スピーカーインピーダンスメーター。スキーム、説明

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スピーカーのインピーダンスメーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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このデバイスは、可聴周波数帯域におけるラウドスピーカーの電気インピーダンスの係数と位相を測定し、独自のラウドスピーカーを構築または改造するオーディオ愛好家にとって非常に役立ちます。これらのパラメータを知ることで、位相インバーターを正しく設定し、スピーカーのクロスオーバーフィルターを選択して計算し、位相応答を改善することができます。

抵抗係数の周波数依存性と、典型的な低周波スピーカーヘッドのコイル上の電流と電圧間の位相シフトを図に示します。 1. 固有共振周波数より下のインピーダンスは誘導性であり、共振時はアクティブで、それより高い周波数では最初は容量性であり、その後信号周波数が増加するにつれて再び誘導性になります。インピーダンスの位相周波数特性により、スピーカーの計算と分析に必要な追加情報を取得できます。

スピーカーインピーダンスメーター

ここで提案するデバイスを使用すると、17,4 Hz ～ 29,4 kHz の周波数範囲で指定された特性を決定することができます。インピーダンス係数と位相角の測定限界は、それぞれ |Z|= 0...200 Ohm および f=+90° です。測定結果は、DC 電圧 0 ～ 200 mV および 0 ～ +900 mV の形で反映され、対応するパラメーター値と数値的に一致します。 XNUMX つの汎用デジタル電圧計またはマルチメーターをデバイスに接続して、より高速な測定を行うことができます。レコーダーを使用することもできます。

メーターの動作原理、そのスキームを図に示します。 2は以下の通りです。オーディオ周波数帯域全体をカバーする 90 つの周波数範囲で、ジェネレーターは位相が 90 ° 異なる XNUMX つの正弦波電圧 (直交信号) を生成します。そのうちのXNUMXつは安定した電流の形で研究対象の負荷（スピーカーまたはヘッド）に供給され、もうXNUMXつは位相がXNUMX°進み、方形信号（蛇行信号）に変換されます。方形波位相は、正弦波電流とヘッド電圧間の位相シフトを測定するための基準です。コイルを流れる電流が安定している場合、コイルにかかる電圧はインピーダンスの係数に比例します。

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メーター内のジェネレーターは、オペアンプと電圧制御電流アンプ (ITUN) を使用して構築されています。必要な周波数設定精度を確保するために、ジェネレーターの音の周波数範囲は 6 つに分割されています。デュアル可変同調抵抗器 (R8 および R1) は制限抵抗器と直列に接続されています。これらの場合、抵抗変化の指数関数的な特性が必要です (グループ B)。スイッチSA17,4を使用して、発生器の周波数範囲を選択します:一方の位置では1000 ... 530 Hz、もう一方の位置では29,4 Hz ... XNUMX kHz。

DA2.4 オペアンプジェネレーターでは、周波数設定要素は ITUN DA1 および DA2.3 オペアンプ上の調整可能な位相フィルターと反転積分器であり、フィードバックによってカバーされます。積分器の位相シフトは 90° であるため、位相フィルタが -90° の位相シフトを生成すると、発振器の位相バランス条件が満たされます。つまり、位相回転は 0°になります。

発電機の動作周波数fGは、要素R8、R9、C10（またはC9）によって決定されます。

動作周波数の範囲内で積分器の出力の発振振幅を維持するには、その入力電流が周波数に比例して変化する必要があります。出力電流 DA1 の対応する変化は、別の周波数設定抵抗 R5 と組み合わせた可変抵抗 R6 で制御電流 ITUN (ピン 8) を調整することによって実現されます。

周波数帯域における抵抗器 R6 と R8 の抵抗値のマッチングが不完全であると、生成される電圧の振幅が変化しますが、自動調整回路は必要な値を復元します。ダイオード VD1 によって整流された電流は、発振の振幅に比例し、積分器 DA12 の入力の抵抗 R2.2 を介して抵抗 R13、R14 を流れる電流と代数的に加算されます。信号が増加すると、積分器 DA2.2 の出力電圧が減少し、電流 ITUN DA1 も減少します。その結果、2,14 V に等しい安定した発振振幅が確立されます。

DA2.1 の補正積分器は、DC モードを安定化する機能を実行し、追跡フィードバック回路を形成し、DA2.4 出力の電圧を数ミリボルトの精度で維持します。

スピーカーインピーダンスメーター

発電機によって生成された電圧は、抵抗 R15 によって対応する負荷電流に変換されます。この抵抗器の抵抗値は負荷 (Zn max = 200 オーム) に比べて比較的低いため、パラメータの測定範囲の精度は特殊な電圧/電流コンバータによって保証されます。DA3 の AC 整流器は、R15 とともに、テスト対象のヘッドに関連する電流発生器として機能します。

図で明確にするために、図３は、負性抵抗コンバータから形成されるハウランド電流源の図を示す（詳細については、Ｖ．Ｌ．シャイロ著「線形集積回路」を参照。−Ｍ：無線および通信、１９７９年。−概説編）。

もし

電源の内部抵抗 Ri と、電圧源 Ue から負荷を流れる電流 IL は、次の関係から決定されます。

もし

内部抵抗Riは非常に高い値に達します。

電流発生器の説明された特性は、全波整流器の要素が電流発生器に導入されたときにも維持されることに注意してください。したがって、実効内部抵抗は約 36 kΩ まで増加します。抵抗 R16 ～ R20 は正確に使用する必要があります (偏差は 1% 以下)。抵抗器の抵抗を独立して計算する場合は、係数の値に焦点を当てて、R22も考慮する必要があります。

DA3 の場合、周波数依存の整流誤差は無視できる一方で、高いゲインカットオフ周波数を持つオペアンプが使用されています。この広帯域オープンループオペアンプの DC ゲインは約 1500 なので、順方向電圧が低いダイオード VD2 と VD3 が選択されます。コンデンサ C11 および C13 は DA3 を OOS 回路のダイオードから分離しており、オペアンプのバイアス電圧は測定結果に影響を与えません。 PNP トランジスタの入力段の標準ベース電流値は IB = 2,8 μA で、DA22 オペアンプの出力に対して抵抗 R3 の両端の電圧降下は約 0,9 V で、タンタルコンデンサ C13 を分極するのに十分です。

|ZН| 測定用に整流電圧はダイオード VD2 のカソードから除去されます。これは 21 つの成分で構成されます。負の半波は負荷 ZH の電圧に対応し、電圧の正の半波はアルファ倍に増幅されます。積分回路 R14C14 は、この非対称 AC 電圧から、インピーダンス係数 (オーム) に数値的に等しい出力整流電圧 (ミリボルト) である平均値 UCXNUMX を形成します。

測定された電流と負荷に作用する電圧の間の位相シフトの大きさは、4 つのコンパレータ DA5 および DA1 と DD23 マイクロ回路を使用して決定されます。負荷抵抗に関係なく、交流電圧が抵抗R2に作用し、その倍振幅がダイオードVD3、VD4に作用する電圧の合計より大きいため、DA2.3コンパレータは低抵抗負荷でも明確に切り替わります。 DA5 出力に作用する正弦波電圧は、DAXNUMX コンパレータによって方形波電圧に変換されます。

コンパレータの後、両方の信号は、DD1 マイクロ回路の 1 つの並列接続された XOR 要素によって処理されます。その電源電圧は、共通ワイヤに対して大きさが等しいです。その結果、素子R28〜R33、C19およびC20によって出力DDXNUMXからの電圧パルスを積分した後、その平均値は、測定された電流と抵抗ZHにかかる交流電圧との間の位相シフト(度単位の数値)に対応します。

このデバイスは、電圧安定化装置が統合された別個のユニットから電力を供給されます。共通線に対して +6,7 V のバイポーラ電源電圧を提供し、合計値の調整は + 15% 以内です。

200 オームの高精度抵抗器は、インピーダンスメーターの校正に適しています。次に、たとえば 100 Hz の信号周波数で、抵抗 R14 は負荷における電圧 UZ = 200 mV を設定します。電圧 Uf は、電源の電圧を調整することによってのみ設定する必要があります。 R24C16 回路は、DA3 のアクティブ整流器によって引き起こされる位相シフトを補償します。その結果、高周波における同調抵抗器Ｒ２４の設定は、無誘導負荷ダミー抵抗器（ｆ＝０°）に対して位相ずれが無いように行われる。

位相計を校正するには、両方のコンパレータの出力を一時的に -6,7 V 電源バスに接続し、トリミング抵抗 R33 スライダを Uf = -900 mV が得られる位置に設定します。

デバイスの要素を交換する可能性について。

TL084 オペアンプマイクロ回路を TL074、TL082、または国産の K574UD2 に置き換えることは許可されています (最後の 3 つのマイクロ回路にはパッケージ内に 5 つのオペアンプが含まれています)。アンプおよびコンパレータ DA1401 ～ DA6 として、それぞれ 311 つのオペアンプとコンパレータを含む K306UD393 チップを使用できます。ただし、LM554 コンパレータは、オープンコレクタ出力を持つ他のコンパレータ (LM3、LM521、K3CA2044、KR13CAXNUMX) に置き換えることができます。 ELXNUMXCN オペアンプは別の広帯域オペアンプと交換できます。これらのオペアンプのほとんどの入力段は npn 構造のトランジスタで作られているため、コンデンサ CXNUMX のスイッチングの極性を変更する必要があります。

ダイオード VD1 ～ VD3 (ショットキーバリア付き) は、直接接続すると電圧が低くなります。これらは KD922(A-B)、KD523A に置き換えられます。ただし、広帯域オペアンプ DA3 のゲインが 5000 を超える場合は、KD503、KD518、KD520 シリーズのダイオードを使用できます。

CD4030 には国内版の K561LP2 があります。 PSU 整流器では、任意のインデックスのダイオード KD521、KD522 と、調整可能なバイポーラ電圧レギュレータ KR142EN6 (NE5554) の超小型回路を使用できます。

また、ほぼすべての関数発生器が直交信号発生器として適しており、その構造内に積分器と、出力インピーダンスが 50 オーム以下の三角波から正弦波への信号コンバータが含まれていることに注意してください。

著者: Kuhle H. Messchaltung fur Lautsprecher. - ラジオ・フェルンセヘン

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