Измерить параметры УЗЧ – это просто! Часть 1

Для этого вам понадобятся:

1. Генератор сигналов низкочастотный Г3-118, или Г3-102;

2. Генератор импульсов Г5-63;

3. Осциллограф;

4. Милливольтметр В3-41, или подобный;

5. Компьютер со звуковой картой;

6. Эквивалент нагрузки.

Опишу, как этот процесс организован у меня. Дело было году этак в 2016. Средств для приобретения дорогой звуковой карты у меня не было, поэтому я купил с рук Creative Sound Blaster Live! 5.1 (SB0220). Из старого «железа» собрал компьютер, установил в него купленную звуковую карту (далее ЗК), поставил программу Spectra Lab. Далее, нашел в Интернете описание настроек. Ниже покажу вам снимки экрана, как это выглядит на моем рабочем ПК.

У меня на всех снимках экрана присутствует окно генератора сигналов и окна измеренных значений. У вас их сначала не будет, их нужно будет включить, о чем я расскажу чуть позже.

Рис.1. Выбираем звуковую карту (опции / устройства).

Рис.2. Делаем базовые установки исходя из параметров ЗК.

Рис. 3. Выполняем процесс калибровки (опции / калибровка).

Перед этим не забудьте выставить уровни в микшере ЗК. Регуляторы тембра ставите на 50%, или вообще отключаете, в зависимости от того, какой у вас интерфейс настроек. У меня регулятор «Wave/MP3» стоит на максимуме, регулятор уровня записи и общего уровня – в среднем значении, остальные регуляторы – на ноль. Нужно, чтобы уровень сигнала не превышал допустимого предела для ЗК (2В(rms)). Ориентироваться можно по индикатору уровня в левом нижнему углу программы. Для калибровки нужно подать на вход ЗК сигнал частотой 1кГц и уровнем 1В(rms). Для этого понадобится генератор низкой частоты и милливольтметр.

Рис.4. Настройки окна измерений (опции / спектр).

Настройку окна измерений спектра сигнала проводите, как показано на рис.4.

Рис.5. Выбор утилит.

Далее отключаете генератор и соединяете вход и выход звуковой карты между собой. Затем идете в закладку «Утилиты» и ставите галочки, как показано на рис.5. После этого появится окно генератора и окна измеренных значений. В настройках генератора выбираете «1kHz Tone». Закрываете окно утилит, нажимаете «Run» и любуетесь спектром вашей ЗК, как показано на рис.6.

Рис.6. Спектр звуковой карты.

Измерим АЧХ звуковой карты.

Рис.7. Учимся измерять АЧХ.

Нажимаете «Stop» и в настройках генератора выбираете «Freq Sweep». В появившемся окне выставляете все так, как показано на рис.7. Закрываете это окно и ставите галочку «Peak Hold» в верхней части основного окна. В утилитах отключаете «THD», нажимаете «Run» и любуетесь АЧХ вашей ЗК, как показано на рис.8.

Рис.8. АЧХ ЗК.

Теперь нажимаете «Stop», разъединяете вход и выход ЗК, и собираете схему, показанную на рис.9.

Рис.9. Схема эквивалента нагрузки УЗЧ.

У меня итог этой операции выглядел так (см. рис.10, рис.11).

Рис.10.

Рис.11.

Собирал из того, что было под рукой. Сопротивление нагрузки для каждого канала – 4.Ом. Площади двух радиаторов вкупе с активной системой охлаждения вполне хватает, чтобы рассеивать 200Вт (100Вт на один канал) в долговременном режиме, что для большинства бытовых УЗЧ достаточно. Максимальная кратковременная рассеиваемая мощность составляет 300Вт (150Вт на один канал). Светодиоды помогают очень быстро понять наличие сигнала, или постоянной составляющей на выходе усилителя.

Далее, подключаете эквивалент нагрузки к клеммам для подключения АС, расположенным на корпусе УЗЧ, и ко входу звуковой карты. Выход звуковой карты соединяете со входом УЗЧ. Форму сигнала на эквиваленте нагрузки контролируем осциллографом. В итоге процесс измерения параметров УЗЧ будет выглядеть примерно, как на рис.12.

Рис.12.

Возможные вопросы и ответы:

1. Почему вы рекомендуете генераторы Г3-118, или Г3-102?

Потому что они имеют низкое значение коэффициента гармоник выходного сигнала, особенно Г3-118.

2. Почему бы не расписать более подробно процесс настройки программы?

В Интернете есть масса информации по настройке этой программы с подробнейшими описаниями процесса. Смысла в ее повторении нет.

3. Почему эквивалент нагрузки сделан не по схеме из соответствующего ГОСТ?

Потому что описанные измерения предназначены для оценки параметров ремонтируемых промышленных УЗЧ с любительской точностью. Для этой цели вполне подходит резистивный эквивалент нагрузки без имитации реактивной составляющей. При разработке собственных конструкций УЗЧ, комплекс испытаний с имитацией реактивной составляющей нагрузки необходим.

4. Можно ли считать измерения при помощи программы Spectra Lab профессиональными?

Нет, т.к. с учетом частотного диапазона АЦП большинства звуковых карт и возможностей программы, оценить уровень гармонических составляющих на частотах выше 20кГц не получится. Для профессиональных измерений используются комплексы типа Audio Precision System One.

5. Какие искажения измеряет Spectra Lab?

Коэффициент гармоник Кг, или суммарный коэффициент гармонических составляющих (total harmonic distortion - THD), а также коэффициент интермодуляционных искажений (IMD). Коэффициент гармоник и коэффициент нелинейных искажений (КНИ) – это не одно и то же. Они связаны между собой следующим соотношением:

Продолжение следует…