Методы измерения основных параметров усилителя

Впервые требования к усилителям звуковой частоты были установлены стандартом ФРГ DIN 45500 в середине 60- годов. За­тем были утверждены рекомендации Международной электротехни­ческой комиссии МЭК 268-3, МЭК-581-6. Методы измерения и испытаний средства и условия измерений основных параметров усилителей установлены ГОСТ 23849-90 «Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей звуковой частоты», ГОСТ 24388 -88 (СТ СЭВ 1079-78) «Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические требования»,ГОСТ 36033 -91 «Усилители измерительные постоянного тока и напряжения постоянного тока. Общие технические требования и методы испытаний», ГОСТ 12090-80 «Частоты для акустических измерений. Предпочтительные ряды».

Основные операции проводимые при измерении основных параметров усилителя следующие:

1 Определение динамического диапазона усилителя. Схема измерений (рисунок 1.93) состоит из генератора синусоидальных сигналов, вольтметра PV1, с помощью которого контролируют напряжение на входе усилителя, эквивалента внутреннего сопротивления источника сигнала R_ист ис­пытуемого усилителя.

На выходе усилителя подключается эквивалент нагрузки активной R_h или С_н.

Рисунок 1.93 – Схема соединения для определения основных параметров

усилителя

Параллельно эквивалентной нагрузке на выходе усилителя вк­лючают вольтметр PV2, измеряющий напряжение на выходе усилителя. Для определения максимального выходного напряжения применяется осциллограф. По форме искажения сигнала определяется U_{вых. макс.} Для определения динамического диапазона усилителя, следует подать с выхода генератора сигнал с частотой 1000 Гц, на вход усилителя установки. На выходе генератора напряжения установить минимальное напряжение. Измерить напряжение на нагрузке. Строим амплитудную характеристику. (рисунок 1.94)

Рисунок 1.94. – Амплитудная характеристика усилителя.

По амплитудной характеристике определяем динамический диапазон усилителя

D = 20·lg U_{вх макс} / U_{вх мин} ; (1.94)

2 Определение номинальной мощности усилителя.

Для определения номинальной мощности усилителя применяем амплитудную характеристику усилителя (рисунок 1.94) и схему соединения приборов, приведенная на рисунке 1.95. Перегиб амплитудной характеристики

(точка а) обычно отвечает номинальной мощности, а также коэффициенту гармоники выходного напряжения, который указывается в технических условиях.

Р_ном. = U² _{вх.макс.1000} / R_н. (1.95)

где U _{вх.макс.1000} - максимальное напряжение в токе а;

R_н - сопротивление нагрузки.

3 Для определения диапазона воспроизводимых частот строят частотную

характеристику усилителя.

Рисунок 1.95 – Схема соединения для определения диапазона

воспроизводимых частот и полосы частот

Параллельно эквивалентной нагрузке на выходе усилителя вк­лючают вольтметр PV2, измеряющий напряжение на выходе усилителя. Для снятия частотной характеристики устанавливается частота генератора 1000 Гц и на вход испытуемого усилителя подается нап­ряжение, значение которого соответствует 0,3 от номинального значе­ния входного напряжения для данного усилителя. Такое входное напряжение выбирают для того, чтобы не выйти за пределы амплитудной характеристики, а следовательно, не исказить ре­зультаты измерений. Частотную характеристику усилителя измеряют при исходной мощности значительно более малой номинальный, что устраняет какие-либо перегрузки усилителя.

Если усилитель сравнительно простой и не имеет каких-либо регуляторов тембра, то регулятор громкости ставят на максимум и во время снятия частотной характеристики его положения не изменяют.

Измеряем напряжение на выходе усилителя, то есть на нагружающем сопротивлении R_н вольтметром PV2. Результаты измерения записываем в

таблицу 1.1. Изменение частоты генератора от частоты 1000 Гц и вниз до 20 Гц. После опять устанавливаем частоту на генераторе 1000 Гц (для проверки стабильности частоты) и увеличиваем частоту до 20000 Гц.

Таблица 1.2. – Частотная характеристика усилителя.

Условия измерений R_н =_____________, U_вх =________

f, Гц

Uвих, В

Uf / U1000

Uf / U1000, дБ

Строим частотную характеристику усилителя (рисунок 1.96).

Рисунок 1.96 – Частотная характеристика усилителя.

Проводим горизонтальную прямую на уровне - 3 дБ, что отвечает общепринятому допуску на неравномерность частотной характеристики. И определяем полосу пропускания П усилителя.

4 Определение чувствительности усилителя.

Под параметром «чувствительность» принято понимать то напряжение НЧ сигнала, который необходимо подать на вход усилителя, чтобы получить на нагрузке номинальную исходную мощность. Чувствительность входа определяют на частоте 1000 Гц. Регулятор громкости (усиления) при этом устанавливается в положение максимальной громкости и положение других регуляторов, соответствующем номинальным условиям.

5 Определяем пределы регулировки громкости измеряют при указанных выше условиях. Вначале измеряют напряжение на выходе усилителя. Поло­жение движка регулятора громкости изменяют в пределах плавной регулировки до тех пор, пока напряжение на входе усилителя не изме­нится скачком. Затем снова измеряют выходное напряжение.

Результаты измерения определяется значением пределы регулиро­вки громкости D_г, вычисленного в децибелах по формуле

D_г=20 lq (U_{вых max}/ U_{вых min}), (1.96)

где U_{вых max}- напряжение на выходе усилителя, когда регулятор громкости находится

в положе­нии максимальной громкости;

U_{вых min} - напряжение на выходе усилителя, ког­да регулятор громкости

находится в по­ложении минимальной громкости.

6 Определяем пределы регулятора тембра – по низшим и высшим частотам. Пределы регулировки тембра (см. рисунок 1.95) определяют на частотах указанных в технических условиях при входном напряжении, значение которого равня­ется 0,3 от номинального значения напряжения.

Частотные характеристики снимают в таких усилителях не менее три раз. Сначала оба регулятора тембра устанавливают в положения, которые отвечают наибольшему завалу крайних низших и высших частот. Полученная характеристика может иметь вид кривой, обозначенный на рисунку 1.97, цифрой 1. Потом ручка обоих регуляторов тембра возвращают в другое крайнее положение, которое отвечает максимальному низших и высших частот, а измерению делают при входном напряжении, что в десять раз (на 20 дБ) меньше номинального. Эта характеристика может иметь вид кривой 2, на рисунку 1.97. После этого ручки обоих регуляторов устанавливают в среднее положение и делают третье измерение. Если получена характеристика или отвечает близкая к кривой 3, то на этом измерению заканчивают. Если она значительно отличается от этой кривой, тогда путем проб находят такие положения ручек регуляторов, при котором характеристика выходит наиболее прямолинейной, и на ручках регуляторов делают соответствующие оценки.

Рисунок 1.97 - Частотная характеристика тембра

Из графика, рисунок 1.97 видно что для усилителя, имеющего такие характеристики, предел регулирования тембра на низких частотах f_н = 70 Гц, а на высшей, равной f_в = 7500 кГц. Регулировка тембра осуществляется в пределах +5 дБ до - 10 дБ.

Значение пределов регулировки тембра (подъёма и спада) D на частотах F_н и F_b определяют в децибелах по формуле

D_т = 20 lq(U_вых / U₁₀₀₀), (1.97)

где U_вых - выходное напряжение соответственно на часто­тах F_h и F_b при заданных положениях регу­ляторов тембра (подъёма и спада); U₁₀₀₀- выходное напряжение на частоте 1000 Гц, при Р_вых = Р_ном.

7 Коэффициент гармоник измеряют с помощью специальных при­боров - измерителей нелинейных искажений или анализаторов спек­тра (рисунок 1.95) Измерения производят на частотах, указанных техническими условиями. По шкале измерителя нелинейных искажений можно непосредственно определить коэффициент гармоник.

8 При определении коэффициента интермодуляционных искаже­ний необходимо использовать два измерительных генератора для установки частот, на которых производятся измерения. В зависимости от частотного диапазона усилителя значения этих частот указываются в нормативно-технической документации. Например, для низкочастотных усилителей, имеющих диапазон 40 Гц... 16 кГц, в соответствии с ГОСТ 23849-87 эти частоты составляют соответственно 250 Гц и 8 кГц.

Схема измерения (рисунок 1.98) состоит из генера­торов, сумматора гармоник, анализатора спектра и испытуемого усилителя.

Рисунок 1. 98 – Схема соединения приборов для измерения

интермодуляционных искажений

На выходе первого генератора устанавливается напряжение, значение которого равняется 0,8 от номинального значения напряже­ния; а на выходе второго - 0,2 ·U_ном. С помощью регулято­ра громкости в нагрузке устанавливают мощность равную номинальной. Анализатором спектра измеряют выходное напряжение при следующих комбинациях частот: (F₂+F₁), (F₂ - F_l), (F₂+2F₁),(F₂-2F1)....

Результатом измерения является значение коэффициента интер­модуляционных искажений, вычисленное по формуле

K_г = V[U_{F2 +FI} + U_F2-F1 ]²+ [U_F2+2Fl+U_F2-2Fl] ²/ U_F2· 100, %. (1.98)

Рассмотренная выше методика выполнения отдельных операций рекомендована ГОСТ 23849-87 " Аппаратура радиоэлектронная быто­вая, методы измерения электрических параметров усилителей звуковой частоты ".

Целью калибровки измерительных усилителей является определе­ние их пригодности в соответствии с заданными метрологическими характеристиками. Калибровка средств измерений, в том числе и из­мерительных усилителей, производится на основании действующей нормативно-технической документации, государственным стандартом Украины. Основополагающими документами в вопросах калибровки и испытания измерительных усилителей являются ДСТУ 3989-2000.Метрологія. Калібрування засобів вимірювальної техніки. Основні положення, організація, порядок проведення та оформлення результатів. Калибровка осущест­вляется периодически органами государственной или ведомствен­ных метрологических служб. ДСТУ 2708:2006. Метрологія. Повірка засобів вимірювальної техніки. Організація та порядок проведення. ДСТУ 3406:2006. Метрологія. Державні випробування засобів вимірювальної техніки. Основні положення, організація, порядок проведення і розгляду результатів.

Прежде чем приступить к калибровке, необходимо ознакомиться с технической документацией для данного усилителя и методикой его калибровки. После этого выбирают образцовые и вспомогательные средства измерений и решают вопрос о согласовании входных и вы­ходных параметров этих средств и испытуемого усилителя. Калибровка проводится с использованием более точных образцовых средств измерений. Минимально допустимым отношением погрешности об­разцовых и поверяемых средств считают 1:3. При выборе образцо­вого средства измерений учитывается не только его точность вооб­ще, но и оценивается степень достоверности определения погреш­ностей образцового и калиброванного средства измерений. В качестве средств измерений при калибровке измерительных усилителей исполь­зуются вольтметры, аттенюаторы, измерители нелинейных искаже­ний, анализаторы спектра, измерители частотных и переходных ха­рактеристик, измерительные генераторы. Кроме того, для калибровки усилителей выпускается установка типа К2-41, используемая в

диапазоне частот 20 Гц...200 кГц, которая позволяет устанавливать отношение напряжений от 10 до 10⁶ с относительной погрешностью измерения 0,3 %.

Калибровка усилителей состоит из внешнего осмотра, опробова­ния (проверка работоспособности), определения метрологических характеристик и параметров. Основными операциями определения метрологических характеристик и параметров являются определе­ния: погрешности коэффициента усиления на частоте F (ее значе­ние указывается в стандарте или техническом описании прибора; для низкочастотных усилителей — 1 кГц); неравномерности час­тотной характеристики относительно частоты F; коэффициента гар­моник выходного напряжения; напряжения шумов усилителя, при­веденного ко входу. Погрешность установки коэффициента усиле­ния определяется методом замещения с помощью образцового ат­тенюатора или установки К2-41 путем непосредственного отсчета

погрешности по шкале индикатора. Методика проведения других операций аналогична рассмотренным выше методам электрических измерений при испытании усилителей.

Дата добавления: 2014-01-04