Czy to ma ręce i nogi? - Stanowisko do badania wzmacniacza mocy

_jta_ wrote:

Myślę, że do pomiaru charakterystyki częstotliwościowej wystarczą gniazda audio w PC - to tylko pomiar amplitudy na wyjściu przy stałej amplitudzie na wejściu, robiony dość gęsto w całym zakresie częstotliwości - może jakiś szereg, np. E6: 10Hz, 15Hz, 22Hz, 33Hz, 47Hz, 68Hz, 100Hz... albo i gęściej, E12, nawet E24. Natomiast do pomiaru liniowości potrzebna jest bardziej wymyślna technika, o której pisałem - DAC, żeby dać sinusoidę z czystością 90dB, musi mieć 15 bitów, i to prawdziwe 15, przydałby się "teoretycznie 18-bitowy". Proponuję przejrzeć noty katalogowe scalonych wzmacniaczy akustycznych i popatrzeć, przy jakich częstotliwościach mierzą zniekształcenia nieliniowe - pewnie zwykle to są ze 3 częstotliwości, w tym 1kHz.

Podawałem noty z opisem technik pomiarowych i całej teorii i nie ma chyba sensu wymyślać koła na nowo zwłaszcza ze informacje te pochodzą z takich źródeł jak TI czy Audio Precision.

I naprawdę uważam ze w dzisiejszych czasach PC z karta audio oferuje możliwości pomiarowe które jeszcze 20 lat były domena bardzo wyszukanego sprzętu profesjonalnego.

TDA2030 ma prąd wyjściowy 3.5A, dopuszczalne napięcie zasilania +-18V - teoretycznie mógłby dać na wyjściu moc 63W przy sygnale prostokątnym, więc obciążenie powinno wytrzymać sporą moc, wprawdzie nie taką, ale ze 2 razy większą od deklarowanej dla sygnału sinusoidalnego, czyli np. 40V dla zasilania +-16V i obciążenia 4R. Pewnie niełatwo kupić odpowiedni opornik, ale można kupić spiralę grzejną, przeciąć ją na kilka części i połączyć je równolegle tak, by uzyskać oporność 4R, np. 200W/230V na 8 jednakowych części - wytrzyma potrzebną moc z dużym zapasem i pewnie nawet w ciemności nie będzie świecić (choć będzie gorąca!).

Można zmierzyć: maksymalną amplitudę napięcia przy przesterowaniu (podać przez dzielnik na wejście audio w PC, tylko trzeba je wyskalować); zniekształcenia np. przy 1kHz (z generatora analogowego) w funkcji mocy wyjściowej (sygnał wyjściowy podać przez dzielnik na wzmacniacz różnicowy, żeby odjąć sygnał wejściowy, różnicę podać na wejście audio w PC, zapisać, zrobić transformację Fouriera i sprawdzić zawartość harmonicznych); wzmocnienie i przesunięcie fazy (to drugie nie wiem, czy się uda - może z użyciem wzmacniacza różnicowego; sygnał z wyjścia audio PC) w funkcji częstotliwości (pytanie, po której stronie kondensatora wyjściowego, jeśli taki będzie, bo pewnie to on będzie najbardziej przesuwał fazę przy niskich częstotliwościach).

Pytanie, jak badany wzmacniacz będzie podłączany do układu - lutowany, czy na wcisk? Jeśli to drugie, to trzeba zadbać o złączki dające dobry kontakt (z przykręcaniem śrubkami, albo zaciskaniem na dźwignię) - nawet niewielka oporność kontaktu może znacząco zmienić wyniki pomiarów wzmacniacza.

Standardowe badanie takiego wzmacniacza na pracowni z elektroniki analogowej obejmuje:
- wyznaczenie wzmocnienia napięciowego,
- wyznaczenie pasma przenoszenia (-3dB),
- pomiar rezystancji wejściowej,
- pomiar rezystancji wyjściowej,
- wyznaczenie maksymalnej amplitudy napięcia wejściowego (punktu przesterowania "na oko").

Do pomiarów używa się wyłącznie sinusa. Ja bym tam dał LM386N-3 (0,5W@8R) zamiast TDA2030 i problem mocy wydzielanej na obciążeniu by zniknął, a wartość dydaktyczna ćwiczenia nie uległaby zmianie.

Jeśli chce się mierzyć moc wyłącznie na podstawie pomiaru napięcia wyjściowego i znanego obciążenia, to to obciążenie powinno być bezindukcyjne, więc opornica drutowa raczej odpada...

_jta_ wrote:

Pytanie, jak badany wzmacniacz będzie podłączany do układu - lutowany, czy na wcisk?

Badany wzmacniacz będzie częścią układu. W technikum robiłem podobną pracę - wszystko było na jednej płytce (u nas były takie kasety z zasilaniem i prace to były moduły do tych kaset), na płycie czołowej uproszczony schemat z wyprowadzonymi punktami pomiarowymi, przełącznikami, potencjometrami:

Hm... Ten wzmacniacz ma zabezpieczenie termiczne, można dodać testowanie tego zabezpieczenia - do tego najlepszy jest sygnał prostokątny i odpowiednio dobrana amplituda. No i cały układ pomiarowy musi zawierać jakieś dzielniki, przełączniki (dla małych prądów można użyć kluczy CMOS: CD4016, CD4066, CD4053...), to wszystko sterowane z PC poprzez port drukarki (łatwiej, napięcia TTL, do dyspozycji 8 pinów danych i kilka sterujących), albo poprzez port szeregowy (tu trzeba poszukać na forum informacji, jaki układ scalony pomoże to zrobić i jak - potrzebny jest rejestr SIPO z zatrzaskiem na wyjściu).

Witam po dłuższej przerwie. Stanowisko jest już praktycznie zrobione. Wszystko zaprojektowane włącznie z obudową. W tej chwili jestem na etapie badania prototypu. Jak pomiary pójdą sprawnie to wszystko będzie złożone w przeciągu tygodnia.

Wykonałem:
1. Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej mocy wyjściowej w funkcji napięcia wyjściowego PO=f(UI) przy częstotliwości f=1kHz.

I tu pytanie - jak wyznaczyć moc znamionową na podstawie wykonanego przeze mnie wykresu? Wszędzie dużo teorii a mało wzorów i konkretów.



Pomiar wykonywany przy Uzas - 17,8V / Robc - 10 Ohm / f=1kHz

2. Wyznaczanie wpływu obciążenia na moc wyjściową przy częstotliwości f=1kHz Uzas 17,8V Uwej 420mV



Pytanie - jak wyznaczyć rezystancję wyjściową w stanie dopasowania energetycznego - nie bardzo to rozumiem, oraz optymalną rezystancję obciążenia. Co to znaczy, że jest optymalna?


W tej chwili ściągam wykresy THD używając różnych częstotliwości fali sinusoidalnej podawanej na wejście układu. Używam oprogramowania Multi-instrument i karty dźwiękowej ponieważ nie dysponuję generatorem przebiegów.

Jutro kończę THD i robię moc wyjściową od częstotliwości oraz THD od częstotliwości. Tu problem - gdy daję nawet 1Hz na wejście układu to wszystko śmiga. Z tego co pamiętam to istnieje dolna oraz górna częstotliwość graniczna a nie tylko górna. Na początku osi wykres książkowo powinien iść do zera - u mnie nie idzie. czy to jest związane z tym, że używam do pomiarów karty muzycznej?

Jak wszystko będzie skończone wrzucę tu trochę wiadomości, tabelek, schematów i obliczeń ku potomności

PS: We środę oraz czwartek będę w Warszawie z moim prototypem (samego wzmaka). Czy jest tu jakaś dobra dusza, która byłaby w stanie przyjąć mnie z moimi gratami i ewentualnie pomóc wykonać jakiś bardziej skomplikowany pomiar? Przykładowo wyznaczenie charakterystyk mocy wyjściowej i zniekształceń nieliniowych w funkcji częstotliwości? Przydałby się tutaj miernik zniekształceń nieliniowych którym niestety nie dysponuję. Jako zapłatę mogę przywieźć dwie butelki wina domowego tak więc alkoholizujemy forum

Moc znamionową wzmacniacza określa się dla wybranej (jednej lub kilku) rezystancji obciążenia. Jest to po prostu moc oddawana na wyjściu przy pełnym wysterowaniu wzmacniacza. W prawidłowo zaprojektowanym wzmacniaczu wzmocnienie całkowite (przedwzmacniacza + stopnia mocy) powinno być tak dobrane, by osiągnął pełne wysterowanie przy podaniu na wejście przebiegu o amplitudzie międzyszczytowej 0.894Vpp (-10dBV).

Rezystancję wyjściową (szeregową) można wyznaczyć metodą techniczną - jaką? Pomyśl - to jest dzielnik napięcia, jeden z jego elementów stanowi rezystancja wyjściowa stopnia mocy wzmacniacza, a drugi rezystancja obciążenia.

Jak zapewne zauważyłeś, moc wyjściowa (a raczej moc oddawana na wyjściu) zależy od rezystancji obciążenia (przy stałym poziomie sygnału wejściowego, stałym wzmocnieniu oraz przy braku przesterowania). Jednak w związku z niezerową rezystancją wyjściową wzmacniacza wraz ze spadkiem rezystancji obciążenia rosną straty mocy na rezystancji wyjściowej. Chyba w prostszy sposób będzie można określić tę optymalną rezystancję z wykresu Io=F(Rl) lub Uo=f(Rl). Ważne tylko aby źródło zasilania było na tyle wydajne i/lub poziom sygnału wejściowego na tyle mały (odległy od przesterowania) by "przysiadanie" napięcia zasilania nie miało wpływu na wyniki pomiarów.

Oczywiście to co podałem to jest duże uproszczenie...

1. Nie tak trzeba robić wykres - podziel moc przez kwadrat napięcia wejściowego, to będzie widać, że na początku masz linię poziomą, a potem zagina się w dół; a jeszcze lepiej, zrób wykres ilorazu kwadratu napięcia wejściowego i mocy w funkcji mocy.

2. Wzmacniacza mocy nie używa się z taką impedancją obciążenia, żeby było dopasowanie energetyczne, a ze znacznie większą. Ale możesz mierzyć, przy jakiej mocy masz zniekształcenia np. 1% (THD), w funkcji impedancji obciążenia, w dozwolonym zakresie tej impedancji - przy jakiejś będzie największa moc, być może przy minimalnej dozwolonej.

Jeśli twój wzmacniacz przenosi częstotliwości około 1Hz, to pewnie nie ma żadnego kondensatora ograniczającego jego pasmo od dołu.

Zniekształcenia nieliniowe określa się przez podanie THD (total harmonic distortion).

Witam. Cały projekt jest już w fazie końcowej. Wszystko działa i jest aktualnie mierzone. Dostałem jednak nowe zadanie, które muszę wykonać w krótkim czasie. Otóż miałem robić pomiar temperatury na LM35 przy użyciu woltomierza - prosta sprawa. Wszystko by było ok gdyby koncepcja się nie zmieniła z dnia na dzień - teraz mam wykonać pomiar przy użyciu LM35 ale za pomocą ATMega8-16PU. Mam płytkę prototypową oraz już uporałem się z programem do obsługi lcd i klawiatury. Czy jest ktoś w stanie pomóc przy upgradeowaniu tego programu o funkcję pomiaru temperatury? Chodzi o obsługę ADC no i wyrzucenie tego pomiaru na wyświetlacz. Oczywiście Bascom. Widziałem, że dużo osób zajmowało się tym tematem ale praktycznie wszystkie albo są nieaktualne, albo pozostawione bez odpowiedzi, albo z martwymi linkami. Uprzejmie proszę o pomoc bo jak zwykle - potrzeba na wczoraj a google wysypuje same bzdurne odpowiedzi Siedzę nad tym wszystkim ale mi to zajmie miesiąc zanim zdołam to doprowadzić do ładu a wiem, że niektórzy już robili takie "proste" układy. Pozdrawiam!

PS: Czytałem również o 1Wire - podobno jest to jeszcze prostsza sprawa niż używanie adc w lm35. Oczywiście czujnik mogę zmienić na typu 1wire - byleby mierzył do tych 130/125 stopni Celsjusza.

Czujniki z magistralą cyfrową nie wymagają przetwarzania sygnału cyfrowego na analogowy. Tak czy inaczej obsługa ADC w ATMedze jest bardzo prosta. Nie wiem z czym masz problem. Nie szukaj pomiaru temperatury tylko pomiar napięcia! Napięcie na wyjściu LM35 jest wprost proporcjonalne do temperatury.

Nie no oczywiście - zapoznałem się z działaniem LM35 i wiem co jest na jego wyjściu itp. Oczywiście dostaję na wyjściu napięcie wprost-proporcjonalne do temperatury. To samo z DS'em - wiem, że nie trzeba tam przetwarzać sygnału przez ADC. Pytam po prostu czy nie macie może dostępu do materiałów tak abym szybko to ogarnął. Linki? Poradniki? Często ludzie mają przykładowe programy do obsługi tak popularnych czujników. Teraz siedzę nad książką i dłubię. No nic - walczę dalej.

No ale pytam co w tym LM35 chcesz obsługiwać? Mierzysz napięcie i tyle.

http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/03/avr-adc-podlaczenie.html

1-Wire ma dość złożony algorytm komunikacji - każdy element ma 64-bitowy adres, który trzeba podać, żeby go odczytać. Jest polecenia skanowania magistrali, po którym wszystkie elementy odpowiadają, dopóki podaje się poprawnie kolejne bity ich adresu: jeśli masz odgadnięte bity 0..N-1, i zgadujesz N-ty, to wysyłasz dwa razy pytanie o kolejny bit, i każdy układ, który nie "odpadł", odpowiada albo za pierwszym, albo za drugim razem, zależnie od wartości tego bitu; jak masz tylko jedną odpowiedź, to wszystkie elementy mają taką samą wartość tego bitu i wiesz, jaką; jak masz dwie, to wybierasz jedną zapamiętując, że na tym bicie był wybór; potem wysyłasz wybraną wartość bitu N i pytasz o bit N+1-szy... Algorytm jest trochę skomplikowany, ale da się wykryć wszystkie elementy, jakie są podłączone. Istotne przy tym jest odmierzanie czasu poszczególnych sygnałów, i to są dość różne czasy - na początek ustawia się stan niski chyba na 500us, to jest reset magistrali, potem można wysyłać polecenia. DS18B20 nie potrzebuje ADC, można go podłączyć przez port szeregowy do PC (z przejściówką ograniczającą napięcie i prąd), ale jak w uC masz ADC, to chyba łatwiej będzie z LM35 - o ile nie chcesz wielu czujników.

Zrobiłem Tzn na razie sam termometr. Teraz go muszę tylko wpleść w mój program Jednak na LM35 zostałem - okazało się, że był to straszny banał. Pomoc znalazłem tutaj:
http://mirley.firlej.org/node/479

A mój program wygląda tak:

...a nie mówiłem, że to banalne
Możesz dobrać bardziej dogodne napięcie Vref, tylko jego źródło musi być stabilne temperaturowo.

Nie jest źle - wplotłem jeden program w drugi - wszystko niby działa. Muszę jeszcze pokombinować jak zrobić, aby temperatura się sama aktualizowała.

Musisz umieścić procedurę jej odczytu w pętli... generalnie każdy program na mikrokontroler zamyka się w pętli głównej. Tak masz to przecież zrobione.

No i się porypało... Nie mam już pomysłu co się mogło posypać. Wszystko działało tip top ale ostatnio przy poprawkach podłączyłem odwrotnie zasilanie. Wystrzelił elektrolit. Zmieniłem go ale wzmacniacz przestał działać tak jak powinien. Przy ok 330mV sygnału wejściowego zaczyna obcinać dolną połówke sinusoidy. Sprawdzam co się da ale nie wiem co może być tego przyczyną. Na początku myślałem, że poszedł mostek na zasilaniu ale wymieniłem i nadal to samo. Kostki wzmacniające dobre - sprawdzałem na 2 różnych i są takie same objawy. Ma ktoś pomysł co mogło jeszcze paść? Co może być tego przyczyną? Zmieniłem wszystkie elektrolity na płytce a objawy nadal takie same. Elektrolit przy zasilaniu wygląda na nienaruszony. Elektrolit na wyjściu również zmieniałem. Przy Ui<330mV wszystko ładnie śmiga. Sinusoida jest wzmacniana i wypluwana na wyjście bez zmiany kształtu. Powyżej 330mV obcinana jest dolna połowa sinusoidy. Pomocy! Schemat taki jak na rysunku. Wszystko działało na prototypowej płytce na takich samych elementach...

Poziom "pływającej" masy jest w porządku? Jak odwrotnie podłączyłeś zasilnie i strzelił kondensator to na pewno spaliła się któraś z diod zabezpieczających wyjście - wymieniłeś je?

Dobrze "strzelasz". Jedna dioda poszła i została wymieniona. Myślisz, że druga również zdechła? Tak by to wyglądało? Myślałem, że jeśli poszłaby dioda to kształt sinusoidy byłby niezależny od napięcia wejściowego. Jutro zmienię druga diodę i zobaczę co się dzieje. Jeszcze jakiś pomysł? Jutro zaatakuję sklep elektroniczny

Jak do prób obciążasz go tylko rezystorem a nie głośnikiem to możesz te diody wylutować.

diody wymienilem i nadal to samo... Dolna połówka jest ucinana...

Czym obciążasz wzmacniacz, możesz wrzucić oscylogramy? Czy na tej płytce kiedykolwiek działał poprawnie? Masz tam 16 elementów, 5 minut byś sprawdził każdy po kolei. Podejrzane są też kondensatory.

Obciążam rezystorami bezindukcyjnymi 25W ale teraz sprawdzam na sucho - z niepodłączonym obciążeniem. Czy możliwe, ze poszły rezystory jakieś albo kondensatory ceramiczne?

PS: Właśnie patrzyłem na obciążeniu. Niezależnie od rodzaju sinusoida jest w pewnym momencie ograniczana na dolnej połówce.

Wymieniłem końcówkę mocy - problem nadal się pojawia. juz mi rece opadają. Co może być nie tak? Tam nie ma co nie działać. Tylko rezystorów nie zmieniłem ale rezystory jakby były uszkodzone to by było widać pewnie że się upaliły. Wszystkie elektrolity wymieniłem. Możliwe, że padł 4700 za trafo? Czy to by miało taki wpływ? Raczej by w ogóle nie działało a nie obcinało dolną połówkę sinusoidy przy dużym napięci wejściowym.

Masz oscyloskop to możesz sprawdzić czy napięcia zasilające są prawidłowo filtrowane. Rezystor potrafi się spalić bez widocznych śladów. W tym układzie dokonując pomiarów bez obciążenia możesz mieć "cuda" na wyjściu. Możesz mierzyć przed kondensatorem wyjściowym z odcinaniem składowej stałej w oscyloskopie.

Przy włączeniu urządzenia sygnał wejściowy "wskakuje" na poziom ok 5V czyli te 5V jest dla sygnału wyjściowego "zerem". Podaję sinus na wejście i zwiększam amplitudę. Sygnał wyjściowy zaczyna wzrastać. Amplituda rośnie równomiernie w górę i w dół. Sygnał wyjściowy - dolna granica sinusoidy - nie może przejść przez poziom 0V na poziomy ujemne. Czy da się zwiększyć poziom poczatkowy sygnału? Tzn - tak aby sygnał wyjściowy po włączeniu urządzenia wskakiwał np na 10V? Wtedy sinusoida nie byłaby odcinana bo jej dolna część nie przekraczałaby punktu 0V. Mam nadzieję, że w miarę jasno to napisałem.

Jakim napięciem zasilasz ten wzmacniacz - wnioskuję, że 10V? Przed C6a z oczywistych względów nie zejdziesz poniżej 0V.

Na nóżce 1 powinieneś mieć 1/2 napięcia zasilania.

Zasilam napięciem ok 24V. Trafo i kondensatory 4700 50V + 100n

Po odłączeniu kabla sygnałowego na wyjściu przy obciążeniu 4,7 ohm pojawia się sygnał o amplitudzie 15V o dużej częstotliwości. Dla większych rezystancji amplituda wzrasta. Po podłączeniu kabla sygnałowego (nawet wiszącego w powietrzu) sygnał znika i wszystko jest ok. Tak powinno być? Czy może właśnie nie powinno tak być. Wzbudza się?

Wzbudza się ale w takich okolicznościach to nic niezwykłego, możesz na wejściu (na samym wejściu) dać rezystor 47k do masy.

A może _kondensator_ (np. 470pF) do masy?