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:

Плоская Вселенная не обязательно бесконечна 08.10.2026

Как устроено пространство Вселенной - один из фундаментальных вопросов современной космологии. На первый взгляд может показаться, что если пространство не имеет заметной кривизны, то оно должно простираться бесконечно во всех направлениях. Однако геометрия и топология пространства - не одно и то же, поэтому плоская Вселенная вовсе не обязана быть бесконечной. Новые результаты американских ученых позволяют увереннее говорить о геометрии космоса, но одновременно показывают, почему вопрос о его истинных размерах остается открытым. Ключом к определению геометрии Вселенной стал космический микроволновый фон (CMB) - излучение, сохранившееся с ранних этапов ее развития. Оно представляет собой своеобразный космический снимок очень молодой Вселенной, а распределение температуры в этом излучении содержит информацию о свойствах пространства, через которое свет распространялся на протяжении миллиардов лет. Анализируя характерные особенности CMB, исследователи могут проверять, соответствует ли н ...>>

Музыкальный плеер New Matter Sudo SP-01 08.10.2026

Смартфон давно объединил в одном корпусе практически все устройства, которые раньше человеку приходилось носить с собой по отдельности. Однако именно это удобство для некоторых пользователей стало недостатком: прослушивание музыки постоянно соседствует с уведомлениями, звонками и другими функциями телефона. Стартап New Matter решил обратиться к идее самостоятельного музыкального гаджета и представил портативный плеер Sudo SP-01, внешний вид которого явно отсылает к классическим iPod. Новинка получила компактный металлический корпус размером 103,5х58,6х8,5 мм. Внутри предусмотрено 64 ГБ встроенной памяти, а расширить ее можно с помощью карты microSD объемом до 1 ТБ. Таким образом, Sudo SP-01 рассчитан прежде всего на хранение крупной музыкальной коллекции непосредственно на устройстве, без необходимости постоянно обращаться к памяти смартфона или подключать внешние накопители. Одной из наиболее заметных деталей плеера стало фирменное колесо прокрутки. Оно напоминает легендарный Cl ...>>

Новая ткань одновременно охлаждает человека и получает энергию от движений 07.10.2026

Одежда обычно выполняет довольно простую задачу: защищает тело от окружающей среды и помогает поддерживать комфортную температуру. Однако современные материалы постепенно превращают привычные предметы гардероба в своеобразные носимые устройства, способные не только регулировать теплообмен, но и получать энергию непосредственно от человека. Исследователи из Университета Иллинойса разработали именно такой материал - напечатанную на 3D-принтере ткань, которая одновременно охлаждает тело и вырабатывает электричество во время движения. Новая технология создана в Инженерном колледже Грейнджера. Основой материала служит композит на базе оксида циркония, нанесенный на текстильную подложку. В состоянии покоя такая поверхность способна отражать до 96% солнечного излучения, благодаря чему одежда значительно меньше нагревается под воздействием солнечных лучей. Одновременно материал помогает отводить тепло, выделяемое самим человеком, за счет его излучения в инфракрасном диапазоне. Особенно и ...>>

Случайная новость из Архива Охрана в Интернете 12.12.2001 Небольшая электронная фирма "Шоли" в Уэльсе (Великобритания) разработала систему теленаблюдения через Интернет. Она в пять раз дешевле обычных систем наблюдения, в которых телекамеры, расставленные на улицах или внутри охраняемых зданий, соединены кабелем с мониторами в помещении охраны. Дешевизна объясняется тем, что отпадает необходимость прокладывать кабели (просмотреть изображение можно через Интернет по телефону) и оплачивать три смены дежурных наблюдателей (камера имеет память). Собственно, таких мест, за которыми желательно неотрывно наблюдать каждую минуту 24 часа в сутки, в мире немного. Можно просто время от времени просматривать сохраненные в камере кадры. Телекамера фирмы "Шоли" связана с Интернетом и снабжена жестким диском для записи изображений. В более дорогой модели запись идет на DVD, причем один диск вмещает кадры от сети из восьми камер за месяц ее работы. Картинку, полученную в реальном времени или записанную, можно посмотреть через Интернет. Расстояние роли не играет. Например, находясь в гонконгском кафе, можно посмотреть, что делается у вас в квартире на другой стороне Земли, если при вас есть ноутбук либо карманный компьютер и сотовый телефон. Качество изображения позволяет опознавать людей и использовать эти кадры как доказательство в суде. Камерой можно дистанционно управлять, также через Интернет - поворачивать, наклонять, менять фокусное расстояние объектива. Передаваемое изображение кодируется, чтобы не каждый интернетчик мог заглянуть, куда ему не положено. Кроме того, чтобы посмотреть изображение, надо знать номер телефона, с которым связана камера.

Другие интересные новости:

▪ Дисплей на светодиодах TR2015х

▪ Камера Xiaomi Mi PTZ для гироскутера

▪ Созданы дифракционные решетки для самого мощного в мире лазера

▪ Коровы делятся на оптимистов и пессимистов

▪ Лавина информации

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Передача данных. Подборка статей

▪ статья Марк Валерий Марциал. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое парниковый эффект? Подробный ответ

▪ статья Техник-программист. Должностная инструкция

▪ статья Компьютерные устройства. Справочник

▪ статья Микросхемы серии К1197ЕН. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026