книги / Электронные усилители

Путем изменения режима работы удобно осуществлять автома­ тическую регулировку усиления. Заменив переменный резистор R4 регулирующим транзистором VT2 (рис. 10.9) и подавая на его ба­ зу управляющее напряжение Uynp , можно автоматически менять

режим работы и усиление основного транзистора VT1.

Регулировка усиления с помощью переменной отрицательной обратной связи. Регулировать усиление можно также путем изме­ нения глубины отрицательной обратной связи по переменному току усиливаемых сигналов. Простейшим вариантом такой регули­ ровки является схема с регулирующим резистором в цепи эмитте­

чен между корпусом и движком резистора. В верхнем положении

отсутствует. Усиление каскада будет максимальным. По мере пе­ ремещения движка вниз увеличивается незашунтированная часть сопротивления R' и возрастает глубина отрицательной обратной связи по переменному току, соответственно снижая усиление кас­ када.

Усилители с программируемым коэффициентом усиления. В

современных цифровых радиоизмерительных приборах (вольтмет­ рах, осциллографах с цифровой обработкой сигнала, программно­ управляемых измерительных генераторах и др.) применяются усилители с программируемым коэффициентом усиления. Цифро­ вое управление усилением осуществляется с помощью специальных аналоговых коммутаторов, подключающих к схеме усилителя нуж­ ный резистор из имеющегося набора. Выбор коммутатора опреде­ ляется кодом управляющего сигнала. Практически применяемая схема четырехкаиального усилителя с программируемым коэффи­ циентом усиления приведена на рис. 10.11. Выбор канала усиле­ ния на выходе каждого операционного усилителя осуществляется цифровым кодом.

В качестве переключателей коммутирующих элементов могут быть использованы МДП-ключи, например в микросхемном испол­ нении К190КТ2. В такой схеме значение коэффициента усиления не зависит от значения сопротивления открытого аналогового ключа, так как цепи установки усиления и переключения каналов разделены с помощью операционного усилителя Л5.

Управляющие сигналы подаются на входы 1 4 в любой после­ довательности. Уровни управляющего напряжения выбираются в зависимости от максимальной амплитуды входного сигнала. Нап­ ример, при амплитуде ±10 В эти уровни составляют +5 и —15 В.

Коэффициент усиления определяется комбинацией управляю­ щих сигналов на входах 1 4. Например, при комбинации сигна­ лов на управляющих входах 2 4 f/BXi= 5 В; t/Bx2 = —5 В; 1/вх3=5 В; 1/и ,= —15 В.

А и = --------- W,--------

Резисторы R5.. Я 8 Уподключенные к неинвертирующнм входам усилителя A l . . А4, используются для компенсации ошибки, связан­ ной с наличием входного тока смещения, и не влияют на значение коэффициента усиления.

Усилитель А5 введен в схему для устранения влияния сопро­ тивления нагрузки на коэффициент усиления из-за конечного зна­ чения сопротивления открытого коммутатора. Количество каналов схемы для более плавной регулировки усиления можно увеличить последовательным включением двух и более однотипных блоков.

Контрольные вопросы

1.Перечислите характеристики многокаскадных усилителей.

2.Поясните, почему при введении в усилитель глубокой ООС возникает опасность самовозбуждения усилителя.

3.Поясните, в чем заключается сущность критерия Найквиста.

4.Каковы особенности обеспечения устойчивости многокаскадного усили­ теля, собранного на интегральных микросхемах?

5.Перечислите способы регулировки усиления, укажите их достоинства и

недостатки.

6.Определите, чему равна глубина регулировки в децибелах, если коэффи­ циенты усиления по напряжению при крайних положениях регулятора соответ­ ственно составляют 3160 и 10.

7.Поясните, чем отличаются свойства плавной и ступенчатой регулировок усиления.

8.Поясните, почему возникает необходимость выполнения регуляторов уси­ ления с компенсацией в широкополосных усилителях.

9.Начертите схему режимной регулировки усиления и поясните ее достоин­ ства и недостатки.

ГЛАВА 11

ИСПЫТАНИЕ И ПОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ

11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Современные электронные усилители характеризуются большим количеством измеряемых параметров. Цель испытания усилите­ лей — определить реальные характеристики и параметры и уста­ новить соответствие их действительных значений нормативным при заданных условиях эксплуатации. Поэтому методика и объем испытаний определяются заданными техническими условиями. Испытания должны проводиться на всех этапах создания усили­ тельных устройств. Если ограничиться испытанием только в конце

процесса создания усилителей, то можно обнаружить, что реальные характеристики далеки от заданных. Чтобы исключить такую воз­ можность, применяется целая система испытаний.

В процессе разработки усилителей опытные образцы подвер­ гают лабораторным, а затем стендовым испытаниям, которые ор­ ганизуют службы технического контроля предприятия для того, чтобы определить степень готовности усилителей к государствен­ ным испытаниям.

Испытание усилительных устройств включает в себя эксперти­ зу технической документации, экспериментальные исследования для определения степени соответствия установленным нормам, по­ требностям народного хозяйства и современному уровню развития усилительной техники, а также целесообразности их производства. Все измерительные усилители, предназначенные для серийного производства, подвергаются органами государственной метроло­ гической службы обязательным государственным испытаниям.

Организация и порядок проведения государственных испыта­ ний изложены в ГОСТ 8.001—80 (СТ СЭВ 1708—79).

Согласно этому стандарту система государственных испытаний средств измерений (в том числе и измерительных усилителей) включает в себя комплекс правил и положений, требований и норм научно-технического, экономического и правового характера, опре­ деляющих цели и задачи испытаний, организацию и методику проведения испытаний, порядок оформления, рассмотрения и утверждения их результатов, а также контроля за выпуском средств измерений.

Установлены два вида государственных испытаний: приемоч­ ные и контрольные. В процессе государственных приемочных испытаний измерительных усилителей определяют: соответствие требованиям распространяющихся на них стандартов, соответствие технической характеристики требованиям технического задания, обеспечение нормированных значений метрологических характе­ ристик испытуемых усилителей при их серийном производстве и в процессе эксплуатации, а также рекомендуемую периодичность контроля, перечень изменений, которые следует внести в разработ­ ку усилителя. При государственных контрольных испытаниях про­ веряют соответствие выпускаемых измерительных усилителей утвержденному Госстандартом СССР типу, требованиям стандар­ тов и технических условий. Контрольные испытания проводят при выпуске установочной серии приборов, при наличии сведений об ухудшении качества изделий, а также в порядке государственного надзора за качеством выпускаемых средств измерений.

Испытания проводят в соответствии с требованиями техничес­ ких условий, в которых подробно изложены методы испытаний.

Испытания проводят в два этапа: 1) определяют основные ха­ рактеристики и параметры при нормальных условиях; 2) опреде­ ляют устойчивость работы усилителя при воздействии различных факторов окружающей среды (тепло, холод, механические воздей­ ствия). Испытания на воздействие внешней среды производят на

специальном оборудовании (в камерах, на стендах). Виды клима­ тических испытаний следующие: на воздействие положительных температур (теплоустойчивость, теплопрочность), на воздействие отрицательных.температур, на воздействие влаги. Механические испытания проводят с целью проверить устойчивость конструкций усилителя к различным механическим воздействиям (вибропроч­ ность и прочность при транспортировании).

Основными видами испытаний усилительных устройств явля­ ются радиотехнические, электрические, климатические, механичес­ кие.

Рассмотрим электрические и радиотехнические виды испытаний, которые наиболее широко применяются после изготовления или ремонта усилителя. Эти испытания проводятся в соответствии с требованиями, которые указаны в стандартах и технической доку­ ментации. Основные операции испытания усилительных устройств следующие: внешний осмотр сборки (монтажа) усилителя; опре­ деление электрической прочности и сопротивления изоляции; опре­ деление работоспособности блока питания; проверка режимов ра­ боты усилительных каскадов по постоянному току; проверка пара­ метров усилителя.

К электрическим испытаниям относится проверка электричес­ кой прочности и сопротивления изоляции. Электрическую проч­ ность изоляции проверяют путем подключения испытательного напряжения (постоянного, переменного в зависимости от вида рабочего напряжения) между соседними изолированными и отдельными токоведущими частями относительно корпуса. Мес­ та подключения напряжения в каждом конкретном случае уста­ навливаются техническими условиями. При испытании не должно быть пробоев, поверхностных перекрытий, скользящих разрядов и т. п.

Для проверки электрической прочности изоляции используются универсальные пробойные установки, например типа УПУ-1М. Сопротивление изоляции измеряют между соседними токоведущи­ ми частями и цепями и корпусом устройства. Сопротивление изо­ ляции должно быть не менее 100 МОм. Изоляция должна выдер­ живать в течение минуты без пробоя воздействие испытательного напряжения 2000 В.

При внешнем осмотре усилителя проверяют состояние отделки и лакокрасочных покрытий, исправность и прочность крепления ручек управления и узлов усилителя, надежность электрического контакта и правильность электрических соединений.

При проверке надежности электрического контакта определяют качество паяных соединений или специальных разъемов. Так как схемы усилителя обычно выполнены на печатных платах, прове­ ряют возможные замыкания в печати, наличие механических повреждений плат, качество пайки.

Правильность электрических соединений проверяют по пове­ рочным картам сопротивлений, напряжений. Вначале определяют сопротивление цепей при включенном питании усилителя, а за-

тем — напряжение при включении прибора в сеть. Методика та­ кой проверки зависит от вида производства. В единичном и мел­ косерийном производстве проверку производят с помощью оммет­ ров и вольтметров по монтажной или принципиальной схемам усилителя. Однако такой метод малопроизводителен. В массовом производстве эти операции выполняют на специальных автомати­ зированных стендах.

Работоспособность блока питания определяют в соответствии с методикой испытаний источников вторичного электропитания ра­ диоустройств.

При измерении параметров усилителей с питанием от автоном­

нием, равным внутреннему сопротивлению автономного источника тока.

Чтобы учесть увеличение внутреннего сопротивления источника тока при разряде батарей, необходимо действительное значение напряжения источника тока уменьшить до заданного, включив последовательно с ним резистор, сопротивление которого должно быть установлено техническими условиями.

Проверка режимов работы усилительных каскадов по постоян­ ному току заключается в измерении напряжений в контрольных точках и токов в соответствующих цепях. Режимы работы прове­ ряют вольтметрами постоянного тока, которые должны иметь большое входное сопротивление, чтобы не шунтировать исследуе­ мые цепи.

Для измерения силы тока в разрыв цепи последовательно с нагрузкой включают измеритель постоянного тока. В схемах с печатным монтажом выпаивать усилительные элементы для про­ верки тока нецелесообразно. Поэтому чаще всего силу тока опре­ деляют косвенным методом, измеряя напряжение на резисторе, сопротивление которого известно. Значение силы тока находят по закону Ома. Точность измерения силы тока таким образом зави­ сит от точности, с которой известно сопротивление резистора, и класса точности вольтметра.

Следует отметить, что при проверке режимов работы каскадов нужно вначале подключить приборы к соответствующим точкам схемы, а после этого включать напряжение питания как измери­ тельного прибора, так и испытуемой схемы.

В том случае, если в схеме усилителя применены микросхемы, проверяют напряжение питания микросхем.

Проверка параметров усилителей мощности состоит из опреде­ лений: диапазона воспроизводимых частот; чувствительности; пределов регулировки громкости; коэффициента гармоник выход­ ного напряжения; соотношения сигнал — фон; отношения сиг­ нал/шум; номинальной выходной мощности; пределов регулировки тембра; коэффициента интермодуляционных искажений; коэффи­ циента демпфирования.

Кроме этих операций, для стереофонических усилителей опреде­ ляют переходное затухание между стереоканалами, переходное затухание между входами, пределы регулировки стереобаланса, отсутствие самовозбуждения.

Для получения точных результатов измерений необходимо, чтобы сопротивления источника сигнала и нагрузки соответствова­ ли условиям эксплуатации усилителя. Поэтому измерять парамет­

сопротивлением, равным номинальному сопротивлению громкого­ ворителя, эквивалент емкостной нагрузки — конденсатор соответ­ ствующей емкости нагрузки. Часто нагрузка носит емкостный ха­ рактер у широкополосных усилителей.

Примером таких усилителей являются оконечные усилители электронных осциллографов, нагрузкой которых являются откло­ няющие пластины электронно-лучевой трубки. Эквивалентом на­ грузки в этом случае является емкость 4.. .20 пФ.

Если, например, источником сигнала является магнитофон или тюнер, то на входе усилителя подключается экранированный ре­ зистор с активным сопротивлением 22 кО м±5% ; если источни­ ком сигнала является амплитудный звукосниматель, то эквивален­ том служит экранированный конденсатор емкостью 1000 пФ±5 %.

11.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЯ

Рассмотрим измерения параметров усилителей звуковых час­ тот. Впервые требования к усилителям звуковой частоты были установлены стандартом ФРГ DIN 45500 в середине 60-х годов. Затем были утверждены рекомендации Международной электро­ технической (комиссии МЭК 268-3, МЭК 581-6, стандарты Совета Экономической Взаимопомощи СТ СЭВ 1079—78, СТ СЭВ 1080—78 и государственные стандарты СССР ГОСТ 24388—83, ГОСТ 24838—87. Правила приемки усилителей изложены в ГОСТ 21194—87. Методы измерений и испытаний, средства и условия из­ мерений основных параметров усилителей установлены ГОСТ 23849—87, ГОСТ 23850—85, ГОСТ 12.2.006—87 (СТ СЭВ 3194—87), ГОСТ 21317—87.

Для определения диапазона воспроизводимых частот строят частотную характеристику усилителя. Схема измерений (рис. 11.1) состоит из генератора синусоидальных сигналов, вольтметра PVI, с помощью которого контролируют напряжение на входе усилителя, эквивалента внутреннего сопротивления источника сигнала /?„.т испытуемого усилителя.

На выходе усилителя подключается эквивалент нагрузки ак­ тивной R н или емкостной Сн.

Рис. 11.1

Параллельно эквивалентной нагрузке на выходе усилителя включают вольтметр PV2, измеряющий напряжение на выходе усилителя. Для снятия частотной характеристики устанавливается частота генератора 1000 Гд и на вход испытуемого усилителя по­ дается напряжение, значение которого соответствует 0,3 от номи­ нального значения входного напряжения для данного усилителя.

Такое входное напряжение выбирают для того, чтобы не вый­ ти за пределы амплитудной характеристики, а следовательно, не исказить результаты измерений. Регулятор громкости устанавли­ вают в такое положение, при котором мощность на выходе уси­ лителя Рвых равна номинальной выходной мощности Р„ом Регу­ ляторы тембра устанавливают в положение наиболее широкой полосы. Затем, поддерживая постоянным напряжением на выходе генератора (С/г = const), изменяют его частоту от 20 Гц до 20 кГц и измеряют напряжение на эквиваленте нагрузки усилителя. По результатам измерений строится график зависимости выходного напряжения от частоты напряжения на входе, т. е. частотная ха­ рактеристика по электрическому напряжению (рис. 11.2). Диапа­ зон воспроизводимых частот определяется точками 1 и 2 на рис. 11.2 пересечения реальной и идеальной частотных характеристик.

Для визуального наблюдения частотной характеристики уси­ лителя и измерения ее параметров применяют также специальные

приборы, которые называются измерителями частотных характе­ ристик. Такие приборы значительно упрощают процесс снятия частотной характеристики.

Чувствительность входа определяют на частоте 1000 Гц. Регу­ лятор громкости при этом устанавливается в положение макси­ мальной громкости, на вход усилителя подается напряжение, при котором в нагрузке усилителя обеспечивается номинальная выход­ ная мощность.

Пределы регулировки громкости измеряют при указанных вы­ ше условиях. Вначале измеряют напряжение на выходе усилителя. Положение движка регулятора громкости изменяют в пределах плавной регулировки до тех пор, пока напряжение на выходе уси­ лителя не изменится скачком. Затем снова измеряют выходное на­

Пределы регулировки тембра (см. рис. 11.1) определяют на час­ тоте 1000 Гц при входном напряжении, значение которого равняет­ ся 0,3 от номинального значения напряжения.

Регуляторы тембра ставят в положение максимального подъ­ ема частотной 'характеристики. Измеряют выходные напряжения на нижней и верхней граничных частотах, установленных техничес­ кими условиями. Затем регуляторы тембра устанавливают в поло­ жение максимального спада частотной характеристики и измеря­

р= р

г в . : х -* но'»

Номинальную входную мощность определяют следующим об­ разом. На входе усилителя устанавливается такое значение на­ пряжения, при котором коэффициент гармоник выходного напря­ жения имеет значение, приведенное в технических условиях.

Номинальную выходную мощность определяют по формуле где ооо— выходное напряжение на частоте 1000 Гц

при заданном значении коэффициента гармоник; R H— номиналь­ ное сопротивление нагрузки.