Искажения в УМЗЧ
При изготовлении и последующей проверке усилителей мощности в качестве испытательных, чаще всего, используют синусоидальный, прямоугольный и треугольный сигналы. При измерении интермодуляционных искажений берут смесь двух сигналов, например, 19 и 20 кГц. Такой комбинированный сигнал позволяет даже на слух оценить вносимые интермодуляционные искажения, так как в этом случае искажения выделяются в виде сигнала частотой 1 кГц, к которому чувствительность слуха наиболее высока. При испытаниях следует учитывать, что на биениях амплитуда сигнала удваивается.
Как показала практика при исследовании УМЗЧ, уровень нелинейных искажений (THD – Total Harmonic Distortion) лишь косвенно говорит о его качестве. Низкий уровень TDH достигается, в основном, за счет подавления низших гармоник с помощью глубокой ООС. При этом высшие гармоники, как правило, не подавляются, а чаще наоборот – возрастают, и расширяется их спектр из-за недостаточной широкополосности исходного (без ООС) УМЗЧ.
В еще большей степени этот эффект проявляется в усилителях с двухтактным эмиттерным повторителем на выходе при работе на комплексную нагрузку (без принятия дополнительных мер по снижению выходного сопротивления каскада при «обрыве» ООС), в чем и проявляется «транзисторное» звучание.
Наиболее информативным оказывается испытание УМЗЧ с помощью сигнала типа «меандр». С помощью такого сигнала можно исследовать динамические свойства усилителя и его переходные характеристики.
Для качественного воспроизведения меандра полоса пропускания усилителя должна быть как минимум в 10 раз выше частоты испытательного сигнала. Плохие динамические характеристики проявляются большим выбросом (более 3...5%) и «звоном» на «полках» испытательного сигнала при полном его размахе на выходе усилителя примерно 600 мВ.
Реальный звуковой сигнал далек по форме от любого из испытательных сигналов и носит импульсный характер. Чтобы приблизить испытательный сигнал к музыкальному, в этой статье рассмотрим специальный генератор для исследования УМЗЧ.
Схема электрическая
Схема содержит: задающий генератор частотой 4 кГц на элементах DD1.1, DD1.2; делитель на 5 на элементах DD2.2, DD1.3, DD1.4; делитель на 2 на триггерах DD3.1, DD3.2; сумматор на DA1.
Питание – двухполярное, стабилизированное. В качестве стабилизаторов используются маломощные L78L06 и L79L06.
Задающий генератор вырабатывает сигнал частотой 4 кГц (достигается подбором резистора R1). Далее этот сигнал делится на 5, и на выводе 11 DD1.4 формируются короткие положительные импульсы частотой 800 Гц. Эти импульсы поступают на делитель на 2, и на выходе DD3.1 получается меандр частотой 400 Гц.
Одновременно сигнал 4 кГц делится вторым делителем на 2, в результате получаем на выходе DD3.2 второй меандр частотой 2 кГц.
В зависимости от положения движков R4 и R5, на выходе генератора наблюдаются такие испытательные сигналы: меандр частотой 400 Гц; меандр частотой 2 кГц; комбинированный сигнал.
Если вывести регулятор R4 в верхнее по схеме положение, а резистор R5 постепенно передвигать снизу вверх, можно получить переключение сигнала частотой 2 кГц как в крайних положениях комбинированного сигнала, так и в районе перехода через ноль.
В отличие от музыкального сигнала, где картинка меняется непредсказуемо, данный сигнал повторяется и хорошо синхронизируется осциллографом, что расширяет возможности исследования поведения усилителя в переключательных режимах работы.
Для наглядности ниже приведены осциллограммы комбинированного сигнала при разных соотношениях сигналов частотой 400 Гц и 2 кГц.
Наибольшую информативность дает испытание усилителя комбинированным сигналом, у которого исходные сигналы (400 Гц и 2 кГц) равные, либо имеют небольшую разницу.
Желательно, чтобы на выходе усилителя «впадины» сигнала не доходили до нулевой линии (вторая осциллограмма) около 0,5 В, а на третьей осциллограмме переходили нулевую линию развертки примерно на 0,5 В (но не более 1 В). Такие сигналы могут быть наиболее «трудными» для усилителя с двухтактным эмиттерным повторителем на выходе, работающим в классе «АВ».
Комбинированный сигнал с малой составляющей сигнала частотой 2 кГц поможет выявить недостатки схемы при уровне сигнала на выходе, близком к ограничению. В этом случае одно из плеч выходного каскада находится в режиме отсечки или близком к нему.
Вариант печатной платы для схемы приведён ниже.