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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misuratore di impedenza degli altoparlanti. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Questo dispositivo misura l'ampiezza e la fase dell'impedenza elettrica di un altoparlante attraverso la banda di frequenza audio ed è molto utile per gli appassionati di audio che costruiscono o modificano i propri altoparlanti. La conoscenza di questi parametri consente di configurare correttamente il bass reflex, selezionare e calcolare i filtri crossover dell'altoparlante e migliorarne la risposta di fase. La dipendenza dalla frequenza del modulo di resistenza, nonché lo sfasamento tra corrente e tensione sulla bobina di una tipica testata per altoparlante a bassa frequenza sono mostrati in Fig. 1. L'impedenza al di sotto della frequenza di autorisonanza è induttiva, alla risonanza è attiva, al di sopra è prima capacitiva e poi diventa nuovamente induttiva all'aumentare della frequenza del segnale. La caratteristica frequenza di fase dell'impedenza consente di ottenere ulteriori informazioni necessarie per il calcolo e l'analisi del funzionamento dell'altoparlante.
Utilizzando il dispositivo qui proposto è possibile determinare le caratteristiche specificate nell'intervallo di frequenza 17,4 Hz...29,4 kHz. I limiti di misura del modulo di impedenza e dell'angolo di fase sono rispettivamente |Z|= 0...200 Ohm e f=+90°. I risultati della misurazione si riflettono sotto forma di tensioni CC 0...200 mV e 0...+900 mV, che coincidono numericamente con i valori dei parametri corrispondenti. Per velocizzare le misurazioni è possibile collegare al dispositivo due voltmetri digitali o multimetri per uso generale. È possibile utilizzare i registratori. Il principio di funzionamento del contatore, il cui schema è mostrato in Fig. 2 è il seguente. In due gamme di frequenza che coprono l'intera banda di frequenza audio, il generatore produce due tensioni sinusoidali che differiscono in fase di 90° (segnali in quadratura). Uno di questi, sotto forma di corrente stabile, viene fornito al carico in esame - un altoparlante o testata, e l'altro, 90° in avanti nella fase, viene convertito in un segnale rettangolare - un meandro. La fase dell'onda quadra è il riferimento per misurare lo sfasamento tra la corrente sinusoidale e la tensione di testa. A condizione che la corrente attraverso la bobina sia stabile, la tensione ai suoi capi è proporzionale al modulo di impedenza.
Il generatore nel misuratore è costruito utilizzando un amplificatore operazionale e un amplificatore di corrente controllato in tensione (VCA). Per garantire la precisione di impostazione della frequenza richiesta, la gamma di frequenze audio del generatore è divisa in due. I doppi resistori di sintonizzazione variabile (R6 e R8) sono collegati in serie con i resistori di limitazione. Richiedono una caratteristica esponenziale di variazione della resistenza (gruppo B). Utilizzando l'interruttore SA1, selezionare la gamma di frequenza del generatore: in una posizione - 17,4...1000 Hz, nell'altra - 530 Hz...29,4 kHz. Nel generatore operazionale DA2.4, gli elementi di impostazione della frequenza sono un filtro di fase sintonizzabile e un integratore invertente basato su ITUN DA1 e amplificatore operazionale DA2.3, coperto da feedback. Nell'integratore, lo sfasamento è di 90°, quindi la condizione di bilanciamento di fase dell'oscillatore è soddisfatta quando il filtro di fase produce uno sfasamento di -90°. La rotazione totale della fase è 0°. La frequenza operativa fG del generatore è determinata dagli elementi R8, R9, C10 (o C9):
Per mantenere l'ampiezza dell'oscillazione all'uscita dell'integratore nell'intervallo delle frequenze operative, la sua corrente di ingresso deve cambiare in proporzione alla frequenza. La variazione corrispondente nella corrente di uscita DA1 si ottiene regolando la corrente di controllo ITUN (sul pin 5) con un resistore variabile R6 combinato con un altro resistore di impostazione della frequenza R8. L'adattamento non ideale delle resistenze dei resistori R6 e R8 nella banda di frequenza porta ad una variazione dell'ampiezza della tensione generata, ma il circuito di autoregolazione ripristina il valore richiesto. La corrente raddrizzata dal diodo VD1, proporzionale all'ampiezza dell'oscillazione, viene sommata algebricamente attraverso il resistore R12 all'ingresso dell'integratore DA2.2 con la corrente attraverso i resistori R13, R14. All'aumentare del segnale, la tensione di uscita dell'integratore DA2.2 diminuisce e diminuisce anche la corrente ITUN DA1. In questo modo si ottiene un'ampiezza di oscillazione stabile di 2,14 V. L'integratore di correzione su DA2.1 svolge la funzione di stabilizzare la modalità DC, formando un circuito di feedback di tracciamento e mantiene la tensione sull'uscita DA2.4 con una precisione di diversi millivolt.
La tensione generata dal generatore viene convertita dal resistore R15 nella corrispondente corrente di carico. A causa della resistenza relativamente bassa di questo resistore rispetto al carico (Zn max = 200 Ohm), la precisione nell'intervallo di misurazione del parametro è assicurata da uno speciale convertitore tensione-corrente: il raddrizzatore AC su DA3, insieme a R15 , agisce nei confronti della testa in prova come generatore di corrente. Per chiarimenti in Fig. La Figura 3 mostra un diagramma della sorgente di corrente Howland, che è formata da un convertitore di resistenza negativa (puoi saperne di più nel libro di V.L. Shilo "Linear Integrated Circuits." - M: Radio and Communications, 1979. - Ed. ). se
la resistenza interna Ri della sorgente e la corrente IL che fluisce attraverso il carico dalla sorgente di tensione Ue sono determinate dalle relazioni:
se
la resistenza interna Ri raggiunge un valore molto alto. Si noti che le proprietà descritte del generatore di corrente vengono preservate anche quando vengono introdotti elementi di un raddrizzatore a onda intera. Pertanto la resistenza interna effettiva aumenta a circa 36 kOhm. I resistori R16-R20 devono essere utilizzati con precisione (deviazione non superiore all'1%). Quando si calcola in modo indipendente la resistenza dei resistori, è necessario tenere conto anche di R22, concentrandosi sui valori dei coefficienti
Per DA3 viene utilizzato un amplificatore operazionale con un'elevata frequenza di amplificazione di taglio, mentre l'errore di rettifica dipendente dalla frequenza può essere trascurato. Questo amplificatore operazionale a circuito aperto a banda larga ha un guadagno CC di circa 1500, quindi i diodi VD2 e VD3 vengono selezionati con una bassa tensione diretta. I condensatori C11 e C13 separano DA3 dai diodi nel circuito OOS e la tensione di polarizzazione dell'amplificatore operazionale non influisce sul risultato della misurazione. Il suo stadio di ingresso su transistor pnp ha un valore tipico della corrente di base IB = 2,8 μA, che garantisce una caduta di tensione sul resistore R22 rispetto all'uscita dell'amplificatore operazionale DA3 di circa 0,9 V, sufficiente per polarizzare il condensatore al tantalio C13. Raddrizzato per la misurazione |ZН| la tensione viene rimossa dal catodo del diodo VD2. È costituito da due componenti: la semionda negativa corrisponde alla tensione ai capi del carico ZH, la semionda positiva della tensione viene amplificata volte alfa. Il circuito integratore R21C14 forma da questa tensione alternata asimmetrica in ampiezza il valore medio UC14, che è la tensione raddrizzata di uscita (in millivolt), numericamente uguale al modulo di impedenza (in ohm):
L'entità dello sfasamento tra la corrente misurata e la tensione che agisce sul carico viene determinata utilizzando due comparatori DA4 e DA5 e il microcircuito DD1. Indipendentemente dalla resistenza di carico, sul resistore R23 agisce una tensione alternata, la cui doppia ampiezza è maggiore della somma delle tensioni agenti sui diodi VD2, VD3, quindi il comparatore DA4 commuta chiaramente anche con un carico a bassa resistenza. La tensione sinusoidale operante sull'uscita DA2.3 viene convertita dal comparatore DA5 in una tensione rettangolare. Dopo i comparatori, entrambi i segnali vengono elaborati da quattro elementi "OR esclusivo" collegati in parallelo del microcircuito DD1, le cui tensioni di alimentazione sono uguali in valore rispetto al filo comune. Di conseguenza, dopo aver integrato gli impulsi di tensione dalle uscite di DD1 con gli elementi R28-R33, C19 e C20, il suo valore medio corrisponde allo sfasamento (numericamente in gradi) tra la corrente misurata e la tensione alternata che cade attraverso la resistenza ZH . Il dispositivo è alimentato da un'unità separata con stabilizzatori di tensione integrati. Fornisce una tensione di alimentazione bipolare di +6,7 V rispetto al filo comune con una regolazione del valore generale entro +15%. Per calibrare il misuratore di impedenza è adatto un resistore accurato da 200 ohm. Quindi, con una frequenza del segnale, ad esempio, di 100 Hz, il resistore R14 imposta la tensione di carico UZ = 200 mV. La tensione Uf deve essere impostata solo regolando la tensione nell'alimentatore. Il circuito R24C16 compensa alcuni sfasamenti causati dal raddrizzatore attivo su DA3. Di conseguenza, il resistore di sintonizzazione R24 viene installato ad alte frequenze in modo che non vi sia alcuno sfasamento per il resistore equivalente di carico non induttivo (f = 0°). Per calibrare il misuratore di fase, le uscite di entrambi i comparatori sono temporaneamente collegate al bus di alimentazione -6,7 V e il resistore trimmer R33 è impostato su una posizione che produce Uf = -900 mV. Sulla possibilità di sostituire gli elementi del dispositivo. È consentito sostituire il microcircuito dell'amplificatore operazionale TL084 con il TL074, TL082 o il K574UD2 domestico (gli ultimi due microcircuiti contengono due amplificatori operazionali nella custodia). Come amplificatori e comparatori DA3-DA5, è possibile utilizzare il microcircuito K1401UD6, contenente ciascuno un amplificatore operazionale e un comparatore. Tuttavia, i comparatori LM311 vengono sostituiti da altri che hanno un'uscita a collettore aperto: LM306, LM393, K554CA3, KR521CA3. L'amplificatore operazionale EL2044CN può essere sostituito con un altro a banda larga; Lo stadio di ingresso della maggior parte di questi amplificatori operazionali è realizzato su transistor con struttura npn e quindi sarà necessario cambiare la polarità del condensatore C13. I diodi VD1-VD3 (con barriera Schottky) hanno una tensione ridotta in connessione diretta; sono sostituiti da KD922(A-B), KD523A. Tuttavia, se l'amplificatore operazionale a banda larga DA3 ha un guadagno superiore a 5000, è consentito utilizzare i diodi delle serie KD503, KD518, KD520. CD4030 ha un analogo domestico K561LP2. Nel raddrizzatore di alimentazione è possibile utilizzare diodi KD521, KD522 con qualsiasi indice e un microcircuito regolatore di tensione bipolare regolabile KR142EN6 (NE5554). Si noti inoltre che quasi tutti i generatori di funzioni contenenti nella loro struttura un integratore e un convertitore di segnale da triangolare a sinusoidale con una resistenza di uscita non superiore a 50 Ohm sono adatti come generatori di segnali in quadratura. Autore: Kuhle H. Messchaltung fur Lautsprecher. - Radio Fernsehen
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