Correction différentielle, un nouveau né en SE

[iriaax]

Hello !

Quelques mots pour annoncer la naissance d'un petit SE à correction différentielle globale à partir de fonds de tiroir...Pour gagner du temps, allez à la conclusion, au 1er février 2021 :

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Une petite étude suivra, avec des tubes plus classiques...et pas chers.

[jaja75]

Bonjour à tous

Arnaud, loin de moi l'idée de polémiquer entre CorDiff et CorHawksford mais j'ai une remarque que je juge importante à faire sur les conditions de stabilité d'une boucle CorDiff.

L'expression du gain en boucle fermée est :

Gbf=(1 + B)A/(1 + beta B A)
A = gain de l'amplificateur soumis à la CR
B = gain de l'amplificateur d'erreur
beta = atténuation de la boucle de CR, choisi égale à 1/A à la fréquence en centre bande

A, B et beta étant des fonctions de transfert, leur module et leur phase dépendent de la fréquence.

L'instabilité se produit lorsque le dénominateur tend vers 0 avec la fréquence (côté BF et côté HF de la bande audio).

Le critère de Nyquist s'applique directement :

(beta B A) ne doit pas entourer le point -1+j0 dans le plan complexe, beta, B et A étant dépendant de la féquence.

L'introduction d'un filtre F dans la voie de référence signal de l'amplificateur d'erreur B modifie l'expression du gain comme suit :

Gbf=(1 + F B)A/(1 + beta B A)

Ma remarque est la suivante :

Le filtre apparait uniquement au numérateur et joue uniquement sur la réponse en fréquence du gain en boucle fermée.

Il peut atténuer de x dB la ou les résonances produites par des conditions de stabilité non satisfaites au dénominateur (lorsque (beta B A) s'approche de -1+j0 dans le plan complexe) mais ne modifie en rien les conditions de stabilité de la boucle puisque le dénominateur n'est pas modifié par l'introduction de F.

Le traitement de la stabilité passe nécessairement par l'analyse du terme (beta B A = gain de boucle) en fonction de la fréquence et toute action de compensation doit s'apliquer à ce terme et plus précisément au terme A si l'on veut maximaliser la correction par le terme B.

Je sais bien que Seidel propose un filtre dans la voie de référence de l'ampli B, mais il dit bien "de réponse en fréquence proportionnelle à celle de l'ampli A", ce qui en pratique dans le cas d'un ampli BF est impossible à faire. On ne peut que s'en approcher sur une bande de fréquences limitée et la divergence est grande (en amplitude et en phase) justement aux fréquences susceptibles de produire de l'instabilité, principalement à cause du transfo de sortie qui a une réponse amplitude/phase complexe en dessous de 15-20 Hz et au delà de qq dizaines de kHz.

J'espère ne pas t'avoir offensé en tenant ces propos.

A ta disposition pour en discuter.

Jean

[trappeur]

Salut Jean ,
Je pense qu' Arnaud viendra sûrement te répondre mais le sujet m'interesse depuis le début...
tu mets l'accent sur un point que j'ai toujours voulu éclaircir mais sans jamais avoir trouver le bon moment pour me relancer la dedans .

Le traitement de la stabilité passe nécessairement par l'analyse du terme (beta B A = gain de boucle) en fonction de la fréquence et toute action de compensation doit s'apliquer à ce terme et plus précisément au terme A si l'on veut maximaliser la correction par le terme B.

C'est bien sur ce point que ça accroche . Avec la Cdiff première version (non Hawksford donc) on n'a jamais pris en compte correctement le fait que le déphasage maxi supportable est de 90° et non de 180° .
C'est dû au fonctionnement du différentiel et ça n'apparaît pas dans les équations .
Il y manque donc quelque chose....

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[iriaax]

Hello !
L'expérience montre qu'en boucle ouverte, le déphasage aux bornes du différentiel ne doit pas dépasser 90°.
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[jaja75]

Bonjour

Hello !
L'expérience montre qu'en boucle ouverte, le déphasage aux bornes du différentiel ne doit pas dépasser 90°.
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Je lis :
"Pour éviter le désagrément des accrochages il est nécessaire que le déphasage entre les entrées de l’ampli correctif en boucle ouverte soit inférieur à 90° en usant de filtres"

D'où vient cette condition ?

Jean

[trappeur]

Re Jean ,

D'où vient cette condition ?

Cela tient au cas particulier du différentiel à triode utilisant un seul espace "grille-cathode"...et effectivement le filtrage amont sur l'entrée grille du différentiel est utile dans ce cas.

Pour être sûr d'avoir bien compris ton propos , c'est bien ce filtrage amont sur le signal entrant qui te chagrine ou ai je mal compris ??

A+

[jaja75]

Re Jean ,

D'où vient cette condition ?

Cela tient au cas particulier du différentiel à triode utilisant un seul espace "grille-cathode".

Et comment faire apparaitre cette particularité dans l'équation du gain ? B est bien un différentiel ? Même si c'est une triode avec une entrée sur la grille et l'autre sur la cathode cela fait bien une soustraction.

Pour être sûr d'avoir bien compris ton propos , c'est bien ce filtrage amont sur le signal entrant qui te chagrine ou ai je mal compris ??

Oui, selon mon schéma de principe qui est celui que j'ai employé il y a qq années : le filtre dans la boucle d'entrée ne joue pas sur la stabilité mais joue bien sur la réponse globale, ce qui peut être trompeur.

Jean

[iriaax]

Hello !
Il faut bien comprendre qu'il n'y a aucun filtrage sur le signal amplifié.
Le filtrage ne concerne que l'entrée du différentiel qui en principe délivre 0V quand l'amplication est parfaite en amplitude et en phase. Pour obtenir un delta nul en absence de défauts, il faut bien que les signaux soient bien égaux et en phase à l'entrée du différentiel, d'où un filtrage obligatoire aux extrémité du spectre là où le TS (et les capa) provoquent des rotations de phase.
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[trappeur]

Re Jean ,

Et comment faire apparaitre cette particularité dans l'équation du gain ?

Ben justement je ne sais pas ....
Peut être en étudiant les passage de déphasage aux limites....
Il est clair que dès qu'on dépasse 90° la sortie bascule à -180° mais comment prendre ça en compte ??

A+

[trappeur]

Re Jean ,

Et comment faire apparaitre cette particularité dans l'équation du gain ?

Ben justement je ne sais pas ....
Peut être en étudiant les passage de déphasage aux limites....
Il est clair que dès qu'on dépasse 90° la sortie bascule à -180° mais comment prendre ça en compte ??

Je ne sais pas dire non plus si le cas est le même avec un différentiel AOP .

A+

[iriaax]

Hello !
Il faut bien comprendre qu'il n'y a aucun filtrage sur le signal amplifié.
Le filtrage ne concerne que l'entrée du différentiel qui en principe délivre 0V quand l'amplication est parfaite en amplitude et en phase. Pour obtenir un delta nul en absence de défauts, il faut bien que les signaux soient bien égaux et en phase à l'entrée du différentiel, d'où un filtrage obligatoire aux extrémité du spectre là où le TS (et les capa) provoquent des rotations de phase.
Sur ce schéma n'apparaissent au point a1 que les distorsions résiduelles :
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On peut même l'enregistrer :
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[iriaax]

Hello !
Il faut bien comprendre qu'il n'y a aucun filtrage sur le signal amplifié.
Le filtrage ne concerne que l'entrée du différentiel qui en principe délivre 0V quand l'amplication est parfaite en amplitude et en phase. Pour obtenir un delta nul en absence de défauts, il faut bien que les signaux soient bien égaux et en phase à l'entrée du différentiel, d'où un filtrage obligatoire aux extrémité du spectre là où le TS (et les capa) provoquent des rotations de phase.
Sur ce schéma n'apparaissent au point a1 que les distorsions résiduelles :
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On peut même l'enregistrer :
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[jaja75]

Si le Filtre à exactement la même réponse que l'ampli alors on a F = beta A

D'où :

Gbf=(1 + F B)A/(1 + beta B A) -> (1 + beta B A) A / (1 + beta B A) = A

et il n'y a plus d'instabilité possible (et c'est ce que dit Siebel).

Mais en pratique, en TBF et en HF dès 40 ou 50 kHz, le filtre ne peut pas répondre comme l'ampli A, à moins que A soit extrêmement simple.

Certes, le filtre atténue les résonances du gain en boucle fermée mais ne rend pas l'ampli plus stable.

Je m'en tiens au critère de stabilité de Nyquist appliqué à une fonction de transfert linéaire du type H(f)=N(f)/P(f) qui dit que c'est le terme beta B A qui doit être traité.

Jean

[iriaax]

Mais en pratique, en TBF et en HF dès 40 ou 50 kHz, le filtre ne peut pas répondre comme l'ampli A, à moins que A soit extrêmement simple.
Jean

En pratique, n'est concerné que la partie haute du spectre jusqu'à l'écroulement du gain (<1) au delà d'une certaine fréquence.

Même remarque dans les infrasons où les condos de séparation amènent leur coupure et déphasage, entraînant éventuellement du motor-boating (accrochage TBF).

Contrairement à la CR classique, en corr.diff. il faut des capacités élevées pour éviter la motor-boating :

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[jaja75]

En pratique, n'est concerné que la partie haute du spectre jusqu'à l'écroulement du gain (<1) au delà d'une certaine fréquence.

oui mais avant que le gain tombe à 1 la réponse d'un TR est extrêmement chahutée, même un  très bon TR

Même remarque dans les infrasons où les condos de séparation amènent leur coupure et déphasage, entraînant éventuellement du motor-boating (accrochage TBF).
Contrairement à la CR classique, en corr.diff. il faut des capacités élevées pour éviter la motor-boating

Avant de faire de la Cor Hawksford j'avais fait de la cor diff : capa de 220nF pour Rg = 100k, donc non pas besoin de capas élevées en cordiff. J'avais publié tout ça sur le forum elektor.

Mais j'avais fait une analyse du gain de boucle.

Chacun ses techniques.

Jean

[jaja75]

Bonjour à tous

trappeur, visiblement il y a qq chose qu'on ne comprend dans cette boucle ! Et j'aimerai approfondir cette question.

Et comment faire apparaitre cette particularité dans l'équation du gain ?

Ben justement je ne sais pas ....
Peut être en étudiant les passage de déphasage aux limites....
Il est clair que dès qu'on dépasse 90° la sortie bascule à -180° mais comment prendre ça en compte ??
Je ne sais pas dire non plus si le cas est le même avec un différentiel AOP

Peux-tu préciser de quel déphasage il s'agit et comment la sortie (de quoi ?) bascule de 90° à -180 ° ? brutalement ? Avec filtrage sur la voie de référence ?

Le différentiel est un vrai diff à 2 triodes ou une triode en cathode commune seule en entrant sur sa grille et sur sa cathode ?

Dans ce dernier cas on a bien ip= S (vgk)=S (vgm-vkm) pourtant. Mais vkm n'est pas exactement égale à la tension vcr car il faut tenir compte de l'impédance interne de la triode vue sur son entrée cathode. Mais cela ne fait que de modifier légèrement le taux de retour.

Il peut y avoir des variations très rapides de phase à cause de résonances fortes et pointues mais pas de discontinuités pures.

Merci d'avance de m'expliquer un peu tes observations

Jean

[trappeur]

Salut Jean ,

Il faut finalement distinguer tous les cas , ça implique encore de sortir un peu des équations et de réfléchir au fonctionnement physique avant d'attaquer les calculs.
Je parle du cas où le différentiel est réalisé sur un seul espace grille cathode, le signal entrant sur la grille (filtré ou pas on s'en fiche pour le raisonnement) et le retour du TS (étalonné à 1/A celui là ) sur la cathode.
Il y a deux autres cas où le différentiel est construit avec deux triodes :

1. soit tu sorts le signal de correction sur une seule des deux plaques , ça implique de coupler les cathodes et de choisir la bonne plaque en fonction du schéma de ré injection de ce signal et dans ce cas tu as le même problème de déphasage max 90° qu'avec un seul espace grille cathode
   
2. soit tu sorts la correction entre les deux plaques mais la ré injection devra être symétrique , mais là tu as bien droit à 180° max  
   

Pourquoi on est limité à 90° dans le cas d'une seule triode ??
Faut jouer un peu avec les vecteurs des tensions sur la grille et la cathode .
Imaginons que sur les deux entrées grille et cathode les vecteurs tension sont très peu décalés en phase , alors cathode et grille varient dans le même sens et le signal de correction en sortie est bien une différence vectorielle.(et ça correspond bien à un problème d'amplitude que la Cdiff veut corriger)
Et ça reste vrai tant que l'écart de phase est inférieur à 90°
Mais dès que cet écart dépasse 90° , la différence vectorielle se transforme en une augmentation d'amplitude en sortie parce que maintenant les deux tensions grille et cathode varient en sens inverse.
LA correction d'amplitude va s'effectuer à l'envers et donc s'amplifier jusqu'à l'accrochage et en général ça talonne dans l'étage de réinjection et dans le différentiel.

A+

[jaja75]

Re rtappeur

Pourquoi on est limité à 90° dans le cas d'une seule triode ??
Faut jouer un peu avec les vecteurs des tensions sur la grille et la cathode .
Imaginons que sur les deux entrées grille et cathode les vecteurs tension sont très peu décalés en phase , alors cathode et grille varient dans le même sens et le signal de correction en sortie est bien une différence vectorielle.(et ça correspond bien à un problème d'amplitude que la Cdiff veut corriger)
Et ça reste vrai tant que l'écart de phase est inférieur à 90°
Mais dès que cet écart dépasse 90° , la différence vectorielle se transforme en une augmentation d'amplitude en sortie parce que maintenant les deux tensions grille et cathode varient en sens inverse.
LA correction d'amplitude va s'effectuer à l'envers et donc s'amplifier jusqu'à l'accrochage et en général ça talonne dans l'étage de réinjection et dans le différentiel.

Oui, tout à fait
Le vecteur tension cathode tourne à cause des rotations de phase de l'ampli A.

Au delà de 90° d'écart les deux vecteurs vont plutôt s'additionner, l'addition étant totale lorsque l'écart atteint 180°.

C'est exactement ce que l'on constate dans une boucle de CR classique, en reportant le "gain de boucle" beta x A sur un diagramme de Nyquist (amplitude/phase).

En CorDiff c'est un peu plus compliqué car il y a un deuxième différentiel (entrée de l'ampli A) qui reçoit le signal direct et le signal d'erreur issu du diff ci-dessus.

Les équations du gain reflètent bien cet aspect si les fonctions de transfert A, B et beta sont traitées en amplitude et en phase (vecteur).

En CorDiff on traite la stabilité en traçant la réponse amplitude phase de la chaine B x A x beta (qui peut dépendre de f aussi); plus la courbe s'approche de -1+j0 plus c'est instable; il faut "étouffer" progressivement l'amplitude du gain B x A lorsque la rotation de phase dépasse 90°, sinon saturation et accrochages dans A.

Et peu importe que la différente soit faite par un simple cathode commune, 2 triodes en différentiel ou un AOP : toute soustraction devient une addition si l'un des vecteurs a tourné de 180°, à moins d'avoir ramené son amplitude à quasi 0. Et l'effet se fait sentir dès 90°.

Merci pour tes éclaircissements.

Jean

[trappeur]

Salut Jean ,

On est d'accord sur presque tout .
Il faut tout de même distinguer tous les cas .
Deux cas sur les trois sont identiques , la triode simple et les deux triodes avec la sortie sur une seule des deux (et qui implique le couplage des cathodes )
Dans ces deux cas le differentiateur possède une entrée inverseuse et une entrée non inverseuse .
Mais le vrai étage symétrique à deux triodes avec sortie entre les plaques possède deux entrées inverseuses et je n'ai pas analyser ce cas complètement parce qu'il est trop couteux en composant
il faut au moins 4 triodes ...

A+

[jaja75]

Salut Jean ,
Mais le vrai étage symétrique à deux triodes avec sortie entre les plaques possède deux entrées inverseuses et je n'ai pas analyser ce cas complètement parce qu'il est trop couteux en composant
il faut au moins 4 triodes ...

Ah oui, sortie entre les deux plaques en vrai symétrique, d'accord j'avais pas percuté ! Oui, montage à part.

Jean