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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Массовое производство биопроцессоров 28.02.2016 Биопроцессор - это SiP, способная, при наличии у устройства соответствующих датчиков, обеспечить измерения различных показателей жизнедеятельности владельца (ЭКГ, КГР, температура тела и так далее). Корейский гигант опубликовал официальный пресс-релиз, посвященный этой разработке. Компания сообщает, что этот самый Bio-Processor, скрывающийся за каталожным номером S3FBP5A, уже запущен в производство. Новая SiP содержит аналоговый интерфейс (AFE), микроконтроллер на основе процессорного ядра Cortex-M4, интегральную схему контроля питания (PMIC), цифровой сигнальный процессор (DSP) и флэш-память eFlash объемом 512 кБ. Все это позволяет решению обрабатывать сигналы с датчиков, не требуя внешних блоков обработки для каждого из них. Правда, некоторые источники почему-то утверждают, что Bio-Processor способен отслеживать упомянутые выше показатели владельца без датчиков вовсе, но это, конечно, не так. Благодаря интеграции множества блоков, разработка Samsung занимает в четыре раза меньше места, нежели распространенные ныне комбинированные решения, способные выполнять тот же круг задач. Также из пресс-релиза можно узнать точный список возможностей SiP. Итак, биопроцессор умеет измерять и фиксировать биоэлектрический импеданс, фотоплетизмограмму, электрокардиограмму, температуру кожи и кожно-гальванические реакции. В свою очередь, эти данные позволяют вычислить массовую долю жира в организме, определить ЧСС и указать уровень стресса. В готовых устройствах разработка Samsung появится в первой половине уже нынешнего года.

Другие интересные новости:

▪ Органические светодиоды резко подешевеют

▪ Стоунхендж для южного неба

▪ Лазерное ПВО Skyranger 30 HEL

▪ Охлаждающая краска для фасадов

▪ Приставка Nintendo Switch

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья Самодельный холодильник. Советы домашнему мастеру

▪ статья Какие виды спорта считаются олимпийскими? Подробный ответ

▪ статья Рабочий зеленого строительства. Должностная инструкция

▪ статья Переход от атомной энергетики к альтернативной возможен и перспективен. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Образование хлопьев при реакции марганцовки с сульфитом натрия. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026