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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medidor de impedância de alto-falante. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Este dispositivo mede o módulo e a fase da impedância elétrica do alto-falante na faixa de frequência de áudio e é muito útil para entusiastas de áudio que constroem ou modificam seus próprios alto-falantes. Conhecer esses parâmetros permite configurar corretamente o inversor de fase, selecionar e calcular os filtros de crossover do alto-falante e melhorar sua resposta de fase. A dependência da frequência do módulo de resistência, bem como a mudança de fase entre a corrente e a tensão na bobina de um típico cabeçote de alto-falante de baixa frequência, é mostrada na fig. 1. A impedância abaixo da frequência de ressonância natural é indutiva, na ressonância é ativa e acima dela é primeiro capacitiva e depois se torna indutiva novamente com o aumento da frequência do sinal. A característica de frequência de fase da impedância permite obter informações adicionais necessárias para o cálculo e análise do alto-falante.
Usando o dispositivo aqui proposto, é possível determinar as características especificadas na faixa de frequência de 17,4 Hz ... 29,4 kHz. Os limites de medição do módulo de impedância e ângulo de fase são respectivamente |Z|= 0...200 Ohm ef=+90°. Os resultados da medição são refletidos na forma de tensões CC 0...200 mV e 0...+900 mV, coincidindo numericamente com os valores dos parâmetros correspondentes. Dois voltímetros ou multímetros digitais de uso geral podem ser conectados ao dispositivo para medições mais rápidas. Gravadores podem ser usados. O princípio de operação do medidor, cujo esquema é mostrado na Fig. 2 é o seguinte. Em duas faixas de frequência cobrindo toda a banda de frequência de áudio, o gerador gera duas tensões senoidais que diferem em fase em 90 ° (sinais de quadratura). Um deles na forma de uma corrente estável é fornecido à carga em estudo - um alto-falante ou cabeçote, e o outro, adiantado em fase em 90 °, é convertido em um sinal retangular - um meandro. A fase da onda quadrada é a referência para medir a mudança de fase entre a corrente senoidal e a tensão da cabeça. Desde que a corrente através da bobina seja estável, a tensão através dela é proporcional ao módulo da impedância.
O gerador no medidor é construído usando um amplificador operacional e um amplificador de corrente controlado por tensão (ITUN). Para garantir a precisão de configuração de frequência necessária, a faixa de frequência de som do gerador é dividida em duas. Resistores de ajuste variáveis duplos (R6 e R8) são conectados em série com os resistores limitadores. Para eles, é necessária uma característica exponencial da mudança de resistência (grupo B). Usando a chave SA1, a faixa de frequência do gerador é selecionada: em uma posição - 17,4 ... 1000 Hz, na outra - 530 Hz ... 29,4 kHz. No gerador de op-amp DA2.4, os elementos de configuração de frequência são um filtro de fase sintonizável e um integrador inversor em ITUN DA1 e DA2.3 op-amp, coberto por realimentação. O integrador tem um deslocamento de fase de 90°, portanto, a condição de equilíbrio de fase do oscilador é atendida quando o filtro de fase produz um deslocamento de fase de -90°. Em suma, a rotação de fase é 0°. A frequência de operação fG do gerador é determinada pelos elementos R8, R9, C10 (ou C9):
Para manter a amplitude de oscilação na saída do integrador na faixa de frequências de operação, sua corrente de entrada deve variar proporcionalmente à frequência. A alteração correspondente na corrente de saída DA1 é obtida ajustando a corrente de controle ITUN (no pino 5) com um resistor variável R6, combinado com outro resistor de ajuste de frequência R8. A correspondência imperfeita das resistências dos resistores R6 e R8 na faixa de frequência leva a uma alteração na amplitude da tensão gerada, mas o circuito de autorregulação restaura seu valor necessário. A corrente retificada pelo diodo VD1, proporcional à amplitude das oscilações, é somada algebricamente através do resistor R12 na entrada do integrador DA2.2 com a corrente através dos resistores R13, R14. Com o aumento do sinal, a tensão de saída do integrador DA2.2 diminui e a corrente ITUN DA1 também diminui. Como resultado, uma amplitude de oscilação estável é estabelecida, igual a 2,14 V. O integrador corretivo no DA2.1 desempenha a função de estabilizar o modo DC, formando um circuito de realimentação de rastreamento e mantém a tensão na saída do DA2.4 com uma precisão de vários milivolts.
A tensão gerada pelo gerador é convertida pelo resistor R15 na corrente de carga correspondente. Devido à resistência relativamente baixa deste resistor em comparação com a carga (Zn max = 200 Ohm), a precisão na faixa de medição do parâmetro é garantida por um conversor especial de tensão para corrente: o retificador CA em DA3, junto com R15 , atua como um gerador de corrente em relação à cabeça testada. Para esclarecimentos na Fig. 3 mostra um diagrama da fonte de corrente Howland, que é formada a partir de um conversor de resistência negativa (para mais informações, consulte o livro de V. L. Shilo "Circuitos integrados lineares". - M: Rádio e comunicação, 1979. - Aprox. ed .). Se
a resistência interna Ri da fonte e a corrente IL que flui através da carga da fonte de tensão Ue são determinadas a partir das relações:
Se
a resistência interna Ri atinge um valor muito alto. Observe que as propriedades descritas do gerador de corrente também são preservadas quando elementos de um retificador de onda completa são introduzidos nele. Assim, a resistência interna efetiva aumenta para aproximadamente 36 kOhm. Os resistores R16-R20 devem ser usados com precisão (desvio não superior a 1%). Ao calcular independentemente a resistência dos resistores, o R22 também deve ser levado em consideração, com foco nos valores dos coeficientes
Para DA3, foi usado um amplificador operacional com uma frequência de corte de alto ganho, enquanto o erro de retificação dependente da frequência pode ser negligenciado. Este amplificador operacional de malha aberta de banda larga tem um ganho DC de cerca de 1500, então os diodos VD2 e VD3 são escolhidos com uma baixa tensão direta. Os capacitores C11 e C13 separam DA3 dos diodos no circuito OOS, e a tensão de polarização do amplificador operacional não afeta o resultado da medição. Seu estágio de entrada em transistores pnp tem um valor de corrente de base típico IB = 2,8 μA, que fornece uma queda de tensão no resistor R22 em relação à saída do amplificador operacional DA3 de cerca de 0,9 V, suficiente para polarizar o capacitor de tântalo C13. Retificado para medição |ZН| tensão é removida do cátodo do diodo VD2. Consiste em dois componentes: a meia onda negativa corresponde à tensão na carga ZH, a meia onda positiva da tensão é amplificada por tempos alfa. O circuito integrador R21C14 forma a partir desta tensão CA assimétrica o valor médio UC14, que é a tensão retificada de saída (em milivolts), numericamente igual ao módulo de impedância (em ohms):
A magnitude do deslocamento de fase entre a corrente medida e a tensão atuando na carga é determinada usando dois comparadores DA4 e DA5 e o microcircuito DD1. Independentemente da resistência de carga, uma tensão alternada atua no resistor R23, cuja amplitude dupla é maior que a soma das tensões que atuam nos diodos VD2, VD3, de modo que o comparador DA4 comuta claramente mesmo com uma carga de baixa resistência. A tensão senoidal atuando na saída DA2.3 é convertida pelo comparador DA5 em uma tensão retangular. Após os comparadores, ambos os sinais são processados por quatro elementos XOR conectados em paralelo do microcircuito DD1, cujas tensões de alimentação são iguais em magnitude em relação ao fio comum. Como resultado, depois de integrar os pulsos de tensão das saídas DD1 pelos elementos R28-R33, C19 e C20, seu valor médio corresponde ao deslocamento de fase (numericamente em graus) entre a corrente medida e a tensão alternada caindo na resistência ZH . O dispositivo é alimentado por uma unidade separada com estabilizadores de tensão integrados. Fornece uma tensão de alimentação bipolar de +6,7 V em relação ao fio comum com um ajuste de valor total dentro de + 15%. Um resistor de precisão de 200 ohm é adequado para calibrar o medidor de impedância. Então, a uma frequência de sinal de, por exemplo, 100 Hz, o resistor R14 define uma tensão UZ = 200 mV na carga. A tensão Uf deve ser ajustada apenas ajustando a tensão na fonte de alimentação. O circuito R24C16 compensa algum deslocamento de fase causado pelo retificador ativo em DA3. Como resultado, a configuração do resistor de ajuste R24 em altas frequências é realizada para que não haja mudança de fase para o resistor fictício de carga não indutiva (f = 0°). Para calibrar o medidor de fase, as saídas de ambos os comparadores são temporariamente conectadas ao barramento de força de -6,7 V e o controle deslizante R33 do resistor de ajuste é ajustado para a posição na qual Uf = -900 mV é obtido. Sobre a possibilidade de substituir os elementos do dispositivo. É permitido substituir o microcircuito op-amp TL084 por TL074, TL082 ou K574UD2 doméstico (os dois últimos microcircuitos contêm dois op-amps no pacote). Como amplificadores e comparadores DA3-DA5, você pode usar o chip K1401UD6, que contém um amplificador operacional e um comparador cada. No entanto, os comparadores LM311 são substituíveis por outros que possuem saída de coletor aberto - LM306, LM393, K554CA3, KR521CA3. O amplificador operacional EL2044CN pode ser substituído por outro de banda larga; o estágio de entrada da maioria desses amplificadores operacionais é feito em transistores de estrutura npn e, portanto, será necessário alterar a polaridade de comutação do capacitor C13. Os diodos VD1-VD3 (com barreira Schottky) têm tensão reduzida em conexão direta; eles são substituídos por KD922(A-B), KD523A. No entanto, se o amplificador operacional de banda larga DA3 tiver um ganho superior a 5000, é permitido usar diodos das séries KD503, KD518, KD520. CD4030 tem uma contraparte doméstica K561LP2. No retificador PSU, é possível usar os diodos KD521, KD522 com qualquer índice e um microcircuito de um regulador de tensão bipolar ajustável KR142EN6 (NE5554). Também observamos que quase qualquer gerador funcional é adequado como gerador de sinal de quadratura, contendo em sua estrutura um integrador e um conversor de sinal triangular para senoidal com uma impedância de saída não superior a 50 ohms. Autor: Kuhle H. Messchaltung fur Lautsprecher. - Rádio Fernsehen
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