Da vi begynte å fikle med lydforsterkere, om de er fra billige ventiler, transistorer eller klasse DFør eller siden kommer tiden til å ville måle mer enn bare hvor høyt forsterkeren «høres». Vi vil vite om forsterkeren kutter, hvordan den oppfører seg med forskjellige frekvenser, hvilken forvrengning den genererer, eller om den introduserer merkelig støy på grunn av kilden, ledningene eller den omkringliggende radiofrekvensen.
For alt det, en oscilloskop kombinert med en signalgenerator (Fysisk eller programvarebasert) blir det perfekte verktøyet for ditt hjemmebaserte minilaboratorium. Problemet er at vi ofte mangler tydelig veiledning, terminologien høres ut som vrøvl, og vi ender opp med å se på bølgeformer uten å egentlig vite hva vi ser. Her skal vi organisere alle disse ideene, og blande praktisk teori, workshoptips og tilgjengelige løsninger, inkludert gratis programvare.
Grunnleggende konsepter før måling av en forsterker med et oscilloskop
Før vi kobler oscilloskopet til den første kontakten vi finner, er det viktig å avklare et par ting. grunnleggende elektriske konsepter som stadig vil dukke opp: impedans, forvrengning, frekvensrespons, harmoniske, metning osv. Du trenger ikke å være ingeniør, men du må vite hva du prøver å måle.
I enhver lydforsterkertest med et oscilloskop skiller vi alltid en del av lavfrekvente signaler (lyd) og, i noen oppsett, en radiofrekvenskomponent (RF). Dette siste punktet er viktig, for eksempel når vi bruker en RF-forsterker rundt 1 MHzVi legger til en DC-blokkering og avslutter med en 50 Ω belastning. Å vite hva hvert element er forhindrer kostbare feil.
En typisk RF-kjede ville se slik ut: RF-forsterker → DC-blokker → RF-terminator (normalt en belastning på 50 Ω). Dette reiser spørsmålet: kan jeg koble oscilloskopet til den linjen og se signalet som det er, eller trenger jeg en demper for å "beskytte" måleutstyret og justere nivåene?
I ren lyd, derimot, endrer diskusjonen seg. Der fokuserer vi mer på ting som inngangsimpedans, utgangsimpedans, total harmonisk forvrengning (THD), metning med sinusformede signaler, bakgrunnsstøy, summing, svingninger og alt som kan påvirke den oppfattede lydkvaliteten, selv om det til syvende og sist er «øret som bestemmer».
Den underliggende ideen er å sette opp en slags hjemme minilaboratorium Med fysiske instrumenter og fri programvare: oscilloskop (fysisk eller programvarebasert), funksjonsgenerator eller lydkort, programmer for å analysere spektre og harmoniske, osv. Med svært lite penger kan du få tak i mye nyttig informasjon om forsterkeren.
Grunnleggende tester på lydforsterkere: hva er verdt å måle
Hvis du vil gå lenger enn «det høres bra ut for meg», er de første testene verdt å vurdere på en forsterker, spesielt hvis det er en ventiler eller Hi-FiDe er ganske standard. De er de samme som brukes i profesjonelle lydlaboratorier, men tilpasset noe alle kan sette opp hjemme med litt tid og tålmodighet.
En god innledende liste over tester (ikke uttømmende, men svært komplett) inkluderer inngangsimpedans, utgangsimpedans, mellomtrinnsimpedans, harmonisk forvrengning med og uten tilbakekobling, metning til en sinusformet bølge, DC-målinger og støy- og frekvensresponsanalyse.
I detalj, for en rør- eller faststoffforsterker, interessante tester de er vanligvis:
- Inngangsimpedans: se hvilken belastning forsterkeren gir kilden (forforsterker, DAC osv.).
- Utgangsimpedans: avgjørende å vite hvordan den samhandler med høyttaleren og å forstå dempningsfaktoren.
- Mellomtrinnsimpedans: spesielt nyttig i rørforsterkere med flere forsterkningstrinn og katodefølgere.
- Total harmonisk forvrengning (THD): med og uten tilbakemelding for å se hvor mye løkken korrigerer.
- Metning med sinusformet: hvor høyt vi kan heve inngangen før klipping vises og hvordan bølgeformen forvrenges.
I tillegg til dette er det analyse av støy, summing, radiofrekvens og mulige svingningerMange ganger tror vi at forsterkeren er i orden, når den i virkeligheten oscillerer i ultralydfrekvenser eller sender ut RF som ikke kan høres, men som kan varme opp komponenter eller forstyrre annet utstyr i nærheten.
Analysene av frekvensrespons og spektreSjekk EQ-kurven, lineariteten, lavfrekvensoppførselen (på grunn av utgangstransformatoren, hvis tilgjengelig) og høyfrekvensoppførselen (begrensninger i forsterkningstrinnet, parasittiske kapasitanser osv.). For de som jobber med rør, karakteristiske kurver for ventilene og bruk av sporstoffer kan også være inkludert i pakken.
Det fine med alt dette er at det kan tilnærmes med gratis programvare pluss et oscilloskopeller til og med med et programvareoscilloskop som bruker datamaskinens lydkort, så lenge vi er forsiktige med nivåene og beskyttelsene.
Bruk av oscilloskop i RF-testing: DC-blokker, terminator og attenuator
Når forsterkeren ikke bare er for lyd, men en RF-forsterker (f.eks. ved 1 MHz)Den typiske monteringen inkluderer komponenter som ikke er like vanlige i ren lyd: DC-blokkere og RF-terminatorer. En vanlig konfigurasjon kan være:
RF-forsterker → DC-blokker → 50 Ω RF-terminator
DC-blokkeren brukes til fjern DC-komponenten av signalet, og dermed beskytte både nedstrømsutstyr og selve lasten. RF-terminatoren, vanligvis en 50 Ω motstand, tjener til å matche impedansen av linjen, og unngå refleksjoner og ustabilitet.
Det store spørsmålet som oppstår i denne sammenhengen er: kan jeg koble oscilloskopet direkte til forsterkerens utgang (eller til den linjen) og se signalet, eller trenger jeg en RF-demperSvaret avhenger av flere faktorer: spenningsområdet som håndteres av forsterkeren, utgangsimpedansen, den maksimale følsomheten til oscilloskopkanalen, og om utstyret er designet for 50 Ω eller for høyimpedansinngang.
I praksis er det ofte mulig å koble oscilloskopet direkte ved hjelp av en 10:1 sonde som allerede fungerer som en demper og gir en mindre påtrengende belastning. I rene RF-applikasjoner er det imidlertid ganske vanlig å sette inn en spesifikk RF-demper for å:
- Reduser signalamplituden til et trygt område for oscilloskopet.
- Oppretthold impedanstilpasning (50 Ω) gjennom hele linjen.
- Forhindre oscilloskopets egen inngang fra endrer målingen betydelig.
Hvis du jobber på 1 MHz med en lavprisforsterker For bruk med dyrere utstyr er det viktig å være veldig tydelig på den maksimale utgangsspenningen forsterkeren kan levere og det akseptable området for oscilloskopet ditt. Denne kombinasjonen av data vil avgjøre om du kan koble direkte til, om en 10:1 dempningsprobe er tilstrekkelig, eller om du faktisk trenger en RF-demper i linjen.
Måling av rørforsterkere: typiske tester og hva de betyr
I rørforsterkernes verden finnes det en blanding av lidenskap, håndverk og vitenskapMange entusiaster bygger sine egne design eller modifiserer kommersielt tilgjengelige forsterkere, og ønsker deretter å gå lenger enn bare å lytte for å se om resultatet «er kult» eller ikke. Det er her standardisert testing blir virkelig interessant.
En nyttig første test er å bestemme inngangsimpedansDette forteller oss hvilken belastning signalkilden (for eksempel en rørforforsterker, en pedal eller en DAC) opplever. Hvis den er for lav, kan det hende vi belaster det forrige trinnet, endrer frekvensresponsen eller genererer uønsket forvrengning. Hvis den er for høy, er det generelt behagelig for kilden, men det kan gjøre kretsen mer følsom for støy.
La utgangsimpedans Dette er kritisk når vi kobler forsterkeren til en ekte høyttaler. I rørforsterkere spiller utgangstransformatoren en grunnleggende rolle, og den endelige utgangsimpedansen påvirker hvordan høyttaleren beveger seg, dempingen av membranen og systemets faktiske frekvensrespons. Dette er opprinnelsen til det som kalles dempningsfaktor (dempingsfaktor), ofte sitert i hi-fi.
I tillegg til inngangs-utgangsimpedansene er det verdt å se på mellomtrinnsimpedans inne i selve forsterkeren. Dette påvirker hvordan rørene kobles til hverandre, hvordan de belaster hverandre, og hvordan frekvensresponsen og den totale forsterkningen varierer.
En annen grunnleggende byggestein er harmonisk forvrengning (THD)Med og uten tilbakekobling. Negativ tilbakekobling reduserer vanligvis forvrengning drastisk, men den endrer også måten harmoniske fordeles på og kan påvirke den subjektive «følelsen» av lyden. Ved å måle med en sinusbølgegenerator og analysere spekteret kan du se hvilke harmoniske som dominerer (partall, oddetoner, høyordens osv.).
Til slutt finnes det bevis på metning og klipping med en sinusbølge. Amplituden til inngangssignalet økes gradvis inntil forsterkeren begynner å klippe bølgens topp. Oscilloskopet gjør dette veldig tydelig: det går fra en ren sinusbølge til en form som er "flatet" øverst og nederst. Å observere hvordan denne klippingen skjer (symmetrisk, asymmetrisk, glatt, hard) avslører mye om forsterkerens karakter.
Frekvensrespons og testing med gratis programvare
En av de mest givende testene å gjennomføre, selv med beskjedne midler, er forsterkerfrekvensresponsI hovedsak handler det om å se hvordan forsterkerens forsterkning varierer over det aktuelle frekvensområdet (for eksempel fra 20 Hz til 20 kHz i lyd).
Til utfør denne testen du kan bruke:
- En fysisk signalgenerator som kan sveipe over frekvenser.
- Gratis programvare på datamaskinen som genererer et frekvensspekter og sender det ut gjennom lydkortet.
- WAV-filer med rosa støy, hvit støy eller forhåndsdesignede sveip.
Målingen kan gjøres direkte med oscilloskop på forsterkerutgangensammenligne amplituder for forskjellige frekvenser. Mer praktisk er det at mange foretrekker å bruke lydkort som måleinstrument, med programmer som viser størrelses- (og noen ganger fase-) grafen til frekvensresponsen på skjermen.
Det finnes velkjente gratisprogrammer for lydmålinger (spektrumanalyse, THD-måling, frekvensrespons osv.) som bruker PC-ens linjeinngang. Bare vær forsiktig så du ikke overbelaster inngangen, og bruk dempere eller spenningsdelere når det er nødvendig. På denne måten kan kombinasjonen av programvare + lydkort Det blir en slags rimelig «lydanalysator».
Nøkkelen til denne typen test er at du med en enkel graf kan se betydelige fall i ytelse. begrensninger for utgangstransformatoren, tap i høye frekvenser på grunn av interne kapasitanser, uønskede resonanser, eller til og med påvirkningen av tilbakekobling på kurvens flathet.
Harmoniske, FFT-er og hva du faktisk hører
En annen veldig interessant familie av tester dreier seg om harmoniske og spektralinnhold av utgangssignalet. Her er den typiske tilnærmingen å påføre en ren sinusbølge på forsterkerinngangen og observere, ved hjelp av en Fourier-analyse (FFT), hvilke harmoniske som oppstår og med hvilken amplitude i forhold til grunntonen.
Oscilloskopet, hvis det har en innebygd FFT-funksjon, lar deg allerede se en frekvensspektrum Det er ganske klart. Hvis ikke, kan du igjen bruke gratis programvare som, ved hjelp av lydkortet, tegner spekteret til det innkommende signalet. I begge tilfeller er det viktige å skille mellom harmoniske. partall og odde, lavordens versus høyordens forvrengningsnivåer, og tilstedeværelsen av lydkomponenter utenfor båndet.
I praksis har mange entusiaster oppdaget at et signal som ser «stygg» ut på oscilloskopet ikke alltid gir dårlig lyd, spesielt når vi snakker om rimelige forsterkereEt typisk eksempel er en veldig billig klasse D-forsterker (omtrent 10 dollar kjøpt på AliExpress) som, sett fra et strengt bølgeformperspektiv, kan vise ganske mye høyfrekvent modulasjon, støy og små artefakter.
Imidlertid, i sammenlignende tester der ekte forsterkerlyd (Når man lytter til musikk gjennom ekte høyttalere), har det blitt observert at resultatet kan være overraskende bra for prisen, selv om det å fange opp bølgeformen med et oscilloskop innbyr til en svært kritisk tilnærming. Dette minner oss om at det menneskelige øret filtrerer ut mange ufullkommenheter, og at sammenhengen mellom "perfekt bølgeform" og "behagelig lyd" ikke alltid er enkel.
Med dyrt eller svært høykvalitetsutstyr forventes det selvsagt utmerkede målinger og den reneste mulige bølgeformen. Men for billige forsterkere, for gjør-det-selv-prosjekter eller nybegynnereDet er viktig å sette målingene i kontekst og ikke bli besatt av hver minste topp i spekteret.
Støy, summing, radiofrekvens og uønskede svingninger
Utover harmonisk forvrengning er oscilloskopet spesielt nyttig i støy- og oscillasjonsdeteksjon som kanskje ikke lett oppfattes med øret, eller som kan forveksles med andre problemer.
Blant de fenomener De som er verdt å se etter inkluderer:
- Termisk og komponentbakgrunnsstøy, som ser ut som en slags «sky» på skjermen.
- 50/60 Hz brumming og dens harmoniske, typisk for dårlig filtrerte kilder eller jordsløyfer.
- Parasittisk radiofrekvens som kobles gjennom luften eller gjennom kabler, ofte gjennom svært følsomme forsterkningstrinn.
- Høyfrekvente svingninger produsert av dårlig kompensert tilbakekobling eller feil kabling.
Disse testene kan utføres med forsterkerinngangen kortsluttet (til jord) og utgangen koblet til en passende last, mens utgangen observeres med et oscilloskop på forskjellige tidsskalaer. Å endre tidsbasen gjør det enklere å oppdage begge deler. lavfrekvent summing som for eksempel svingninger i kHz- eller til og med MHz-området.
For de som bygger rørforsterkere er dette spesielt relevant, fordi lange kabler, dårlig fordelt jord og nærheten til transformatorer lett kan forårsake problemer. Problemer med summing, kobling og RFÅ se problemet på oscilloskopet hjelper med å finne ut hvor i kretsen det oppstår, og hvilke modifikasjoner av ledninger eller filtrering som reduserer det.
Ved å kombinere disse observasjonene med programvare for spektrumanalyseVidere får man et veldig tydelig bilde av frekvensene der støyen er konsentrert. Dette gjør det mulig å skille mellom om problemet primært ligger i strømnettet, aktive komponenter, PCB-design eller ekstern interferens.
Med alle disse verktøyene kan du sette sammen en hjemme minilaboratorium Overraskende kraftig: et oscilloskop (fysisk eller programvarebasert), en signalgenerator, et lydkort, gratis programvare for FFT- og THD-måling, og noen få laster og dempere. Derfra kan du finjustere forsterkerne, fra de enkleste og billigste til mer ambisiøse rørprosjekter, alltid med sikte på de riktige spesifikasjonene, samtidig som du husker at øret er den ultimate dommeren.
Arbeid med et oscilloskop på lydforsterkere, enten det er måling frekvensrespons, forvrengning, støy eller svingningerDet lar deg virkelig forstå hva som skjer inni utstyret ditt og hvorfor det høres ut som det gjør. Noen målinger vil bekrefte at noe du har hørt har en objektiv forklaring; andre vil avdekke feil som øret ditt kanskje har oversett. Og ganske ofte vil du oppdage at en billig forsterker som ser forferdelig ut på skjermen faktisk fungerer perfekt for den tiltenkte bruken, mens en mer nøye designet forsterker vil demonstrere i grafene forskjellen som rettferdiggjør den investerte tiden og pengene.
