Ремонт и регулировка усилителей звуковой частоты. Самостоятельно настраиваем и чиним автомобильный усилитель. Настройка и регулировка УЗЧ
Усилитель низких частот (УНЧ) — это устройство, о предназначении которого знает каждый меломан. Этот компонент аудиосистемы позволяет улучшить качество звучания акустики в целом. Но как и любые другие электронные устройства, АУ может выйти из строя. Подробнее о том, как производится ремонт своими руками усилителей автомобильных аудиосистем, узнайте из этой статьи.
[ Скрыть ]
Типичные неисправности
Перед тем, как ремонтировать, устанавливать и настраивать УНЧ в свой автомобиль, необходимо разобраться в поломке. Рассмотреть все неисправности, которые можно встретить на практике, просто невозможно, поскольку их очень много. Основной задачей ремонта устройства для усиления звука считается восстановление сломавшегося компонента, поломка которого привела к неработоспособности всей платы.
В любой электротехнике, в том числе усилителях, может быть два типа неисправностей:
- контакт присутствует там, где он не должен находиться;
- в том месте, где должен быть контакт, он отсутствует.
Проверка на работоспособность
Ремонт автомобильных усилителей в первую очередь начинается с диагностики УНЧ:
- Сначала необходимо вскрыть корпус и внимательно осмотреть схему, при необходимости используйте лупу. В ходе диагностики можно заметить разрушенные компоненты схемы: резисторы, конденсаторы, оборванные проводники либо выгоревшие дорожки платы. Но если вы нашли выгоревший компонент, нужно учесть, что его выход из строя может быть следствием перегорания другого элемента, который с виду может показаться целым.
- Далее, произведите диагностику блока питания, в частности, проверьте напряжение на выходе. При выявлении выгоревших резисторов эти элементы надо будет менять.
- Подайте питание на УНЧ и выход Remout, затем надо замкнуть систему на плюс и посмотреть на диодный индикатор PROTECTION. Если лампочка загорелась, это свидетельствует о том, что устройство ушло в защиту. Причина может заключаться в плохом питании или его отсутствии на плате, поломке транзистора либо проблемах в работе преобразователя напряжения. В некоторых случаях причина кроется в поломке транзисторного усилка мощности для одного из нескольких каналов.
- Если после того, как было подано питание, предохранительный элемент не сгорел, нужно проверить уровень напряжения на выходе. Оно должно составлять примерно 2х20 в и больше.
- Внимательно осмотрите трансформаторное устройство преобразователя напряжения, возможно, на нем имеются выгоревшие витки или обрывы цепи. Понюхайте этот элемент, может быть, он пахнет горелым. В некоторых моделях УНЧ между выходом ПН и усилком устанавливается диодная сборка — если она выходит из строя, узел также может включать защиту.
Устранение поломок
Ремонт автомобильного усилителя своими руками осуществляется в соответствии с тем, какая неполадка была выявлена при его работе:
- Если в автоусилителе сломался транзистор, то перед его непосредственной заменой рекомендуется продиагностировать предохранительный элемент по питанию.Также нужно убедиться в работоспособности диодов на шинах. Если с этими частями все в порядке, установленные транзисторы надо поменять.
- Чтобы осуществить более специализированный ремонт, вам потребуется осциллограф. Установив щупы устройства на выводах 9 и 10 платы генератора, необходимо убедиться в наличии сигналов. Если сигналы отсутствуют, то меняется драйвер, если они есть, то производится замена полевых транзисторных элементов.
- Значительно реже в процессе ремонта меняются конденсаторы — как показывает практика, такое случается нечасто (автор видео — канал HamRadio Tag).
Основные аспекты настройки усилителя
Теперь перейдем к вопросу — как настроить автомобильный усилитель? Есть несколько вариантов настройки — для использования с сабом и без него.
Как правильно настроить УНЧ без сабвуфера — сначала необходимо выставить такие параметры:
- bass boost — 0 децибел;
- уровень — 0 (8V);
- кроссовер необходимо установить в положение FLAT.
После этого, регулируя настройки аудиосистемы эквалайзером, производится настройка системы под свои предпочтения. Громкость необходимо выставить на максимум и включить какой-нибудь трек. Как настроить для использования с сабвуфером — процедура также не особо сложная.
Для правильной настройки желательно использовать следующие параметры:
- Bass Boost также следует выставить на уровень 0 децибел;
- уровень устанавливается на отметку 0;
- передний кроссовер устанавливается в положение НР, а регуляторный элемент FI PASS необходимо выставить в диапазон от 50 до 80 Герц;
- что касается заднего кроссовера, то он устанавливается в положение LP, а регулятор Low необходимо установить в диапазоне от 60 до 100 Герц.
Эти параметры соблюдать очень важно, поскольку именно они определяют качество регулировки и, соответственно, звучания аудиосистемы. В целом процедура настройки производится аналогично, для этого используется регулятор уровня для обеспечения более гармоничного звучания. Чувствительность задних и передних динамиков следует подстроить друг под друга.
Извините, в настоящее время нет доступных опросов.Если вы в этом ничего не понимаете, лучше туда не лезть, потому что ремонт обойдется дороже после того, что вы еще спалите или поломаете.
Ремонт усилителей звуковой частоты
Для ремонта УЗЧ необходимы следующие приборы: звуковой генератор типа ГЗ-102, ГЗ-118, осциллограф типа С1-78, С1-83 или подобный, измеритель нелинейных искажений С6-5, универсальный вольтметр типа В7-27 или ему подобный, эквиваленты нагрузок 4, 8, 16 Ом соответствующей мощности. В качестве эквивалентов можно использовать проволочные резисторы. Для ремонта высококачественных УЗЧ и последующей их регулировки желателен звуковой генератор с прецизионной формой сигнала, низкочастотный анализатор спектра и измеритель амплитудно-частотных характеристик.
Внешние проявления неисправностей усилителей следующие: периодическое пропадание звука или его полное отсутствие, слабый уровень выходного сигнала, большой уровень шума или фона, нелинейные искажения.
Неисправность, при которой появляются пропадание сигнала, треск и другие шумы в момент регулировки уровня сигнала, обычно связана с загрязнением подвижного контакта потенциометра регулировки. Дефект можно устранить разборкой регулятора и протиркой контакта. Если же неисправность устранить нельзя, заменяют потенциометр.
Алгоритмы поиска неисправностей УЗЧ составлены на основе последовательной проверки прохождения сигнала и анализе работоспособности каскадов усилителя (способ последовательных промежуточных измерений от входа к выходу). При диагностике УЗЧ способом исключений проверяется исправность каскадов от выхода по направлению ко входу. Для мощных УЗЧ предпочтителен второй способ. В усилителях малой мощности (до 5 Вт) и предварительных усилителях можно использовать оба способа поиска дефекта. Неисправный элемент в каскаде определяется измерением режимов и сравнением их с номинальными или проверкой сопротивлений и сопоставлением их с картой сопротивлений. Алгоритм поиска неисправности полного усилителя звуковой частоты (структурную схему см. на рис. 5.1) показан на рис. 5.9.
В случае неисправности одного канала стереофонического усилителя для локализации неисправного каскада можно рекомендовать запараллеливание через разделительный конденсатор входных цепей аналогичных каскадов.
Определение неисправности УЗЧ телевизора УЛПЦТ(И) реализуется по алгоритму (рис. 5.10, о), составленному на основе способа исключений. Аналогично получен алгоритм диагностики усилителя «Амфитон 002» (рис. 5.10, б). Неисправности УЗЧ в интегральном исполнении устанавливают, сравнивая напряжения на выводах микросхемы с номинальными. Несоответствие режимов указывает на дефектность микросхемы.
Контроль параметров УЗЧ осуществляется по функциональной схеме, приведенной на рис. 5.11. В этом случае номинальную выходную мощность на частоте 1000 Гц можно определить по выражению Р= U2/R«.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя строится по точкам при изменении частоты входного напряжения усилителя с фиксацией выходного. Пределы регулировки тембра устанавливаются аналогичным образом.
Существенно упрощается процесс контроля АЧХ усилителя при наличии измерителя частотных характеристик типа XI -49 или ему подобного. Подключив усилитель к измерителю, на его экране наблюдают амплитудно-частотную характеристику.
Если коэффициент гармоник меньше 0,1 %, то его измерение сопряжено со значительными сложностями, так как промышленностью не выпускаются измерители нелинейных искажений с такой разрешающей способностью.
Тока покоя каскада меняйте, в зависимости от вида каскада, либо ток базы транзистора, либо напряжение смещения на сетке лампы.
Для создания тока базы транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, используйте резистор, соединяющий базу либо с питающей шиной, либо с коллектором. Второе предпочтительнее с точки термостабилизации. Чем меньше сопротивление резистора, тем больше приоткрывающий ток базы, а , и ток покоя каскада. Существуют и другие, более совершенные схемы термостабилизации биполярных , предполагающие использование нескольких резисторов.
Для создания напряжения смещения лампы подключите ее управляющую сетку проводу через высокоомный резистор (его номинал менять не потребуется), а между катодом и общим проводом включите резистор, с помощью которого будет регулироваться напряжение смещения. Зашунтируйте его конденсатором (если он электролитический, включите его плюсом к катоду). Чем больше сопротивление катодного резистора, тем больше и запирающее напряжение на сетке, являющееся отрицательным относительно катода (но не общего провода), и, соответственно, меньше ток покоя каскада.
Если каскад используется для усиления по переменному току, подавайте на него входной сигнал через конденсатор с очень малой утечкой, чтобы не нарушить его режим по постоянному току. Выходной сигнал снимайте с нагрузки также через конденсатор.
Независимо от того, является ли каскад ламповым или транзисторным, вначале возьмите резистор, задающий ток покоя, большого сопротивления, чтобы этот ток был малым. Подайте на вход каскада через конденсатор такой сигнал, чтобы его искажения можно было легко обнаружить на слух или на экране осциллографа. Выходной сигнал снимите также через конденсатор, и подайте его, соответственно, на контрольный усилитель или осциллограф. Транзистор заранее установите на теплоотвод.
Последовательно с нагрузочным резистором включите миллиамперметр. Лишь после этого подайте на каскад питание. Ток покоя будет малым, а искажения - большими.
Всякий раз предварительно отключая питание каскада, ставьте в него резистор все меньшего и меньшего сопротивления. Ток покоя будет увеличиваться искажения - уменьшаться. Когда они перестанут падать, прекратите снижать сопротивление. Не пытайтесь узнать на практике, что будет при дальнейшем его уменьшении - поверьте наслово: усиление начнет падать, ток покоя возрастет до недопустимо большого значения, активный элемент может выйти из строя.
Если вас устраивает повышенное энергопотребление каскада, оставьте ток покоя на посинельном уровне, а если вы хотите ради экономичности пожертвовать качеством усиления, уменьшите ток покоя до желаемого уровня.
Следует отметить, что схемы, представленные на рис. 8.14, предназначены для преобразования входных сигналов только положительной полярности. При необходимости обработки входных сигналов с отрицательной полярностью можно поменять направление включения диодов на обратное. Для обработки в одном устройстве положительных и отрицательных входных сигналов используют два встречно включенных нелинейных элемента. В качестве нелинейных элементов могут быть использованы биполярные транзисторы (их переходы эмиттер-база). При этом может быть увеличен на один – два порядка диапазон обрабатываемых сигналов и повышена точность обработки, но одновременно повышается и сложность устройства. Усилители (см. рис. 8.14) обычно используются в устройствах перемножения и деления аналоговых сигналов
и в устройствах шумоподавления в усилителях звуковой частоты.
9. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ
9.1. Общие положения
В зависимости от технического задания на усилитель и его функционального назначения в усилительном устройстве могут быть предусмотрены регулировки самых различных параметров: усилительных свойств, частотных свойств в полосе пропускания и ширины самой полосы пропускания, фазовых характеристик, динамического диапазона, входных и выходных сопротивлений
и т.д. Все эти регулировки могут быть ручными и автоматическими. Решения о необходимости использования ручных регулировок, об их глубине в каждом конкретном случае принимаются и осуществляются оператором, обслуживающим усилитель. Автоматические регулировки осуществляются в усилителе самостоятельно под воздействием изменения заданных условий функционирования. Регулировки могут быть плавными , когда регулируемый параметр меняется плавно и непрерывно, и дискретными , когда регулируемый параметр изменяется скачками. Кроме постоянно действующих регулировок в схему усилителя могут быть введены подстроечные элементы, используемые при первоначальной настройке, ремонте или профилактических работах. Наиболее часто в усилителях используются регулировки коэффициента усиления и регулировки частотных свойств. Последние, при их использовании в усилителях сигналов звуковой частоты, называются регулировками тембра.
9.2. Регулировка усиления
Предназначение регуляторов усиления:
предохранение усилителя от перегрузок в случае, когда динамический диапазон сигнала превышает динамический диапазон усилителя;
поддержание постоянной величины коэффициента усиления при замене активных элементов, старении деталей усилителя, изменении питающих напряжений и т.д.;
изменение величины выходного сигнала в нужных пределах.
Для целей изменения коэффициента усиления можно использовать потенциометрический делитель напряжения, обратную связь с переменной глубиной и изменение режима работы активных элементов.
Потенциометрический регулятор усиления может быть дискретным и плавным (рис. 9.1).
Принцип действия в обоих регуляторах один и тот же. Выходной сигнал u2 выделяется на нижнем плече делителя. Согласно второму закону Кирхгоффа, его величина пропорциональна величине сопротивления, образующего нижнее плечо. Коэффициенты передачи дискретного и плавного регулятора соответственно имеют вид
К Д = u 2 |
(R 2 + R 3 ) |
; КП = |
||||||
R 1 + R 2 + R 3 |
||||||||
R1 + R 2 |
||||||||
Дискретный регулятор оказывается обычно сложнее плавного и используется чаще всего в измерительной аппаратуре.
Если регулятор усиления должен работать в широкой полосе частот, то приходится учитывать реактивные элементы, подключаемые к нижнему плечу делителя. Такой регулятор, как правило, строится по параллельной схеме (рис. 9.2), собираемой из нескольких делителей с соответствующими коэффициентами деления.
К нижнему плечу делителя оказывается подключенной входная емкость следующего каскада, которая и приводит к частотной зависимости коэффициента передачи. При этом полное сопротивление нижнего плеча с ростом частоты уменьшается и при активном сопротивлении верхнего плеча коэффициент деления падает с увеличением частоты. Для сохранения постоянного коэффи
циента передачи делителя во всем диапазоне частот верхнее плечо приходится шунтировать дополнительной емкостью, которая выбирается из условия равенства постоянных времени верхнего и нижнего плеча.
u 1 R 2 |
C 2 R 4 |
Так, для ступенчатого регулятора, представленного на рис. 9.2, должны соблюдаться следующие равенства:
R 1C 1 = R 2C 2 и R 3C 3 = R 4C 4 . |
Для облегчения наладки подобных делителей в емкости, шунтирующие как нижнее, так и верхнее плечо, обычно включают подстроечные конденсаторы.
В настоящее время ступенчатые регуляторы начали широко применяться и в усилителях сигналов звуковой частоты. Шаг деления в этом случае вы-
бирается небольшим (1 – 2дБ), а механические переключатели заменяются на-
бором электронных ключей, состояние которых фиксируется запоминающим устройством.
Плавная регулировка усиления осуществляется с помощью переменных сопротивлений, используемых в качестве делителей напряжения сигнала (см. рис. 9.1, б). При проектировании регуляторов громкости для усилителей сигналов звуковой частоты приходится дополнительно учитывать особенности слухового восприятия человека. Человеческое ухо устроено таким образом, что ощущение громкости звука у человека пропорционально логарифму уровня сигнала. Поэтому если взять в качестве регулятора громкости переменный резистор с линейной зависимостью сопротивления от положения движка, то будет казаться, что громкость очень быстро растет в самом начале поворота движка и почти не изменяется на всей второй половине его движения. Использование резистора с показательным законом изменения сопротивления в зависимости от положения движка позволяет получить ощущение равномерного изменения громкости, пропорционального углу поворота движка. Правда, получить такую зависимость на практике мешают сравнительно малые сопротивления, шунтирующие регулятор со стороны источника сигнала и нагрузки и нарушающие необходимый закон изменения сопротивления.
Вторая особенность регуляторов |
||||
СН |
СВ |
громкости связана с изменением частотной |
||
чувствительности человеческого уха при из- |
||||
менении громкости сигнала. Дело в том, что |
||||
с понижением уровня сигнала чувствитель- |
||||
ность уха к верхним и нижним частотам ос- |
||||
лабевает. Это ослабление быстро возрастает |
||||
с уменьшением громкости. Поэтому для со- |
хранения равномерной частотной характеристики восприятия звука при уменьшении уровня громкости необходимо уменьшать сигнал на средних частотах сильнее, чем на нижних и верхних. Такой эффект достигается путем использования тонкомпенсированных регуляторов громкости (рис. 9.3). В этом регуляторе введены дополнительные цепи коррекции частотной характеристики. Конденсатор СВ осуществляет коррекцию в области верхних частот. Емкость СВ выбирается небольшой величины и поэтому не оказывает никакого влияния на область низких и средних частот. На высоких частотах полное сопротивление верхнего плеча делителя уменьшается, что обеспечивает
подъем частотной характеристики на этих частотах по отношению к области средних частот. Постоянная времени последовательного соединения CН RН выбрана таким образом, чтобы эта цепочка шунтировала нижнее плечо делителя в области средних и более высоких частот и тем самым создавала относительный подъем для низкочастотных составляющих спектра сигнала. По мере движения среднего вывода потенциометра вниз этот эффект выпячивания низких и высоких частот по отношению к средним усиливается. Глубина регулировки уровня, оцениваемая как отношение уровней сигнала в крайних положениях регулятора, для описанной выше регулировки громкости лежит в пределах 35 – 45дБ.
Плавное изменение уровня сигнала на выходе усилителя можно осуществить, меняя режим работы активного элемента или глубину обратной связи. Примеры таких схем представлены на рис. 9.4.
В схеме на рис. 9.4, а производится плавная регулировка усиления за счет изменения положения рабочей точки. Увеличение сопротивления R P приводит к уменьшению тока через транзистор, снижению его крутизны и, следовательно, коэффициента усиления данного каскада. Глубина регулировки ограничена тем, что при значительном уменьшении тока эмиттера появляются дополнительные нелинейные искажения и увеличивается влияние собственных шумов.
В схеме на рис. 9.4, б переменное сопротивление R P создает местную отрицательную обратную связь по току, последовательную по входу по переменной составляющей. Глубина обратной связи и соответственно коэффициент усиления зависят от величины сопротивления RP . Если в предыдущей схеме конденсатор СЭ подключить только параллельно сопротивлению RЭ , то в ней будут действовать оба метода и глубина регулировки значительно увеличится.
Управление коэффициентом усиления за счет изменения положения рабочей точки (см. рис. 9.4, в) широко применяется в системах автоматической регулировки усиления (АРУ). В этом случае в цепь базового делителя подается управляющее напряжение UУПР , величина которого определяется значением выходного сигнала.
СЭ |
||||||
R И R Д |
R И R Д |
|||||
U УПР |
||||||
При увеличении выходного сигнала под воздействием входного, напряжение UУПР запирает транзистор, а при уменьшении - открывает, поддерживая выходное напряжение постоянным при очень значительных изменениях сигнала на входе.
Следует отметить, что все перечисленные методы регулировки усиления одинаково хорошо работают в усилителях на биполярных и полевых транзисторах.
Изменение глубины обратной |
|||||||||||||
связи с целью изменения коэффици- |
|||||||||||||
ента усиления широко используется |
|||||||||||||
в усилителях на ОУ. Для осуществ- |
|||||||||||||
ления такой регулировки одно из со- |
|||||||||||||
противлений в цепи обратной связи |
|||||||||||||
делают переменным (см. рис. 9.5). |
|||||||||||||
На рис. 9.5,а представлен ре- |
|||||||||||||
гулятор на ОУ с инвертирующим |
|||||||||||||
входом. Изменение положения пол- |
|||||||||||||
зунка сопротивления RP приводит к
изменению глубины обратной связи и соответственно к изменению коэффициента усиления. Одновременно изменение глубины обратной связи влечет за собой изменение входного и выходного сопротивлений. Отличие схемы (см. рис. 9.5, б) от предыдущей состоит в том, что в ней использовано неинвертирующее включение ОУ.
Определенный интерес представляет схема на рис. 9.6. Здесь переменное сопротивление выполняет две функции. Изменение положения движка приводит к изменению уровня сигнала на входе ОУ и одновременно к изменению глубины обратной связи. Таким образом, зависимость коэффициента передачи от угла поворота потенциометра становится показательной и в схеме можно использовать регулятор с линейно изменяющимся сопротивлением.
Можно избежать помех, возникающих из-за нестабильности подвижного контакта, если вместо механического регулирующего элемента использовать сопротивления, управляемые напряжением или током. В качестве таких управляемых переменных сопротивлений используются полевые транзисторы и оптроны . Сопротивление канала полевого транзистора линейно зависит от напряжения между затвором и истоком, о чем свидетельствует семейство выходных характеристик, расходящееся веером при напряжении на стоке, близком к нулю . Включив такое сопротивление в качестве нижнего плеча делителя в цепи обратной связи (рис. 9.7, а), и меняя управляющее напряжение на затворе UУПР , можно регулировать глубину обратной связи и соответственно коэффициент усиления. С увеличением отрицательного управляющего напряжения на затворе сопротивление канала возрастает, растет глубина обратной
UУПР
R ОС
U УПР
Изменение тока через диод под воздействием напряжения UУПР приводит к изменению сопротивления оптрона, включенного в верхнее плечо делителя цепи обратной связи, и соответственно к изменению коэффициента усиления. Подобные схемы очень удобны для создания автоматических систем регулировки усиления и систем дистанционного управления коэффициентом усиления.
Место включения регулятора в схему (плавного и дискретного) определяется несколькими условиями.
С Р2
С Р1
Чтобы усилитель не перегружался и чтобы уже в первых каскадах не возникали нелинейные искажения, регулятор усиления желательно ставить по возможности ближе к входу. Однако если регулятор громкости включить на входе первого каскада, то в этом случае при