Измеритель импеданса громкоговорителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Это устройство измеряет модуль и фазу электрического импеданса громкоговорителя в полосе звуковых частот и весьма полезно для любителей звукотехники, самостоятельно конструирующих или модернизирующих громкоговорители. Знание этих параметров позволяет правильно настроить фазоинвертор, выбрать и рассчитать разделительные фильтры громкоговорителя, улучшить его фазовую характеристику.

Частотная зависимость модуля сопротивления, а также фазового сдвига между током и напряжением на катушке типовой низкочастотной головки громкоговорителя приведена на рис. 1. Импеданс ниже частоты собственного резонанса имеет индуктивный характер, при резонансе - активный, а выше его - сначала емкостный и далее с повышением частоты сигнала вновь становится индуктивным. Фазово-частотная характеристика импеданса позволяет получить дополнительные сведения, необходимые для расчета и анализа работы громкоговорителя.

Пользуясь предлагаемым здесь устройством, можно определять указанные характеристики в диапазоне частот 17,4 Гц...29,4 кГц. Пределы измерений модуля импеданса и фазового угла составляют соответственно |Z|= 0...200 Ом и f=+90°. Результаты измерения отражаются в виде напряжений постоянного тока 0...200 мВ и 0...+900 мВ, численно совпадающих с соответствующими значениями параметров. Для ускорения измерений к устройству можно подключить два цифровых вольтметра или мультиметра общего назначения. Возможно использование самописцев.

Принцип работы измерителя, схема которого приведена на рис. 2, заключается в следующем. В двух частотных диапазонах, перекрывающих всю полосу звуковых частот, генератор вырабатывает два напряжения синусоидальной формы, которые различаются по фазе на 90° (квадратурные сигналы). Один из них в виде стабильного тока подается на исследуемую нагрузку - громкоговоритель или головку, а другой, опережающий по фазе на 90°, преобразуется в сигнал прямоугольной формы - меандр. Фаза меандра является опорной для измерения сдвига фаз между синусоидальным током и напряжением на головке. При условии стабильности тока через катушку напряжение на ней пропорционально модулю импеданса.

(нажмите для увеличения)

Генератор в измерителе построен с применением ОУ и усилителя тока, управляемого напряжением (ИТУН). Для обеспечения необходимой точности установки частоты диапазон звуковых частот генератора разделен на два. Сдвоенные переменные резисторы настройки (R6 и R8) включены последовательно с ограничительными резисторами. Для них необходима экспоненциальная характеристика изменения сопротивления (группа В). С помощью переключателя SA1 выбирают диапазон частот генератора: в одном положении - 17,4...1000 Гц, в другом - 530 Гц...29,4 кГц.

В генераторе ОУ DA2.4 частотозадающими элементами являются перестраиваемый фазовый фильтр и инвертирующий интегратор на ИТУН DA1 и ОУ DA2.3, охваченных обратной связью. В интеграторе фазовый сдвиг составляет 90°, поэтому условие баланса фаз генератора выполняется, когда фазовый фильтр создает фазовый сдвиг -90°. В сумме поворот фазы составляет 0°.

Рабочая частота fG генератора определяется элементами R8, R9, C10 (или C9):

Для сохранения на выходе интегратора амплитуды колебаний в диапазоне рабочих частот его входной ток должен изменяться пропорционально частоте. Соответствующее изменение выходного тока DA1 достигается регулировкой управляющего тока ИТУН (по выводу 5) переменным резистором R6, объединенным с другим частотозадающим резистором R8.

Неидеальное согласование сопротивлений резисторов R6 и R8 в полосе частот приводит к изменению амплитуды генерируемого напряжения, но цепь авторегулирования восстанавливает ее необходимую величину. Выпрямленный диодом VD1 ток, пропорциональный амплитуде колебаний, алгебраически суммируется через резистор R12 на входе интегратора DA2.2 с током через резисторы R13, R14. С увеличением сигнала выходное напряжение интегратора DA2.2 понижается, уменьшается и ток ИТУН DA1. В результате устанавливается стабильная амплитуда колебаний, равная 2,14 В.

Корректирующий интегратор на DA2.1 выполняет функцию стабилизации режима по постоянному току, образуя цепь следящей обратной связи, и поддерживает напряжение на выходе DA2.4 с точностью нескольких милливольт.

Вырабатываемое генератором напряжение преобразуется резистором R15 в соответствующий ток нагрузки. Ввиду относительно низкого сопротивления этого резистора в сравнении с нагрузкой (Zн макс= 200 Ом), точность в диапазоне измерений параметра обеспечивает специальный преобразователь напряжения в ток: выпрямитель переменного тока на DA3 совместно с R15 действует по отношению к проверяемой головке как генератор тока.

Для пояснения на рис. 3 приведена схема источника тока Хауленда, который образован из конвертера отрицательного сопротивления (подробнее о нем можно прочитать в книге В. Л. Шило "Линейные интегральные схемы". - М: Радио и связь, 1979. - Прим. ред.).

Если

внутреннее сопротивление Ri источника и протекающий через нагрузку ток IL от источника напряжения Ue определяются из соотношений:

Если

внутреннее сопротивление Ri достигает очень большой величины.

Отметим, что описанные свойства генератора тока сохраняются и при введении в него элементов двухполупериодного выпрямителя. Так, действующее внутреннее сопротивление возрастает приблизительно до 36 кОм. Резисторы R16-R20 необходимо использовать точные (отклонение не более 1%). При самостоятельном расчете сопротивления резисторов надо принимать во внимание и R22, ориентируясь на значения коэффициентов

Для DA3 использован ОУ с высокой граничной частотой усиления, при этом частотно-зависимой ошибкой выпрямления можно пренебречь. Этот широкополосный ОУ без обратной связи имеет усиление на постоянном токе около 1500, поэтому диоды VD2 и VD3 выбраны с малым прямым напряжением. Конденсаторы С11 и С13 отделяют DA3 от диодов в цепи ООС, и напряжение смещения ОУ не влияет на результат измерения. Его входной каскад на p-n-p транзисторах имеет типовое значение тока базы IB= 2,8 мкА, что обеспечивает падение напряжения на резисторе R22 относительно выхода ОУ DA3 около 0,9 В, достаточное для поляризации танталового конденсатора С13.

Выпрямленное для измерения |ZН| напряжение снимается с катода диода VD2. Оно состоит из двух составляющих: отрицательная полуволна соответствует напряжению на нагрузке ZН, положительная полуволна напряжения усиливается в aльфа раз. Интегрирующая цепь R21C14 формирует из этого несимметричного по амплитуде переменного напряжения среднее значение UC14, которое представляет собой выходное выпрямленное напряжение (в милливольтах), численно равное модулю импеданса (в омах):

Величину фазового сдвига между измеряемым током и действующим на нагрузке напряжением определяют с помощью двух компараторов DA4 и DA5 и микросхемы DD1. Независимо от сопротивления нагрузки на резисторе R23 действует переменное напряжение, двойная амплитуда которого больше суммы действующих на диодах VD2, VD3 напряжений, поэтому компаратор DA4 четко переключается и при низкоомной нагрузке. Действующее на выходе DA2.3 синусоидальное напряжение преобразуется компаратором DA5 в напряжение прямоугольной формы.

После компараторов оба сигнала обрабатываются четырьмя параллельно включенными элементами "Исключающее ИЛИ" микросхемы DD1, напряжения питания которой равны по величине относительно общего провода. В результате после интегрирования импульсов напряжения с выходов DD1 элементами R28-R33, С19 и С20 усредненное его значение соответствует фазовому сдвигу (численно в градусах) между измеряемым током и падающим на сопротивлении ZН переменным напряжением.

Питание устройства обеспечивает отдельный блок с интегральными стабилизаторами напряжения. Он обеспечивает двуполярное относительно общего провода питающее напряжение +6,7 В с общей регулировкой величины в пределах +15%.

Для калибровки измерителя импеданса пригоден точный резистор сопротивлением 200 Ом. Тогда при частоте сигнала, например, 100 Гц резистором R14 устанавливают на нагрузке напряжение UZ= 200 мВ. Напряжение Uf нужно устанавливать только подстройкой напряжения в блоке питания. Цепь R24C16 компенсирует некоторый фазовый сдвиг, вызываемый активным выпрямителем на DA3. Вследствие этого установку подстроечного резистора R24 на высоких частотах производят так, чтобы для безындуктивного резистора эквивалента нагрузки фазовый сдвиг отсутствовал (f=0°).

Для калибровки фазометра временно связывают выходы обоих компараторов с шиной питания -6,7 В и движок подстроечного резистора R33 устанавливают в положение, при котором получается Uf =-900 мВ.

О возможности замены элементов прибора.

Микросхему ОУ TL084 допустимо заменить TL074, TL082 или отечественной К574УД2 (две последние микросхемы содержат по два ОУ в корпусе). В качестве усилителей и компараторов DA3-DA5 можно использовать микросхему К1401УД6, содержащую по одному ОУ и компаратору. Впрочем, компараторы LM311 заменяемы другими, имеющими выход с открытым коллектором - LM306, LM393, К554СА3, КР521СА3. ОУ ЕL2044CN можно заменить другим широкополосным; входной каскад большинства таких ОУ выполнен на транзисторах структуры n-p-n и поэтому потребуется изменить полярность включения конденсатора С13.

Диоды VD1-VD3 (с барьером Шоттки) имеют пониженное напряжение в прямом включении; их заменяют КД922(А-В), КД523А. Впрочем, если широкополосный ОУ DA3 имеет усиление более 5000, допустимо применить диоды серий КД503, КД518, КД520.

CD4030 имеет отечественный аналог К561ЛП2. В выпрямителе БП возможно использовать диоды КД521, КД522 с любым индексом и микросхему регулируемого двухполярного стабилизатора напряжения КР142ЕН6 (NE5554).

Отметим также, что в качестве генератора квадратурных сигналов пригоден почти любой функциональный генератор, содержащий в своей структуре интегратор и преобразователь треугольного сигнала в синусоидальный с выходным сопротивлением не более 50 Ом.

Автор: Kuhle H. Messchaltung fur Lautsprecher. - Radio Fernsehen

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Солнечные панели как обязательный архитектурный элемент 08.05.2025 На фоне обостряющихся климатических вызовов и энергетического кризиса, Великобритания предпринимает решительные шаги к снижению выбросов углекислого газа и укреплению своей энергетической независимости. Одной из ключевых мер на этом пути станет обязательная установка солнечных панелей на крышах всех новых жилых домов в Англии, начиная с 2027 года. Эта инициатива отражает стремление властей к устойчивому развитию, несмотря на внутренние споры и политические разногласия. Правительство планирует законодательно обязать застройщиков внедрять солнечные технологии при строительстве нового жилья. Эта мера станет частью более широкой программы по повышению энергоэффективности жилого фонда страны. Несмотря на то что установка панелей увеличит стоимость строительства на 3000-4000 фунтов стерлингов (примерно 4000-5000 долларов), ожидается, что такие расходы быстро окупятся за счет значительной экономии на электроэнергии - более 1000 фунтов (около 2000 долларов) в год для одного домохозяйства. Планы по переходу к экологически чистой энергетике не ограничиваются только новыми постройками. Власти готовят специальные гранты и кредиты, профинансированные государством, чтобы стимулировать владельцев существующих домов переходить на солнечные технологии. Это решение также будет способствовать общенациональной цели - полной декарбонизации электросети к 2030 году, о чем заявили представители Лейбористской партии. Кроме того, партия пообещала построить 1,5 миллиона домов до завершения работы нынешнего парламента. Несмотря на масштабность проекта, не все в политических кругах поддерживают эти усилия. Бывший лидер лейбористов Тони Блэр выступил с резкой критикой инициатив, заявив, что такая климатическая политика "нерациональна" и не принесет реального эффекта на глобальном уровне, в то время как потребует значительных финансовых жертв от британских граждан. Его позиция, тем не менее, резко контрастирует с заявлением действующего премьер-министра Кейра Стармера, который нацелен на последовательную реализацию политики нулевых выбросов. Представители правительства утверждают, что солнечные панели должны стать неотъемлемой частью архитектурного облика будущего. Эта технология рассматривается не только как средство снижения нагрузки на сеть и сокращения выбросов, но и как элемент экономической стабильности для населения. Стандарты будущего жилья будут включать требования по обязательной установке солнечных модулей, а окончательные правила будут представлены позже, по мере завершения разработки документации. Климатические активисты также поддержали новую политику. Лили-Роуз Эллис, представительница организации Greenpeace UK, отметила, что Великобритания слишком долго игнорировала потенциал бесплатной солнечной энергии. По ее словам, теперь у жителей новых домов появится реальный шанс не только сократить свои счета, но и внести вклад в общее дело борьбы с изменением климата.

Другие интересные новости:

▪ LTE-модемы Intel

▪ Заботливого робота можно полюбить

▪ USB будильник

▪ Мышечный тонус без физической активности

▪ Компьютерные дисплеи вместо очков и контактных линз

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инфракрасная техника. Подборка статей

▪ статья Джордж Элиот (Мэри Энн Эванс). Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто нашел украденный трофей для чемпионата мира по футболу 1966 года? Подробный ответ

▪ статья Лесной орех. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Медицинский транзисторный термометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бесконечное движение. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025