В свое время много шума наделал один из патентов инженера Алешина
- WO02/43339 "Method
for sound channel upgrading" от 30 мая 2002 года. По заявлениям автора
- цель изобретения - радикально модернизировать качество и достоверность передачи
электрического сигнала через звуковой канал.
Предлагаемый метод состоит из усилителя 1 с отрицательной обратной
связью, сформированной резисторами R1 и R2, имеющего инвертирующий и не-инвертирующий
входы, а также несимметричный выход и формирователь 2, имеющий усилитель-ограничитель
3 и интегратор 4. Суть его предложения - модернизировать канал передачи звукового
сигнала частотой более, чем 0 Гц, путем формирования сигнала отрицательной
обратной связи (включая постоянную составляющую) на электронных устройствах,
независимых от асимметрии входных электрических сигналов. В качестве такого
устройства Алешиным был предложен усилитель-ограничитель (фактически компаратор).
Рис.1
На первый взгляд, идея достаточно свежа и, казалось бы, должна работать. Анализ в симуляторе в частотной области показывает, что частота среза по НЧ такого устройства зависит от усиления усилителя-ограничителя (в малосигнальной области). Это как-то настораживает... Поэтому я решил провести в симуляторе сравнение такого серво по Алешину и типового ФНЧ 1-го порядка, полученного за счет обычной серво-ОС с одинаковыми для обоих схем постоянными времени интегратора, на нестационарном сигнале - сумме 25Гц синуса и 2,5Гц меандра. Подобный вид сигнала, отличающийся тем, что в качестве синуса использован также меандр, приведен Алешиным в качестве тестового сигнала, позволяющего наглядно продемонстрировать преимущество его метода (по материалам с сайта Д.Островского- в архиве esa.zip картинка "Генератор_Fig1,2.gif"). Конечно, это "лукавство" со стороны Алешина - скважность импульсов, получаемых на выходе усилителя-ограничителя не зависит от положения "нулевой" линии этого меандра относительно "истинного" нуля. Однако, с него и начнем. Вот схема, использовавшаяся для анализа -
Рис.2
Рис.3
Видно, что АЧХ, построенные симулятором очень 
сильно различаются... Рассмотрим внимательно "transient" процессы,
происходящие в сравниваемых узлах. Зеленым цветом обозначен входной сигнал,
красным - сигнал на выходе схемы а-ля Алешин, синим - выходной сигнал его
интегратора, черным - сигнал на выходе традиционного схемного решения, сиреневый
цвет - выход серво-интегратора. Исследуем поведение обоих схем в амплитудной
области. Примечание - некоторые графики выполнены в формате animatedGIF, поэтому
желательно, чтобы в вашем броузере была включена опция показа анимированной
графики.
Рис.4
Что-то неправильное происходит в аналогово-дискретном усилителе Алешина... На малом входном сигнале, похоже, схема ведет себя совсем не так, как задумывалось... Может на синусоидальном сигнале будет получше картинка?
Рис.5
Вот, можете полюбопытствовать. Опять при уменьшении амплитуды
входного сигнала опять видим нечто странное... Как будто действительно происходит
очень сильное повышение нижней граничной полосы исследуемого узла. Но дискретно-аналоговый
характер процессов вдобавок накладывает на все это свой "нелинейный"
отпечаток. Да и поведение постоянной составляющей выходного сигнала при такой
"радикальной модернизации"
не выдерживает никакой критики...
Кроме того, сам переходный процесс зависит от того, малосигнальные
процессы в нем происходят или нет. Малосигнальным процессом можно считать
тот, который еще не приводит к насыщению диодов D1,D2. В этом случае полоса
снизу действительно оказывается сильно подрезана из-за фактического большого
усиления в петле серво-ОС. С увеличением уровня сигнала происходит параметрическое
расширение полосы рабочих частот вниз с добавлением нелинейных искажений за
счет ограничения сигнала на диодах (фактического снижения усиления в петле
серво-ОС).
Давайте уж для полноты картины посмотрим в сравнении как происходит
передача нестационарного сигнала типа "ToneBurst". Сначала смотрим
25-ти герцовый сигнал -
Рис.6
Обращаем внимание на огибающую сигнала . А потом (для косвенной оценки частотных свойств) - 10-ти герцовый -
Рис.7
Что интересно - малый сигнал полностью отсутствует
на выходе схемы по Алешину...
Для окончательных выводов максимально подгоняем модель под патентную
формулу. Для наглядности в сигнал замешиваем еще 100Гц с соотношением амплитуд
1:10 к основному, 10-ти герцовому сигналу и пропускаем его через ФВЧ 1-го
порядка с частотой среза 5Гц.
Рис.8
Грубо логарифмически уменьшаем амплитуду входного сигнала и смотрим выход. Пока без комментариев.
Рис.9
А теперь, для оценки влияния параметров усилителя/ограничителя
вместо него (Х17) ставим идеальный усилитель с Ku=300000 (хватит? )
и амплитудный ограничитель, для выравнивания условий моделирования.
Рис.10
Практически ничего не меняется (достаточно посмотреть
картинку при значении входного сигнала в 0.5V), поскольку усилитель/ ограничитель
здесь не является определяющим фактором - дело, как мы видим, в максимальной
скорости нарастания интегратора - как только он начинает успевать следить
за входным напряжением, на выходе Алешинской схемы практически пропадает выходной
сигнал. А усилитель (компаратор) находится в петле ООС...
Рис.11
Подмечаем еще одну неприятную особенность - огромную
интермодуляцию, выражающуюся в амплитудной модуляции нашего тестового стогерцового
сигнала. А связано это с динамическим, нелинейным по характеру, зависящим
от амплитуды и частоты входного сигнала, изменением полосы пропускания. Вот
и думай после этого, как патенты на такие идеи выдаются
А выводы пускай уж каждый сам для себя делает...
