Например TDA7294

РадиоКот >Статьи >

Теги статьи: Visual AnalyserДобавить тег

Visual Analyser. Практическое измерение параметров. Часть 3

Автор: Sobiratel_sxem, sobiratel_sxem@mail.ru
Опубликовано 09.05.2019.
Создано при помощи КотоРед.

 

     Добрый день, уважаемые радиолюбители.
     В предыдущих частях данной статьи (1, 2, 3, 4, 5) мы с вами начали рассматривать измерение параметров различных устройств на примере лампового усилителя. Сегодня мы продолжим данную тематику и поговорим об измерении интермодуляционных искажений. Итак, пожалуй, начнём.

4. Интермодуляционные искажения (ИМИ, IMD).

     Согласно определению интермодуляция – это процесс возникновения помех на выходе радиоприёмного устройства при воздействии на его вход двух и более сигналов, частоты которых не совпадают с частотами основного и побочных каналов приёмного устройства [1, 4, 5].
     Если данное определение перенести на усилительные устройства, то интермодуляционными искажениями (ИМИ) будут называться такие искажения, которые возникают на выходе усилительного устройства при подаче на его вход сигналов двух и более частот. При этом частоты этих искажений не должны совпадать с частотами подаваемых сигналов. Данный вид искажений является разновидностью нелинейных искажений (которые мы рассматривали с вами в предыдущей части данной статьи) [4, 6].
     Чем ниже уровень ИМИ, тем усилительное устройство более линейно т.е. форма выходного сигнала меньше отличается от формы входного, соответственно усилитель более достоверно воспроизводит на выходе усиленный сигнал, поданный на вход.
     Основным отличием ИМИ от ранее рассмотренных нелинейных (гармонических) искажений служит тот факт, что предыдущий тип искажений показывал степень искажения однотонового сигнала. ИМИ же показывает степень взаимодействия сигналов нескольких частот при прохождении через усилительное устройство. Данный тип искажений более полно характеризует частотную нелинейность усилительного устройства при работе с реальными звуковыми сигналами (т.к. любой реальный звуковой сигнал является многотоновым т.е. представляет из себя сумму множества сигналов с разными частотами, амплитудами и фазами).
     ГОСТ 23849-87 выделяет следующие основные разновидности ИМИ [2]:

1. Интермодуляционные искажения n-го порядка (обычно второго и третьего);
2. Динамические интермодуляционные искажения;
3. Частотно-разностные искажения n-го порядка (обычно второго и третьего);
4. Общие частотно-разностные искажения.

     В радиолюбительской практике чаще всего уровень ИМИ оценивается двухтоновой методикой, либо многотоновой методикой, разработанной Войшвилло (достаточно редко).
     Перед тем как начинать измерение каждого типа интермодуляционных искажений рассмотрим какие для этого возможности нам предоставляет измерительный комплекс на базе ПК Visual analyser [3].
     Если Вы подробно рассмотрите все доступные в последней версии функции, то не обнаружите стандартного инструмента для измерения интермодуляционных искажений, но зато обнаружите инструмент для генерирования сигнала произвольной формы из отдельных гармоник с возможностью модуляции каждой из гармоник (генератор сигнала произвольной формы). Вспомнив данное чуть выше определение ИМИ не трудно догадаться, что этот инструмент нам как раз идеально для этого подходит.
     Для доступа к данному инструменту зайдите на вкладку «Custom» окна встроенного генератора сигналов (Waveform generator). Перед Вами откроется вкладка, показанная на фото ниже.

     Для задания каждой гармоники будущего сложного выходного сигнала служат 3 основных пункта: «Amplitude (Db)» – амплитуда (дБ); «Phase (degree)» – фаза (градусы); «Frequency (Hz)» – частота (Гц), находящиеся слева от выпадающего меню «Modulation» (модуляция).
     Для задания параметров модуляции сформированной гармоники служит выпадающее меню «Modulation» (модуляция), а так же дополнительные параметры, относящиеся к нему, расположенные правее: «Phase (degree)» – фаза (градусы); «Frequency (Hz)» – частота (Гц); «%modulation» - (% модуляции).
     Значения во все поля, кроме выпадающего меню «Modulation» (модуляция), можно ввести вручную либо воспользоваться стрелками справа от каждого поля (пункт 30).
     Выпадающее меню «Modulation» (модуляция) позволяет выбрать тип модулирующего сигнала: «Constant» (константа) – по сути, отсутствие модуляции; «Sinus» (синус) – модуляция синусоидальным сигналом; «Square» (прямоугольник) – модуляция последовательностью прямоугольных импульсов; «Triangle» (треугольник) – модуляция последовательностью треугольных импульсов (пункт 30).
     Задав все необходимые параметры можно добавить первую составляющую будущего сложного сигнала в список составляющих. Для этого необходимо нажать на кнопку «Add new» (добавить новую), находящуюся немного ниже (пункт 31). Таким образом, пошагово, необходимо сформировать все составляющие будущего сложного тестового сигнала. Все сформированные составляющие (гармоники) будут отображаться в списке «Harmonics» (гармоники) правее (пункт 32).
     При необходимости любую добавленную составляющую (гармонику) можно дополнительно отредактировать. Для этого необходимо выделить необходимую составляющую, щёлкнув по ней левой кнопкой мыши (в пункте 32). После этого нужно отредактировать все необходимые параметры (в пункте 30) и щёлкнуть по кнопке «Update selected» (обновить выбранную) – отредактированные параметры будут применены к выбранной составляющей (гармонике).
     Кроме того любую выбранную гармонику можно удалить, для этого необходимо нажать кнопку «Delete selected» (удалить выбранную). Для удаления всех составляющих будущего тестового сигнала служит кнопка «Delete ALL» (удалить все) (пункт 31).
     После того как необходимый тестовый сигнал будет полностью сформирован можно его сохранить в виде функции (что бы ни формировать его каждый раз заново). Для сохранения функции служит кнопка «Save Function As» (сохранить функцию как), если функция сохраняется впервые и кнопка «Save Function» (сохранить функцию), если промежуточный результат уже сохранялся (пункт 31).
      После нажатия кнопки «Save Function As» (сохранить функцию как) перед Вами откроется окно с предложением выбрать имя файла сохраняемой функции и место его сохранения. Введя имя функции и выбрав место сохранения необходимо нажать кнопку «Сохранить» - выбранная функция будет сохранена на жёсткий диск ПК (пункт 31).
     В любое необходимое время сохранённую функцию можно открыть, щёлкнув по кнопке «Open Function» (открыть функцию). В открывшемся окне будет необходимо выбрать на жёстком диске ПК необходимую функцию и щёлкнуть кнопку «Открыть» (пункт 31).
     Кроме того на данной вкладке уровень гармоник можно задавать либо в децибелах либо процентах от уровня напряжения на выходе. Для выбора способа задания уровня служит переключатель dB/%fullscale (дБ/% от максимального).
     В правой части данной вкладки продублирован регулятор уровня выходного напряжения – «Output Vol.» (выходной уровень) (пункт 33).
     При генерировании сигнала произвольной формы нужно учитывать пик-фактор получившегося сложного сигнала и стараться его минимизировать. В противном случае может наступить перегрузка исследуемого усилителя по входному напряжению на пиках (либо входа и выхода измерительного комплекса в целом). При этом выходная среднеквадратическая мощность будет низкой (т.е. мы можем не достичь необходимой номинальной мощности при измерениях либо можем не заметить начальный этап ограничения, внеся существенную дополнительную погрешность в измерения) [7].
     Ещё одним нюансом при генерировании сигнала произвольной формы является то, что за 0 дБ принят максимально-возможный выходной уровень задаваемой компоненты (судя по всему), равный выходному напряжению. Соответственно отдельные компоненты должны быть заданы с более низким уровнем так, что бы суммарный сигнал не вызывал перегрузки измерительного комплекса и усилителя в целом.
     Данное утверждение проверяется достаточно просто – если при изменении выходного напряжения измерительного комплекса в широких пределах значение нелинейных искажений на спектре сигнала измерительного комплекса практически не изменяется – значит наступило ограничение сигнала в одном из звеньев системы.
     В некоторых случаях интермодуляционные компоненты могут совпадать с нелинейными (гармоническими) искажениями. Особенностью спектров, отображаемых измерительным комплексом на базе ПК для произвольных сигналов, является то, что на спектре отображаются одновременно как гармонические (нелинейные) так и интермодуляционные искажения.
     Для генерирования сформированного сигнала произвольной формы необходимо во встроенном генераторе сигналов (Waveform Generator) на вкладке «Main» выбрать в качестве вида генерируемого сигнала «CUSTOM» (произвольный) (пункты 22 и 24).
     Таким образом, рассмотрев кратко основные органы управления генератора сигналов произвольной формы, можно переходить к практическому измерению интермодуляционных искажений (ИМИ).
     На этом моменте нас подстерегают 2 неприятности: во-первых, мы не можем с ходу сказать каков процент интермодуляционных искажений относительно основных частот по спектру (по аналогии со спектром гармонических искажений из предыдущей части данной статьи); во-вторых, без дополнительного набора фильтров мы не сможем вычислить интермодуляционные искажения, приведённые в ГОСТ (т.к. в соответствии с ГОСТ необходимо знать напряжение конкретных гармоник на выходе исследуемого усилителя).
     Единственное что позволяет сделать измерительный комплекс на базе ПК с ходу (без использования дополнительных внешних приставок) – это сгенерировать необходимый тестовый сигнал и посмотреть распределение по уровню интермодуляционных компонент на спектре выходного сигнала, оценив их ослабление по отношению к генерируемым на входе компонентам тестового сигнала.
     Дополнительно можно снять зависимость уровня интермодуляционных компонент в зависимости от выходной мощности, а так же при разных комбинациях частот на входе. Данные ограничения я считаю недостатком измерительного комплекса, хоть и незначительным (потому как дополнительные внешние приставки к измерительному комплексу, о которых мы поговорим чуть позже, позволят значительно расширить возможности его применения).
     В данной части статьи мы ограничимся только снятием нескольких спектров интермодуляционных искажений при разной среднеквадратической выходной мощности, а так же с разной комбинацией частот.
     На спектре ниже показан спектр интермодуляционных искажений на выходе усилителя при выходной мощности равной 4 Вт.

     Для снятия спектра на вход усилителя были поданы частоты 400 Гц с амплитудой -12 дБ и 4 кГц с уровнем -24 дБ. По спектру видно, что интермодуляционные компоненты 2-ого порядка находятся на частоте 4400 Гц (суммарная) и 3600 Гц (разностная). Данные компоненты находятся на уровне около -37 дБ.
     На спектре ниже показан спектр интермодуляционных искажений на выходе усилителя при выходной мощности равной 1 Вт.

     Для снятия спектра на вход были поданы частоты 400 Гц с амплитудой -12 дБ и 4 кГц с уровнем -24 дБ. По спектру видно, что интермодуляционные компоненты 2-ого порядка находятся на частоте 4400 Гц и 3600 Гц. Данные компоненты находятся на уровне около -45 дБ.
     На спектре далее показан спектр интермодуляционных искажений на выходе усилителя при выходной мощности равной 20 Вт.

     Для снятия спектра на вход были поданы частоты 19 кГц с амплитудой -12 дБ и 20 кГц с амплитудой -12 дБ. По спектру видно, что интермодуляционные компоненты 2-ого порядка находятся на частоте 1 кГц с уровнем -15 дБ и 39 кГц с уровнем -21 дБ. Интермодуляционная компонента на частоте 39 кГц измерена не точно т.к. она попадает в область спада АЧХ усилителя, что вносит дополнительные погрешности в измерения.
     На спектре ниже показан спектр интермодуляционных искажений на выходе усилителя при выходной мощности равной 4 Вт.

     Для снятия спектра на вход были поданы частоты 19 кГц с амплитудой -12 дБ и 20 кГц с амплитудой -12 дБ. По спектру видно, что интермодуляционные компоненты 2-ого порядка находятся на частоте 1 кГц с уровнем -22 дБ и 39 кГц с уровнем -30 дБ. Интермодуляционная компонента на частоте 39 кГц измерена не точно т.к. она так же попадает в область спада АЧХ усилителя, что вносит дополнительные погрешности в измерения.
     На спектре далее показан спектр интермодуляционных искажений на выходе усилителя при выходной мощности равной 1 Вт.

     Для снятия спектра на вход были поданы частоты 19 кГц с амплитудой -12 дБ и 20 кГц с амплитудой -12 дБ. По спектру видно, что интермодуляционные компоненты 2-ого порядка находятся на частоте 1 кГц с уровнем -29 дБ и 39 кГц с уровнем -36 дБ. Интермодуляционная компонента на частоте 39 кГц измерена не точно т.к. она так же попадает в область спада АЧХ усилителя, что вносит дополнительные погрешности в измерения.
     Аналогично можно оценить уровень интермодуляционных искажений 3-его порядка, а так же представить графическую зависимость интермодуляционных искажений 2-ого и 3-его порядка от выходной мощности (аналогично зависимости нелинейных искажений от выходной мощности из предыдущей части данной статьи).
     Как видно из приведённых выше спектров суммарных искажений (гармонических и интермодуляционных) сам спектр зависит от используемых входных частот, а так же их соотношения. Таким образом, корректное полноценное измерение интермодуляционных искажений не является простой задачей, как это могло показаться изначально. При возможности я рекомендую всё же использовать методики измерения, описанные в ГОСТ с использованием дополнительной внешней приставки [5].
     Дополнительным бонусом суммарного спектра искажений является возможность проследить циркуляцию продуктов интермодуляции в усилителе по цепи общей отрицательной обратной связи (ООС) и генерацию гармонических (нелинейных) искажений от данных компонент.
     Если Вы ещё раз внимательно посмотрите на приведённые спектры искажений, например последние 3, то отчётливо увидите интермодуляционную компоненту на частоте 1 кГц. В то же время на частотах кратных 1 кГц (т.е. на частота 2, 3, 4 кГц и далее) будут располагаться ни что иное, как гармонические компоненты.
     Отсюда очевидный вывод: после прохождения сложного сигнала через исследуемый усилитель у нас на выходе появились интермодуляционные искажения относительно высокого уровня, которые поступили через цепь ООС в первый каскад усилителя и, проходя через него, способствовали дополнительной генерации как гармонических составляющих от продуктов изначальной интермодуляции, так и новых интермодуляционных компонент.
     Таким образом, на этом измерение интермодуляционных искажений при помощи измерительного комплекса на базе ПК Visual analyser можно считать законченным. В следующей части данной статьи мы рассмотрим с Вами измерение оставшихся параметров исследуемого усилителя.
     На этом на сегодня всё. С уважением, Андрей.

 

 Список использованной литературы:

1. Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины. Москва: Русский язык, 1993. — 246 с.
2. ГОСТ 23849-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты.
3. Visual analyser. Официальный сайт.
4. Интермодуляция, определение.
5. Параметры, обусловленные нелинейностью тракта приема (Многосигнальная избирательность).
6. Интермодуляционные искажения – неуловимый враг
7. Мощность.

 



Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

5 0 3

Эти статьи вам тоже могут пригодиться: