Как проверить усилитель звука сигналом прямоугольной формы

Как сделать генератор повышенной нагрузки?

Обратим внимание на микросхемы. Генераторы импульсов указанного типа подразумевают использование мощного индуктора

Дополнительно следует подбирать только аналоговый адаптер. В данном случае необходимо добиться высокой пропускной способности системы. Для этого конденсаторы применяются только емкостного типа. Как минимум отрицательное сопротивление они должны быть способны выдерживать на уровне 5 Ом.

Резисторы для устройства подходят самые разнообразные. Если выбирать их закрытого типа, то необходимо предусмотреть для них раздельный контакт. Если все же остановиться на полевых резисторах, то изменение фазы в данном случае будет происходить довольно долго. Тиристоры для таких устройств практически бесполезны.

NE555 – модуль генератора импульсов

Москва и МО: Самовывоз Курьерская доставка Россия и СНГ: Почта РФ СДЭК / Boxberry

• Описание
• Характеристики
• Отзывы (0)

Купить NE555 — модуль генератора импульсов в Москве или с доставкой по России и СНГ очень просто! До покупки осталось всего 3 клика:

• Добавьте товар в корзину
• Оформите заказ, выбрав наиболее удобный способ доставки и оплаты
• Дождитесь подтверждения от менеджеров или позвоните самостоятельно
• Оплатите заказ удобным способом и получите его в ближайшее время

Модуль генератора импульсов на базе NE555

При помощи перемычки, имеющей четыре положения, можно настраивать частоту выходных импульсов в 4 диапазонах:

• 0.5 – 50 Гц;
• 35 Гц – 3.5 кГц;
• 650 Гц – 65 кГц;
• 50 кГц – 600 кГц.

Данные приведены для питания в 12 В. Когда вы изменяете частоту, всегда выключайте генератор! Питаться генератор может как от внешнего источника, так и от контроллера, которые могут обеспечить от 5 до 15 В постоянного тока. Генератор имеет красный светодиод, который начинает моргать при малой частоте на выходе.

В схеме есть два резистора: R1 и R2

Первый резистор «отвечает» за длительность паузы импульсов, а второй – за скважность

Если требуется управлять нагрузкой, которая превышает на выходе 35 мА, используйте усилитель тока выходного каскада. Максимальная нагрузка, которую выдерживает генератор, равна 200 мА.

Органы управления

О том, как пользоваться осциллографом при проведении измерений, проще всего рассказать на примере аналоговых приборов, которые до сих пор не потеряли своей актуальности и которым в отдельных случаях даже отдаётся предпочтение. Знакомство с этим относительно сложным электронным устройством следует начать с изучения его лицевой панели, на которую выводятся все необходимые органы управления.

Панель управления

На ней можно различить несколько зон, ответственных за определённую функцию из полного набора возможностей этого прибора

Прежде всего, обращает на себя внимание экран устройства, на котором отображаются все параметры измеряемого сигнала (его форма, размах и длительность)

Помимо этого, на лицевой панели выделяются следующие функциональные зоны:

• Модуль развёртки, задающий режимы измерения сигнала по его частотной характеристике (обозначается как «Длительность»);
• Усилительный блок, ответственный за чувствительность измерения («Усиление»);
• Органы управления положением отображения сигнала на экране устройства, позволяющие перемещать его как по вертикали, так и по горизонтали (вращающиеся ручки с соответствующими стрелками);
• Модуль синхронизации, задающий способ запуска развёртки, которая может быть автоматической, ручной или принудительной.

К основному функциональному набору следует отнести дополнительные регуляторы и переключатели, расширяющие возможности осциллографа до требуемого в каждом конкретном случае уровня. Знакомство с их назначением поможет определиться с тем, как работать с осциллографом в тех или иных ситуациях.

Обратите внимание! В различных моделях набор вспомогательных опций может иметь заметные отличия. Отличаться может и их состав: более «скромный» для простых и дешёвых образцов изделий и значительно расширенный – для моделей профессионального уровня

Отличаться может и их состав: более «скромный» для простых и дешёвых образцов изделий и значительно расширенный – для моделей профессионального уровня.

Генератор напряжения пилообразной формы

Генератор треугольного напряжения, выполненный по предыдущей схеме, легко преобразуется в генератор пилообразного напряжения. Для этого достаточно обеспечить разную длительность заряда и разряда конденсатора в схеме интегратора. Такие изменения показаны на рисунке ниже

Генератор колебаний пилообразной формы.

Как нетрудно заметить внесённые изменения касаются цепи заряда-разряда конденсатора С1 в интеграторе. Диоды VD1 и VD2 позволяют выполнять заряд-разряд конденсатора разными токами. При изображённой на схеме полярности включения диодов длительность разряда конденсатора С1, а следовательно и длительность линейно-возрастающего напряжения определяется величиной сопротивления резистора R4’, а длительность заряда С1 и линейно падающего сигнала на выходе интегратора – сопротивлением R4” по следующим формулам

Все остальные аспекты работы схемы аналогичны предыдущей. Так как схема не является симметричной то резистор R5 можно удалить. Частота выходного пилообразного напряжения будет определяться суммой резисторов R4’ и R4”. Стабильность частоты в данной схеме будет ограниченна температурной нестабильностью диодов VD1 и VD2

Высокоточный генератор ШИМ с кнопочным контролем

Как было сказано ранее, очень распространены аналоговые схемы ШИМ-генераторов, в частности на основе NE555

Они просты, неприхотливы, могут работать с большим диапазоном напряжений, но имеют недостаток, который в некоторых случаях может быть недопустим — параметры ШИМ-сигнала (частоту, скважность), во-первых, нельзя установить с большой точностью, а во-вторых, эти параметры могут «уплывать» при изменении температуры, влажности и т.д. Для того, чтобы построить высокоточный генератор ШИМ-сигналов не обойтись без микроконтроллера, тактируемого от точного кварца

В этом случае можно будет настраивать скважность с точностью до 1%, а также выбирать частоту из заранее заданных вариантов. Предусмотрен выбор частот между 10/20/40/80/1,25/2,5/5 кГц, этих вариантов хватит для любого применения ШИМ-генератора. Схема представлена ниже.

Анализ работы усилителя НЧ

В идеале, на эквиваленте нагрузки должно быть, по форме, то же, что и на входе, то есть ровные прямоугольные импульсы, как на рис.4. Если это так, то усилитель просто замечательный.

Если будет наблюдаться завал фронта и спада (рис.5) это говорит о том, что на высших частотах усиление данного усилителя снижается. Степень этого снижения может быть разной, если совсем плохо — это как на рисунке 6.

Рис. 4. Ровные прямоугольные импульсы на экране осциллографа.

Рис. 5. Завал фронта и спада на экране осциллографа.

Рис. 6. Если все плохо с УЗЧ.

При завале усиления на низких частотах осциллограмма будет выглядеть как на рисунке 7.

Рис. 7. Завал усиления усилителя на низких частотах, осциллограмма.

Подъем усиления на низких частотах, — осциллограмма на рис. 8. Падение усиления на низких и средних частотах, — осциллограмма на рис. 9.

Подъем усиления на средних частотах, -осциллограмма на рисунке 10. Подъем усиления на высоких частотах, -осциллограмма на рисунке 11. Провал усиления в каком-то узком диапазоне частот — рис. 12.

Рис. 8. Подъем усиления на низких частотах — осциллограмма.

Рис. 9. Падение усиления на низких и средних частотах — осциллограмма.

Рис. 10. Подъем усиления на средних частотах — осциллограмма.

Рис. 11. Подъем усиления на высоких частотах — осциллограмма.

Рис. 12. Провал усиления в каком-то узком диапазоне частот.

Таким образом, всего лишь один сигнал прямоугольных импульсов частотой 1 кГц может рассказать очень много о работе усилителя ЗЧ.

Если у осциллографа нет калибратора, можно на вход усилителя ЗЧ подать прямоугольные импульсы от любого генератора прямоугольных импульсов частотой 1 кГц, например, сделанного на логических элементах или по другой схеме.

В том случае, если частоту импульсов на выходе генератора можно регулировать, можно будет более широко проанализировать работу усилителя ЗЧ.

Кроме того, используя тот же осциллограф с калибратором (или отдельным генератором импульсов) можно проследить прохождение сигнала и внутри схемы УН4, чтобы найти дефектный каскад, например, в УН4, построенного по сложной многокаскадной схеме.

Литература: РК-2017-03.

Иногда бывает, что собрал своими руками усилитель, запустил, запело…  радости нет предела но потом эйфория проходит и приходит понимание, что как-то что-то не так. Или, например, принесли знакомые проверить, да или просто захотелось оценить свой усилитель через который уже несколько лет музыка слушается. Если требуется проверить усилитель звука, то очень многое об усилителе может рассказать меандр, вернее даже не сам он, а то, каким станет его форма после прохождения исследуемого усилителя.

Меандр— это периодический сигнал прямоугольной формы

Отличие меандра от просто прямоугольного сигнала в том, что его скважность равна 0,5

Верно то, что сигналы прямоугольной формы не могут ни показать многого, ни дать точную количественную оценку параметров исследуемого аудио усилителя. То, что они выражают можно только оценить как ‘мало’, ’много’ или ‘не совсем’. Но и эта оценка очень полезна, тем более что все очень наглядно и просто. Таким образом можно не только проверить усилитель на работоспособность, но и по виду сигнала на выходе усилителя оценить степень линейности АЧХ и качество усилителя.

Для оценки усилителя достаточно располагать одним генератором прямоугольных сигналов, работающим на фиксированной частоте 1кГц. В интернете полно схем подобных генераторов. Так же потребуется осциллограф для визуального отображения сигнала.

Данная методика позволяет проверять любые усилители, как для акустических систем, так и усилители для наушников, реализованные на любой элементной базе будь то лампы, транзисторы или микросхемы.

Развертка

Напряжение развертки необходимо подавать на те пластины, которые расположены в вертикальной плоскости. Оно пилообразной формы, медленно нарастает линейно, и у него очень быстрый спад. При этом положительное напряжение приводит к тому, что луч отклоняется вправо. А отрицательное – к тому, что луч движется влево. Это в том случае, если наблюдатель находится перед экраном, и можно видеть, как луч совершает движение слева направо. При этом скорость его постоянна. После достижения крайней правой границы он быстро идет на исходную. Затем заново повторяется движение.

В данной статье будет максимально подробно рассказано о том, как правильно пользоваться осциллографом. Вышеизложенный процесс и носит название «развертка». Линия развертки – это линия (горизонтальная), прочерчиваемая лучом на экране. Когда проводятся измерения, ее называют линией нуля. Она же является осью времени на графике. Частота развертки – это не что иное, как частота, с которой происходит повторение импульсов пилообразной формы. В процессе измерений она не применяется. Важные параметры для измерений – это скорость.

Схема и методика проверки

Выход испытываемого усилителя нагружается активным сопротивлением, равным номинальной нагрузке 4, 8,16 или 32 Ом и способным рассеивать номинальную выходную мощность усилителя.

Выход генератора подключается к линейному входу усилителя. Выходной  уровень генератора подбирается так, чтобы при частично открытом регуляторе громкости усилителя на входе осциллографа получился сигнал, амплитудой 1-2 вольта. Не рекомендуется при таком виде измерений полностью открывать регулятор громкости, чтобы не допускать насыщения транзисторных каскадов усилителя.

Качество сигнала прямоугольной формы, в частности его фронтов не является критичным, т.к. при наличии искажений, вносимых усилителем это будет отчетливо видно на осциллограмме.

Сигнал прямоугольной формы имеет частотный спектр богатый гармониками и, по правде говоря, теоретически, для идеального его воспроизведения необходимо чтобы верхняя граница частотного диапазона усилителя располагалась где-то в бесконечности, в таком случае фронты сигнала будут идеально прямоугольными.

На практике же если некоторые частоты не пропускаются совсем или пропускаются хуже, то форма сигнала на выходе видоизменяется. Форма так же изменяется, если между некоторыми частотами или полосами частот в спектре получаются фазовые искажения, или если усилитель вносит большие нелинейные искажения, или самовозбуждается.

Ламповые усилители. Оценка искажений по осциллографу

Оценка искажений усилителя с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа. Для приближённой оценки качества работы усилителя низкой частоты (УНЧ) достаточно воспользоваться простым генератором прямоугольных импульсов (ГПИ) и осциллографом. Ко входу испытуемого УНЧ подключают ГПИ, вырабатывающий сигнал частотой 1 кГц и амплитудой, равной половине номинального входного напряжения УНЧ. Выход усилителя нагружают резистивным сопротивлением Rн, равным номинальной нагрузке. Мощность резистора Rн подбирают больше выходной мощности усилителя. Параллельно нагрузке подключают осциллограф как на рисунке

Очень полезна сравнительная оценка идентичности двух стереоканалов при наличии двухлучевого осциллографа. Наблюдая одновременно за двумя выходными сигналами, можно судить о точности сдвоенных потенциометров, идентичности фильтров, а также проводить сравнение их с эталонным сигналом.

Прямоугольный импульс содержит в себе спектр частотных составляющих: основную частоту (совпадает с частотой следования импульсов) и ряд частотных составляющих, хорошо выраженных по крайней мере до десятой гармоники. Если подать на вход усилителя прямоугольные импульсы с частотой следования 50 Гц (обычно для этих целей используют не прямоугольные импульсы одной полярности, а двухполярные прямоугольные импульсы (так называемый “меандр”), это будет равносильно подаче на вход усилителя набора частот от 50 до 500. 1000 Гц. Если подать импульсы с частотой следования 1 кГц, то диапазон испытательных частот расширится до 10. 15 кГц. Подключив к выходу усилителя осциллограф, на его экране получим изображение испытательного импульса, которое будет неискажённым только в том случае, если частотные составляющие импульса пройдут через усилитель неискажёнными, т.е. не испытают ни частотных (амплитудных), ни фазовых искажений. Если импульс на выходе усилителя имеет такую же форму, как на входе, то все в порядке (сравнение производится при помощи двухлучевого осциллографа или однолучевого, но с электронным коммутатором). Если же форма импульса на выходе искажена, то по характеру искажения можно определить неисправность усилителя. Чувствительность этого метода даже к незначительным искажениям достаточно высокая.

Расшифровывают импульсные осциллограммы следующим образом: искажения вершин прямоугольного импульса (искривление и наклон) обусловлены низкочастотными искажениями сигнала в цепях усилителя, а искажения фронта импульсов (закругление и растягивание) — высокочастотными, поскольку различные участки усилителя для импульсов являются дифференцирующими и интегрирующими цепями. На рисунке ниже, конденсатор С — переходный, a R — общее сопротивление вкодной цепи последующего усилительного каскада. Как через такую RC-цепь проходит прямоугольный импульс? В момент появления фронта импульса конденсатор С начинает заряжаться, но это не может произойти мгновенно, поскольку зарядка конденсатора означает существование между его обкладками электрического поля, которое, обладая энергией, не может измениться мгновенно. Поэтому в первый момент после появления фронта напряжение Uс на конденсаторе равно нулю и ток зарядки зависит только от сопротивления R: Iз=Uи/R. Следовательно, на сопротивлении R в этот момент возникнет скачок напряжения Ur=IзR=(Uи/R)R=Ull. Низкочастотные и высокочастотные искажения показаны на рисунке ниже

Однако уже в следующий момент на конденсаторе С появится некоторое напряжение Uс и ток разрядки будет определяться выражением Iз=Uи-Uc/R, т. е. начнёт уменьшаться. Поэтому напряжение Ur на сопротивлении R тоже станет уменьшаться, а это вызовет искажение (слад вершины) импульса на выходе цепи, которое будет тем больше, чем меньше ёмкость конденсатора С (чем меньше ёмкость, тем быстрее происходит зарядка, тем интенсивнее спадает ток зарядки, тем круче спад вершины импульса). Определяется это не только ёмкостью С, но и сопротивлением R, поэтому способность цепи пропускать через себя импульсное напряжение характеризуется параметром x=RC, называемым постоянной времени. Можно доказать, что за время t=3RC=3x конденсатор зарядится примерно до 0,95 макс. напряжения источника.

Нужно помнить, что импульс претерпевает искажения, которые будут тем меньше, чем больше постоянная времени цепи. Действительно, если длительность импульса Ти много меньше трёх постоянных времени цепи (Ти Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Источник

Настройка

Современные осциллографы не требуют какой-либо настройки перед использованием, но тем не менее в большинстве осциллографов встроен прибор калибровки (Калибратор). Назначение этого прибора – формировать контрольный сигнал с заведомо известными и стабильными параметрами

Обычно такой сигнал имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой 1 Вольт, частотой 1кГц и скважностью 50% (параметры обычно указаны рядом с выходом сигнала калибратора). В любой момент пользователь осциллографа может подключить измерительный щуп прибора к выходу калибратора, и убедиться, что на экране осциллографа виден сигнал с указанными параметрами. В случае, если сигнал отличается от указанного на калибраторе, что скорее характерно для аналоговых осциллографов, то с помощью подстроечной отвертки пользователь может скорректировать входные характеристики щупа или усилители осциллографа таким образом, чтобы сигнал соответствовал данным калибратора

Стоит отметить, что современные цифровые осциллографы не имеют подстроечных элементов по причине использования цифровой обработки сигнала, но имеют автоматическую настройку по калибратору, когда через меню осциллографа вызывается специальная утилита, которая вносит поправочные коэффициенты в математический блок осциллографа и тем самым настраивает осциллограф на корректное отображение сигналов.

В случае, если сигнал отличается от указанного на калибраторе, что скорее характерно для аналоговых осциллографов, то с помощью подстроечной отвертки пользователь может скорректировать входные характеристики щупа или усилители осциллографа таким образом, чтобы сигнал соответствовал данным калибратора. Стоит отметить, что современные цифровые осциллографы не имеют подстроечных элементов по причине использования цифровой обработки сигнала, но имеют автоматическую настройку по калибратору, когда через меню осциллографа вызывается специальная утилита, которая вносит поправочные коэффициенты в математический блок осциллографа и тем самым настраивает осциллограф на корректное отображение сигналов.

Обзор модуля генератора импульсов на NE555

Сегодня расскажу о модуле генератора импульсов на микросхеме NE555 (YS-32), которая способна работать от 10 до 200 кГц. Данный модуль используется для намотки спидометра, ремонте и так далее.

Технические параметры

► Микросхема: NE555; ► Форма генерируемых импульсов: прямоугольные импульсы; ► Рабочее напряжение: 5-15 В; ► Диапазоны частот: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц, 10-200 кГц; ► Потребляемый ток: 100 мА; ► Выходной ток: 35 мА; ► Размеры: 31 х 22 х 17 мм; ► Вес: 7 г.

Обзор модуля NE555

Модуль основан на микросхеме NE555, которая была выпущена еще в 1971 году, компанией Signetics и которая на сегодняшний день остается популярной. Сам модуль имеет небольшие размеры, всего 31 на 17 мм. Частота выходного сигнала регулируется с помощью потенциометра, в определенном диапазоне, который задается с помощью перемычек: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц и 10-200 кГц

Вторым потенциометром регулируется скважность. Для подключения используется трех контактный штыревой разъем, шагом 2,54 мм

Назначение контактов: ► GND – Вывод питания, земля. ► OUT – Сигнальный вывод. ► VCC – Вывод питания, от 5 до 15 В.

Принципиальная схема:

Показания осциллограмм выходного сигнала NE555

Покажу показания выходного сигнала снятые с помощью осциллографа, потенциометр частоты и скважности выкрутил на минимум и на максимум. 1

Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометры на минимуме.

2. Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометры на минимуме.

3. Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометры на минимуме.

4. Перемычка установлен на 10к Гц — 200 кГц, потенциометры на минимуме.

5

Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса)

6

Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса)

7

Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса)

8

Перемычка установлен на 10 кГц — 200 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса)

Подключение модуля NE555 к Arduino

Необходимые детали: ► Arduino UNO R3 x 1 шт. ► Генератор импульсов на NE555 (от 1 Гц до 200 кГц ) x 1 шт. ► Провода DuPont M-F, 20 см x 1 шт.

Подключение: Для наглядности подключим модуль генератора импульсов NE555 к аналоговому выводу Arduino, принципиальная схема подключена показана ниже.

Программа: Скетч не сложный, просто считываем показания с аналогово порта А0 и полученные данные передаем в последовательный порт.

Виды осциллографов

По принципу преобразования сигнала осциллографы бывают аналоговыми и цифровыми. Есть еще смешанный тип — аналогово-цифровой. Принципиальная разница между ними — в методах обработки сигналов и в возможности запоминания. Аналоговые модели транслируют «живой» сигнал в режиме реального времени. Записывать его на таком приборе нет возможности.

Аналогово-цифровые и цифровые уже имеют возможность записи. На них можно «открутить» время назад и просмотреть информацию, увидеть динамику изменения амплитуды или времени.

Еще одно отличие цифровых осциллографов от аналоговых — размеры. Цифровые приборы имеют значительно меньшие габариты

Цифровые осциллографы сначала оцифровывают синусоиду, записывают эту информацию в запоминающее устройство (ЗУ), а затем передают на экран монитора. Но не все цифровые модели имеют долговременную память — в таком случае запись ведется циклически. Это когда вновь пришедший сигнал записывается поверх предыдущего. В памяти хранится то, что появлялось на экране, но промежуток времени не такой большой. Если вам необходима запись длиной пять-десять минут, нужен запоминающий осциллограф.

↑ Интерпретация показаний и устранение застарелой ошибки

В интернете кочует иллюстрация возможных искажений и описание к ней с грубой ошибкой. Копипастеры, как обычно, или не читают, или не понимают что копируют. Воспользуемся для начала этими рисунками.

а) идеальная форма при отсутствии частотных искажений, б), в) ослабление ВЧ умеренное и большое, г) умеренное ослабление НЧ, д) кривизна говорит об ослаблении и средних частот, е), ж) в «оригинале» ошибочно говорится о подъёме на НЧ, конечно, это справедливо для е), а ж) — сильное ослабление НЧ и заметное СЧ. з) небольшой спад на самых высоких частотах, в зависимости от частоты ГПИ спад может быть далеко за пределами звукового диапазона, и) плавный провал на средних частотах, к) неглубокий провал в узком диапазоне на средних частотах, скорее всего вызван каким-то резонансом, но процесс апериодический т. к. нет выбросов.

Колебания кривой на последних рисунках л) и м) показывают на неустойчивую работу усилителя

, что хуже, чем просто частотные искажения, такие колебания могут быть незаметны при испытании синусоидальным сигналом!

Можно добавить, что получить импульсы, как на рис. а) возможно только для УПТ (усилителя постоянного тока), любые разделительные конденсаторы приводят к наклону верхушки импульса и даже если частота среза всего несколько Гц, при частоте импульсов 50 и даже 100 Гц, это приводит к форме показанной на рис. г).

Импульсы предложенного генератора при прямом изучении на экране осциллографа не идеальны, но, для звукового диапазона частот, этой «прямоугольности» хватает с многократным запасом.