Jest to strona hobbystyczna, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze.  Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.
 

        strona główna

                                   www.skarabo.net        

skarabo.net

moje projekty >> nie tylko lampowe > pomiary oscyloskopem

moje projekty  >> nie tylko lampowe >
  I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I podstawki I pomiary oscyloskopem I płytka drukowana I różne I porady I  



Pomiary oscyloskopem

Zbudowany przedwzmacniacz, bufor czy wzmacniacz lampowy gra wspaniale, ale wypadałoby dowiedzieć się  coś o jego parametrach, a nie tylko oceniać na  słuch. Do tego będą potrzebne trzy urządzenia: oscyloskop, generator funkcyjny i ew. częstotliwościomierz. Urządzenia te przydadzą się tym bardziej, gdy wzmacniacz nie chce grać...

Generator funkcyjny można kupić,  zrobić samemu (schematy w czasopismach elektronicznych, w Internecie na stronach poświęconych elektronice) lub kupić gotowy kit np. w sklepach internetowych. Zwykle są to proste generatory o nie najwyższych parametrach, lecz będą bardzo przydatne do pomiaru wielu ważnych parametrów. Od jakości generatora zależy dokładność naszych pomiarów. Powinien mieć szeroki zakres częstotliwości (np. 10 Hz-200kHz), które powinien generować LINIOWO w całym zakresie, czyli bez nagłych spadków czy podbić amplitudy sygnału. Zniekształcenia nieliniowe generowanego sygnału powinny być niezbyt wysokie. Do naszych pomiarów potrzebne będą sygnały: sinusoidalny, trójkątny i prostokątny. Przydatne są też sygnały piłokształtne, dodatnie i ujemne. Dobrze by było, gdyby wartość (amplitudę) sygnału sinusoidalnego i trójkątnego można było płynnie regulować. 
Można też użyć sygnałów wygenerowanych przez różne programy komputerowe. Jakość sygnału będzie zależała od jakości karty dźwiękowej, a pasmo będzie ograniczone do 15, maksymalnie do 20 kHz. Ponadto wyższe częstotliwości (powyżej 10 kHz) generowane przez komputer mają znaczne zniekształcenia sygnału, spowodowane ograniczoną liczbą próbek. Zwróćmy bowiem uwagę, że przy częstotliwości próbkowania 44.1 kHz (standard audio) sygnał o częstotliwości 20 kHz jest próbkowany 2.2 razy, co jak domyślamy się da nam np. sygnał sinusoidalny w postaci schodków a nie sinusa. Wprawdzie taki sygnał wygładzany jest przez filtr, lecz na ekranie oscyloskopu widzimy go w postaci szerokiej "wstążki" o kształcie zbliżonym do sinusoidy a nie cienkiej linii, jak z dobrego generatora.
Ale do wielu pomiarów wystarczy prosty generator, nawet w postaci programu komputerowego. Jeżeli nie masz jeszcze takiego programu to możesz go sobie ściągnąć z tej strony. Musisz go rozpakować Unzipem. Program jest autorstwa Tomasza Śliwy i udostępniam go za jego zgodą.

Generator (100kb)

Profesjonalny częstotliwościomierz nie jest tani. Można go zbudować samemu, kupić kit, lub kupić multimetr z wbudowanym pomiarem częstotliwości (takie multimetry można kupić już od 90-100 zł). Z reguły pomiar częstotliwości w tańszych multimetrach jest ograniczony od 10 Hz do 20 kHz, ale od biedy do pomiaru wzmacniacza wystarczy. Częstotliwość sygnału można zmierzyć też  za pomocą oscyloskopu (z przebiegu rysowanego na ekranie), jest to mniej wygodne, ale wielu przypadkach wystarczające. Dobre oscyloskopy podają częstotliwość przebiegu wprost na ekranie, co jest idealnym rozwiązaniem.
Bywają generatory w wbudowanym pomiarem częstotliwości, można też zrobiony przez siebie generator (pokrętło) wyskalować, korzystając np. z oscyloskopu, o czym napiszę dalej. 
Oscyloskop
Jest wiele typów oscyloskopów, od bardzo prostych, do niezwykle rozbudowanych (pomijając już podział na analogowe i cyfrowe i in.). W naszych pomiarach przydatny będzie każdy rodzaj oscyloskopu, nawet ten najprostszy. Chciałbym zachęcić osoby nieobeznane, do pracy z oscyloskopem -  nie jest to takie trudne. 
Podczas pomiarów będziemy używali tylko wejścia Y oraz - pomijając wstępne ustawienia jasności i wielkości plamki - pokręteł (klawiszy, przycisków) wzmocnienia oraz podstawy czasu.
Pokrętłem czy przyciskami wzmocnienia ustawiamy wzmocnienie tak, by badany przebieg mieścił się na ekranie, a pokrętłem (przyciskami) podstawy czasu dopasowujemy częstotliwość obrazu na ekranie, odpowiednio do częstotliwości  mierzonego sygnału. 
Podczas pomiarów sygnałów o wysokim napięciu przyda się sonda wysokonapięciowa, np. 1:10, co pozwala na pomiar sygnału o dziesięciokrotnie większym napięciu od dopuszczalnego dla danego oscyloskopu.

Ekran oscyloskopu podzielony jest zwykle na 10 części w poziomie i 8 w pionie za pomocą linii, tworzących siatkę. Kratki podzielone są dodatkowo na (zwykle) 5 części. Podziałkę tę widać na środkowych liniach symetrycznie dzielących ekran. Ułatwia to dokładniejszy odczyt parametrów mierzonego sygnału. W przypadku większych ekranów podziałek jest więcej (np. 3 w poziomie) lub są dokładniejsze. 
Na rysunku - standardowy ekran oscyloskopu.

 Przy pomiarach, gdzie wynik chcemy otrzymać w dB, za poziom 0 (zero) dB przyjmujemy, że wartość sygnału wzorcowego zajmuje 5 lub 7 kratek (działek). 
Ponieważ  dwukrotna różnica wzmocnienia we wzmacniaczach nie powoduje jeszcze wyraźnych zmian w głośności, przyjęto, że wszelkie pomiary będą podawane z dwukrotnym spadkiem wartości sygnału, co daje różnicę 3 dB. 
Spadek o 3 dB odpowiada ok. 71% wartości początkowej. Można przyjąć inną wartość początkową niż 5 czy 7 kratek na ekranie oscyloskopu i odpowiednio przeliczyć. 
Na ekranie oscyloskopu spadek o 3 dB daje zmniejszenie amplitudy sygnału z 5 do 3.5 kratki. Gdy  za poziom 0 dB przyjmiemy 7 działek, to spadek o 3 dB  (71%) będzie odpowiadał 5 kratkom.
Na początek  proponuję przyjęcie 5 kratek za poziom wzorcowy, 0 dB
Przeliczenie działek ekranu na decybele (z dokładnością do 1/5 kratki) wygląda następująco:

Spadek wartości sygnału poniżej poziomu 0 dB (5,0 kratek - 0,00 dB)

 Wzrost wartości sygnału powyżej 0 dB (5,0 kratek - 0,00 dB)

4,8 dz. - (-) 0,35 dB4,0 dz. - (-) 1,9 dB5,2 dz. - +0,82 dB6,2 dz. - +1,86 dB
4,6 dz. - (-) 0,72 dB3,8 dz. - (-) 2,38 dB5,4 dz.- +0,67 dB6,4 dz. - +2,14 dB
4,4 dz. - (-) 1,11 dB3,6 dz. - (-) 2,85 dB5,6 dz. - +0,98 dB6,8 dz. - +2,67 dB
4,2 dz. - (-) 1,51 dB3,5 dz. - (-) 3,09 dB6,0 dz. - +1,58 dB7,0 dz. -  +2,92 dB

Jak widać "na plusie" decybele przyrastają nieco inaczej.

Co można mierzyć?
Za pomocą oscyloskopu i generatora funkcyjnego będziemy mierzyć:
1. Wzmocnienie wzmacniacza lub przedwzmacniacza,
2. Moc wyjściową wzmacniacza mocy,
3. Pasmo przenoszenia,
4. Charakterystykę przenoszenia,
5. Zniekształcenia wzmacnianego sygnału
6. Możemy zgrubnie ocenić inne parametry, jak szybkość wzmacniacza czy wprowadzane zniekształcenia nieliniowe .  


Kilka ogólnych uwag

Dla zachowania bezpieczeństwa badanych wzmacniaczy musimy zastosować się do kilku wskazówek:
- gdy mamy zamiar pierwszy raz włączyć wzmacniacz mocy do sieci, dobrze by w szereg pomiędzy wzmacniaczem a zasilaczem był włączony bezpiecznik o niewielkim prądzie, tak by w przypadku błędnego montażu, zwarcia czy tp. nie uległ zniszczeniu sam wzmacniacz. Przydatny jest zasilacz o ogranicznikiem natężenia prądu. W przypadku wzmacniaczy lampowych, najpierw włączamy zasilanie żarzenia , a potem anodowe, najlepiej mierząc prąd anodowy, czy nie przekracza dopuszczalnego, a napięcie anodowe nie przekracza napięcia pracy kondensatorów elektrolitycznych. Prąd spoczynkowy w przypadku wzmacniaczy tranzystorowych nie przekracza kilku-kilkunastu miliamper, w przypadku wzmacniaczy lampowych jest nieco większy. Duży prąd pobierany jest w czasie pracy wzmacniacza klasy A tak tranzystorowego jak i lampowego. Obserwujemy elementy, czy nie nagrzewają się nadmiernie. W przypadku wzmacniaczy lampowych, źródeł ciepła jest wiele, ale nic nie powinno się dymić, palić itp.
- wzmacniacze mocy z reguły badamy po obciążeniu wyjścia impedancją 4 lub 8 omów. W żadnym wypadku, (na początek), nie należy podłączać głośników lecz rezystor o oporności 4 lub 8 omów i dużej mocy (mocno się grzeje!). Rezystor powinien mieć moc przynajmniej taką, jakiej spodziewamy się uzyskać z naszego wzmacniacza (np. nawet 100W).
Rezystory mogą mieć mniejszą moc, ale musimy wtedy zrezygnować z pomiarów mocy maksymalnej wzmacniacza.
Spotkałem się z propozycją, by kilkuwatowe rezystory obciążające wzmacniacz, zanurzyć w celu lepszego chłodzenia w naczyniu z wodą.
- kolumny możemy podłączyć dopiero po ustaleniu, że wzmacniacz działa prawidłowo, że się nie wzbudza (np. na wysokich, niesłyszalnych częstotliwościach). Potencjometr głośności powinien być skręcony na zero! Unikamy "podkręcania" potencjometru głośności i manipulowania przy wzmacniaczu. Każde zwarcie, zaiskrzenie, czy wzbudzenie się wzmacniacza może uszkodzić kolumny jeśli użyliśmy ich do testów.
- w żadnym wypadku nie sprawdzamy jak radzą sobie kolumny na wysokich częstotliwościach, podając mocny, o wysokiej częstotliwości sygnał z generatora . Takie "przegwizdanie" wzmacniacza i kolumn z reguły kończy się spaleniem głośnika wysokotonowego.
Do pomiarów w wysokich częstotliwościach używamy wyłącznie rezystorów obciążających wzmacniacz!

Sprawdź generator
Generator, szczególnie ten wykonany własnym sumptem powinniśmy zbadać oscyloskopem. Obserwujemy kształt sygnału przy różnych częstotliwościach. Nie powinien on zbyt zmieniać kształtu do przynajmniej 20 kHz. Badamy też liniowość wzmocnienia. Polega to po prostu na ustawieniu wzmocnienia np. sygnału trójkątnego na 5 kratek i obserwowaniu czy ten poziom wzmocnienia jest zachowany przy różnych częstotliwościach. Bo w jaki sposób zbadamy charakterystykę przenoszenia wzmacniacza, gdy nasz generator już przy 20 kHz będzie miał spadek wzmocnienia np. -2 dB?
Dobry generator ma jednakową amplitudę sygnału wyjściowego w całym swoim paśmie.

Badamy
Uruchomiliśmy wzmacniacz, bufor czy przedwzmacniacz, nic się w nim nie pali, nic nadmiernie nie grzeje, możemy przystąpić do pomiarów. Na wejście badanego urządzenia podajemy sygnał z generatora (oczywiście przez kabel koncentryczny) na wyjście podłączamy obciążenie (rezystor) - w przypadku wzmacniacza mocy - natomiast preamp czy bufor nie obciążamy. Częstotliwość sygnału ustawiamy na 1 kHz, która jest ogólnie przyjętą częstotliwością pomiarową. 

Każdy wzmacniacz ma ograniczone możliwości wzmocnienia sygnału. Przy zbyt wysokiej wartości sygnału wejściowego, wzmacniacz zaczyna "obcinać" wierzchołki sygnału, przez co zniekształcenia nieliniowe drastycznie rosną. Moc znamionową jak i współczynnik wzmocnienia badamy przy takiej wartości sygnału wejściowego, by obcinanie sygnału nie było nadmiernie duże. Zniekształcenia nieliniowe wtedy są na poziomie 2-5%, co jest jeszcze akceptowalne słuchowo. 
Praktycznie odbywa się to w ten sposób, że po podłączeniu generatora do wejścia wzmacniacza, potencjometrem głośności ustalamy taki poziom, by na ekranie oscyloskopu dało się zauważyć niewielkie zniekształcenie sygnału. Do takich obserwacji lepszy jest sygnał trójkątny niż sinusoidalny. Natomiast do badania mocy znamionowej wzmacniacza używa się sygnału sinusoidalnego, więc będziemy musieli obserwacje przeprowadzić na takim sygnale.
 Na rysunku: wzmacniany sygnał trójkątny zaczyna być obcinany.

1. Wzmocnienie. 
Jest to najprostszy pomiar. Na wejście podajemy sygnał trójkątny (można użyć też sinusa) o częstotliwości ok. 1 kHz,, powoli zwiększając amplitudę sygnału za pomocą potencjometru głośności. Na oscyloskopie podłączonym do wyjścia obserwujemy kształt sygnału, aż do momentu gdy  wzmacniacz zaczyna obcinać wierzchołki sygnału. 
Następnie oscyloskopem mierzymy poziom sygnału na wejściu, pokrętłem wzmocnienia (już na oscyloskopie) ustalamy wysokość obrazu  np. na jedną kratkę. Potem, nie zmieniając położenia potencjometrów,  mierzymy poziom sygnału na wyjściu. Stosunek wartości amplitud wejścia do wyjścia jest współczynnikiem wzmocnienia wzmacniacza. 
Np. sygnał na wejściu mieści się w 1  kratce, na wyjściu  w 5, tak więc wzmacniacz wzmacnia 5 razy. Trudniejszy jest pomiar, gdy obraz sygnału na wyjściu nie mieści się na ekranie (duże wzmocnienie). Pozostaje tak zmniejszać wartość wzmocnienia na wejściu by wzmocniony sygnał mieścił się na ekranie.
W przybliżony sposób można mierzyć wzmocnienie za pomocą multimetru cyfrowego, ale pod warunkiem że nasz multimetr prawidłowo odczytuje częstotliwość sygnału sinusoidalnego 1 kHz. W tanich multimetrach częstotliwość ta  zwykle nie przekracza 100 Hz, dlatego pomiar będzie obarczony większym błędem, co w ostatecznym rozrachunku nie jest takie istotne. Informacji o częstotliwości pomiaru szukaj w instrukcji obsługi multimetru.  Zasada pomiaru wzmocnienia jest taka sama - stosując sygnał sinusoidalny, mierzymy wartość sygnału przed i po wzmocnieniu przy częstotliwości dostosowanej do możliwości multimetru (np. 100 Hz).

2. Moc wyjściowa wzmacniacza mocy. 
Pomiaru dokonuje się przy pomocy sygnału sinusoidalnego, przy zasilaniu oryginalnym zasilaczem. Wzmacniacz należy obciążyć rezystorem o takiej mocy by nie uległ spaleniu i o rezystancji dopasowanej  do naszego wzmacniacza (np. 4 omy). Możesz zaryzykować i podłączyć kolumny, wtedy pomiar będzie dokonany w warunkach rzeczywistego obciążenia, ale bezpieczniej jest użyć rezystora. W przypadku wzmacniacza stereofonicznego rezystorem obciążamy oba kanały. Na oba wejścia podajemy sygnał sinusoidalny, 1 kHz.. Wzmocnienie ustalamy w taki sposób, by szczyty sygnału zostały lekko obcięte. Moc oddawana w takich warunkach będzie mocą maksymalną (sinusoidalną). 
W jaki sposób obliczyć moc? Liczymy ile kratek zajmuje wzmocniony sygnał. Na pokrętle (klawiszu) wzmocnienia oscyloskopu odczytujemy ile wynosi współczynnik wzmocnienia. Np. sygnał zajmuje 6 kratek Współczynnik wzmocnienia oscyloskopu jest ustawiony na 5V/działkę, czyli międzyszczytowa amplituda sygnału wynosi: 6 x 5V=30V. Amplituda sygnału wynosi połowę tej wartości, czyli 15V. Wartość skuteczna sygnału sinusoidalnego wynosi 0,707 amplitudy (pamiętamy z fizyki?), czyli 0,707x15V=10,6V. Moc obliczamy ze wzoru: P=U2/R. w naszym przypadku będzie to:  P=(10,6)2/4=112,36/4=28,09W.
Jeżeli napięcie zasilające w sieci będzie nieco wyższe lub niższe, moc będzie nieco inna, podobnie jak po zmianie obciążenia z 4 na 8 omów. Podanie sygnału muzycznego spowoduje, że moc naszego wzmacniacza będzie wyższa.
Na rysunku: wzmacniacz zaczyna obcinać wierzchołki sygnału sinusoidalnego, amplituda międzyszczytowa wynosi 6 działek.
Oczywiście mocy wyjściowej nie oblicza się dla przedwzmacniacza czy bufora.

3. Pasmo przenoszenia

Ten pomiar też nie sprawi Ci kłopotów. Jak wiemy, każdy wzmacniacz czy kolumna głośnikowa, tak niskie jak i wysokie częstotliwości  przenosi z "normalnym" wzmocnieniem tylko do pewnego  zakresu. Poniżej i powyżej tych częstotliwości wzmocnienie szybko spada. Pasmo przenoszenia urządzenia audio, to po prostu taki zakres skrajnych częstotliwości, w których wzmocnienie urządzenia będzie dwukrotne niższe, czyli inaczej spadek wzmocnienia będzie wynosił (-)3 dB. Przyjmuje się, że  im szersze pasmo przenoszenia, tym lepiej. Kolumny głośnikowe przenoszą niskie częstotliwości od 30-50 Hz a wysokie do 20-30 kHz. Gdy wzmacniacz lampowy  ma pasmo przenoszenia 20-30 kHz,  jest to dobry wynik, natomiast dla tranzystorowca nie jest to żadna rewelacja. Współczesne wzmacniacze (także lampowe, chociaż nie aż tak) przenoszą częstotliwości od blisko zera do 100-150 kHz/-3dB. Oczywiście, uczciwość producenta nakazuje, by podał on rzetelnie wartość spadków na krańcach pasma, bowiem jeżeli przyjmiemy, że dopuszczalne spadki wynoszą np. do -6dB, to  każdy wzmacniaczyk w najtańszym nawet jamniku będzie miał rewelacyjne parametry. 
Pomiaru dokonujemy sygnałem sinusoidalnym lub trójkątnym. Poziom wzmocnienia wzmacniacza nie musi być bliski maksymalnemu, nawet lepiej jak pokrętło potencjometru ustawimy niżej, np. na 10 lub 20% mocy. Wzmacniacz mocy obciążamy rezystorem, natomiast preamp czy bufor nie obciążamy.  

Podłączamy oscyloskop na wyjście, generator na wejście. Wyłączamy generator, wtedy na oscyloskopie pojawi się linia podstawy czasu. Pokrętłem ustawiamy ją na samym dole ekranu, jak na rysunku pierwszym. Oscyloskop powinien mieć ustawiony przełącznik wejścia Y na sprzężenie stałoprądowe (DC). Przestrajamy generator na częstotliwość ok. 1kHz.  Pokrętłem (klawiszem)  wzmocnienia na oscyloskopie ustawiamy połówkę sinusoidy na wysokość 5 kratek (działek). Pokrętłem regulacji częstotliwości na generatorze zmniejszamy częstotliwość, aż wysokość wierzchołków sinusoidy zmniejszy się do wysokości 3,5 działki. Będzie to szukany spadek (-)3 dB. Podobnie postępujemy z częstotliwościami wysokimi. 
Nieco łatwiej jest mierzyć nie amplitudę, a wartość międzyszczytową, czyli pełną sinusoidę. Początkową sinusoidę ustalamy na 7 działek i granicą pomiaru będzie wtedy 5 działek (kratek) na ekranie oscyloskopu co da nam szukany spadek o 3 dB.
Częstotliwość przy której sygnał ma graniczną wartość 3.5 działki (lub 5 działek, zależnie od systemu pomiaru) odczytujemy  na częstotliwościomierzu.  
Jeżeli nie mamy do dyspozycji częstotliwościomierza, nic straconego. Trzeba tak ustawić regulator podstawy czasu na oscyloskopie, by na ekranie uzyskać dwie połówki sinusoidy. Mierzymy okres przebiegu (od początku pierwszej, do początku drugiej sinusoidy, lub od końca co końca - jak na rysunku) - w naszym przykładzie to 5 działek. Sprawdzamy na oscyloskopie jaki jest współczynnik podstawy czasu (pokrętło lub klawisz), niech to będzie np. 15 ms/działkę. Daje to okres przebiegu T=5 x 15=72ms. Częstotliwość  obliczymy ze wzoru: f=1/T, tak więc f=1/72=0,012kHz, czyli 12 Hz.. Podobnie oblicza się górną częstotliwość graniczną.

4. Charakterystyka przenoszenia
Jeżeli wprawiliśmy się już w określaniu pasma przenoszenia, to nic prostszego jak sprawdzić jaka jest charakterystyka przenoszenia wzmacniacza. Polega to po prostu na przestrajaniu generatora od najniższej częstotliwości do najwyższej częstotliwości i obserwowaniu przy jakich częstotliwościach następują spadki, ewentualnie podbicia wzmocnienia. Jeżeli chcesz, możesz narysować charakterystykę wzmocnienia w funkcji częstotliwości swojego wzmacniacza. Przeliczenie "działek na decybele" ułatwi Ci tabela powyżej. Jest to dość pracochłonne, ale  charakterystyka nie musi być bardzo dokładna. Wystarczy kilka-kilkanaście punktów pomiaru, bowiem prawidłowo zbudowany wzmacniacz nie ma jakichś nagłych spadków czy podbić w swoim paśmie.

Na rysunku  przykładowa charakterystyka przenoszenia wzmacniacza dla obciążenia 4 i 8 omów. Widoczne obniżenie charakterystyki dla 4 omów w zakresie 500-1000 Hz (oczywiście przykładowe).

5. Impedancja wewnętrzna wzmacniacza
W prosty sposób możemy zmierzyć impedancję wewnętrzną wzmacniacza. 
Na wejście wzmacniacza podajemy sygnał z generatora (sinus) np. o częstotliwości 1 kHz. Na wyjście słuchawkowe podłączamy rezystory o impedancji zbliżonej do impedancji słuchawek czy kolumn głośnikowych - np. 33 omy czy 8 omów. W przypadku wzmacniacza o dużej mocy należy stosować rezystory o dużej mocy i wzmacniacz nie należy "podkręcać" na znaczną moc.
Podłączmy oscyloskop do wyjścia (do rezystora). 
Gałkę głośności ustawiamy tak, by sygnał na wyjściu nie był przesterowany.
Mierzymy napięcie wyjściowe wzmacniacza obciążonego rezystorem i nie obciążonego. 

Impedancję wyjściową obliczamy ze wzoru: 

Rwy = Rob * (V1-V2/V2)

gdzie: Rw - impedancja wewnętrzna wzmacniacza, Rob - obciążenie wzmacniacza (tutaj np. 33 omy), V1 - napięcie na wyjściu wzmacniacza nie obciążonego,
V2 - napięcie na wyjściu wzmacniacza obciążonego.

W ten sposób można mierzyć także impedancję przedwzmacniaczy, wzmacniaczy operacyjnych itp. Stosujemy tylko obciążenie rezystorem o odpowiednio dużej rezystancji, np. 50k.


Zniekształcenia nieliniowe
Dobrze zaprojektowane wzmacniacze mają minimalne zniekształcenia nieliniowe, których wartość  jest niższa niż 1% (o ile wzmacniacz nie jest przesterowany). Dobry wzmacniacz  (szczególnie tranzystorowy) ma zniekształcenia sięgające ułamka procenta. W przypadku wzmacniaczy lampowych zniekształcenia bywają wyższe, co jednak nie przekreśla ich jako wzmacniaczy, a wręcz przeciwnie, mają one przez to pewien "lampowy" rys brzmienia, ceniony przez wielu użytkowników.
Niskich zniekształceń nie można zmierzyć za pomocą oscyloskopu. Ale obecność wyższych zniekształceń możemy zauważyć oceniając sygnał trójkatny. 
Pomiar
Wzmacniacz mierzymy pod nominalnym obciążeniem, sygnałem trójkątnym o częstotliwości 1 kHz, podkręcając potencjometr tak, by wierzchołki trójkąta nie były jeszcze obcinane (blisko mocy maksymalnej). 
Jeżeli zbocza trójkąta są proste, zniekształcenia są niewielkie. Jeżeli zbocza są wygięte, sygnał jest mocno zniekształcony. 

1 kHz.
Sygnał trójkątny prawidłowy, zniekształcenia nieliniowe minimalne.
1 kHz.
Sygnał nieprawidłowy, zniekształcenia nieliniowe są zbyt duże.

Badanie sygnałem prostokątnym

Badanie sygnałem prostokątnym jest bardzo przydatne i niesie wiele informacji. Dla doświadczonego elektronika jeden rzut oka na ekran oscyloskopu wystarcza, by wiedzieć czy wzmacniacz ma ograniczone pasmo, czy się wzbudza czy tp.

Badanie
W zasadzie do badania wystarczą sygnały prostokątne o częstotliwościach: 20 Hz, 1 kHz oraz 20 kHz. Jeżeli generator ma możliwość płynnego przestrajania częstotliwości, to tym lepiej.
Pierwszym krokiem jest sprawdzenie jak wygląda sygnał bezpośrednio z generatora - w tym celu do oscyloskopu podłączamy generator z ustawioną częstotliwością 1 kHz (i pozostałymi). Jeżeli wzmacniacz ma regulatory barwy dźwięku, ustawiamy je w pozycji neutralnej ("0"). Następnie do wejścia wzmacniacza podłączamy generator, a do wyjścia wzmacniacza (przedwzmacniacza), oscyloskop.
Obserwujemy przebieg dla częstotliwości 20 Hz, 1 kHz i 20 kHz. Jeżeli wzmacniacz nie przenosi bardzo niskich częstotliwości, to zamiast 20 Hz stosujemy wyższą, np. 50 Hz.
Przedwzmacniacz badamy nie obciążony, wzmacniacz mocy natomiast możemy badać nieobciążony, obciążony kilkuwatowym rezystorem i rezystancji NIE mniejszej niż zalecana impedancja kolumn głośnikowych (np. 4 lub 8 omów). W niektórych przypadkach, gdy chcemy sprawdzić zachowanie się wzmacniacza mocy podczas pracy z "trudnymi" obciążeniami, do rezystora dołączamy kondensator o pojemności ok. 1 uF.  


Uwaga:

Jeżeli wzmacniacz mocy badamy obciążony rezystorem, to potencjometr głośności ustawiamy na taką wartość, by nie przekroczyć mocy wydzielanej na rezystorze, inaczej ulegnie on "przepaleniu".
Nigdy nie badamy wzmacniacza obciążonego kolumnami głośnikowymi! No, chyba że lubimy emocje i nie zależy nam na głośnikach...:)

Dla zobrazowania podam kilka oscylogramów przebiegu prostokątnego o częstotliwości 1 kHz, "przepuszczonych" przez wzmacniacz z regulacją barwy dźwięku.

 1 kHz
Sygnał wzorcowy, mierzony na wyjściu generatora.
20 kHz 
Sygnał wzorcowy, mierzony na wyjściu generatora.
 Widać lekkie zaokrąglenia naroży. Spowodowane jest to ograniczonym pasmem generatora  (200 kHz) jak i pojemnościami przewodów pomiarowych.
Bas obniżony (ograniczone pasmo od dołu)Bas mocno ograniczony. (szybkie opadanie charakterystyki w dolnym zakresie)
Bas "podbity" na regulatorze.Wysokie częstotliwości (soprany) obniżone.  
Inaczej - ograniczone pasmo od góry.
Wysokie częstotliwości "podbite"Wysokie częstotliwości mocno "podbite" ("górka" na charakterystyce).

Obniżenie i podbicie określonych częstotliwości (pasm) polega na obniżeniu lub podwyższeniu ich amplitudy w stosunku do pozostałej części sygnału. Na charakterystyce częstotliwościowej będzie to dołek lub górka w określonym paśmie.

Jak widzimy, jeżeli sygnał na wyjściu wzmacniacza nie jest prostokątem, rzut oka wystarczy by z grubsza ocenić jak może wyglądać jego charakterystyka.

Ale przebieg sygnału prostokątnego może nieść więcej informacji. Oprócz nierówności charakterystyki, wzmacniacz ma ograniczone pasmo, tak od dołu, jak i od góry. Bardzo dobre wzmacniacze, przenoszą sygnał od zaledwie kilku Hz (to już prawie prąd stały), do setek kHz. Te informacje niesie także sygnał prostokątny.
O spadku wzmocnienia na dolnych częstotliwościach świadczy kształt sygnału pomiarowego 20 Hz (50 Hz) a o spadku (ograniczeniu) w zakresie wysokich częstotliwościach - sygnał 20 kHz. 
Podane tutaj częstotliwości pomiarów są typowe, natomiast w mniejszym lub większym stopniu odkształcenia sygnału wystąpią przy innych częstotliwościach pomiaru.

Kilka przykładów:

Idealny przebieg sygnału prostokątnego.
Raczej teoria...
Sygnał 20 kHz. 
Widoczne lekkie zaokrąglenia naroży sygnału, oraz niewielkie nachylenia zboczy świadczy  o bardzo dobrych właściwościach wzmacniacza w zakresie wysokich częstotliwości.
Sygnał 1 kHz. (lub mniej)
Zwis poziomych odcinków sygnału świadczy  o ograniczeniu w zakresie dolnych częstotliwości. Im większy zwis, tym gorzej (linie ukośne mogą mieć też kształt łuków).
Sygnał 1 kHz  (lub mniej)
Przerost odcinków świadczy o podbiciu charakterystyki w zakresie niskich częstotliwości (linie ukośne mogą mieć też kształt łuków jak na zdjęciach powyżej).
Sygnał 20 kHz.
Mocne zaokrąglenia sygnału świadczą o ograniczeniu pasma w zakresie górnych częstotliwości. Im większe łuki, tym pasmo węższe.
Sygnał 20 kHz.
Zafalowania świadczą o podbiciu charakterystyki w zakresie wyższych częstotliwości. Podbicie może być większe lub mniejsze, najczęściej w paśmie do 50 kHz. Ilość i gęstość zafalowań informuje o częstotliwości podbicia. 
Sygnał 20 kHz (lub nawet niższy)
Gasnące oscylacje świadczą o podbiciu charakterystyki w zakresie wysokich częstotliwości (umownie pow. 50 kHz) lub o 
 wzbudzaniu się wzmacniacza. Oscylacje są wtedy dłuższe.
Sygnał 1 kHz lub wyższe.
Widoczne oscylacje świadczą o stałym wzbudzaniu się wzmacniacza, najczęściej na wys. częstotliwościach.
Im "gęstsza"  sinusoida oscylacji, tym większa częstotliwość na której wzmacniacz się wzbudza (setki kHz)

Wyjaśnienie:

Zwis jest wtedy, gdy pozioma linia (czasem wygięta w  łuk) opada poniżej teoretycznego (prawidłowego) przebiegu sygnału prostokątnego. 
Przerost - linia pozioma (czasem wygięta w  łuk) przebiega ukośnie powyżej teoretycznego (prawidłowego) przebiegu sygnału prostokątnego. 

Bezpieczeństwo:

Zanim zaczniesz pracować z wysokimi napięciami, poczytaj o skutkach działania prądu na organizm człowieka na stronie "Bezpiecznie!"

Podczas pomiarów urządzeń, w których występują wysokie napięcia, zachowajmy szczególną ostrożność.  
Wysokie napięcie jest niebezpieczne, dlatego stosuj przemyślane rozwiązania podczas pomiarów tak, by nie narazić siebie (i innych) na porażenie prądem elektrycznym! 
 

Bibliografia


moje projekty  >> nie tylko lampowe >
  I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I podstawki I pomiary oscyloskopem I płytka drukowana I różne I porady I  


powrót do góry >

I strona główna I audio-retro I moje projekty I w wolnym czasie I warto odwiedzić I  

©  2000 - 2012 | Projekt strony: S.C.  |  Wszelkie prawa zastrzeżone