Diamond Buffer 探密

mjsong

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就三个字 ：我喜欢

wensan

瞬態互調失真 TIM......

一般的“環路負回授放大器”大致可分成比較輸入訊號與回授訊號間誤差的差動輸入級，放大誤差訊號的電壓放大級，做電流放大的功率級，三個部分。
電壓放大級由於米勒效應的作用，所以動作上類似積分器。做電流放大的功率級則是 Buffer。那麼“環路負回授放大器”的簡化等效電路模型就如同
【圖 125】所示。

【圖 125】

通常在設計“環路負回授放大器”時，大都是以“穩態響應”來考慮每一級的工作範圍，所以差動輸入級的工作範圍都被設計得很小，但對於“高速暫態響應”而言，由於輸出端無法立即對高速暫態訊號起反應，造成輸入訊號與回授訊號差異太大，超過差動輸入級的工作範圍，以致於輸入級瞬間輸入過荷，限制了輸出信號的迴轉率。

對於“無環路負回授放大器”而言，輸出信號的迴轉率限制是在於每一個放大級的頻寬有限，每一個放大級都相當於低通濾波器，以致使輸出信號的迴轉率變慢，而非因為輸入級瞬間輸入過荷所導致。
“瞬態互調失真 TIM”是專門用來描述“環路負回授放大器”輸入級瞬間輸入過荷所導致的失真情形。
標準的 TIM失真測試方法，是將 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來，做為待測放大器的輸入信號。 3.18KHz方波的 5次諧波為 15.9KHz，跟 15KHz的正弦波相差 900Hz。如果發生“瞬態互調失真 TIM”，待測放大器的輸出信號會產生出
900Hz的差頻訊號。只要觀察待測放大器的輸出信號有沒有產生 900Hz的差頻訊號，便可以判斷有沒有產生“瞬態互調失真 TIM”。
【圖 126】為 OrCAD PSPICE中，將 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的電路圖，其中 V2這個 3.18KHz的方波使用到“PWL”元件，“PWL”元件無法在電路圖上直接加以定義，而必須在電路的 Netlist檔中加入波形描述。
【圖 127】為 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的波形。
【圖 128】為 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的波形的頻譜圖。圖中的頻譜曲線有一些小突起是軟體計算誤差所致，這是由於我設定電路模擬時每個 STEP為 0.1μS，如果設定成每個
STEP為 0.01μS，頻譜曲線的小突起就不見了，但這樣電路模擬所花的時間會非常非常久！由於我的電腦效能不是很高，設定成每個 STEP為 0.01μS常常
RUN到當機。

【圖 126】

【圖 127】

【圖 128】
【圖 129】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 130】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 129】

【圖 130】
【圖 131】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 132】是其輸出波形的頻譜。結果顯示 TIM失真非常嚴重！不但 3.18KHz方波的 5次諧波 15.9KHz跟 15KHz的正弦波的差頻 900Hz處有很大的差頻訊號，連 3.18KHz方波的 4次諧波 12.72KHz跟 15KHz的正弦波的差頻 2.28KHz處也有很大的差頻訊號。

【圖 131】

【圖 132】
【圖 133】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 134】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 133】

【圖 134】
【圖 135】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 136】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 135】

【圖 136】
【圖 137】是改用恆流源的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 138】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 137】

【圖 138】
【圖 139】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 140】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 139】

【圖 140】
【圖 141】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 142】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。

【圖 141】

【圖 142】
【圖 140】在 300Hz處有個小突起，如果是 TIM失真應該在 900Hz處，這個小突起應該是軟體計算誤差所致。我把電路模擬每個 STEP由 0.1μS改成每個 STEP為 0.01μS，重新模擬一次，結果如
【圖 143】所示，300Hz處的小突起不見了！
把第一種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試的電路模擬每個 STEP由 0.1μS改成每個 STEP為 0.01μS，重新模擬一次，結果如【圖 144】所示，結果顯示 TIM失真還是一樣非常嚴重！

【圖 143】

【圖 144】
　
　
迴轉率的改善......
前面對於七種 Buffer的“步階暫態響應”實驗中，除了改成電流鏡的 Diamond Buffer和使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的迴轉率較高之外，其他的五種 Diamond Buffer的迴轉率都較低，這是因為一般 Diamond Buffer驅動輸出晶體的最大電流較小的緣故。以最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer為例，Q1跟 Q2動作相反，Q4跟 Q3動作相反，當
Q1電流越大，Q2就電流越小而趨向截止，當 Q4電流越大，Q3就電流越小而趨向截止，因此驅動 Q1的最大基極電流被 R1這的限流電阻所限制，驅動 Q4的最大基極電流被 R9這的限流電阻所限制。如果在 Q1、Q4的基極之間跨接一個電容，當高速的訊號輸入時，就算 Q2截止，Q3可經由跨接電容驅動 Q1，反之 Q3截止，Q2可經由跨接電容驅動 Q4。

接下來，我在每個 Buffer的輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，實驗看看迴轉率的改善情形。

【圖 145】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 146】是其輸出波形。
在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率大為改善，提升到跟改成電流鏡的 Diamond Buffer差不多。


【圖 145】

【圖 146】
【圖 147】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 148】是其輸出波形。
第一種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率也大為改善，但比起其他的 Buffer還是差很多。

【圖 147】

【圖 148】
【圖 149】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 150】是其輸出波形。
第二種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，雖然迴轉率也大為改善，但還是比不上改成電流鏡的 Diamond Buffer。

【圖 149】

【圖 150】
【圖 151】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 152】是其輸出波形。
第三種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，雖然迴轉率也大為改善，但還是比不上改成電流鏡的 Diamond
Buffer。

【圖 151】

【圖 152】
【圖 153】是改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 154】是其輸出波形。
改用恆流源的 Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率大為改善，提升到跟改成電流鏡的 Diamond Buffer差不多。

【圖 153】

【圖 154】
【圖 155】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 156】是其輸出波形。
改成電流鏡的 Diamond Buffer迴轉率原本就很高，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容後，迴轉率並沒有多少提升。

【圖 155】

【圖 156】
【圖 157】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 158】是其輸出波形。
使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer迴轉率原本也很高，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容後，迴轉率並沒有提升多少。

【圖 157】

【圖 158】


　
結論......

綜合比較這七種 Buffer電路，由我所創的以電流鏡動態提供偏流的 Diamond Buffer在各方面的性能表現幾乎都優於其他的 Buffer電路。
將來，我將會把這個電路實際裝配起來，做更深入的測試研究，並將這個 Diamond Buffer加入到我所規劃的 Ultra Symmetry平衡式前級放大器中，作為輸出緩衝電路。

用電路模擬軟體在電腦上做電路實驗相當方便，本文所做的實驗大都只觀測電路的輸出端而已，
其實電路模擬軟體可以很方便、很迅速的觀測電路中每一個電路節點的電壓、電流，去了解電路中每一個元件的動作，
只是限於篇幅無法一一展現在本文之中，各位讀者可以自行去做電路模擬，更深入的了解電路。

本文的所有電路都明確標示元件數值與設定，各位讀者可以照著畫電路，重做本文的所有實驗，
但請不要來向我要電路圖檔！像這麼簡單的電路，
對於電路模擬的老手而言，畫這樣的電路花不了多少時間。
對於電路模擬的新手而言，更應該多加練習。
　
網路賣藝......
像這樣一篇文章需要花很多時間、精神，還有腦力才能完成。
各位如果覺得這篇文章還有點可看性，對各位有點幫助的話，還希望各位能捐點小錢支持我繼續研究開發電路。
就當是看街頭賣藝，有錢的捧個錢場、沒錢的捧個人場。
不才在此先行叩謝！
　
PayPal 捐款帳號如下：
wensanko@sbcglobal.net
　
　
　

一只菜菜鸟

不只是脸红，无语......

yxb668

收藏，学习

580580aaa

这个电路我做过，前级用的是lf353，四个管实际用了6个，输出管并联，用的是BD236、BD237，推动和输出管固定再同一个散热器上，声音很好，大家可以试试！

patch

很受教育

大懒

原帖由 wensan 于 2009-6-17 09:13 发表
瞬態互調失真 TIM......

一般的“環路負回授放大器”大致可分成比較輸入訊號與回授訊號間誤差的差動輸入級，放大誤差訊號的電壓放大級，做電流放大的功率級，三個部分。
電壓放大級由於米勒效應的作用，所以 ...

文山兄，申请捐助在大陆恐怕行不通啊！
何不直接开板卖产品呢？

wensan

原帖由 大懒 于 2009-6-26 07:18 发表



文山兄，申请捐助在大陆恐怕行不通啊！
何不直接开板卖产品呢？

我人在美國加州San Jose,
現在一家三口靠著失業金勉強度日,
我跟我太太連醫療保險都買不起,
只有我兒子有ZF補助的醫療保險,
要是我有什麼病痛只能自己去買些成药吃吃,
根本不敢去看病!

自己做產品來賣,
一方面要有本錢,
一方面要有市場,
本錢也許可以跟親朋好友借一點,
但也借不了很多,
目前我還有約三萬美元的欠債沒還.
市場也是個大問題,
以我人在美國,
如果要做台灣和中國大陸的市場實在很困難,
可是移民來美國不久,
對美國的市場不熟悉,
做美國市場恐怕要先繳很多 "學費"!

我如果還沒結婚生子,
孤家寡人一個,
大可放手去拼一拼,
可是現在我寧可去打工,
也不敢冒風險!

j10

文山：俺觉着你在电子技术上面还是挺不错的，就算打工也不会混得很差，但为什么好像生活上似乎有点拮据？应该是某些方面处理不是很好，因为大家也不了解你所处的环境，所以可能你还是要静下心来想一下是哪里出问题了?

hifiyeah

帮顶

qwe2211

问下LZ用的是哪个仿真软件?我找了几个都不怎么好用啊

HGL

好帖，专业。

csp

LZ的学习精神值得学习

wensan

原帖由 qwe2211 于 2009-6-27 15:30 发表
问下LZ用的是哪个仿真软件?我找了几个都不怎么好用啊

我是用OrCAD Pspice.

wensan

原帖由 j10 于 2009-6-27 15:09 发表
文山：俺觉着你在电子技术上面还是挺不错的，就算打工也不会混得很差，但为什么好像生活上似乎有点拮据？应该是某些方面处理不是很好，因为大家也不了解你所处的环境，所以可能你还是要静下心来想一下是哪里出问题了?

我以前在台灣一直從事單片機韌體設計的工作,
十幾年前就自己開公司賣自己設計的鼠標控制IC,
那時候景氣好, 生意容易做,
但隨著台灣產業外移, 製造業都移往大陸,
生意就越來越難做!
跟我的上游IC廠反應, 但上游IC廠遲遲沒有因應對策.
找大陸代理商, 由於IC的關稅高, 那些人都是搞走私的, 還坑了我一大批貨!
找大陸的IC廠生產, 結果我剛收到樣品還沒測試, 就從客戶那裡得知他們已經開始偷賣!
既然他們想賣, 那就授權給他們賣,
結果因為之前坑我貨的代理商在跟他們競爭, 他們不願意付權利金!
到後來我就只剩 "洪氏英股份有限公司" 一家大客戶,
結果 "洪氏英股份有限公司" 在通過23億台幣的銀行聯貸之後惡性倒閉,
公司負責人洪登順捲款潛逃中國大陸!
通過23億台幣的銀行聯貸應該是這家公司財務信用最好的時候,
但事實卻是人性上風險最大的時候!
我全家申請移民美國申請了七年剛好在那時候通過,
我延後移民美國,
在台灣把銀行貸款還清,
跟IC廠談判, 還了一部分貨款, 然後把我設計的產品的銷售權轉移給他們用來抵剩下的貨款.
原本我要帶一筆積蓄移民美國,
結果積蓄全沒了, 台灣的公司停業了, 還欠我父母大約三萬美元.
我只有專科畢業的學歷,
美國矽谷這邊應徵工程師起碼都要碩士學歷,
我找不到工程師的工作,
只好去生產電腦伺服器的Supermicro公司應徵Assembler,
原本是Server Room 2的經理跟我面談,
跟我說先做一陣子Assembler再升我做測試的工作,
可是上班第一天由於Server Room 1的包裝工人放假,
要我先在Server Room 1做包裝的工作.
做了一個禮拜原本的包裝工人放假回來,
Server Room 2的經理來要人,
結果竟然因為我包裝工作表現太好,  Server Room 1的經理不放人,
而我應徵Assembler卻莫名其妙成了包裝工人, 也沒徵詢我的意願,
這些情況是同事私底下跟我講我才知道.
包裝工作是很耗體力的工作,
才做三個月就瘦了十五磅.
做包裝工作半年, 我在報紙上看到公司的RMA部門在招technician,
我就去應徵, 跟RMA部門的經理談得很好, 願意讓我過去當technician,
但Server Room 1的經理卻大發雷霆, 說我騎驢找馬, 還說像我這樣的人別想在矽谷灣區找到研發的工作.
我很生氣, 但為了養家活口, 仍然繼續做包裝的工作,
直到三個月後找到一家小公司的technician工作才辭職.
這家公司很小, 老闆加上老闆的母親還有一位接電話的Sales和我就四個人,
做一些雜七雜八的產品,
我在這家小公司做了兩年半的technician,
遇到這次金融風暴,
老闆接不到訂單, 不堪虧損,
只好把我裁員, 要我去領失業金.
失業金最多好像可以領一年,
我現在已經領了快半年了,
送出去的履歷表全都石沉大海, 完全沒有回音!
如果領完失業金後還找不到工作,
大概就只能去餐館洗盤子或去超級市場打工了.

stillstone

回来干事业吧

mjsong

幸福的人都一样 不幸的人各有各的不幸

压力很大 注意您的健康

snoopy

同情樓主的情況, 回國內生活水平低些, 賺了錢才打算在那兒生活, 以樓主的專業在國內是不愁出路的, 或可設計一些有關音響的產品, 開個淘寶在網上買, 成本低, 可能是一條出路.

djmdh

回来大陆发展吧！有空间的

一只菜菜鸟

靠这样的帖子要人家汇款，只能说你太单纯太善良了。这里大把抄袭原厂机的,还很有道理.况且你也只是做个电路仿真而已,更高级的系统级仿真,也许你还不会。

经济危机下，什么事情都有可能发生,国外公司裁员都是先裁非白人的,连那些设计IC的正牌博士都一样，甚至有些CEO都下课。到大陆发展也许更难,也有不少海龟变海带.现在多少本科和硕士生都不好找工作，何况专科文凭。

从字里文间看到，对权术和其他人的处理思维，还停留在10多年前,只专注于技术方面。希望能改变下思路，比如在美国那边卖DIY套件,我看到那边卖的都挺贵.这边DIY那么多资源，不妨做代理算了,现款现货,资金周转快。

40而立,要懂得哪些该放弃，哪些该坚持。现在时代不同了，必须战略转型,也许会闯出另外一片天。生活艰难,大丈夫能屈能伸,为自己的理想而谦卑地活着.