Как измерить сопротивление

Можно выделить два основных способа проверки исправности микросхемы:

Функциональная схема приводится на рис.1, а расположение и назначение контактов на рис.2.

Проверка выходного сопротивления микросхемы

Очень точную информацию об исправности микросхемы дает ее выходное сопротивление, так как при пробоях силового транзистора высоковольтный импульс напряжения прикладывается именно к выходному каскаду микросхемы, что в итоге и служит причиной ее выхода из строя.

Выходное сопротивление микросхемы должно быть бесконечно большим, так как ее выходной каскад представляет собой квазикомплиментарный усилитель.

Проверить выходное сопротивление можно омметром между контактами 5 (GND) и 6 (OUT) микросхемы (рис.3), причем полярность подключения измерительного прибора не имеет значения. Такое измерение лучше производить при выпаянной микросхеме. В случае пробоя микросхемы это сопротивление становится равным нескольким Ом.

Если же измерять выходное сопротивление, не выпаивая микросхему, то необходимо предварительно выпаять неисправный транзистор, так как в этом случае может «звониться» его пробитый переход «затвор-исток». Кроме того, при этом следует учесть, что обычно в схеме имеется согласующий резистор, включаемый между выходом микросхемы и «корпусом». Поэтому у исправной микросхемы при проверке может появиться выходное сопротивление. Хотя, оно обычно не бывает меньше 1 кОм.

Таким образом, если выходное сопротивление микросхемы очень мало или имеет значение близкое к нулю, то ее можно считать неисправной.

Моделирование работы микросхемы

Такая проверка проводится без выпаивания микросхемы из блока питания. Блок питания перед проведением диагностики необходимо выключить!

Суть проверки заключается в подаче питания на микросхему от внешнего источника и анализе ее характерных сигналов (амплитуды и формы) с помощью осциллографа и вольтметра.

Порядок работы включает в себя следующие шаги:

1) Отключить монитор от сети переменного тока (отсоединить сетевой кабель).

2) От внешнего стабилизированного источника тока подать на контакт 7 микросхемы питающее напряжение более 16В (например, 17-18 В). При этом микросхема должна запуститься. Если питающее напряжение будет менее 16 В, то микросхема не запустится.

3) С помощью вольтметра (или осциллографа) измерить напряжение на контакте 8 (VREF) микросхемы. Там должно быть опорное стабилизированное напряжение +5 В постоянного тока.

4) Изменяя выходное напряжение внешнего источника тока, убедиться в стабильности напряжения на контакте 8. (Напряжение источника тока можно изменять от 11 В до 30 В, при дальнейшем уменьшении или увеличении напряжения микросхема будет отключаться, и напряжение на контакте 8 будет пропадать).

5) Осциллографом проверить сигнал на контакте 4 (CR). В случае исправной микросхемы и ее внешних цепей на этом контакте будет линейно изменяющееся напряжение (пилообразной формы).

6) Изменяя выходное напряжение внешнего источника тока, убедитесь в стабильности амплитуды и частоты пилообразного напряжения на контакте 4.

7) Осциллографом проверить наличие импульсов прямоугольной формы на контакте 6 (OUT) микросхемы (выходные управляющие импульсы).

Если все указанные сигналы присутствуют и ведут себя в соответствии с вышеприведенными правилами, то можно сделать вывод об исправности микросхемы и ее правильном функционировании.

В заключение хочется отметить, что на практике стоит проверить исправность не только микросхемы, но и элементов ее выходных цепей (рис.3). В первую очередь это резисторы R1 и R2, диод D1, стабилитрон ZD1, резисторы R3и R4, которые формируют сигнал токовой защиты. Эти элементы часто оказываются неисправными при пробоях

Как измерить коэффициент мощности

Для измерения косинус фи лучше всего иметь специальные приборы, предназначенные для непосредственного его измерения — фазометры.

Фазометр — электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями.

Если таких приборов нет, то измерять коэффициент мощности можно косвенным методом . Например, в однофазной сети косинус фи можно определить по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра:

cos фи = P / (U х I), где Р, U, I — показания приборов.

в цепи трехфазного тока cos фи = P w / ( √ 3 х Uл х Iл)

где Pw — мощность всей системы, Uл, Iл — линейные напряжение и ток, измеренные вольтметром и амперметром.

В симметричной трехфазной цепи значение косинус фи можно определить из показаний двух ваттметров P w 1 и P w 2 по формуле

Общая относительная погрешность рассмотренных методов равна сумме относительных погрешностей каждого прибора, поэтому точность косвенных методов невелика.

Численное значение косинус фи зависит от характера нагрузки. Если нагрузкой являются лампы накаливания и нагревательные приборы, то косинус фи = 1, если нагрузка содержит еще и асинхронные электродвигатели, то косинус фи

Наибольшее распространение получили фазометры электродинамической системы , в которых неподвижная катушка включена последовательно с нагрузкой, а подвижные катушки — параллельно нагрузке, так, что ток одной из них отстает от напряжения на угол β1. Для этого последовательно с катушкой включена активно-индуктивная нагрузка, а ток другой опережает напряжение на некоторый угол β2 , для чего включена активно-емкостная нагрузка, причем β1 + β2 = 90 о

Рис. 1. Схема включения фазометра (а) и векторная диаграмма напряжений и токов (б).

Угол отклонения стрелки такого прибора зависит только от значения косинуса фи.

Для измерения фазового сдвига между двумя напряжениями часто применяют цифровые фазометры . В цифровых фазометрах прямого преобразования для измерения фазового сдвига его преобразуют в интервал времени и измеряют последний. Исследуемые напряжения подают на два входа прибора, на цифровом отсчетном устройстве прибора снимают показания числа импульсов, поступающих на счетчик прибора за один период исследуемых напряжений, которое соответствует фазовому сдвигу в градусах (или в долях градуса).

Из щитовых приборов, предназначенных для измерения, наиболее простой фазометр типа Д31, который может работать в однофазных сетях переменного тока с частотой 50, 500, 1000, 2400, 8000 Гц. Класс точности 2,5. Пределы измерений косинуса фи от 0,5 емкостного фазового сдвига до 1 и от 1 до 0,5 индуктивного фазового сдвига. Фазометры включают через измерительные трансформаторы тока с вторичным током 5 А и измерительные трансформаторы напряжения с вторичным напряжением 100 В.

Для измерения косинуса фи в трехфазной сети при симметричной нагрузке можно применять щитовые фазометры типа Д301. Класс их точности 1,5. Последовательные цепи включают на ток 5 А непосредственно, а также через трансформатор тока, параллельные цепи включают непосредственно на 127, 220, 380 В, а также через измерительные трансформаторы напряжения.

Демпинг-фактор — мифы и реальность

Демпинг-фактор (в отечественной литературе — коэффициент демпфирования) — характеристика усилителя, определяющая его взаимодействие с нагрузкой (акустической системой). В описании многих усилителей этот параметр приобретает почти мистический смысл. Какой же коэффициент демпфирования необходим и стоит ли гнаться за рекордными цифрами?

Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) по отношению к нагрузке делятся на два класса — источники напряжения и источники тока. Последние находят очень ограниченное применение, а практически все серийные модели являются усилителями — источниками напряжения.

Идеальный усилитель при любом сопротивлении нагрузки создает на выходе одинаковое напряжение. Другими словами, выходное сопротивление идеального источника напряжения равно нулю. Однако идеальных вещей в природе не существует, поэтому реальный усилитель обладает определенным внутренним сопротивлением. Это означает, что напряжение на нагрузке будет зависеть от ее сопротивления (рис.1).

Рис.1.

Однако потеря выходного напряжения — не самое главное следствие того, что усилитель обладает выходным сопротивлением. При любом перемещении звуковой катушки в зазоре магнитной системы в ней наводится электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС, замыкаясь через выходное сопротивленние усилителя, создает ток, противодействующий перемещению катушки. Величина этого тока и сила торможения обратно пропорциональны выходному сопротивлению усилителя. Это явление называется электрическим демпфированием громкоговорителя и в значительной степени определяет характер воспроизведения импульсных сигналов.

Динамическая головка — сложная колебательная система, имеющая несколько частот резонанса (механический резонанс подвижной системы, внутренние резонансы подвеса и диффузора и т.д.). При воспроизведении импульсного сигнала возникают колебания на резонансных частотах системы. Неприятность заключается в том, что при слабом демпфировании эти затухающие колебания могут продолжаться и после того, как закончился вызвавший их импульс (рис.2). В результате воспроизведение будет сопровождаться призвуками, окрашивающими звучание.

рис.2.

Задача конструктора аудиосистемы — задемпфировать громкоговоритель так, чтобы собственные колебания затухали как можно быстрее. Однако средств для этого не так уж много. Возможны три способа демпфирования головки:

• механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
• акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
• электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением усилителя

Механическое демпфирование определяется конструктивными особенностями динамической головки и закладывается на этапе ее проектирования. Изменить его величину в готовом динамике редко представляется возможным. Как самостоятельное решение акустическое демпфирование применяется в виде заполнения корпуса акустической системы звукопоглощающим материалом. Кроме того, акустическое демпфирование входит в конструктивное оформление закрытых СЧ и ВЧ головок. Некоторое влияние на акустическое демпфирование оказывает и сопротивление излучения динамической головки. Однако, вклад всех этих составляющих в общую степень демпфирования головки невелик. Таким образом, электрическое демпфирование становится основным инструментом воздействия на переходные характеристики системы усилитель-динамическая головка .

Взаимосвязь характера звучания с выходным сопротивлением усилителя заметили еще в пору ламповых усилителей, в 50-е годы. Особенно заметна была разница в звучании усилителей с выходным каскадом на триодах и пентодах. Пентодные усилители обладали значительным выходным сопротивлением, вследствие чего динамические головки были недодемпфированы и звучание приобретало гулкий призвук. Введение отрицательной обратной связи позволило снизить выходное сопротивление усилителя, но полностью проблему не решало. Удивительно, что спор о том — какой усилитель лучше, продолжаются и полвека спустя. А ведь дело не только в усилителе, но и в акустической системе.

Для оценки демпфирующих свойств усилителя был предложен новый параметр — коэффициент демпфирования (damping factor), представляющий собой отношение сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя.

Проведенные тогда же эксперименты позволили установить минимальную величину этого параметра — 5. 8. Дальнейшее снижение выходного сопротивления усилителя практически не влияло на импульсные характеристики системы. Кстати, идеология Hi-Fi (сокращение от High Fidelity — высокая верность) и сам термин оформились к концу 50-х годов. К этому моменту были определены минимальные требования к аудиосистеме — полоса воспроизводимых частот, коэффициент гармоник (тогда его называли clear factor — степень чистоты) и выходная мощность. Впоследствии, после появления транзисторных усилителей и специализированных низкочастотных динамических головок с легким подвесом, нижний предел демпинг-фактора был повышен. Это позволило однозначно определить степень демпфирования головки параметрами усилителя вне зависимости от особенностей акустического оформления. При этом в некоторых пределах обеспечивалась одинаковость звучания конкретной АС с различными усилитлеями.

Знаменитый стандарт DIN45500 определял коэффициент демпфирования для Hi-Fi усилителей однозначно — не менее 20. Это означает, что выходное сопротивление усилителя при работе на нагрузку 4 Ом должно быть не более 0,2 Ом. Однако выходное сопротивление современных усилителей намного меньше — сотые и тысячные доли ома, а демпинг-фактор, соответственно, — сотни и тысячи.

Каков смысл столь значительного улучшения этого показателя? Коэффициент демпфирования в данном случае, как ни странно, ни при чем. Важна только одна его составляющая — выходное сопротивление усилителя. В данном случае имеет место магия цифр, поскольку к сотням ватт выходной мощности современных усилителей все привыкли и нужно привлечь покупателя чем-то новым. Согласитесь, что демпинг-фактор 4000 выглядит намного симпатичнее, чем выходное сопротивление 0,001 Ом. А означает это в любом варианте только одно — усилитель имеет очень низкое выходное сопротивление и способен отдавать в нагрузку значительный ток (пусть даже и кратковременно). А связь между выходной мощностью и демпинг-фактором хоть и прямая, но не однозначная. Так что термину, интересовавшему раньше только специалистов, нашлось новое применение.

Однако в повести о демпинг-факторе есть еще одно действующее лицо — акустический кабель. А он в состоянии сильно испортить не только цифры, но и качество звучания. Ведь сопротивление кабеля суммируется с выходным сопротивлением усилителя и становится составляющей демпинг-фактора.
Для кабеля длиной 2 м сопротивление 0,05 Ом — вполне пристойный показатель. Но для усилителя с выходным сопротивлением 0,01 Ом демпинг-фактор на нагрузке 4 Ом с таким кабелем снизится с 400 до 66. Поводов для беспокойства пока нет. Но если использовать тоненький шнурок из комплекта динамиков и сомнительные скрутки общим сопротивлением 0,3. 0,4 Ом (ситуация, к сожалению, еще нередкая), то демпинг-фактор упадет до 10, независимо от показателей усилителя. Поэтому на проводах экономить не стоит.

Пассивный кроссовер создает аналогичные проблемы. Поэтому катушки с ферромагнитным сердечником в кроссоверах применяются чаще, чем воздушные — это позволяет не только сэкономить дорогой (у них) медный провод, но и значительно снизить сопротивление катушки. Конечно, при перемагничивании сердечника возникают дополнительные нелинейные искажения сигнала, но в большинстве случаев это меньшее зло, чем недодемпфированные динамики. Кстати, разница в звучании систем с кроссоверами разной конструкции зачастую определяется не столько характером вносимых искажений, сколько различным демпфированием динамика. В тех случаях, когда совесть не позволяет ставить катушки с сердечником, недостаток демпфирования можно восполнить акустическими методами. Но акустическое демпфирование не обладает всеми возможностями электрического и может в конечном счете обойтись дороже.

Вычислить выходное сопротивление усилителя в любительских условиях можно, если при одинаковом входном сигнале измерить его выходное напряжение на холостом ходу (Eo) и на нагрузке (U) определенного сопротивления (R). Однако точность этого простого метода снижается при выходном сопротивлении усилителя меньше 0,05 Ом.

• высокий демпинг-фактор (более 50) требуется для динамических головок с легким подвесом и большой массой подвижной системы, работающих с заходом в область основного механического резонанса (сабвуфер или мидбас с активным кроссовером, широкополосные головки без кроссовера);
• для динамических головок, резонансная частота которых находится за пределами рабочей полосы частот (СЧ, ВЧ) демпинг-фактор при многополосном усилении значения не имеет, поскольку электрическое демпфирование наиболее эффективно для подавления основного механического резонанса подвижной системы;
• при работе с пассивным кроссовером демпинг-фактор системы определяется главным образом выходным сопротивлением кроссовера в полосе его пропускания, поэтому требования к демпинг-фактору усилителя можно снизить (20. 30). Дальнейшее увеличение выходного сопротивления усилителя может вызвать изменение частот среза кроссовера;
• демпфирование структурных резонансов в материале диффузора и подвеса не входит в функцию усилителя и может осуществляться только механически. Это проблема динамической головки;
• для усилителей с высоким выходным сопротивлением (источников тока) понятие демпинг-фактора лишено смысла. В этом случае для подавления основного механического резонанса подвижной системы можно использовать только акустическое демпфирование.