Измерване на характеристиките на усилвателя - Методи и средства за измерване
Съдържание на лекцията: - измерване на амплитудно-честотни характеристики; коефициент на нелинейно изкривяване. Цели на лекцията: - да се проучат методите за измерване на характеристиките на усилвателя в системата за сертифициране на продукти.
Всеки електронен усилвател трябва да има сертификат за съответствие. Този документ трябва да посочи чувствителността, честотната лента, изходната мощност и THD.
За да се оцени качеството на звука на усилвателя, неговата честотна характеристика се взема при изходна мощност, която е много по-малка от номиналната. Това се постига чрез подаване на ниво на сигнала към входа на усилвателя 3-10 пъти по-ниско от изчисленото. Този режим на работа на усилвателя е настроен така, че възможните блокажи и повишения на честотната характеристика да не се изглаждат от появата на нелинейни изкривявания. За повечето UZCH при възпроизвеждане на запис входното напрежение е 100 - 250 mV, а от входа на микрофона UZCH - 1-2 mV.
За да се определи областта на линейния режим на работа на усилвателя, се взема амплитудната характеристика, която е зависимостта на изходното напрежение от входа. Обикновено амплитудните характеристики на UZCH се вземат при честота от 1000 Hz, тъй като в тази точка на усиления честотен диапазон усилването е максимално.
За да се премахне амплитудната характеристика, към входа на усилвателя се подава напрежение с различни амплитуди и изходното напрежение се измерва с помощта на електронен волтметър или градуиран осцилоскоп. Входното напрежение се увеличава, докато изходното напрежение на усилвателя стане 1,5 пъти по-високо от номиналната стойност или до момента, в който изходното напрежение спре да се увеличава. От получените стойности се изгражда зависимост. Амплитудната характеристика на UZCH е показана вфигура 8.1.
Таблица 10.1 - Честотна лента
Долна гранична честота fn, Hz
Горна гранична честота fv, kHz
Излъчване на дълги, средни и къси вълни
Излъчване на VHF
Средно качество на аудио запис и възпроизвеждане
Нека обясним технологията за получаване на амплитудно-честотната характеристика на изследвания, например, междинен честотен усилвател (IFA) с помощта на осцилоскоп и честотен генератор (SFC). Функционалната диаграма на измерването е показана на фигура 8.2.
Поддържайки постоянно ниво на сигнала на входа на усилвателя, GKCh променя честотата в двете посоки от контролната честота от 1 kHz. На ELO екрана се наблюдава осцилограма - графика на амплитудно-честотната характеристика.
Нормализираните стойности на усилване, изразени в децибели Kn(f) = 20 lg (Kf / K f=1 kHz) се четат по оста y. В посока на намаляване на честотите, контролните точки се вземат първо след 100, а след това след 50 и 25 Hz. В посока на увеличаване на честотите, контролните честоти се вземат след 2,5--5 kHz, усилването при честоти от 25 Hz и 20 kHz се проверява само за висококачествени усилватели. Измерете едновременно изходното напрежение на всяка от тези честоти. Според получените резултати от измерването се изгражда амплитудно-честотната характеристика на UZCH. Реалната честотна характеристика на усилвателя, като се вземат предвид акустичните системи, има формата на крива 4 (Фигура 8.4).
Честотната характеристика и допустимото честотно изкривяване определят честотната лента на усилвателя. Например за мрежови радиоприемници от клас II честотната лента е 100-10000 Hz, а за усилватели на транзисторни приемници с малък размер - 200-3500 Hz.
Нека разгледаме как формата на амплитудно-честотната характеристика влияе върху качеството на възпроизвеждане на аудио сигнали.
Честотните изкривявания в областта на екстремните честоти на звука субективно се възприемат от ухото като влошаване на качеството на звука: блокировките при честоти от 2-3 kHz и повече правят звука тъп, влошават разбираемостта на речта, прекомерното усилване води до подчертаване на съскащи и свистящи звуци и неестествено груб звук на музика, който дразни ухото. Честотните изкривявания в честотния диапазон от 100-200 Hz и по-долу нарушават красотата на тембъра, а прекомерното им усилване предизвиква усещане за неприятен бумтящ звук. Наричат се нелинейни изкривявания на формата на вълната на изходния сигнал поради нелинейността на елементите на ултразвуковата верига. Основната причина за появата на нелинейни изкривявания в UHF е нелинейността на входните и изходните характеристики на усилвателните устройства, трансформаторите и други елементи на оборудването. В резултат на това в честотния спектър на усиления сигнал се появяват хармонични компоненти, чиито честоти са цяло число пъти по-високи от основната честота. Наличието на напрежение с тези честоти води до изкривявания на звука, които се увеличават с увеличаване на нивото на сигнала, подаван на входа UZCH.
Нелинейното изкривяване на UZCH може да се определи с помощта на специално устройство - измервател на нелинейни изкривявания (Фигура 8.5).
Устройството съдържа: усилвател Us, имащ стъпаловидно регулируемо усилване; прорезен филтър F, който пропуска всички честоти, с изключение на честотата, на която е настроен; електронен волтметър ефективна стойност EV, имаща квадратична характеристика. Показанията на волтметъра са пропорционални на корен квадратен от сумата от квадратите на всички хармонични компоненти на приложеното към него напрежение. Измерването на коефициента на нелинейно изкривяване се извършва по следния начин. Първо, изследваното напрежение Ux се прилага към волтметъра, заобикаляйки филтъра (превключватели II1 и P2 впозиция 1), а с помощта на регулируем резистор R стрелката на волтметъра се настройва на последното деление на скалата, което съответства на 100% от приложеното напрежение. След това Vx се подава към волтметъра през филтър, който потиска основната вълна (превключва в позиция 2) и филтърът се настройва за постигане на минимално показание на волтметъра. Отклонението на стрелката на волтметъра ще съответства на процентната стойност:
Вторият и третият хармоник са от практическо значение. Допустимата стойност се определя от предназначението на усилвателя. Коефициентът на нелинейно изкривяване, в зависимост от честотната лента на UZCH, се измерва при честоти 50, 100, 200, 400, 1000, 2000 и 5000 Hz.
В ултразвуковия честотен диапазон от среден клас за възпроизвеждане на реч и музика допустимият коефициент на нелинейно изкривяване е 5-7%.