Jste zde

Popis vzniku a působení TIM zkreslení u AUDIO zesilovačů

Zkreslení TIM (Transient Intermodulation Distortion) je vlastní pouze tranzistorovým zesilovčům.

Tento článek popisuje jak TIM vzniká a pokusy o jeho eliminaci.

Zkreslení označované jako TIM se "objevilo"s nástupem tranzistorových zesilovačů, kdy hifisté při subjektivním porovnávánídávali přednost elektronkovým zesilovačům. Tranzistorové zesilovače totižhodnotili jako nepřirozeně znějící, se zkreslením a "roztřepenými" výškamii když změřené parametry (například zkresleni THD, IMD ) byly výrazně lepší.Výrazně lepší však byly hlavně statické parametry, nikoli dynamické. Protose začaly "hledat" nové typy zkreslení, které vznikají při dynamickém režimuzesilovače. Po objevení přechodového zkreslení bylo popsáno i zkresleníTIM.

Podmínkou pro vznik TIM je přítomnostcelkové zpětné vazby a jedná se o důsledek zkreslení SID. Zkreslení SIDvzniká omezenou rychlostí zesilovače kdy zesilovač už nestačí sledovatvstupní signál. Tento jev je způsoben hlavně parazitními a kompenzačnímikapacitami zesilovače. K tomu se přidávají omezené schopnosti předchozíchstupňů dodat dostatečný budící proud. Parazitní kapacity se vyskytují hlavněu výkonových tranzistorů, kompenzačními kapacity zajištují  stabilituzesilovače. 

SR = I/C [V/us]

Zkreslení nastává převážně při vysokýchúrovních signálu na vysokém kmitočtu, signál je na výstupu zkreslen. Např.při obdélníkovém signálu (obr.1) dojde vinou omezené rychl. přeběhu kezměně tvaru obdélníku (obr.2), změní se strmost náběžné hrany (obr 2).Pokud máme v zesilovači zavedenou zápornou zpětnou vazbu, která se snažíuvedené zkreslení omezit, tj. změní vstupní signál. To je v pořádku, ovšemjen do té doby, než pracujeme se signály tak velké úrovně že dojde k limitacisignálu č.3 (čárkovaně je naznačen optimální průběh, jsme omezeni napájecímnapětím)
 


         Obr1            obr.2          obr3         ;  obr.4

Působením záporné ZV dojde mimo jinéke zkrácení doby t1 na t2 (obr4). Zvětšením ZV se prodlouží doba po kterousignál sleduje přímku SR (zkrácení t2)

Klimitaci může ovšem dojít i při malé hlasitosti, čím větší má zesilovačrychlost přeběhu (SR), tím je menší zkreslení SID a tím větší úroveň signálumůžeme zpracovat protože zpětná vazba není nucena tolik měnit vstupní signál.Proto snaha některých výrobců o co největší SR, která ale přináší problémyse stabilitou. Například TEAC A-BX7R má jen ss ZV realizovanou DC-servema vstupní zesilovač je tvořen tranzistory FET s malým ziskem. Takovétozesilovače jsou odolnější na různé kritické situace, mají vyšší základnízkreslení které ale převážně obsahuje jen nižší harmonické (toto je někdyhodnoceno lepší “elektronkový” zvuk). Je vhodné u takto řešených zesilovačůnastavovat pracovní bod v max. lineárním režimu pro co nejmenší základnízkreslení. Zmenšení zisku se může například realizovat emitorovými odporyu vstupního diferenciálního zesilovače, čímž také vzroste linearita tohotostupně. 

Pokud dojde k limitaci, dojde ke zkresleníkteré je sluchem dobře rozpoznatelné. Když zesilovač pracuje v limitaci,chová se krátkodobě jakoby neměl zpětnou vazbu. Čím má zesilovač většíZV tím je subjektivně limitace více rozpoznatelná, zesilovači trvá delšídobu než se z limitace "vzpamatuje" (závisí to ovšem taky na kmitočtu aúrovni zpracování signálu), nejdéle to trvá výkonovým tranzistorům (protopostupná limitace u zesilovačů DPA).

Vetší ZV potlačí všechny druhy zkreslení(ovšem na vyšších kmitočtech dochází k menší rezervě ZV a tím k nárůstuzkreslení), tím potlačí i TIM ale jen do strmosti signálu srovnatelnéhos rychlostí přeběhu zesilovače. (strmost signálu závisí na frekvenci anapětí signálu, viz. 1). Pak se zkreslení prudce zvětšuje.1% zkreslenísignálu nastává zhruba tehdy, pokud je strmost přiváděného signálu rovnaSR zesilovače, toto zkreslení je již pozorovatelné při srovnávacím testu,projevuje se jako menší brilance, příp. jako ztráta výšek. Strmost sinusovéhosignálu (max. strmost je při průchodu 0):

SS=2*pi*f*Us*10e-6[V/us] 

kde Us=1,41*Uef    Uef - výstupní napětí 

Pro 100W/8ohm zesilovač se považuje25 V/us jako dostatečná hodnota SR, běžně uvažujeme SR asi 0,5 V/us nakaždý špičkový volt výstupního napětí.

V poslechových testech se ale dobřeumisťují i zesilovače které mají SR nižší než by vycházelo dle uvedenýchvzorců, mnoho velmi rychlých zesilovačů má totiž sklony k nestabilitě přinapájení složitých reproduktorových vyhýbek. Projeví se zde totiž kapacitnízátěž.

Pro kontrolu dynamických vlastnostízesilovačů se používá např. kombinovaný signál - obdélníkový (3150Hz) asinusový (15kHz) podle IEC (poměr amplitud 4:1). Další používaný signálje trojúhelníkový s invertováním.

Závěr :
Při návrhu zesilovače musíme najít vhodný kompromis při volbě velikostizpětné vazby. S velkou zápornou zpětnou vazbou lehce dosáhneme harmonickéhozkreslení i 0,0001% Zhorší se však dynamické vlastnosti a chování v limitaci.Osobně si myslím že je lepší  využívat spíše lokální zpětné vazbya menší celkovou ZV.

Hlavně v poslední době získávají stále větší oblibu zesilovače s malou,příp. žádnou zpětnou vazbou. Mají „teplejší“ a „měkčí“ zvuk, více podobnýelektronkovým zesilovačům. Otázkou však je, na kolik je to způsobeno zpravidlavětším harmonickým zkreslením. Je však také pravda, že zkreslení je tvořenopředevším nižšími harmonickými, na které je lidské ucho méně citlivé. Iproto jsou někdy hodnoceny lépe zesilovače s větším harm. zkreslením tvořenýmhlavně 2. a 3. harmonickou, než zesilovače se zkreslením tvořeným hlavněvyššími lichými harmonickými. 
Konstrukce měřičů zkreslení TIM na principu metody SANSUI (invertovanýtrojúhelníkový signál) jsou např. v A Radiu 5/99 s. 23; nebo Wireless World,May 1981 s. 45-53. 
  
Michal Kellner

Hodnocení článku: