Алгоритм поиска неисправности и способ настройки и регулировки импульсного источника питания мощностью 100 Вт на ШИ контроллере К1156ЕУ2Р

Введение

Источниками питания называют устройства, предназначенные для снабжения электронной аппаратуры электрической энергией и представляющие собой комплекс приборов и аппаратов, которые вырабатывают электрическую энергию и преобразуют её к виду, необходимому для нормальной работы каждого узла электронной аппаратуры.

В настоящее время существуют три основных пути разработки импульсных источников питания (ИИП). Первый — использование только дискретных элементов, второй — сочетание маломощных микросхем и мощных коммутирующих транзисторов, третий — применение микросхем с внутренними мощными транзисторами. Первый путь, по которому шли в 80-х годах прошлого века, морально устарел, его оправдание — широкая распространенность и небольшая стоимость дискретных элементов. Третий путь наиболее прогрессивен, поскольку позволяет существенно сократить число элементов и время изготовления источника. Однако микросхемы с мощным выходом для ИИП пока еще дороги и недостаточно распространены. При разработке предлагаемого ИИП выбран второй путь, поскольку, он обеспечивает значительное уменьшение стоимости и времени изготовления устройства.

Этот импульсный источник питания предназначен для питания УМЗЧ и других аналогичных нагрузок напряжением 27 В.

Сегодня разработка импульсных стабилизаторов значительно упростилась. Стали доступны (в том числе и по цене) интегральные микросхемы, включающие в себя все необходимые узлы.

Кроме того, производители полупроводниковых приборов стали сопровождать свои изделия большим количеством информации по применению, содержащей типовые схемы включения, которые удовлетворяют потребителя в подавляющем большинстве случаев.

Это практически исключает из разработки этапы предварительных расчетов и макетирования. Пример тому — микросхема КР1156ЕУ2Р.

Раздел 1. Акустические системы

1.1 Назначение и конструкция электродинамического громкоговорителя Громкоговорителем называется электроакустический преобразователь, превращающий электрические колебания в механические, которые излучаются в окружающую среду в виде акустических волн.

Термин «громкоговоритель» часто употребляют в отношении как к самому электроакустическому преобразователю (называемому часто головкой громкоговорителя), так и ко всему громкоговорящему устройству (или акустической системе), которое может содержать несколько головок громкоговорителей, а также и другие электрические и акустические элементы.

Громкоговорящее устройство (акустическая система) представляет собой оконечное и наиболее слабое звено в канале передачи сигналов звукового вещания (ЗВ), в конечном итоге определяющее качество звучания. Его технические параметры должны соответствовать характеристикам канала ЗВ. Этому требованию довольно трудно удовлетворить из-за следующих причин:

1) громкоговоритель работает в относительно широкой полосе частот, в которой отношение граничных частот достигает 1000, а длина акустической волны изменяется примерно от 17 м до 17 мм;

2) часто от громкоговорителя требуется эффективная работа в экстремальных условиях; например, в низкочастотном громкоговорителе большой мощности амплитуда смещения диффузора должна быть точно пропорциональна мгновенному значению электрического сигнала даже при величинах смещений, достигающих 1 см. Кроме того температура звуковой катушки может превышать 200 °C;

3) искажения, вносимые громкоговорителями, должны быть достаточно малыми, в идеале они должны стремиться к величинам, лежащим ниже порогов их слуховой заметности.

Конструирование громкоговорителей является весьма сложной технической задачей. Удовлетворить всем предъявляемым к ним техническим требованиям возможно только при специализации громкоговорителей и оптимизации их схемы и конструкции.

В большинстве современных акустических систем (более 90%) это преобразование осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки.

Электродинамический громкоговоритель состоит из магнитной цепи 5, 6, 7, в рабочем зазоре которой находится обмотка звуковой катушки 4, и подвижной системы 1, 2, 3, 9, которую составляет диффузор 1 вместе со звуковой катушкой 4 и подвесами в виде гофрированного воротника 2 и центрирующей шайбы 3. Магнитная цепь и подвижная система громкоговорителя соединены с жестким держателем 8 (см. Рис. 1).

Рис. 1. Основные элементы конструкции электродинамического громкоговорителя: 1—диффузор; 2—воротник; 3—центрующая шайба; 4—катушка; 5—магнит; 6—внутренний фланец; 7—внешний фланец; 8—держатель диффузора; 9—пылезащитный колпачок.

1.2 Принцип действия АС Протекание переменного тока через обмотку катушки вызывает появление силы, которая приводит в движение подвижную систему громкоговорителя. Колебания диффузора передаются в окружающую среду (воздух), вызывая возмущение, которое распространяется от громкоговорителя в виде акустической (звуковой) волны. Электрическая мощность, подводимая к громкоговорителю, в значительной степени теряется в обмотке звуковой катушки. Часть ее расходуется на преодоление трения в подвижной системе, лишь небольшая часть излучается в окружающую среду в виде акустической мощности.

Перемещающийся вперед диффузор сжимает воздух перед ним, одновременно в пространстве за диффузором возникает разряжение воздуха. В результате передняя и задняя стороны диффузора громкоговорителя создают звуковые давления в противоположной полярности. При сложении противофазных звуковых волн от передней и задней поверхностей диффузора результирующее звуковое давление становится близким к нулю. Это явление называется акустическим коротким замыканием. Оно может стать причиной плохой работы громкоговорителя на низких частотах, когда длина звуковой волны значительно больше, чем диаметр громкоговорителя. Для устранения этого явления применяют акустические экраны или корпусы, основной задачей которых является исключение взаимодействия между звуковыми полями, образуемыми передней и задней сторонами диффузора громкоговорителя.

1.3 Основные параметры громкоговорителей Параметры качества громкоговорителей определены в ГОСТ 16 122–78, ГОСТ 23 262–83, а также в рекомендациях МЭК 268−5 и 581−7. Рассмотрим кратко основные параметры качества громкоговорителей.

Неравномерность АЧХ звукового давления — это отношение максимального значения звукового давления к минимальному в заданном диапазоне частот. Ее обычно выражают в децибелах. В рекомендациях МЭК 581−7, определяющих минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi, указано, что неравномерность АЧХ звукового давления не должна превышать ±4 дБ в полосе частот 100… 8000 Гц. В лучших моделях акустических систем класса Hi-Fi достигнуто значение ±2 дБ.

Среднее звуковое давление рассчитывается по результатам измерений на тональных сигналах звукового давления в диапазоне частот:

Где P_звi — звуковое давление на i-й частоте; n — число входящих в заданный диапазон частот, выбранных с интервалом 1/3 октавы.

Эффективно воспроизводимый диапазон частот — это диапазон частот, в пределах которого уровень звукового давления понижается на некоторое заданное значение по отношению к уровню, усредненному в определенной полосе частот. Иначе говоря, АЧХ уровня звукового давления не должно выходить за пределы заданного поля допусков. В рекомендациях МЭК 581−7 минимальные требования к этому параметру предъявляются в полосе частот 50… 12 500 Гц при спаде АЧХ, равном 8 дБ по отношению к уровню, усредненному в полосе частот 100.. .8000 Гц. В соответствии с ОСТ 4.383.001 неравномерность АЧХ в эффективном рабочем диапазоне частот устанавливается не более 14 дБ для широкополосных низкои высокочастотных головок громкоговорителей и 10 дБ — для среднечастотных. Измерения АЧХ выполняют в заглушенной камере в условиях дальнего звукового поля, то есть на расстоянии более 0,5…1,0 м. В ряде моделей акустических систем (АС) класса Hi-Fi диапазон частот достигает 20…40 000 Гц, в среднем же он составляет 35…20 000 Гц.

Характеристическая чувствительность — это среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем в заданном диапазоне частот на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м и подводимой электрической мощности 1 Вт. Характеристическую чувствительность чаще всего выражают в дБ по отношению к стандартному порогу слышимости равному 2•10^-5 Па. В большинстве моделей АС класса Hi-Fi уровень характеристической чувствительности составляет 86…90 дБ (его часто записывают, например, как 86…90 дБ/м/Вт). В отдельных всококачественных широкополосных моделях АС он может составлять 93…95 дБ/м/Вт.

В АС категории Hi-Fi, предназначенных для стереофонического воспроизведения, нормируется также расхождение АЧХ каналов стереопары. Оно не должно превышать 2 дБ при сравнении уровня среднего звукового давления, усредненного в одинаковых октавах в диапазоне частот 250…8000 Гц.

Фазо-частотные и переходные характеристики громкоговорителей пока не нормируются, хотя они и важны для слухового восприятия.

Нелинейные искажения. Гармонические искажения в соответствии с рекомендацией МЭК оцениваются суммарным коэффициентом гармоник. Его определяют как корень квадратный из отношения суммы квадратов значений звукового давления всех гармоник, начиная со второй, к значению суммы квадратов звуковых давлений всех составляющих и выражают в процентах Где i — номер гармоники; n — число гармоник в заданном диапазоне частот.

Измерения выполняются в заглушенной камере на синусоидальном сигнале при мощности, соответствующей среднему уровню звукового давления, равного 90 дБ (усреднение производят в диапазоне частот 100…8000 Гц). При измерениях обычно ограничиваются суммированием по второй и третьей гармоникам. Для АС класса Hi-Fi минимальные требования по этому параметру предъявляются в полосе частот 250… 1000 Гц — около 2%, затем линейный спад от 2 до 1% в полосе частот 1…2 кГц и далее 1% в полосе частот от 2 до 6,3 кГц. Измерения коэффициента Кг на верхних частотах не дают достоверной оценки нелинейных искажений, так как продукты нелинейности оказываются за пределами рабочей полосы частот исследуемого устройства. Для получения дополнительной информации измеряют также коэффициент интермодуляционных искажений. Наряду с суммарным коэффициентом гармоник для оценки АС используют также коэффициенты гармоник n-го порядка (чаще всего второго и третьего).

Характеристика (диаграмма) направленности (см. Рис. 2) соответствии с рекомендацией МЭК 268−5 и ГОСТ 16 122–88 определяется как зависимость уровня звукового давления от направления излучения звука на заданной частоте (или в заданной полосе частот). Характеристику направленности так же, как и АЧХ, измеряют в заглушенной камере. При этом либо измеряемый громкоговоритель вращается на поворотном устройстве, либо микрофон смещается на заданные значения углов от акустической оси громкоговорителя. В первом случае получается диаграмма направленности (ДН), во втором — семейство АЧХ, записанное под разными углами расположения микрофона относительно акустической оси громкоговорителя.

Рис. 2. Характеристики направленности звуковой колонки в вертикальной и горизонтальной плоскостях при F=1000Гц.

По измеренным значениям уровня звукового давления могут быть рассчитаны коэффициент направленности, коэффициент осевой концентрации и индекс осевой концентрации.

Коэффициент направленности:

Где p_зв(и) — звуковое давление, измеренное под углом в к акустической оси громкоговорителя; р_3в (и=0°) — звуковое давление на акустической оси;

Коэффициент осевой концентрации:

Ф = 2/?²(и)sin и dи Где — коэффициент направленности; и — угол точки измерения относительно оси.

Индекс осевой концентрации:

где: Ф — коэффициент осевой концентрации.

Следует отметить, что в студийной акустической аппаратуре значение индекса осевой концентрации нормируется. Он равен 3…12 дБ в полосе частот 400…8000 Гц.

В рекомендациях МЭК 581−7 характеристика направленности нормируется при измерениях АЧХ под углами ±(20. .30) градусов в горизонтальной плоскости и ±(5… 10) градусов в вертикальной плоскости. При этом отклонения от АЧХ, измеренной на оси в диапазоне частот 250…8000 Гц, не должны превышать ±4 дБ.

Акустическая мощность, излучаемая громкоговорителем (головкой громкоговорителя) в окружающее пространство, в соответствии с ГОСТ 16 122–88 рассчитывается по измеренному звуковому давлению.

Коэффициент полезного действия (КПД) — это отношение излучаемой акустической мощности к подводимой электрической при измерениях на заданной частоте или в полосе частот. При усреднении значений КПД, измеренных на разных частотах в заданном диапазоне частот, может быть вычислен также средний КПД.

Электрические мощности. В отечественных стандартах нормируются две мощности: номинальная и паспортная.

Номинальная электрическая мощность определяется нормируемым коэффициентом гармоник. Обычно ее величину указывают в наименовании акустической системы, например 35АС-012 — номинальная мощность 35 Вт.

Паспортная электрическая мощность определяется тепловой и механической прочностью громкоговорителя.

Обычно ее величина выше номинальной мощности (например, для акустической системы типа 35АС-012 паспортная мощность составляет 90 Вт).

В рекомендациях МЭК используют следующие виды электрических мощностей:

* Характеристическая, при которой АС обеспечивает заданный уровень среднего звукового давления, равный 94 дБ на расстоянии 1 м;

* Паспортная, при которой АС может длительное время работать без механических и тепловых повреждений при подведении специального шумового сигнала (совпадает с паспортной мощностью, определенной в отечественных документах);

* Максимальная синусоидальная — мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой АС может длительное время работать без механических и тепловых повреждений;

долговременная максимальная — мощность, которую выдерживает АС без механических и тепловых повреждений в течение 1 мин при таком же испытательном сигнале, как и при оценке паспортной мощности;

кратковременная максимальная — мощность, которую выдерживает АС при испытаниях на сигнале розового шума в течение 1 с. Испытания повторяются 60 раз с интервалом в 1 мин;

* Номинальное электрическое сопротивление имеет важное значение при выборе усилителя мощности. Обычно оно составляет 4 или 8 Ом. В реальных АС электрическое сопротивление имеет комплексный характер и зависит от частоты. При этом минимальное значение модуля полного электрического сопротивления АС не должно отличаться от заданного номинального значения более чем на 20%. По частотной характеристике модуля полного электрического сопротивления можно определить частоту основного механического резонанса F₀ громкоговорителя. На этой частоте модуль полного электрического сопротивления громкоговорителя имеет первый максимум.

1.4 Классификация акустических систем Громкоговорители и акустические системы (АС) можно классифицировать по виду преобразования энергии, способу излучения, ширине полосы излучаемых частот, типу акустического оформления корпуса и области применения:

· Вид преобразования. В производимых в настоящее время громкоговорителях чаще всего (более, чем в 90% изделий) применяют электродинамический преобразователь. Вторую по количеству группу составляют громкоговорители с пьезоэлектрическими и электростатическими преобразователями. К редко встречаемым относятся ионные (плазменные), и магнитострикционные громкоговорители. Не получили широкого распространения электретные громкоговорители. Исчезли из употребления электромагнитные громкоговорители.

· Способ излучения. Громкоговорители, излучающие акустические волны непосредственно в окружающую среду, называют диффузорными. В них колеблющийся диффузор преобразует механические колебания в акустические и излучает их в окружающее пространство. Существенно большей эффективностью обладают так называемые рупорные громкоговорители, в которых головка излучает звук в предрупорную камеру, находящуюся непосредственно перед входом в рупор громкоговорителя. Рупор здесь является по сути акустическим волноводом переменного сечения. Площадь поперечного сечения рупора чаще всего изменяется по экспоненциальному закону.

· Полоса частот. Широкополосные громкоговорители, предназначенные для работы в полной полосе звуковых частот, не обеспечивают высоких параметров качества, особенно по неравномерности АЧХ. Поэтому чаще применяются громкоговорители, предназначенные для работы в отдельных более узких полосах частот: низкочастотные с рабочей полосой частот от 20. .60 до 500. .1000 Гц, среднечастотные с полосой частот от 300. .500 до 5000. .8000 Гц и высокочастотные с нижней и верхней границами полосы излучения соответственно от 1. .5 до 16. .30 кГц. В отдельные группы можно выделить также сверхнизкочастотные и ультравысокочастотные громкоговорители.

· Акустическое оформление. Акустическое оформление имеет решающее значение для работы громкоговорителя в области низких звуковых частот. К основным типам акустических оформлений громкоговорителей относят: плоский экран, линейные размеры которого существенно превышают длины волн излучаемых колебаний, закрытый корпус (ящик), корпус с фазоинвертером, корпус с дополнительным пассивным диффузором, корпус с акустическим фильтром низких частот, корпус с акустическим лабиринтом.

Области применения. Громкоговорители разделяют на бытовые и профессиональные. От профессиональных громкоговорителей требуется, кроме соответствующих параметров качества, высокая надежность, устойчивость к перегрузкам, долговременная непрерывная работа, механическая прочность. Кроме того, часто необходимо получатьэкстремальные параметры, например, максимально возможное значение допустимой акустической мощности. Из-за их большой стоимости в профессиональных громкоговорителях применяются решения, способствующие их ремонту посредством замены отдельных блоков.

Профессиональные громкоговорители по назначению можно в свою очередь разделить на следующие группы: мониторы (контрольные громкоговорители) — студийные, и сценические, эстрадные громкоговорители; громкоговорители для устройств звукоусиления и звукофикации.

В отличие от профессиональных громкоговорители бытового назначения подразделяются на классы: популярный, Нi-Fi и High-End. К популярному классу относят сравнительно недорогие громкоговорители радиол, магнитофонов, телевизоров. Они могут быть как встроенными устройствами, так и выполненными в отдельном корпусе. К классу Hi-Fi (термин High-Fidelity означает высокая точность, верность воспроизведения) относят устройства, отвечающие техническим параметрам качества, определенным нормами МЭК 581−7. Класс High-End является условным определением громкоговорителей, при изготовлении которых использованы новейшие материалы, конструкции, технологии, благодаря чему достигаются самые высокие параметры качества и потребительские свойства, правда за соответствующую цену.

Представленная выше классификация не учитывает всей номенклатуры громкоговорителей и всех их потребительских свойств. Например, важную группу среди профессиональных громкоговорителей составляют устройства большой направленности излучения, к которым относятся звуковые колонки, рупорные и градиентные громкоговорители. Среди устройств общего употребления отдельную группу составляют громкоговорители для автомобилей.

1.5 Виды акустического оформления Закрытый корпус. Закрытое акустическое оформление представляет собой герметичный ящик определенного объема. Объем, которого определяется степенью спада АЧХ в области низких частот.

Рис. 3. Громкоговоритель с закрытым корпусом Закрытый корпус (см. Рис. 3) обеспечивает полное разделение звуковых полей, образуемых передней и задней сторонами поверхности диффузора громкоговорителя. Задняя сторона диффузора громкоговорителя нагружена полным акустическим сопротивлением объема закрытого корпуса V_b, который в области НЧ рассматривается как акустическая гибкость C_AB Звукопоглощение в корпусе характеризуется сопротивлением r_ав. Если материал, заполняющий корпус, вызывает понижение скорости звука внутри него, что отвечает мнимому увеличению размеров корпуса, тогда кроме изменения сопротивления r_ав увеличивается также гибкость воздуха в корпусе. Соколеблющуюся с диффузором массу воздуха m_ав внутри корпуса добавляем к массе подвижной системы громкоговорителя m_AS, получая в итоге акустическую массу m_AC. являющуюся результирующей массой подвижной системы громкоговорителя и массы воздуха, соколеблющейся с диффузором. Результирующая гибкость C_at является в данном случае последовательным соединением гибкости подвеса громкоговорителя C_as и гибкости воздуха в закрытом корпусе C_AB, являясь последовательным соединением гибкостей C_AS и C_AB, меньше собственной гибкости подвижной системы громкоговорителя. Если выполняется условие C_AS >> C_AB, то C_AT?C_AB роль подвеса диффузора играет в этом случае воздух, содержащийся внутри корпуса громкоговорителя. Отношение акустических гибкостей подвесов громкоговорителя и воздуха в закрытом корпусе называют коэффициентом гибкости:

б = C_AS / C_AB

где C_AS — гибкость подвеса громкоговорителя; C_AB — гибкость воздуха в закрытом корпусе.

Максимальная акустическая мощность громкоговорителя в закрытом корпусе ограничена допустимым смещением диффузора.

Корпус с фазоинвертором. Колебания задней стороны поверхности диффузора передаются к выходному отверстию фазоинвертора, которое является вторым, кроме диффузора, источником излучения звука (см. Рис.4).

Результирующая объемная скорость устройства V₀ является суммой объемных скоростей диффузора V_D и воздуха в отверстии V_P. Отверстие в корпусе и труба фазоинвертора имеют обычно круглое сечение. Фазоинвертор характеризуется акустической массой воздуха в канале фазоинвертора m_AP. При очень низких частотах объемные скорости диффузора и воздуха в отверстии фазоинвертора имеют противоположные фазы, поэтому КПД устройства на этих частотах существенно больше, чем у громкоговорителя в закрытом корпусе. С повышением частоты изменяется сдвиг по фазе между скоростью воздуха в отверстии, вызываемый гибкостью воздуха внутри корпуса с_AB и массой воздуха в канале фазоинвертора m_AP. В области резонансной частоты настройки фазоинвертора фазы звуковых колебаний воздуха в выходном отверстии фазоинвертора и передней поверхности диффузора практически совпадают, в результате увеличивается суммарное звуковое давление. При дальнейшем повышении частоты сказывается инерционность воздуха в канале фазоинвертора. В результате отверстие фазоинвертора как бы «закупоривается» и конструкция действует как закрытый корпус.

Резонансная частота настройки фазоинвертора:

Где m_AP — масса воздуха в канале фазоинвертора; с_AB — гибкость воздуха внутри корпуса.

Отношение резонансных частот настройки фазоинвертора и громкоговорителя называется нормированным коэффициентом настройки фазоинвертора:

h = F_B/F_S

где F_B — резонансная частота настройки фазоинвертора; F_S — резонансная частота громкоговорителя.

Рис. 4. Корпус с фазоинвертором Внешне акустические системы фазоинверторного типа отличаются от закрытых акустических систем наличием у них на передней (или задней) стенке выходного отверстия (порта) фазоинвертора, соединяющего внутренний объем акустической системы с внешним объемом воздуха.

Фазоинвертор — это сочетание геометрических размеров и внутреннего объема трубы, обеспечивающее заданную резонансную частоту системы. Это решение позволяет существенно понизить нижнюю граничную частоту акустической системы и заметно увеличить уровень ее звукового давления на низких частотах.

Достоинством акустического оформления с фазоинвертором является то, что при равных размерах корпуса закрытой и фазоинверсной АС, акустические системы с фазоинвертором имеют в 1,26 раза меньшую нижнюю граничную частоту при равном КПД для обоих типов систем. Если сконструировать оба типа АС так, чтобы у них были одинаковые размеры корпуса и равные нижние граничные частоты, то акустическая система с фазоинвертором будет иметь на 3 дБ больший КПД, чем у закрытой акустической системы.

Недостатком являются ухудшение (по сравнению с АС закрытого типа) переходных характеристик и усложнение согласования АС с усилителем. Время нарастания фронта звукового сигнала и длительность затухания его свободных колебаний определяется только акустической добротностью фазоинвертора.

Пассивный излучатель используется для повышения уровня звукового давления на низких частотах. Он представляющий собой часть низкочастотного громкоговорителя без звуковой катушки и магнитной системы. Принцип действия этого излучателя подобен работе фазоинвертора, так как он также производит инверсию фазы излучения звуковой волны от тыльной стороны диффузора. Путем изменения массы диффузора частота резонанса пассивного излучателя настраивается на нижнюю рабочую частоту низкочастотного громкоговорителя. Дальше звуковая волна от пассивного излучателя суммируется с излучаемой низкочастотным громкоговорителем звуковой волной, что существенно повышает уровень звукового давления акустической системы на нижних частотах.

Полоснопропускающая акустическая система. От НЧ громкоговорителей требуется обычно эффективная работа в ограниченной сверху полосе частот. Пример устройства, в котором роль фильтра нижних частот играет собственно акустическая система. Громкоговоритель, установленный в закрытом корпусе, приводит в колебание воздух в добавочной камере с акустической гибкостью c_AF, и в канале (трубе) с акустической массой находящегося в ней воздуха, равной m_AF(см. Рис.5). При низких частотах объемная скорость в канале V₀ равна объемной скорости диффузора V_D, и устройство работает как обычный громкоговоритель в закрытом корпусе.

Выше резонансной частоты акустического фильтра гибкость камеры действует шунтирующе, а кроме того вследствие инерционности воздуха «закупоривается» канал выходного отверстия.

Частота акустического фильтра:

Где m_AF — акустической масса воздуха в канале; c_AF — акустическая гибкость воздуха в камере.

Описанное громкоговорящее устройство имеет передаточную функцию полосового фильтра четвертого порядка с одинаковым наклоном АЧХ за пределами полосы пропускания равным 12 дБ/окт как в сторону низших, так и высших частот.

Рис. 5.Акустическая система с акустическим полосовым фильтром Акустический лабиринт, используя излучение задней стороны поверхности диффузора громкоговорителя, как и фазоинвертор, улучшает работу громкоговорителя на НЧ. Принципиальное отличие заключается в ином виде связи задней стороны диффузора с выходом канала. В обычном фазоинверторе имеют место сосредоточенные элементы. В лабиринте имеем дело с акустическим волноводом, который можно рассматривать как длинную линию. Длина внутреннего канала лабиринта подбирается таким образом, чтобы в той области нижних частот, в которой мы хотим получить улучшение отдачи акустической системы, она была бы равна половине длины волны, т. е. = л/2(см. Рис.6). Благодаря этому фазы звуковых колебаний передней стороны диффузора и выхода канала лабиринта сближаются. Чтобы поместить внутри корпуса волновод необходимой длины, его выполняют иногда в виде, ассоциирующемся по форме с лабиринтом. Волновод должен быть выполнен таким образом, чтобы на частоте, при которой =л, его выход уже не излучал бы звуковой волны, чтобы не ослабить излучение передней стороны диффузора громкоговорителя.

Рис. 6. Акустический лабиринт Сабвуферы бывают пассивными и активными. Активный сабвуфер — это «обычный» сабвуфер (называемый также «пассивным»), в корпус которого дополнительно встроен собственный мощный усилитель низкой частоты. Преимуществом активного сабвуфера является меньшая нагрузка на основной усилитель низкой частоты, его недостаток большая стоимость.

В блоке типичного сабвуфера (см. Рис.7), как правило, используется либо один общий для двух каналов низкочастотный громкоговоритель, либо, что чаще встречается, два отдельных низкочастотных громкоговорителя, работающих от правого и левого каналов усилителя низкой частоты и нагруженных на общий акустический объем. В первом случае, хотя и экономится один громкоговоритель, зато появляется необходимость ввести довольно сложную схему суммирования низкочастотных звуковых сигналов от обоих каналов усилителя. Надо указать, что существуют громкоговорители с двумя звуковыми катушками. В некоторых сабвуферах (например, Bose, Jamo и др.) два низкочастотных громкоговорителя устанавливаются диффузорами навстречу друг другу, при этом полезное излучение звука происходит от тыльных сторон их диффузоров. Так как электрически эти низкочастотные громкоговорители включены в противофазе друг к другу, то каждый из них обеспечивает эффективную акустическую нагрузку другому громкоговорителю (низкочастотные сигналы обоих стереоканалов практически всегда синфазны), в результате чего облегчается достижение низкой рабочей частоты сабвуфера.

Рис. 7. Сабвуфер В хороших сабвуферах имеется также дополнительная возможность механической подстройки в некоторых пределах частоты настройки фазоинвертора. Это обеспечивается специальной конструкцией фазоинвертора и осуществляется путем вращения порта фазоинвертора, благодаря чему изменяется глубина «захода» трубы фазоинвертора внутрь корпуса сабвуфера и, следовательно, изменяется частота настройки фазоинвертора. Благодаря этому, у вас всегда имеется возможность осуществить дополнительную точную настройку фазоинвертора в процессе его эксплуатации. В корпусе сабвуфера, кроме НЧ-громкоговорителей, также располагается схема разделительного фильтра, которая делит входной звуковой сигнал на две частотные полосы. Низкочастотный сигнал подается на громкоговоритель (громкоговорители) сабвуфера, а другая часть сигнала с нижней граничной частотой от 80−200 Гц поступает на зажимы для подключения внешних СЧ и ВЧ акустических систем.

Как правило, в хороших сабвуферах используются высококачественные позолоченные винтовые зажимы для подключения сабвуфера к усилителям низкой частоты, которые позволяют подключить к ним высококачественные акустические кабели с сечением проводов до 4кв. мм, а также разъемы типа «вилочка» и «лопаточка». Ко входу сабвуфера подключаются оба канала усилителя. В случае использования активного сабвуфера с собственным усилителем низкой частоты он подключается к линейному выходу усилителя или к специальному выходу для активного сабвуфера с уже отфильтрованным низкочастотным сигналом.

1.6 Разделительные фильтры В акустических системах с электродинамическими головками для согласования их характеристик и диаграмм направленности используют разделительные фильтры. Кроме того, так как центры излучения этих громкоговорителей (примерно совпадающих с местом расположения звуковой катушки громкоговорителя) сдвинуты относительно друг друга (глубина СЧи особенно НЧ-громкоговорителя намного больше, чем у ВЧгромкоговорителя), при расчете разделительных фильтров приходится учитывать необходимость коррекции возникающего при этом временного сдвига в излучаемой этими громкоговорителями звуковой волне с помощью фазокорректирующих цепочек. Уменьшение временной задержки в излучении различных громкоговорителей можно добиться конструктивными методами, смещая ВЧи СЧ-головку внутрь корпуса АС, например, используя наклонную переднюю панель акустической системы с «заваленной» назад верхней частью.

Что касается собственно самих разделительных фильтров, то их роль в современной АС существенна. Это вызвано, с одной стороны, резким повышением требований слушателей к качеству звучания аудиоаппаратуры вообще и акустических систем в частности, а с другой стороны — возросшим качеством современных громкоговорителей. В этих условиях неоптимальное подключение громкоговорителей в акустической системе не позволит полностью реализовать потенциально высокое качество этих громкоговорителей. Поэтому разработчики современных фильтров для акустических систем учитывают при их проектировании не только требования обеспечить максимально плоскую АЧХ и линейную ФЧХ в полосе пропускания фильтра, но и учитывают при расчете элементов схемы фильтра изменение комплексного сопротивления громкоговорителя на разных частотах, требования обеспечения заданной диаграммы направленности акустической системы на этих частотах и т. д. Все это стало возможным благодаря широкому использованию при проектировании АС численных методов компьютерного моделирования и проектирования.

1.7 Компьютерные акустические системы — Speakers

Компьютерные акустические системы обладают худшими характеристиками по отношению к обычным акустическим системам подключаемым к музыкальным центрам. В некоторой степени это оправдано, так как звуковой сигнал со звуковой платы или CD-ROMа значительно хуже, чем сигнал с нормального музыкального центра, но есть причины, по которым нужно покупать компьютерные колонки:

1. Компьютерные колонки должны иметь встроенную магнитную защиту (магнитный экран). Такие колонки можно ставить рядом с монитором. Если магнитного экрана нет, то на экране монитора появятся цветные разводы. На некоторых мониторах разводы могут остаться. Монитор придётся размагничивать специальным устройством.

2. Почти во все современные компьютерные акустические системы встроен усилитель мощности. Такие колонки называются активными. Громкость и другие регулировки вынесены на переднюю панель одной из колонок. Пассивные колонки (без усилителя) безнадежно устарели и встречаются редко.

3. Как правило, компьютерные колонки меньше размером, чем обычные, и изготавливаются из пластмассы. Соответственно качество звучания ухудшается. Из вышесказанного ясно — обращать особое внимание на технические характеристики компьютерных акустических систем не стоит. Важна лишь выходная мощность. Чем выше мощность, тем большую громкость можно получить.

Существует несколько стандартов измерения выходной мощности. Наиболее распространены:

RMS — близок к номинальной мощности (Вт)

PMPO — пиковая мощность (Вт) Если на маленькой колонке обозначена мощность порядка 50 -150 Вт, то это стандарт PMPO. Он почти ни о чём не говорит. Важна мощность RMS, у обычных колонок в пределах 3−10 Вт.

электродинамический громкоговоритель импульсный акустический

Раздел 2. Устройство и принцип действия импульсного источника питания Этот импульсный источник питания (ИИП) можно питать не только переменным напряжением 220 В с частотой до 5 кГц, но и постоянным напряжением 310 В ±15%.

Основные технические характеристики:

· Максимальный ток нагрузки … 3,7А

· Выходное напряжение: без нагрузки … 28,6 В при максимальном токе нагрузки … 27В

· Ток срабатывания защиты … 3,8А

· Максимальная амплитуда пульсаций … 30мВ

· Частота преобразования … 70КГц

· КПД при максимальном токе нагрузки … 83%

Электрическая принципиальная схема рассматриваемого источника питания показана на рисунке (см. Рис.8).

Рис. 8.Электрическая принципиальная схема импульсного источника питания Основа устройства — двухтактный преобразователь (инвертор) выпрямленного напряжения сети на мощных полевых транзисторах VT1, VT2 с внешним возбуждением от генератора на микросхеме DA2.

Плавкая вставка FU1 срабатывает только в случае неисправности, поскольку микросхема DA2 обеспечивает защиту от перегрузки по току. Варистор RU1 защищает входную цепь от импульсов чрезмерной амплитуды. Резистор R1 ограничивает пусковой ток в момент включения в сеть, после запуска ИИП его шунтируют контакты К1.1 реле К1. Это прекращает рассеивание мощности на резисторе и повышает КПД ИИП. Конденсаторы С1-C4 и двухобмоточный дроссель L1 образуют сетевой помехоподавляющий фильтр, предотвращающий проникновение высокочастотных пульсаций, создаваемых инвертором, в питающую сеть. Диодный мост VD1 — выпрямитель сетевого напряжения.

Генератор импульсов возбуждения выполнен на ШИ контроллере — микросхеме К1156ЕУ2Р (DA2). Он формирует двухтактную последовательность прямоугольных импульсов с разделительной паузой. Контроллер содержит узел плавного пуска, источник образцового напряжения и компараторы, обеспечивает стабилизацию выходного напряжения и ограничение потребляемого инвертором тока. Подстроечный резистор R16 и конденсатор С12 определяют частоту преобразования. Конденсатор С23 запасает энергию для пиков тока выходных узлов микросхемы, которые управляют коммутирующими транзисторами VT1, VT2.

При включении ИИП в сеть к каналам транзисторов VT1 и VT2 прикладывается выпрямленное сетевое напряжение. Таким образом возникает емкостный делитель напряжения между затворами и стоками, затворами и истоками. Из-за большого входного сопротивления полевых транзисторов к затворам может быть приложено недопустимо высокое напряжение (вплоть до потенциала стока) и транзисторы выйдут из строя. Для того чтобы избежать такой ситуации, между затворами и истоками транзисторов включены резисторы R5 и R6.

Амплитуда импульсов напряжения ЭДС самоиндукции трансформатора Т2, приложенных к транзисторам VT1 и VT2, зависит от индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора Т2 и скорости изменения тока стока коммутирующих транзисторов. Для ее уменьшения параллельно каналам транзисторов включены демпферные диоды VD7 и VD8. Хотя в указанных на схеме транзисторах IRFBE30 имеются встроенные диоды, но все же применение внешних демпфирующих цепей уменьшает тепловыделение в транзисторах. Диоды Шотки VD2 и VD3 защищают коммутирующие транзисторы и выходы микросхемы DA2 от импульсов обратного напряжения.

Трансформатор Т1 —датчик тока, потребляемого инвертором. Этот ток протекает через первичную обмотку трансформатора Т1. Ток вторичной обмотки через диод VD6 создает падение напряжения на резисторе R9, которое через резистор R12 поступает на вход компаратора тока — вывод 9 микросхемы DA2. В момент, когда напряжение на этом входе превысит порог срабатывания компаратора (1 В), генерация импульсов возбуждения будет прекращена. Ток срабатывания защиты зависит от числа витков выходной обмотки трансформатора Т1, емкости конденсатора С8 и сопротивления резисторов R8, R9, R12.

С момента включения в сеть до возбуждения инвертора микросхема DA2 получает питание от параметрического стабилизатора напряжения на резисторе R2 и стабилитроне VD4 через диод VD5. В этом режиме микросхема потребляет ток не более 2 мА. После возбуждения инвертора, микросхему питает вспомогательный выпрямитель VD13-VD16, напряжение с которого стабилизировано микросхемой DA1. Диоды VD5 и VD18 исключают взаимное влияние двух источников питания микросхемы DA2.

Элементы VD9-VD12, L2, L3, С16, С17, С19, С20 — выходной выпрямитель с LC-фильтром. Конденсаторы С16 и С19 подавляют низкочастотные пульсации, а С17 и С20 — высокочастотные. Реле К1, помимо выполнения основной функции — шунтирования резистора R1, — является минимальной нагрузкой ИИП, а также через его обмотку и резистор R19 разряжаются конденсаторы С16 и С19 после выключения питания ИИП. Светодиод HL1 — индикатор работы ИИП.

Оптрон U1 обеспечивает гальваническую развязку цепи стабилизации выходного напряжения. Она работает так. Если выходное напряжение превысит номинальное, то тогда резко возрастет ток через стабилитрон VD17 и излучающий диод оптрона U1.2 включается, в результате чего открывается фототранзистор оптрона U1.1, возрастает напряжение на выводе 1 микросхемы DA2 — входе компаратора обратной связи по напряжению. Длительность импульсов возбуждения уменьшается, что приводит к снижению выходного напряжения до номинала.

Раздел 3. Технология ремонта и регулировки импульсного источника питания

3.1 Типовые неисправности узла

3.2 Алгоритм поиска неисправности.

3.3 Организация рабочего места

3.3.1 Перечень приборов и оборудования

1) Лабораторный автотрансформатор РНО-250−2 — 1шт.

2) Осциллограф С1−76 — 1шт.

3) Блок питания Б5−47 — 1шт.

4) Мультиметр DT890B — 3шт.

5) Частотомер Ф5137 — 1шт.

6) Потенциометр 35 ОМ (реостат) — 1шт.

3.3.2 Перечень инструментов.

1) Паяльная установка 36 В, 40Вт — 1шт.

2) Пинцет ПА-150 — 1шт.

3) Бокорезы — 1шт.

4) Скальпель — 1шт.

5) Набор отверток (d=4мм) — 1шт.

6) Пневмосборник припоя — 1шт.

7) Антистатический браслет В72−136 — 1шт.

8) Плоскогубцы — 1шт.

9) Круглогубцы -1шт.

3.3.3 Перечень необходимых материалов.

1) Припой ПОС-61

2) Флюс ФКСП-40

3) Спирто-бензиновая смесь (1:1)

4) Салфетка х/б

6) Термопаста ТПР-8

5) Набор элементов согласно перечню элементов

3.4 Техпроцесс замены элементов Перед началом замены элементов необходимо убедиться в том что, прибор отключен от питающей сети.

Замена резистора:

1. Выводы резистора обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления резистора. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

3. Установить резистор на плату выдержав размер.

4. Обрезать по месту лишнюю длину выводов резистора.

5. Закрепить выводы резистора на плате.

6. Нанести флюс на места крепления резистора.

7. Опаять выводы резистора на плате.

8. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто-бензиновой смеси и отжатой.

Замена конденсатора:

1. Выводы конденсатора обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления конденсатора. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

3. Установить конденсатор на плату выдержав размер.

4. Обрезать по месту лишнюю длину выводов конденсатора.

5. Закрепить выводы конденсатора на плате.

6. Нанести флюс на места крепления конденсатора.

7. Опаять выводы конденсатора на плате.

8. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто-бензиновой смеси отжатой.

Замена диода:

1. Выводы диода обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления диода. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

3. Установить диод на плату выдержав размер.

4. Обрезать по месту лишнюю длину выводов диода.

5. Закрепить выводы диода на плате.

6. Нанести флюс на места крепления диода.

7. Опаять выводы диода на плате.

8. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто-бензиновой смеси и отжатой.

Замена трансформатора:

1. Выводы трансформатора обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления трансформатора. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

3. Установить трансформатор на плату согласно чертежу.

4. Нанести флюс на выводы трансформатора.

5. Опаять выводы трансформатора в металлизированных отверстиях платы.

6.. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто-бензиновой смеси и отжатой.

Замена транзистора:

1. Выводы транзистора обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления транзистора. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

3. Установить транзистор на плату выдержав размер.

4. Обрезать по месту лишнюю длину выводов транзистора.

5. Закрепить выводы транзистора на плате.

6. Нанести флюс на места крепления транзистора.

7. Опаять выводы транзистора на плате.

8. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто-бензиновой смеси и отжатой.

Замена микросхемы:

1. Выводы микросхемы обрезать бокорезами.

2. При помощи пневмосборнака припоя и паяльника удалить припой с мест крепления транзистора. При необходимости можно использовать заточенную спичку для удаления выводов.

Режим пайки микросхем:

— температура жала паяльника не более 280? C.

— пайку выводов ИМС проводить через одну.

— время касания каждого вывода не более 3 сек.

— интервал между пайками соседних выводов не менее 3 сек.

— расстояние от корпуса до края расплавленного припоя не менее 1 мм.

3. Установить микросхему на плату согласно чертежу.

4. Нанести флюс на выводы микросхемы.

5. Опаять выводы микросхемы на плате.

6. Удалить остатки флюса с мест паек салфеткой, смоченной в спирто бензиновой смеси и отжатой.

3.5 Инструкция по настройке и регулировке узла

3.5.1 Подготовьте измерительные приборы указанные в 3.3.1 к работе согласно их инструкций по эксплуатации

3.5.2 Соберите измерительную установку для настройки и регулировки узла согласно схеме указанной на рисунке (см. Рис.9)

Рис. 9.Схема установки для настройки узла

3.5.3 Подайте на вывод 15 микросхемы DA2 относительно ее вывода 10 постоянное напряжение +13…14 В от лабораторного блока питания, в отключенном от сети состоянии

3.5.4 Подключите осциллограф и проверьте форму импульсов на затворах коммутирующих транзисторов VT1, VT2 относительно их истоков

3.5.5 Установите частоту генерации 17 КГц перемещая движок переменного резистора R16

3.5.6 Подключите ИИП к сети через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) и амперметр с пределом измерений 20А, не отсоединяя лабораторный блок питания Рис. 10.Импульсы с паузой на нулевом уровне.

3.5.7 Увеличивайте напряжение на выходе ЛАТР и проверяйте форму импульсов на стоках коммутирующих транзисторов VT1, VT2 относительно их истоков с помощью осциллографа. Ток холостого хода должен возрасти до 11…40 мА при номинальном напряжении сети (амперметр 1)

3.5.8 Установите номинальное выходное напряжение 27 В перемещая движок подстроечного резистора R10

3.5.9 Подключите к выходу узла нагрузку (реостат с сопротивлением около 33Ом) мощностью рассеивания не менее 100 Вт последовательно с амперметром с пределом измерения 20А. Уменьшая сопротивление нагрузки добейтесь значения тока в нагрузке равным 3,7 А. Если не удается получить ток нагрузки I_нагр?3,7А из-за срабатывания защиты, уменьшайте сопротивление резисторов R8 и R9

3.5.10 Отключите лабораторный блок питания и проверьте напряжение питания микросхемы DA2 в установившемся режиме работы должно находиться в пределах 14.14,3 В

3.5.11 Отсоедините нагрузку (реостат) и подберите резистор R18 так, чтобы выходное напряжение на холостом ходу составляло 27,5…29 В, а при уменьшении сопротивления резистора R18 на 5…10% увеличивалось до 35…40 В.

3.6 Охрана труда и техника безопасности при работе с узлом.

3.6.1 Общие требования безопасности

3.6.1.1 К выполнению монтажных работ допускаются лица не моложе 18 лет, мужского и женского пола, прошедшие медицинский осмотр, обучение безопасным приёмам работы, прошедшие инструктаж по ОТ. Медосмотр для лиц, работающих с припоями, содержащими свинец, должен проводиться не реже 1 раза в год

3.6.1.2 Рабочие обязаны соблюдать правила внутреннего трудового распорядка. Запрещается распивать спиртные напитки и находиться на работе в нетрезвом состоянии. Курить разрешается только в специально отведённых для этого местах

3.6.1.3 В процессе пайки возможно загрязнение воздушной среды свинцом и его неорганическими соединениями, как непосредственно при пайке, так и в периоды, когда паяльники и ванночки в рабочем состоянии. Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны и в помещении не должны превышать предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДК свинца и его неорганических соединений в воздухе рабочей зоны — 0,01 мг/м

3.6.1.4 Монтажники радиоаппаратуры обеспечиваются следующей технологической одеждой, обувью: халат хлопчатобумажный, белый ГОСТ 12.4.131−83, чепчик или косынка, тапочки ГОСТ Р 12.4.187−97

3.6.1.5 Монтажные участки по пожарной безопасности относятся к категории Д — не пожароопасны

3.6.1.6 Рабочий, получивший травму на производстве, обязан немедленно сообщить мастеру сам или через товарища о случившемся и при необходимости обратиться к врачу

3.6.1.7 При обнаружении неисправности оборудования, приспособлений и инструмента немедленно выключите оборудование и сообщите об этом мастеру или администрации цеха. Не включайте оборудование до устранения недостатков

3.6.1.8 О происшедшем несчастном случае с Вами или товарищем по работе немедленно сообщите мастеру и, при необходимости, окажите первую (доврачебную) помощь

3.6.1.9 Соблюдайте правила личной гигиены

— не храните воду и пищу на рабочем месте, принимайте их в специально отведённых для этого местах;

— перед едой, курением тщательно мойте руки тёплой водой с мылом, не используйте для этой цели органические растворители;

— перед мытьём рук с мылом обработайте их 1% раствором уксусной кислоты;

— перед входом в помещение приёма пищи (столовая), специальную одежду необходимо снять.

3.6.1.10 На основании статьи 214 Трудового кодекса РФ, работник обязан

— соблюдать требования охраны труда, установленные законами и иными нормативными правовыми актами, а также правилами и инструкциями по охране труда;

— правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты;

— проходить обучение безопасным методам и приёмам выполнения работ по охране труда, оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте, проверку знаний требований охраны труда;

— немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого профессионального заболевания (отравления);

— проходить обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования);

3.6.1.11 Виновные в нарушении настоящей инструкции или не принявшие мер к её выполнению, привлекаются к ответственности согласно действующему законодательству

3.6.2 Требования безопасности перед началом работы

3.6.2.1 Приведите в порядок рабочую одежду: застегните рукава халата, уберите волосы под плотно прилегающий головной убор. Работайте в закрытой обуви