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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Предложен способ охлаждения Земли 20.04.2019 Все больше экспертов предполагают, что последствия глобального потепления могут быть катастрофическими для человечества, а некоторые предлагаемые сегодня способы борьбы могут сами по себе таить опасность. Ученые Калифорнийского института планетарных исследований (США) придумали неожиданный способ спасения человечества с помощью соли. Ученый Роберт Нельсон предположил, что распыление соли в верхних слоях тропосферы могло бы стать эффективным решением проблемы. Эта мера могла бы "охладить" Землю, при этом не создав для нее угрозы. Ее мелкие частицы могли бы привести к тому, что поверхности нашей планеты достигало бы меньше инфракрасных лучей от Солнца. Планета, таким образом, меньше бы нагревалась, что привело бы к замедлению процесса глобального потепления. Компьютерная модель, построенная учеными, как сообщается, продемонстрировала, что такой способ, потенциально, мог бы оказаться вполне эффективен.

Другие интересные новости:

▪ Новый прибор 103/4/5 для измерения уровня радиочастотного поля

▪ Глаза моли помогут рентгенологии

▪ Транзисторы размером 1 нанометр

▪ Солнечные панели из дешевого сырья

▪ Нашей эре дали новое название

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта История техники, технологии, предметов вокруг нас. Подборка статей

▪ статья Юноша бледный со взором горящим. Крылатое выражение

▪ статья Почему копилки для денег принято делать в форме свиньи? Подробный ответ

▪ статья Боярышник однопестичный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Мерсеризация бумажной ткани и пряжи. Простые рецепты и советы

▪ статья Появление бочки с водой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026