Лабораторія ірбіcов - м’якою ходою до вершин знань і майстерності

Для того, щоб швидко перевірити працездатність УЗЧ і оцінити його характеристики, ми повинні будемо на його вхід подати сигнал напруги певної форми і величини, а на виході (працюючим на еквівалент навантаження Rн) за допомогою осцилографа спостерігати те, що творить з тестовим сигналом наш поки ще «темний ящик» - підсилювач. Для наочності покажу схему вимірів:

Малюнок 1 - Схема вимірювань

Як еквівалент навантаження Rн потрібно використовувати потужний резистор навантаження, наприклад типів: С5-35В (ПЕВ), С5-36В (ПЕВР), SQP і т.п. або кілька з'єднаних між собою таких резисторів із загальним опором, рівним номінальним опору навантаження підсилювача, тобто гучномовців або акустичних систем і загальною потужністю, більшою (з запасом) максимальної потужності підсилювача. Не забуваємо про те, що при великих потужностях навантажувальні резистори досить сильно нагріваються, а також, при недостатньому перерізі, нагріваються дроти, якими еквівалент навантаження підключається до підсилювача.

Значить, про прожарно-пожежної небезпеки я попередив, ще зауважу, що ручки регулювання тембру підсилювача, якщо такі є, необхідно встановити в середнє положення, а регулятор гучності - в положення, що відповідає максимальному посиленню сигналу, тобто максимальній гучності. Тепер переходимо безпосередньо до перевірки підсилювача (зрозуміло, переходити від випробування до випробування потрібно лише тоді, коли виявлені і усунені «болячки» і їх причини):

1 Перевірка симетричності вихідного сигналу і спотворень типу "сходинка"

Дана перевірка дозволяє оцінити справність вихідних каскадів УЗЧ, правильність вибору їх початкового зсуву і струму спокою, якість міжкаскадні розділових конденсаторів. Використовуємо синусоїдальний сигнал частотою 1000 Гц величиною, рівною номінальному вхідній напрузі для даного входу підсилювача або його каскаду:

Малюнок 2 - Синусоїдальний сигнал

На наведених нижче осцилограмах показані спотворення типу «сходинка», що виникають в двотактних ( "пушпульний") схемах через неправильну установку струму спокою або початкового зсуву:

Малюнок 3 - Коефіцієнт нелінійних спотворень (КНС) приблизно 5-8%

КНІ менше 5-8% спостерігати на осцилографі практично неможливо. Для вимірювання менших значень КНІ використовуються вимірювачі нелінійних спотворень або генератор з селективним вольтметром.

Примітка: «КНІ» - більш звичний, але застарілий термін. Зараз використовуються терміни «КГ» - коефіцієнт гармонік і «THD» - коефіцієнт загальних гармонійних спотворень, по суті, означають те ж саме.

Малюнок 4 - КНІ близько 10-15%

Малюнок 5 - КНІ більше 20%

Далі вже інша історія - несправний один або кілька елементів вихідного каскаду підсилювача класу B або AB:

Малюнок 6 - Несправні ланцюги «нижнього» плеча, тобто в області негативного харчування

Малюнок 7 - Несправні ланцюги «верхнього» плеча, тобто в області позитивного харчування

Подібне можна спостерігати і при неправильній установці робочої точки в підсилювачах класу А.

Тепер перевіряємо симетричність вихідного сигналу, для чого плавно збільшуємо напругу на виході генератора (не забуваємо про його максимальну величину для даного входу підсилювача!) І дивимося, що у нас твориться на екрані осцилографа:

Малюнок 8 - Симетричне обмеження зверху і знизу

На осциллограмме, представленої на малюнку 8 - все нормально, обмеження зверху і знизу настало одночасно. На осцилограмах рис. 9 і 10 - у нас відповідно переважило «позитивне» або «негативне» плече підсилювача:

Малюнок 9 - Обмеження зверху

Малюнок 10 - Обмеження знизу

тут слід переконатися в правильності напруг харчування і якості міжкаскадні розділових конденсаторів - можливо, вони мають витік, а в разі електролітичних - перевірити полярність їх включення, внаслідок чого в сигналі може бути присутнім постійна напруга.

Ось, буквально за допомогою одного виміру, скільки ми вже виявили «болячок» підсилювача. Але ж ці «болячки» крім того, що спотворюють звук, можуть вивести з ладу гучномовці та іншу частину схеми.

2 Перевірка АЧХ і стійкості підсилювача до самозбудження

Для цієї перевірки нам буде потрібно прямокутний сигнал у вигляді меандру (тобто тривалість імпульсу становить половину тривалості періоду їх слідування):

Малюнок 11 - Сигнал прямокутної форми (меандр)

Чому меандр? Та тому, що даний сигнал містить практично всі частоти (гармоніки), кратні його основній частоті, що дозволяє перевірити УЗЧ відразу в широкій смузі частот:

Малюнок 12 - Швидкий спад АЧХ підсилювача

Швидкий спад АЧХ УЗЧ (рисунок 12) може бути викликаний багатьма причинами: малий динамічний діапазон підсилювача або, навпаки, великий вхідний сигнал, також це може мала швидкість наростання сигналу і т.д.

Малюнок 13 - Дуже сильний спад АЧХ в області нижніх частот (НЧ)

Якщо ми отримали на виході підсилювача приблизно такий вигляд сигналу, то це свідчить про недостатню ємності міжкаскадні і вихідних розділових конденсаторів. Знайти такий конденсатор досить просто: перемикаємо щуп осцилографа з виходу даного конденсатора на його вхід. Якщо справа саме в цьому конденсаторі, картинка на екрані осцилографа придбає приблизно такий вигляд, як на малюнку 14 (скоси вершин повинні зменшитися):

Малюнок 14 - Сильний спад АЧХ в області НЧ

Малюнок 15 - Випереджаючий фазовий зсув

Вид осцилограми на малюнку 15 вказує на випереджаючий фазовий зсув вихідного сигналу. У деяких випадках це дуже важливо. Такий же вид осциллограмма матиме і при «завалі» підсилювачем нижніх частот (будуть більш помітні заокруглення вершин імпульсів - см. Попередні малюнки). Якщо ж у нас «завалені» верхні частоти (ВЧ), осцилограма буде виглядати приблизно так:

Малюнок 16 - Спад АЧХ в області ВЧ

Вид вихідного сигналу, як на наступному малюнку, означає повну відсутність верхніх частот:

Малюнок 17 - Спад АЧХ в області СЧ і ВЧ

Якщо ж ми маємо тільки верхні частоти, тобто нижні і середні (НЧ і СЧ) відсутні, то осциллограмма буде виглядати приблизно так:

Малюнок 18 - Спад АЧХ в області НЧ і СЧ

Мала величина постійної часу (R • C) міжкаскадні розділових конденсаторів додасть вихідному сигналу такий вигляд:

Малюнок 19 - Недостатня ємність розділових конденсаторів (спад АЧХ в області НЧ)

Ого! Схоже, останні дві осцилограми десь ми вже бачили. Ну, да, ми як раз з них і почали розмову про використання сигналу прямокутної форми для перевірки УЗЧ.

Малюнок 20 - Локальний провал АЧХ

Локальні провали в АЧХ виникають через наявність «фільтрів-пробок», тобто резонують ланцюгів на певні смуги частот на шляху проходження сигналу. Це може бути викликано різними причинами: від якості радіодеталей до помилок в схемі і монтажі.

Ну ось. З «завалами» або спадами АЧХ розібралися, рухаємося далі. Тепер черга з'ясовувати несанкціоновані підйоми АЧХ або «порушити» підсилювача:

Малюнок 21 - Підйом АЧХ в області НЧ (відстає фазовий зсув)

Аналогічна картина виходить і при відставанні фази вихідного сигналу (нахили вершин імпульсів без помітних заокруглень). На малюнку 22 показана осцилограма для випадку сильного підйому нижніх частот:

Малюнок 22 - Сильний підйом АЧХ в області НЧ

У разі сильного підйому верхніх частот, ми будемо спостерігати приблизно таке:

Малюнок 23 - Сильний підйом АЧХ в області ВЧ

Сильні підйоми АЧХ - штука, що межує з самозбудженням підсилювача, а тому залишати їх без уваги не слід.

Малюнок 24 - «Дзвін», тобто збудження на піках сигналу в ВЧ-області

Малюнок 25 - Локальний підйом АЧХ

Осцилограми на малюнках 24 і 25 показують, що в ланцюгах підсилювача є резонують ланцюга, що створюють локальні піки в АЧХ. Розглянувши більш уважно коливання (застосувавши «розтяжку» імпульсу або більш високу швидкість розгортки осцилографа), викликані цими ланцюгами, можна визначити їх резонансну частоту і вжити заходів щодо їх усунення, інакше ваш УЗЧ порушуватиметься, тобто свистіти, пихкати і кукурікати.

Зрозуміло, часто має накладення друг на друга декількох факторів, що впливають, тому рекомендується перевіряти підсилювач покаскадно, починаючи з вихідного каскаду. Рухаючись від хвоста до голови і усуваючи по ходу справи причини, що заважають нам слухати неспотворений звук, в кінці роботи ми отримаємо повністю працездатний підсилювач.

А тепер, надивившись картинок, починаємо думати і усувати причини спотворень форми сигналу, а отже і звуку. Підсилювач повинен посилювати, а не спотворювати!

Обговорення статті на форумі