Регулювання підсилювачів звукових частот

1 Пошук несправностей в передпідсилювачах

2 Пошук несправностей в підсилювачі потужності

3 Діагностика несправностей ПНЧ по формі спотворень вихідного сигналу

Підсилювач звукових частот (ПЗЧ) - послідовне з'єднання каскадів підсилення. Його працездатність перевіряють за допомогою генератора звукових частот, а як  індикатор використовують осцилограф. При цьому випробувальний сигнал може послідовно проходити через каскади ПЗЧ від першого до кінцевого (рис.1, а) або навпаки (рис.1, б). У першому випадку, подавши на вхід ПЗЧ сигнал від звукового генератора (ЗГ), осцилографом по черзі перевіряють проходження сигналу через кожний каскад. При цьому не повинно спостерігатися обмеження амплітуди вихідного сигналу каскаду.

Рисунок 1 –  Перевірка працездатності ПЗЧ

1 Пошук несправностей в передпідсилювачах

Пошук несправностей в передпідсилювачах полягає в тому, що на вхід підсилювача  подається сигнал, наявність якого послідовно перевіряється після кожного каскаду за допомогою осцилографа. Таким чином можна легко виявити несправний елемент, який викликав повну відмову пристрою. Якщо несправний каскад знайдений, то вимірюється напруга в статичних робочих наприклад, напруга колектор-емітер і напруга база-емітер. В результаті цих вимірів в більшості випадків можливо локалізувати несправний елемент.

Трохи складніше виявити несправності, які не призводять до повної відмови. Наприклад, часто зустрічається така несправність, як спад підсилення із-за ємкісного витоку електролітичних конденсаторів. У такому випадку необхідно виміряти підсилення кожного каскаду. Для цього вимірюється змінна напруга перед каскадом і після каскаду, після чого обчислюється підсилення. Дуже корисно в цьому випадку використовувати двоканальний осцилограф, оскільки необхідно спостерігати положення фаз і форму сигналу. Ще одна відносно несправність передпідсилювачів, що часто зустрічається, з високим підсиленням і слабким негативним зворотним зв'язком – це автоколивання. Для операційних підсилювачів така несправність особливо актуальна. Автоколивання можуть бути викликані неправильно розрахованим негативним зворотним зв'язком і ємнісним навантаженням на виході.

Ємнісне навантаження перешкоджає досить швидкому підвищенню або зниженню напруги на виході. Це обмеження швидкості наростання вихідної напруги наводить до формування трикутної напруги на виході і може привести до нестабільності. Обмеження швидкості наростання вихідної напруги може зустрічатися і в самому підсилювачі, якщо не враховувати дані виробника ОП відносно вхідної і вихідної напруги, не брати до уваги частотну характеристику і підсилення.

Рисунок 2 – Осцилограми несправностей  перед підсилювачів

Автоколивання можна визначити за допомогою осцилографа. Як правило, сигнал на виході підсилювача низької частоти розширюється накладенням високочастотних коливань і перетвориться в смугу (рис. 2). Це розширення може бути тривалим або зустрічатися лише на певних ділянках вихідного сигналу, наприклад, при проходженні нуля або в максимумі синусоїдальних коливань.

Несправності в простому інвертувальному  підсилювачі на операційному підсилювачі, схема якого зображена на рис.3, причина кожної несправності і спосіб її усунення представлені в табл. 1.

Рисунок 3  –  Схема інвертувального підсилювача  на операційному  підсилювачі

Таблиця 1 – Несправності інвертувального підсилювача на операційному підсилювачі

Прояв несправності	Можлива причина	Рекомендації
Надмірний зсув вихідної напруги при нульовій вхідній напрузі	Дуже великий опір резистора зворотного зв'язку	Замінити резистор зворотного зв'язку на резистор з меншим опором або поставити операційний підсилювач з меншим вхідним струмом
	Генерація збільшує зсув вихідної напруги	За допомогою осцилографа перевірити схему на наявність генерації
	Паразитний канал струму витоку замикається на вхід	Перевірити друковану плату або роз'єми на наявність забруднень і витоків
	Неправильно вибраний номінал резистора R+	Зробити перерахунок опору R+ за формулою:      R+ = Rbx|| Rf
	Дуже велика напруга Vos (зворотного зв’язку) у операційного підсилювача	Vвих повинен бути менше Застосувати підстроювання Vos або замінити операційний підсилювач
	Параметри опера-ційного підсилювача не відповідають технічним умовам	Демонтувати операційний підсилювач з схеми і перевірити його
На виході виявлені коливання	Коливання на вході	Перевірити вхід
	Коливання напруги живлення	Перевірити кожне під'єднання напруги живлення
	Відсутність шунтувального конденсатора на виході або неправильно вибраний тип і номінал конденсатора	Замінити шунтувальний конденсатор на виході, підбираючи типи і номінали
	Дуже велика ємкість навантаження	Протестувати кабель на виході; зміряти ємкість навантаження
На виході виявлені коливання	У зворотному зв'язку немає конденсатора	Перевірити схему; підібрати адекватний конденсатор, міняючи номінал
	Ємкість операційного підсилювача дуже мала	Збільшити ємкість операційного підсилювача
	Коливання на вихідному каскаді операційного підсилювача	Перевірити вихід операційного підсилювача
Спотворення вихідної напруги	Дуже високий опір навантаження	Перевірити резистивний і реактивний опір навантаження
	Спотворення вхідного сигналу	Перевірити вхідний сигнал
	Спотворення швидкості наростання напруги	Перевірити схему на нижчій частоті зі меншою напругою вхідного сигналу
Недостатній коефіцієнт посилення	Неадекватні допуски номіналів резисторів; неправильно вибрані номінали резисторів	Перевірити маркування  і допуски резисторів
	Наявність самозбудження	Перевірити схему на наявність коливань у всьому діапазоні робочих частот
Схема не працює взагалі	Несправний операційний підсилювач	Замінити на справний операційний підсилювач
Вихідна напруга дорівнює  нулю	Вихід закорочений на землю	Вимкнути живлення, перевірити на наявність короткого замикання
	Низьке значення Vos	Перевірити вхідний резистор

Несправності в підсилювачах на одному транзисторі (рис. 4), причина кожної несправності і спосіб її усунення представлені в табл. 2.

Рисунок 4 –  Схема підсилювача на одному транзисторі.

Таблиця  2 –  Несправності підсилювача на одному транзисторі

Прояв несправності	Можлива причина	Рекомендації
Неправильна вихідна напруга:
а) на колекторі +12 В	Відсутність або несправність резистора R2	Перевірити опір R2 і напругу на ньому
	Коротке замикання на R3	Перевірити R3 на коротке замикання
	Коротке замикання на R1	Перевірити R1 на коротке замикання
б) на колекторі +10 В	Коротке замикання на базі транзистора	Виміряти напругу на базі транзистора
	Коло колектора розімкнуто	Перевірити перехід колектор/база транзистора
в) на колекторі +0,7 В	Відсутність резистора R3, несправність резистора R3  або обрив резистора R3	Перевірити R3
	Неправильний номінал резистора R1 або R2	Перевірити резистори
	Коротке замикання на переході колектор/база	Перевірити на коротке замикання
г) на колекторі 0 В	Коротке замикання колектора на землю	Перевірити на коротке замикання
Неправильна напруга на базі транзистора:
а) на базі + 3 В	Немає контакту	Перевірити надійність пайки бази та емітера
	Перехід база/емітер транзистора розплавився	Замінити транзистор
	Транзистор p-n- p типу	Перевірити тип транзистора
б) на базі - 3 В	Невірні номінали резисторів	Перевірити номінали резисторів
	Вхідний сигнал дуже великий	Перевірити вхідний сигнал осцилографом
в) немає посилення або воно недостатньо	Відсутність конденсаторів або їх ємкість дуже мала	Додати хороші конденсатори паралельно С1 і С2
	Неправильний зсув постійного струму	Перевірити зсув постійного струму
	Транзистор встановлений у зворотному напрямі	Перевірити монтаж транзистора
г) коливання	Коливання в колі живлення	Перевірити коло  живлення; додати додатковий шунтувальний конденсатор
	Коливання в навантаженні	Базу транзистора завести на землю
	Навантаження є причиною коливань у транзисторі	Від'єднати навантаження і перевірити його
д) низький коефіцієнт посилення	Несправний транзистор	Перевірити транзистор
	Транзистор p-n-p типу	Перевірити тип транзистора

2 Пошук несправностей в підсилювачі потужності

Відмінність вихідних підсилювачів від передпідсилювачів полягає в тому, що їх вихідна змінна напруга при високих струмах і, отже, високих потужностях має величину напруги живлення, тоді як в передпідсилювачах на передній план виходить підсилення слабких сигналів (підсилення за напругою). З цієї причини робочі точки останнього силового каскаду повинні багато разів регулюватися, аби досягти максимуму лінійності сигналу.

На рис. 5 як приклад представлений двотактний вихідний каскад на комплементарній парі транзисторів. Змінний опір резистора Rб між обома виводами баз служить для установки базової напруги зсуву і в той же час для установки струму спокою. Цю настройку можна виконати за допомогою амперметра, підключеного до виведення колектора, або за допомогою осцилографа. Дуже низький струм спокою проявляється у вигині сигналу при проходженні напругою нульового значення (рис. 6, б). При цьому жоден з транзисторів не проводить струм. Для збільшення струму спокою необхідно збільшити опір резистора Rб.

Подальше вирівнювання у вихідних підсилювачах полягає в установці робочих точок обох транзисторів. При несиметричній робочій точці змінна напруга на виході буде обмежена з одного боку (рис. 6, в, г). Тому для вирівнювання постійну напругу необхідно встановлювати так, щоб при збільшенні амплітуди змінної напруги вихідна напруга обмежувалася симетрично.

Рисунок 5 – Фрагмент схеми вихідного каскаду підсилювача

 Рисунок 6 – Спотворення форми вихідного сигналу при невірно встановленій робочій точці: вихідний сигнал неспотворений (а); вихідний сигнал при дуже малому струму спокою (б); робоча точка встановлена несиметрично (низько) (в);  робоча точка встановлена несиметрично (високо) (г); робоча точка встановлена симетрично але дуже мала напруга живлення або дуже великий  рівень вхідного сигналу (д).

При наявності несиметричного обмеження (рис.6, в, г) регулюють зміщення підсилювального елемента. З цією метою зменшують вихідну напругу генератора так, щоб не було обмеження, і підганяють напругу зміщення (підбір резисторів у колі емітера, бази; поступово збільшуючи вихідну напругу генератора, спостерігають форму вихідної напруги каскаду: його амплітуда повинна поступово збільшуватися до симетричного обмеження (рис. 6, а).

У разі інтегрованого підсилювача потужності для знаходження несправності окрім виміру опору на входах і виходах можливе проведення таких перевірок. Якщо за наявності вхідного сигналу не фіксується жодного вихідного сигналу, то можна шляхом виміру споживаного струму перевірити, чи змінюються він при зміні вхідної напруги. При збільшенні амплітуди вхідного сигналу споживаний струм також повинен збільшуватися. Якщо цього не відбувається, то підсилювач несправний.

Короткі замикання і обриви на входах і виходах проявляються у вигляді відсутності сигналу.

При виявленні несправного каскаду заміняють несправні елементи й усувають похибки й дефекти монтажу. Методика пошуку несправностей у ПНЧ наведена у таблиці 3.

Таблиця 3 – Пошук несправностей в ПНЧ

Несправність або операція	Діагностика несправності
Несправний вихідний каскад	Встановите місце розташування потужних вихідних транзисторів і ІМС, змонтованих на великих радіаторах. Перевірте їх і підключені до них ланцюги
Несправний вхідний каскад	Перевірте транзистори передпідсилювача або ІМС, підключену до звуковому входу. Перевірте транзистор або ІМС попереднього каскаду підсилювача потужності, що підключені до регулятора гучності
Перевірка проходження сигналу	Почніть перевірку з регулятора гучності і просувайтеся за схемою до гучномовців або у напрямі вхідного каскаду
Перевірка проходження сигналу з використанням генератора сигналів	Перевіряйте проходження НЧ сигналу з частотою 1 кГц від вхідних виводів до виводів гучномовця. Переходите від базового виводу одного транзистора до базового виводу наступного і від вхідного до вихідного виводу  кожної ІМС.
Визначення несправного каскаду	При припиненні проходження сигналу, можливо, несправний попередній каскад
Перевірка транзисторів	При припиненні проходження сигналу перевірте кожен транзистор і ІМС каскаду, у якому пропав сигнал. Виконайте перевірку елементу схеми безпосередньо в схемі і при демонтажі
Перевірка інтегральних мікросхем	Перевірте проходження сигналу на вході. При відсутності вихідного сигналу виміряйте напругу на кожному виводі. Також вимірюють опір на кожному виводі ІМС.
Тихий звук	Перевірте справність розділових конденсаторів і опорів зсуву. Перевірте транзистори на відсутність обривів або підвищених струмів витоку
Спотворення звуку	Відразу перевіряйте вихідні НЧ ланки. Перевірте транзистори на відсутність обривів або підвищених струмів витоку. Виміряйте опори і напруги на кожному виводі ІМС. Перевірте розділовий конденсатор на відсутність пробою. Перевірте  на відповідність нормі напругу живлення.
Слабкий і спотворений звук	Перевірте вихідні НЧ транзистори і ІМС. Перевірте резистори, що задають зміщення і розв'язуючі конденсатори
Переривистий або зникаючий звук	Переконаєтеся у відсутності ненадійних з'єднань виводів транзисторів, ІМС, поганих з’єднань на друкованій платі, пошкоджень доріжок друкованої плати. Перевірте на справність розділові електролітичні конденсатори
Перегріті елементи схеми	Перевірте на коротке замикання транзистори або ІМС. Пошукайте згорілі елементи схеми. Перевірте можливу зміну значень опору резисторів зсуву, що задають напругу зсуву на транзисторах

3 Діагностика несправностей ПНЧ по формі спотворень вихідного сигналу

Відхилення форми сигналу від синусоїдальної інформує про несправності в схемі підсилювача. На екрані осцилографа добре помітні великі спотворення сигналу (більше 10%).

Форми сигналу на виході підсилювача при різних несправностях наведені в таблиці 4.

Таблиця 4 – Осцилограми форми сигналу на виході ПНЧ  при різних несправностях у вихідних каскадах

Форма осцилограми	Ймовірна причина несправності	Спосіб усунення  несправності
	Недостатня     напруга зміщення на базах   вихідних   транзисторів	Збільшити  напругу  зміщення зміною опору відповідних резисторів
	Завищена    напруга зміщення на базах вихідних  транзисторів	Зменшити напругу зміщення відповідними резисторами
	Велика      напруга зміщення	Зменшити напругу зміщення до отримання неспотвореного сигналу
	Завищений      рівень сигналу на вході підсилювача, занижена напруга  живлення;   неправильно   вибраний   режим роботи вихідних транзисторів;      несправні транзистори	Зменшити  напругу  сигналу на  вході підсилювача  до  появи неспотвореного   сигналу.   Якщо   вихідна   потужність при цьому менше номінальної, то перевірити напругу живлення,    відрегулювати    режими транзисторів, замінити їх
	Вихідні    транзистори мають різні           параметри (коефіцієнт передачі струму)	Підібрати транзистори з однаковими  коефіцієнтами  передачі струму
'	Самозбудження    підсилювача	Перевірити екранування проводів вхідних кіл, кола негативного зворотного зв'язку, відрегулювати режим живлення за постійним    струмом,     замінити транзистори
	Завищені пульсації напруги       живлення підсилювача	Збільшити    ємкість    конденсаторів   фільтру   (замінити   їх)

Перевірку і випробування підсилювача за допомогою осцилографа можна виконати, подавши на вхід ПНЧ прямокутні імпульси. Прямокутний імпульс – це відносно складний сигнал, що складається з суми простих синусоїдальних сигналів (гармоніки).

У імпульсному сигналі добре виражено до 10 гармонік, тобто при подачі на вхід підсилювача  прямокутних імпульсів частотою 20 Гц це рівносильне дії на вхід підсилювача синусоїдальних сигналів з частотами від 20 Гц до 200...300 Гц. А при подачі на вхід підсилювача прямокутних імпульсів частотою 1 кГц діапазон випробувальних сигналів розширюється до 10...15 кГц. Підключивши до виходу підсилювача осцилограф, на екрані отримаємо зображення прямокутного імпульсу, яке буде неспотвореним лише в тому випадку, якщо всі складові сигналу (гармоніки) пройдуть через підсилювач неспотвореними. Якщо ж форма імпульсу на виході спотворена, то по характеру спотворення можна визначити несправність підсилювача. Спотворення плоскої вершини прямокутного імпульсу (викривлення і нахил) обумовлені низькочастотними спотвореннями сигналу в колах підсилювача, а спотворення фронту і зрізу імпульсу (розтягування, закруглення) — високочастотними. Випробування ПНЧ прямокутними імпульсами дозволяє знайти різні несправності: нерівномірність підсилення сигналів різних частот, паразитну генерацію, фон змінного струму та інші (табл. 5).

Таблиця 5 –  Графічне зображення осцилограм напруги при різних несправностях ПНЧ

Осцилограма вихідної напруги ПНЧ	Можливі несправності ПНЧ
	Ослаблення підсилення  напруги  верхніх звукових частот вхідного сигналу ПНЧ
	Ослаблення   підсилення  напруги   низьких звукових частот вхідного сигналу ПНЧ
	Зниження посилення  напруги   нижчих  і середніх звукових частот
		Підйом підсилення напруги нижчих частот звукового сигналу
		Підйом підсилення на середніх частотах
		Наявність у підсилювачі паразитних коливань, частоти    яких    вищі    за верхню    робочу частоту