Форма осциллограмм при различных неисправностях выходного каскада УЗЧ
При самовозбуждении каскада осциллограмма принимает вид, показанный на рис. 15,е. Не надо путать ее с осциллограммой на рмс. 15,ж — это накладка фона (т. е. пульсации выпрямленного напряжения при питании усилителя от сети переменного тока). Причиной повышенного фона может быть потеря емкости конденсаторами фильтра выпрямителя или влияние потока рассеяния трансформатора или дросселя блока питания на трансформаторы усилителя.
Искажения формы сигнала, возникающие в трансформаторе Т2, показаны на рис. 15, з, к. Первая осциллограмма — результат недостаточного сечения магнитопровода выходного трансформатора. При малой выходной мощности такой трансформатор работает нормально, но по мере увеличения уровня сигнала на входе каскада и, следовательно, амплитуды сигнала в первичной обмотке трансформатора Т2, магнитная индукция в магнитопроводе возрастает, и он достигает состояния насыщения. Магнитная индукция зависит от частоты, на которую рассчитан трансформатор. С понижением частоты усиливаемого сигнала магнитная индукция в магнитопровсде трансформатора возрастает, и если при сигнале частотой 1 кГц (основная испытательная частота) нелинейные искажения не превышают .норму, все равно надо проверить форму выходного сигнала на низкочастотном участке полосы пропускания усилителя, где трансформатор вносит большие искажения. Осциллограмма (рис. 15,ы) — результат слишком большой индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. Поскольку индуктивность рассеяния увеличивается с повышением частоты сигнала, необходимо проверить форму выходного сигнала на высокочастотном участке полосы пропускания усилителя. Следует иметь в виду, что нелинейные искажения возникают в результате появления в выходном сигнале новых, более высокочастотных составляющих, которые видны на экране осциллографа только в том случае, когда находятся в пределах полосы пропускания усилителя. Иначе эти составляющие не воспроизводятся усилителем.
Частоту испытательного сигнала, на которой измеряют коэффициент гармоник, выбирают такой, чтобы по крайней мере вторая гармоника прошла на выход усилителя без особого ослабления.
Поэтому измерять этот параметр надо при максимальной выходной мощности хотя бы на трех частотах звукового диапазона: крайних (20 — 100 Гц и 5 — 6 кГц) и 1 кГц. На этих же частотах определяют и коэффициент усиления каскада, частотная зависимость которого показывает, насколько равномерно усиление каскада в заданном диапазоне частот. Об этом проще судить по АЧХ, но ее обычно снимают для всего усилителя (об этом будет рассказано дальше). Коэффициент усиления каскада показывает во сколько раз переменное напряжение (ток или мощность) сигнала на выходе каскада больше вызвавшего его напряжения на входе каскада, Только в том случае, если коэффициент усиления одинаков во всем диапазоне усиливаемых частот, усилитель не будет создавать частотных искажений усиливаемого сигнала. Зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемых колебаний — это частотная характеристика усилителя, которая должна представлять собой горизонтальную линию в координатах K{f). Фактически же это кривая, особенно на концах частотного диапазона усилителя.
Коэффициент усиления определяют следующим образом. На ЗГ устанавливают частоту, на которой хотят измерить коэффициент усиления. Напряжение испытательного сигнала должно быть достаточным для получения номинальной выходной мощности усилителя. Измерив напряжения иВх и uВых, определяют коэффициент усиления по напряжению: Kн
= uВых/uвх. Измерения производят на частоте 1 кГц. Затем ЗГ перестраивают на низкочастотный конец диапазона, устанавливают на входе каскада такое же входное напряжение сигнала ивх, как и на частоте 1 кГц, и измеряют выходное напряжение uвых.н. Коэффициент усиления на этой частоте можно и не вычислять, а определить изменение напряжения иВЫХ.н
в децибелах по сравнению с напряжением uвых.н
на частоте 1 кГц. Такие же измерения производят и на высокочастотном конце диапазона. Отклонение выходного напряжения относительно уровня на частоте 1 кГц не должно превышать ±3 дБ. Допускается отклонение до +6 дБ, но это существенно ухудшает параметры усилителя.
Основными причинами возникновения частотных искажений на низших частотах в двухтактном выходном каскаде, показанном на рис. 13, могут быть малая емкость конденсатора С1, блокирующего источник питания, ,и недостаточная индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора. На высокочастотном участке диапазона частотные искажения вызываются в основном низкой граничной частотой коэффициента передачи тока fгр транзисторов и большой индуктивностью рассеяния первичной обмотки выходного трансформатора. Например, если в усилителе работают транзисторы, граничная частота коэффициента передачи которых составляет всего 5 — 6 кГц, то частотные искажения на высокочастотном участке больше 6 дБ («завал» высоких частот). Чтобы компенсировать снижение усиления колебаний высоких частот, в усилитель вводят ОС, например между выходом двухтактного каскада и эмиттерной цепью каскада предварительного усиления (через резистор R4 на рис. 13). Но ОС действует только при совместной работе обоих каскадов.
Когда мощный каскад усиления налажен, к его входу присоединяют каскад предварительного усиления (на рис. 13 он показан штриховыми линиями), а к выходу через согласующее устройство подключают выход ЗГ. Подключаемые к выходу двухтактного усилителя мощности приборы остаются прежними (см. рис. 14).
Звуковой генератор настраивают на частоту 1 кГц, а выходное напряжение устанавливают таким, чтобы выходная мощность на нагрузке Rш
соответствовала номинальной. Если осциллограмма выходного напряжения нормальная, а коэффициент гармоник не превышает допустимого, то можно считать, что каскад предварительного усиления работает нормально. Причиной появления больших нелинейных искажений может быть проверяемый каскад, поэтому осциллограф подключают к коллектору транзистора этого каскада и анализируют полученную осциллограмму (рис. 15). Ограничение сигнала (рис. 15,г) в этом каскаде происходит часто из-за неправильного выбора режима транзистора по постоянному току.
Правильный выбор обратного тока транзистора позволяет избавиться от показанных на рис. 15,(3 искажений, возникающих в результате значительного подмагничивания магнитопровода трансформатора постоянным током коллектора транзистора. Если устранить такие искажения выбором режима транзистора не удается, то причиной может быть появление искажений другого вида или значительное падение усиления. В этом случае в магнитопроводе трансформатора Т1 следует создать воздушный (немагнитный) зазор: проложить между наборами Ш-образных и замыкающих пластин бумажную или лакотканевую прокладку толщиной в несколько десятых долей миллиметра. Однако такой зазор уменьшает магнитную индукцию трансформатора, что может привести к частотным искажениям на низкочастотном участке диапазона усиления. Компенсируют эти потери .увеличением числа витков первичной обмотки трансформатора. При большой индуктивности первичной обмотки трансформатора Т1 возникают искажения, показанные на рис. 15,з. Если к этому добавляется и значительное подмагничивание магнитопровода, то искажения становятся комбинированными — несимметричными относительно горизонтальной оси. Устраняют их увеличением площади сечения магнитопровода трансформатора 77.
Снизив нелинейные и другие искажения сигнала в предоконечном каскаде до допустимых пределов, проверяют коэффициенты усиления в трех точках частотного диапазона. Причины появления частотных искажений в этом каскаде те же, что и в выходном.
