Серия статей И. Акулиничева:

1.  Векторный индикатор нелинейных искажений. 1977г.

2.  Приставка к осциллографу для оценки качества усилителей. 1980г.

3.  Селекция сигнала искажений. 1983г.

Наиболее полную информацию о качестве работы усилителя мощности НЧ дают не измерения на испытательном стенде с имитаторами входного сигнала и нагрузки, а данные о величине и характере искажений, вносимых усилителем в реальный звуковой сигнал. Поэтому осциллограф, подключенный через дифференцирующую цепь параллельно громкоговорителю, может в отлаженном по приборам усилителе открыть и неожиданную причину неестественного звучания, например, склонность его к самовозбуждению при усилении сигнала со сложным частотным спектром.

Известно и то, что сигнал на входе усилителя мощности несколько искажен компонентом ООС. В случае, если усилитель инвертирующий, такой пред искаженный сигнал можно наблюдать на экране осциллографа, подключенного к эмиттерной цепи транзисторов входного дифференциального каскада. Более того, здесь же нетрудно обнаружить характерные «выбросы», обусловленные так называемыми динамическими интермодуляционными искажениями.

Этими примерами не исчерпываются возможности функционального контроля усилителя мощности в реальных условиях его применения, а лишь обосновывается перспективность поиска более совершенных, чем используемые традиционно, методических и технических решений проблемы оперативного контроля качества работы усилителя НЧ. Одно из решений подсказал опыт разработки и применения векторного индикатора нелинейных искажений (см. «Радио», 1977, №6, с. 42-44 и 1980, №4, с. 40), в котором, напомним, селекция сигнала искажений и помех (далее для краткости – просто искажений) осуществляется путем прямого вычитания входного напряжения проверяемого усилителя НЧ из выходного.

Наиболее просто этот способ выделения сигнала искажений реализуется в инвертирующем усилителе мощности (рис. 1). Здесь R1, R2 - резисторы цепи ООС, охватывающей усилитель Ф1 (эксперименты проводились с усилителем, описанным в «Радио», 1980, №3, с. 47), подключенная в точках А и Б цепь R3 – R6C2 – селектор сигнала искажений. При соответствующем сопротивлении переменного резистора R6 противофазные входное (в точке А) и выходное (в точке Б) напряжения звуковой частоты компенсируют друг друга, и в точке В остается только сигнал, включающий в себя составляющие всех энергетически значимых искажений и помех, вносимых усилителем мощности А1. Поскольку напряжения звуковой частоты в точках А и Б однозначно связаны отношением сопротивлений резисторов R1, R2, а контролируемый усилитель был широкополосным, такой селектор сигнала искажений работал стабильно во всем звуковом диапазоне частот и при разных уровнях усиливаемого напряжения. И хотя возможность широкополосной селекции сигнала искажений была получена только для инвертирующего, скорректированного по фазе усилителя мощности, есть основания рекомендовать этот способ для практического использования и в других случаях.

Встроенные селекторы сигналов искажений проверялись в работе в стереофоническом инвертирующем усилителе. Выделенные ими сигналы обоих каналов через дополнительные усилители на полевых транзисторах подводились к контрольным точкам, к которым подключался осциллограф Ш1-90. Испытывался также селектор с встроенным осциллоскопом на миниатюрной электроннолучевой трубке, в котором по горизонтали луч отклонялся выходным напряжением усилителя мощности, а по вертикали – сигналом искажений. Появление дефектов выходного сигнала проявлялось в виде выбросов трассы луча или размывания векторной петли по всему экрану трубки. Как показала практика, дефекты выходного сигнала нередко обусловлены попаданием на вход усилителя мощности плохо отфильтрованного напряжения поднесущей частоты и ее гармоник, гармоник строчной частоты, а иногда и чрезмерным подъемом АЧХ регуляторами тембра. Эффективное средство защиты от помех такого рода — включение на входе усилителя мощности ФНЧ с частотой среза 20...25 кГц.

Накопленный опыт позволяет считать, что встроенный селектор сигнала искажений наиболее эффективен при конструктивном совмещении его с миниатюрным электроннолучевым индикатором или двухкоординатной ЖК-матрицей. Контроль дефектов в усиливаемом сигнале в этом случае согласуется с контролем его амплитуды (не нужен отдельный индикатор выходной мощности), пики сигнала, превышающие допустимый уровень, могут быть использованы для управления устройствами защиты выходного каскада от перегрузок.

Несколько слов о выборе элементов селектора искажений. С целью уменьшения его влияния на контролируемый усилитель мощности суммарное сопротивление резисторов R3-R6 выбирают примерно в 10 раз большим суммарного сопротивления резисторов R2, R1 цепи ООС, а отношение сопротивлений (R5+R6)/(R3+R4) равным отношению R2/R1 (при калибровке этого добиваются изменением сопротивления переменного резистора R6). Сопротивление резистора R3 выбирают из соотношения R3 = (0,05...0,07)R4. Что касается емкости конденсатора С2 (им корректируют фазу входного сигнала), то ее подбирают такой, чтобы в рабочем диапазоне частот можно было добиться полной компенсации сравниваемых сигналов в точке В.

Описанный способ селекции сигнала искажений — простейший, а потому не лишен недостатков. Подключения селектора, хотя и в небольшой степени, но влияет на контролируемый усилитель, большое сопротивление составляющих его резисторов обуславливает потери сигнала искажений, особенно его высокочастотных составляющих.

Совершенствование селектора проводилось применительно к назначению и структуре упоминавшегося векторного индикатора. Принципиальная схема усовершенствованного селектора, подключенного к неинвертирующему усилителю мощности, приведена на рис. 2. Устройство выполнено на комплементарной паре транзисторов V1, V2. В положении переключателя S2, показанном на схеме, контролируют работу неинвертирующих усилителей, в другом его положении — инвертирующих.

Как видно из схемы, выходной сигнал контролируемого усилителя А1 поступает на базу транзистора V1 через регулируемый делитель напряжения, образованный резисторами R9-R12. Цепь R7C3 служит для фазовой коррекции селектора, резистор R8 исключает влияние фазовой коррекции на амплитудную. Опорный (входной) сигнал из точки A по экранированному (с небольшой собственной емкостью) проводу поступает на базу транзистора V2, входное сопротивление которого достаточно велико, чтобы не влиять на входной сигнал усилителя мощности. Усиленный сигнал искажений через конденсатор С6 подается на вход канала Y индикатора, выходной сигнал усилителя мощности — на вход канал X.

Резистор R13, подключаемый при нажатии на кнопку S1 параллельно резистору R11, создает разбалансировку селектора на величину 0,5% контролируемого сигнала. Погрешность этой калибровки, а также АЧХ селектора искажений можно проверить, подав в контрольную точку Г соответствующий отношению сопротивлений резисторов R11, R13 сигнал НЧ от внешнего генератора. На вход контролируемого усилителя мощности А1 подают сигнал от генератора G1 векторного индикатора. Переключением частот 1 и 20 кГц проверяют стабильность настройки селектора, по расширению векторной петли оценивают линейность ФЧХ усилителя мощности.

Подготовка селектора к работе сводится к ориентации векторной петли строго по оси Х переменным резистором R12 (см. рис. 3, а) и максимальному «уплощению» ее переменным резистором R7 (в селекторе по схеме на рис. 1 это делают изменением емкости подстроечного конденсатора С2). Угол наклона петли, определяющий размах сигнала искажений при коэффициента гармоник 0,5% (рис. 3. б) устанавливают регулятором усиления канала вертикального отклонения луча при нажатой кнопке S1.

Осциллограммы некоторых видов искажений, вносимых усилителем мощности, показаны на рис. 3, в-з. Изломы векторной петли (рис. 3, в, г) характеризуют нелинейные искажения, размывание ее на краях (рис. 3, д) — ограничение амплитуды усиливаемого сигнала, а одной из частей (рис. 3, в) динамические интермодуляционные искажения. Склонность усилителя мощности к самовозбуждению проявляется в характерной извилистости векторной трассы (рис. 3, ж), самовозбуждение — в размывании петли по всему экрану (рис. 3, з). Вид векторной петли при помехах, проникающих по цепям питания в усилитель с асимметричными плечами, показан на рис. 3 и, при наличии шумов, на рис. З, к.

Изменение амплитуды выходного сигнала усилителя мощности должно проявляться только в изменении размеров векторной петли, не сказываясь на ее форме, Вариация емкости конденсатора, определяющего срез АЧХ усилителя, а также конденсаторов цепей фазовой коррекции вызывает сужение или расширении петли, ее деформация свидетельствует об избыточной емкости.

В заключение необходимо отметить, что хотя описанное устройство упрощает доводку неинвертирующего усилителя в части линеаризации его ФЧХ и обеспечивает эффективный контроль в процессе эксплуатации, все же более перспективным представляется инвертирующий усилитель мощности на современных транзисторах, разработанный с использованием достижений интегральной схемотехники. Встроенные селекторы сигнала искажений открывают возможность объективного, и главное оперативного контроля качества усиления реальных сигналов, позволяют преодолеть не всегда обоснованную боязнь глубокой ООС и так называемого транзисторного звучания.

И. Акулиничев.   с. Архангельское Московской обл.

Источник:

И. Акулиничев. Селекция сигнала искажений. Радио №10, 1983г. стр. 42-44.

Серия статей И. Акулиничева:

1.  Векторный индикатор нелинейных искажений. 1977г.

2.  Приставка к осциллографу для оценки качества усилителей. 1980г.

3.  Селекция сигнала искажений. 1983г.