Испытания усилителей низкой частоты (УНЧ)

Определение номинальной выходной мощности

Определение номинальной выходной мощности требует применения генератора НЧ (400 или 1000 Гц), вольтметра переменного тока и измерителя нелинейных искажений. Кроме того, надо знать величину полного сопротивления нагрузки Zн усилителя на частоте 400 Гц. Если усилитель работает на один громкоговоритель, то в качестве Zн можно принять сопротивление его звуковой катушки постоянному току, увеличенное на 20%.

При наличии нескольких громкоговорителей, присоединенных к одной и той же обмотке выходного трансформатора, определяют общее сопротивление их звуковых катушек и результат также множат на 1,2. Если громкоговорители подключены к различным обмоткам, то их сопротивления следует пересчитать к одной из обмоток, на концах которой предполагается контролировать выходное напряжение, и сложить по закону параллельного сопротивления. Если имеются высокочастотные громкоговорители, включенные через конденсаторы, срезающие низшие частоты, то их в расчет принимать не надо.

Рис. 1. Схема соединения при определении номинальной выходной мощности

На вход усилителя низкой частоты (на гнезда звукоснимателя радиовещательного приемника) подается чисто синусоидальный сигнал частотой 400 или 1000 Гц от высококачественного измерительного генератора низкой частоты, обладающего коэффициентом нелинейных искажений Кн не более 0,5-1%. Напряжение этого сигнала постепенно повышают, все время определяя Кн на выходе испытуемого усилителя. Когда Кн достигнет обусловленной для аппарата данного класса величины, отсчитывают по вольтметру напряжение на нагрузке Uвых и рассчитывают номинальную выходную мощность по формуле:

Определить номинальную выходную мощность можно также по характеристике нелинейных искажений, построение которой описано ниже. Если значение Кн, при котором следует находить номинальную выходную мощность испытываемого аппарата, неизвестно, то можно принять его равным 10%.

При отсутствии измерителя искажений определение номинальной выходной мощности затруднено, но с некоторым приближением для исправных усилителей можно считать, что в среднем при Кн = 10% выходная мощность составляет 60% от максимально возможной мощности. Таким образом, определив наибольшую выходную мощность при заведомо большом выходном напряжении, можно принять номинальную мощность равной 0,6 этой предельной.

Нормальная выходная мощность

Ее величина рассчитывается по полученному значению номинальной выходной мощности Рвых

Рнорм = 0,1 Рвых

При нормальной выходной мощности напряжение на нагрузке составляет 0,316 величины, измеренной в режиме номинальной выходной мощности. При этом уровне выходного сигнала определяется большинство качественных характеристик усилителей и приемников.

Характеристика нелинейных искажений

Характеристика нелинейных искажений определяется при помощи того же комплекта приборов, что и номинальная выходная мощность (рис.2).


Рис. 2а. Определение Кн в зависимости от выходной мощности Р
Рис. 2б. Определение Кн в зависимости от частоты (при 0,1Рвых)
  1. Генератор НЧ
  2. Усилитель низкой частоты
  3. Измеритель нелинейных искажений
  4. Измеритель выхода

Различают два типа таких характеристик: зависимость коэффициента нелинейных искажений Кн от выходной мощности Р и зависимость коэффициента нелинейных искажений Кн от частоты (измерения проводятся в режиме нормальной выходной мощности). Получение характеристик обоих типов показано на рис.2.

О нелинейных искажениях можно также судить по показаниям осцилографа, развертывая на его экране напряжение, получающееся на выходе усилителя при подаче на вход последнего синусоидальных колебаний от звукового генератора (рис.3). При всех осцилографических исследованиях надо сначала проверять на осцилографе форму подаваемых от генератора колебаний, чтобы в случае неисправности генератора не отнести искажения кривой тока на счет исследуемого аппарата.

Рис. 3. Применение осцилографа для исследования нелинейных искажений

  1. Генератор НЧ
  2. Приемник или УНЧ
  3. Исследование формы кривой напряжения
  4. Исследование формы кривой тока
  5. Синхронизация
    Зв - вход звукоснимателя
    А - искажения незаметны Кн < 3%
    Б - незначительные искажения Кн = 3-7%
    В - заметные искажения Кн = 10-15% и больше

Исследование нелинейных искажений в зависимости от частоты сигнала надо производить при установке регуляторов тембра в положения, обеспечивающие наибольшую равномерность частотной характеристики.

Снятие амплитудной характеристики усилителя НЧ

Снятие этой характеристики (рис.4) также позволяет судить о нелинейных искажениях, но не требует применения измерителя нелинейных искажений.

Рис. 4. Снятие амплитудной характеристики

    А - генератор НЧ (1 - регулятор выхода)
    Б - УНЧ или приемник (Зв - гнезда звукоснимателя)
    В - измеритель входного сигнала
    Г - измеритель выхода

Амплитудная характеристика выражает зависимость выходного напряжения от входного и снимается при частоте сигнала 400 или 1000 Гц. Точка, в которой заканчивается прямолинейный восходящий участок, ограничивает область выходных напряжений, где нелинейные искажения имеют малую величину. При снятии амплитудной характеристики регулятор громкости устанавливается в положение наибольшего усиления.

Снятие частотной характеристики

Снятие частотной характеристики поясняет рис.5. Регулятор громкости при этом должен быть установлен в положение наибольшей громкости, а регуляторы тембра - на пропускание полной полосы частот.

Рис. 5. Снятие частотной характеристики УНЧ

  1. Генератор НЧ
  2. Контроль напряжения на входе для получения на выходе 0,1Рвых
  3. УНЧ или приемник
  4. Измеритель выхода
    а - регуляторы тембра в положениях самой широкой полосы пропускания
    б - регуляторы тембра в положениях самой узкой полосы пропускания

Установив частоту звукового генератора 400 или 1000 Гц, подводимое ко входу усилителя напряжение подбирают регулятором уровня генератора так, чтобы на выходе усилителя получилась нормальная выходная мощность, вольтметр на выходе при этом должен показывать напряжение:

, где Рвых - номинальная выходная мощность при Кн = 10%.

По измерителю выхода звукового генератора замечают, какой при этом потребовался уровень сигнала. Поддерживая этот уровень, перестраивают генератор в диапазоне частот от 20-30 Гц до 15-20 кГц и отмечают, как изменяется при различных частотах напряжение на выходе усилителя. По полученным данным строят график, по горизонтальной оси которого откладывают частоты, а по вертикальной - выходные напряжения или мощности (рис.5).

Весьма распостранено вертикальную ось градуировать в децибелах, причем уровень на частоте 400 или 1000 Гц обозначают нулем, вверх от него откладывают положительные значения уровней + дБ, а вниз - отрицательные - дБ. Для определения эффективности регуляторов тембра аналогично снимают частотные характеристики при крайних и нескольких промежуточных положениях этих регуляторов.

Полоса пропускаемых частот

Полоса пропускаемых частот обычно отсчитывается на уровне -6 дБ, т.е. при ослаблении усиления крайних частот по напряжению в два раза по сравнению с усилением на частоте 400 или 1000 Гц. Ее легко определить из частотной характеристики усилителя. На рис.5 обозначена буквой П.

Чувствительность усилителя

Чувствительность усилителя (чувствительность приемника с гнезд звукоснимателя) определяется напряжением сигнала при частоте 400 или 1000 Гц, которое необходимо подать на вход усилителя НЧ для получения номинальной выходной мощности (рис.6).

Рис. 6. Измерение чувствительности УНЧ или приемника (с гнезд звукоснимателя)

  1. Генератор НЧ
  2. Регулятор выхода
  3. УНЧ или приемник
  4. Измеритель выхода

Это напряжение обычно составляет десятые или даже сотые доли вольта, а в некоторых случаях - единицы миливольт, и тогда непосредственно измерить его трудно. В этом случае напряжение ко входу усилителя подают с помощью точного делителя напряжения, составленного из известных сопротивлений, или через понижающий трансформатор с известным коэффициентом трансформации и измеряют напряжение до делителя или трансформатора. Зная, во сколько раз уменьшено подведенное ко входу усилителя напряжение, легко определить и чувствительность усилителя.

При измерении чувствительности регулятор громкости должен быть поставлен в положение наибольшей громкости, а регуляторы тембра - на полную полосу пропускаемых частот. Напряжение на выходе в соответствии с номинальной выходной мощностью должно быть:

Характеристика регулятора громкости

Характеристика регулятора громкости выражает зависимость коэффициента усиления усилителя от угла поворота рукоятки регулятора громкости. Обычно хорошие регуляторы громкости обладают очень широкими пределами изменения коэффициента усиления и снять их характеристику при неизменном входном напряжении не удается. Поэтому на практике, меняя положение регулятора громкости, одновременно изменяют и подводимое от генератора НЧ напряжение, поддерживая неизменным (нормальным) выходное напряжение усилителя.

Полученные таким способом значения входного напряжения для различных положений регулятора громкости пересчитывают затем в децибелы, принимая за 0 дБ входное напряжение в положении максимального коэффициента усиления. Рассчитанные для остальных точек значения децибел берут со знаком минус и строят кривую типа показанной на рис.7а.

Рис. 7. Характеристики регулятора громкости

Измерения проводят на частоте 400 или 1000 Гц. Если регулятор громкости тонкомпенсированный, то для каждого из выбранных его положений снимают частотную характеристику и все полученные характеристики наносят на одну координатную сетку, смещая их относительно друг друга на величину ослабления, даваемого регулятором на частоте 1000 Гц (рис.7б). При снятии характеристик тонкомпенсации регуляторы тембра предварительно устанавливают в такие положения, при которых частотная характеристика, соответствующая максимальному усилению, имеет наиболее протяженный участок (характеристика 0 дБ на рис.7б).

В.К. Лабутин. "Книга радиомастера". 1964 год