: 0,05 volt di picco in ciascun componente di ingresso
Senza feedback, la distorsione consiste solo di 2a armonica e di somme e differenze di primo ordine dei due componenti di ingresso; cioè solo le quattro frequenze 2, 6, 8, 10.
Il feedback crea nuovi e complessi prodotti di distorsione che si estendono su tutta la larghezza di banda dell'amplificatore e costituiscono quindi una sorta di "rumore di fondo".
2. BJT: 0,0004 volt di picco in ciascun componente di ingresso
La distorsione senza feedback è complessa, simile a quella dell'amplificatore FET con feedback.
3. Triodo: 0,05 volt di picco in ciascun componente di ingresso
La distorsione senza feedback è complessa, simile a quella dell'amplificatore FET con feedback, ma
i prodotti di distorsione hanno un livello nettamente inferiore rispetto a quello dell'amplificatore FET senza feedback allo stesso livello di ingresso, o anche dell'amplificatore BJT senza feedback al suo livello molto più basso .
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Riepilogo degli amplificatori di uscita (Stadi di uscita che utilizzano due dispositivi)
1. BJT: 0,005 volt di picco in ciascun componente di ingresso Coppia complementare analizzata solo in classe A. I prodotti di distorsione delle frequenze pari sono assenti a causa della simmetria del circuito. Tuttavia, la coppia senza feedback, rispetto allo stadio BJT single-ended senza feedback, genera le frequenze 17, 25, 27 e 29 a livelli molto più alti del previsto. E
la coppia con feedback, rispetto al BJT single-ended con feedback,
genera 17, 19, 21, 23 e 25 a
livelli molto più alti del previsto.
2. FET: 0,06 volt di picco in ciascun componente di ingresso Source follower simmetrico, con pullup di tipo N analizzato in classe A e classe B.
In classe A, la coppia è priva di distorsioni anche senza feedback e l'unico ruolo del feedback è impostare il guadagno . Nella classe B, i prodotti di distorsione con numero pari sono assenti a causa della simmetria del circuito; ma le frequenze 23 e 25 peggiorano con il feedback! Anche nella classe B con o senza feedback, la distorsione relativa aumenta quando il livello di ingresso diminuisce.
3. Triodo: 0,1 volt di picco in ciascun componente di ingresso Circuito push-pull analizzato solo in classe A.
I prodotti di distorsione con numero pari sono assenti a causa della simmetria del circuito. Il feedback sopprime tutti i prodotti.
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Riepilogo degli amplificatori ad ingresso differenziale
In tutti i casi, con e senza feedback, i termini di intermodulazione dominano i termini di distorsione armonica dello stesso ordine. Sappiamo tutti che questo deve essere vero, ma di solito lo dimentichiamo. Il feedback generalmente migliora il comportamento di intermodulazione degli elementi dell'amplificatore che abbiamo esaminato, ma le eccezioni sono interessanti:
le prestazioni di uno stadio FET single-ended possono essere rese significativamente più confuse dal feedback; e accadono cose strane quando applichiamo il feedback a una coppia complementare FET di classe B. Gli elementi dell'amplificatore a valvole iniziano in modo migliore rispetto ai BJT e ai FET e mantengono il vantaggio di gestire segnali più grandi per una data quantità di distorsione, ma
i BJT possono essere resi molto piacevoli con molto feedback. E una coppia complementare FET di classe A è priva di distorsioni, se riesci a trovare FET perfettamente abbinati che seguono perfettamente la legge quadrata teorica. Sfortunatamente, è difficile trovare FET ben abbinati e il modello FET su cui si basa questa conclusione è piuttosto rozzo. Non sappiamo cosa succede con un modello più accurato di una particolare coppia FET.
I segnali spuri generati dal feedback nell'amplificatore FET single-ended e potenziati dal feedback nella coppia FET di classe B,
sono correlati con il materiale del programma, poiché sono costruiti da somme e differenze di multipli interi delle frequenze del materiale del programma . Non sappiamo se questo rumore correlato al programma sia psicoacusticamente significativo o meno, ma la sua presenza è certamente suggestiva. Quindi i prodotti di ordine elevato possono essere migliorati dal feedback in alcuni semplici stadi dell'amplificatore. Sebbene non abbiamo indagato se ciò avvenga o meno in amplificatori più complessi,
siamo tentati di collegare questo risultato alla percezione del feedback che introduce quello che può suonare come un “super-tweeter” mal integrato. Allo stesso modo,
il fatto che il feedback possa talvolta aumentare la distorsione relativa di segnali di livello molto basso rende forte la tentazione di collegare questo risultato alla perdita di dettagli fini e di suoni ambientali. Se queste siano o meno attribuzioni appropriate può essere determinato solo da esperimenti psicoacustici.