Простой усилитель мощностью 1 Вт. Измерения, графики

Работы выполнена по этой статье. Но чтобы далеко не ходить, схема добавлена ниже. Сам усилитель собран на макетке и опробован.

Итак, вот чего удалось добиться при первом колхозе:

  1. Напряжение питания: 9,2 В;
  2. Потребляемый ток (от источника 5,1 В): 0,69 А;
  3. Размах сигнала на нагрузке 4 Ом: 4,2 В;
  4. Звуковая (электрическая) мощность, выдаваемая на нагрузку (измерена по потребляемой мощности) = 2,3 Вт;
  5. Температура верхнего выходного транзистора (VT2, транзисторы – КТ814/815, при весьма условных радиаторах и обдуве кулером): 45°;
  6. Искажений почти нет, есть небольшое “сминание” дна нижней полуволны синусоиды, частота сигнала 440 Гц;

Похоже – схема работает, и работает (почти) как заявлено, и похоже – резерв у конкретной реализации схемы ещё есть. Есть смысл подумать о сборке штатного 2х-канального варианта, но это после теста с музыкой.

На осциллограммах – входной, выходной сигналы, выходной без искажений, выходной с искажениями. Измерения есть на снимках.

График 1

График 2

График 3

График 4

График 5

График 6

График 7

График 8

График 9

График 10

График 11

График 12

Автор работы: Андрей

338 комментариев: Простой усилитель мощностью 1 Вт. Измерения, графики

  1. Андрей пишет:

    С предусилителем дело пошло значительно веселее.

    Вот что удалось выяснить:
    1. клиппинг по питанию самого усилителя сильно отличается по виду от среза напряжения самого осциллографа – первый имеет несколько кривой вид (срезанные низ и верх синуса имеют наклон).
    2. Усилитель выдаёт до 8В на 4Ома без значительных искажений (числа я сейчас скажу)_
    3. величиной КГ можно манипулировать в некоторых пределах – учитывая меньшее или большее количество учитываемых при расчёте гармоник, например, если учесть одну гармонику на синусе 20кГц (то есть речь идёт о гармонике с частотой 40кГц), получим 0.1% КГИ
    4. Если я считаю мощность так, как это делает господин Коржевский – то у меня фигня получается, на 8ми вольтах размаха (он возводит размах синуса на нагрузке в квадрат и делит его на сопротивление нагрузки)

    Итак:
    * при входном сигнале 1.8В усилитель выдаёт около 8В (при указанной ниже величине КГ) на нагрузку, при этом 25-ваттный нагрузочный резистор вполне ощутимо греется, а радиаторы выходных транзисторов – чуть тёплые (на ощупь), при обдуве. Ток = 320мА, 12В питания
    * КГ = чуть более 3% на частоте 1кГц (с учётом всех гармоник до 24кГц), на 20кгц – хрен знам как его считать, при учёте 4-х гармоник (40, 60, 80 и 100 кГц) – получаю чуть более 1%
    * на “холодном” усилителе отчётливо видна ступенька, почему-то только с одной стороны синуса, при прогреве её становится довольно сложно обнаружить визуально на 20кГц, на 1кГц её нет совсем (тепловой контакт диодов смещения с верхним выходным транзистором играет явную положительную роль, ура)

    и есть один вывод относительно обсуждения:
    высказанное тут соображение о предельном размахе сигнала в одну треть от питающего напряжения ПРИМЕНИМО К ОДНОМУ ПЛЕЧУ, если речь идёт об усилителях Б (думаю – что и АБ) класса, для двух плеч имеем 2/3 размаха выходного сигнала на нагрузке от величины питающего напряжения

    PS: я тут паяю вторую версию предусилителя, на SMD-компонентах, после того как он заработает – предоставлю осциллограммы и прочие фотоматеоиалы

    и схемы предоставлю, разумеется :)

    * господин Коржевский утверждает, что 50ти-ваттный усилитель хтайцы склонны считать 300-ваттным, думаю что это соотношение довольно точно отображает величину хтайских ваттов

    я даже предлагаю называть эти особые хтайские ватты – ХВАТТАМИ

    После одного часа работы на нагрузку, КГ=3.8% при 7.5В размаха, на входе – 1.5В

    * на частоте 1кц, с учётом 24х гармоник

    • NEULO пишет:

      Не знаю кто такой господин Коржевский, расчёт мощности в зависимости от нагрузки напряжения и тока вот пожалте вам картинка. Её рисовал НЕ господин Коржевский, ручаюсь:
      https://domstrousam.ru/raschet-moshhnosti-po-toku-i-napryazheniyu-shema-i-tablitsyi/
      Про треть на выходе когда то говорил я. Но вообще то я говорил при приемлемых искажениях. 3.8% это уже как то не очень.
      Был у меня когда то давно усилитель воспроизведения отличный, так вот он мог выдать при питании +-15 вольт на выходе примерно так вольт плюс минус 12. Но это не значит что в таком режиме его имело смысл слушать.
      И да. на 20 кгц гармоники смысл не особо мерить, можно попробовать интермодуляцию замерить подав на вход 19 и 20 кгц и глянуть что выдаст.)

      • Андрей пишет:

        Хм, а не соврал К., есть такая формула – V^2/R, на той картинке.
        Давайте-ка посчитаем: (0.7071*8V)^2/4Ohm = 8ватт на один канал у меня выходит, мощности.
        Стало быть, господин К. соврал только в одном моменте – в качестве величины напряжения он брал амплитудное значение синуса при начале клиппинга, вместо эффективного (почему-то).
        Про интермодуляцию прочту штоньть, мерить – так мерить по полной программе !

        Впрочем, напряжение он считывал с какого-то приборчика поставленого сверху осциллографа, возможно энтот прибор как раз эффективное и показывает.
        То есть – вполне даже вероятно что совсем не врал мужик (млин, как же косноязычие вредит процессу передачи технической информации…)

        3.8% – это на уровне мощности, близкой к максимальной.
        На том максимальном уровне громкости, который я могу себе позволить в присутствии жены моей – у меня максимальный ток 60-70мА, на оба канала УМ, (это против 320мА на один канал когда я намерил 3.8%).
        Думаю, имеет смысл померить КГ на уровне мощности сопоставимом с обычным моим кухонном режимом прослушивания музона.

        Про интермодуляцию…
        Нужны два синуса с возможностью регулирования сдвига фаз между ними. Это всё несложно сделать.
        Однако… после таких испытаний усилитель вполне может начать претендовать на звание высококлассного звукоусиливающего устройства (особенно если посравнивать результаты с теми девайсами что я использовал до него).

        • NEULO пишет:

          А вот интересно ещё что это за сигнальные процессоры у тебя такие. Я то дикий, у меня в роли генератора просто звуковая карта.
          А в роли осциллографа вообще ничего)

          • Андрей пишет:

            Я не уверен что тут стоит называть фирму и марку девайса. Фирма известная, название серии микросхем, думаю – тоже легко в поисковике найти.
            Могу сказать что управляется сии чипы по SPI/I2C от любого микроконтроллера.
            Стоит не так чтобы сильно дорого, но и не совсем дёшево, 10 баблей где-то.
            Мне система программирования для этих чипов не сильно понравилась (под винду/дотнет она), документации толковой я не нашёл (кроме собственно подробного даташита).
            Хотя, с другой стороны, удобно то, что программируются эти штуки графически – сделал схему, загрузил её в EEPROM, и девайс будет исправно обрабатывать сигнал именно так как ты там нарисовал.
            Производитель старается создать вокруг всего этого свою экосистему, как собственно делают и все производители микродевайсов – чтобы юзер постоянно лазил за решением всех вопросов на их сайт, в форумы и инженерную зону.
            Если вам нужны подробности, и вы их хотите получить именно от меня – a_g_8_8_8_7_@_g_m_a_i_l_._c_o_m, отвечу на всё, на что знаю ответы.

      • Андрей пишет:

        Отправил весь материал Дмитрию.

        Для выходного сигнала 3В на частоте 1кГц THD ~ 2% при учёте 24х гармоник, на частоте 500Гц – около 7%

        АЧХ даёт диапазон 30-20000Гц, но я не понял почему к 20кГц коэффициент передачи на одном из каналов явно растёт (не самовозбуд ли ??).

        Нужно бы ещё входное сопротивление промерить…

        • NEULO пишет:

          Возбуд должен быть виден на осциллографе в режиме молчания, или на синусоиде может тоже в виде гребёнок на максимумах. Что касаемо входного сопротивления то оно где то 80 ком чего его мерить, вряд ли входной транзистор сильно шунтирует входной же резистор, бета у КТ973 весьма немалая.

          • Андрей пишет:

            Я АЧХ по осциллографу снимал (детектор-выпрямитель-милливольтметр не использовал), никаких аномалий на сигнале не заметил – амплитуда сигнала на 2В была ниже максимума.
            Не самовозбуд, стало быть.
            Я пока сабвуферным каналом займусь (тем, который на микросхеме будет).
            Когда Дмитрий опубликует материал – сможем обсудить там всё это. Там все схемы, осциллограмы, АЧХ.

      • Александр Ростов-на-Дону пишет:

        Треть от стабильного питания = эффективный синус на выходе усилителя. Скажем, 24 вольта питания дадут 8 вольт сигнала . Нагрузка 4 Ома- значит, наши 8 вольт в квадрате , деленные на 4 ома это 16 ватт мощности. На 8 Омах получим 8 ватт.
        С питанием 12 и 9 вольт ждать чуда в виде 8 ватт не следует. Можно конечно с умным видом измерить размах синусоиды и вбить это значение в калькулятор, но физику обдурить не получится. 2ватта на 8 Ом и то, если выходной каскад позволит выдать положенный ток и не влетит в перегруз уже на 1 ватте.

  2. Андрей пишет:

    Дошло дело до измерения АЧХ (любезная К.М.), и с этим вышла небольшая заминка.
    Дело в том, что для работы со СпектраЛаб нужна звуковуха с линейным входом, ноут же имеет только микрофонный вход :(
    Попытка разобраться с тем, как выцарапывать RMS из сигнального процессора пока зашла в тупик – за отсутствием готовой документации/примеров по теме. (с этим продолжу разбираться – будет, видимо, скетч для *ино с более или менее умной автоматикой по окучиванию промеров для постронения АЧХ).
    Но поскольку я уже пишу эти строки под чарующие звуки, издаваемые новым усилителем – мерить АЧХ как-то всё-таки нужно, и вот как я провернул это дело:
    * сделал приблуду к *ино, позволяющую плавно и точно управлять частотой генератора сигналов на сигнальном процессоре
    * спаял т.н. прецезионный выпрямитель (именно так озаглавлена статья), фактически – линейный амплитудный детектор на операционном усилителе.
    В его линейности предстоит ещё убедится, но синус он выпрямляет, хотя и не так, как я ожидал.
    * измерял напряжение с выхода УМ через амплитудный детектор обычным мультиметром постоянного напряжения (тут могут быть всякие нелинейные проблемы), но измеряемые амплитуды и частоты контролировал по осциллографу

    Промерил АЧХ генератора, одного канала предусилителя, и одного канала УМ.
    Результат мне понравился – на амплитуду 1.92В по мультиметру (будем считать это предварительно суррогатным “эффективным” значением переменного напряжения) имеется только явный завал на частотах ниже 100гц, на 0.15в примерно, выход с генератора – 861мВ-864мВ во всём диапазоне частот, выход с преда – 1610мВ-1898мВ соответственно, промерены частоты 37-20000гц, с разным шагом в диапазонах 37-1000гц,1000-10000гц,10000-20000гц.
    Завтра повторю замеры по вторым каналам пдеда и УМ, и промерю выход сумматора, потом соберу всё это на графики.

    * АЧХ снимал с выхода УМ, на нагрузке, разумеется

    С амплитудным детектором (друг Петруха) вот какая петрушка получилась – там нужно величины сопротивлений очень точно подобрать, усиление первого каскада должно быть в точности равно единице (два резистора подобрать), второго каскада – точно двум (ещё три резистора). Только тогда он будет отрицательную и положительную полуволны выпрямлять одинаково. Если ещё ему на выход поставить конденсатор (микрофарад на 10 думаю) – получим измерительный амплитудный детектор который вполне можно применять с любым [милли]вольтметром постоянного напряжения для снятия АЧХ (вкупе с хорошим генератором с плавной перестройкой частоты, разумеется).

    И ещё я прикинул – если ещё на *ину написать скетч, который сам качает частоту (sweep-генератор) и выдаёт на один из аналоговых выходов пилу качания, то на экране осциллографа можно будет увидеть прямо саму АЧХ, подключив пилу на вход горизонтальной развёртки, а амплитудный детектор – по вертикали (Х-У режим осциллографа).
    Весь такой измерительный комплект (собранный на коленке) по бюджету выйдет примерно раз в триста-четыреста дешевле генератора+осциллографа в которые всё это встроено изначально.

    Займусь подбором резисторов (но уже выводных), спаяю вторую версию амплитудного детектора, потом буду перемерять АЧХ по всем каналам уже.

    • REDZER пишет:

      здравствуйте, не могли бы вы расписать подробно как работает эта схема , что за чем идет и как происходит усиление сигнала, мне нужно для проекта

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *