Характеристики, зависящие от частоты

4.5.1. Неравномерность частотной характеристики усиления

Определяемая характеристика: изменение усиления усилителя, выраженное в децибелах, относительно усиления на опорной частоте как функция частоты.

Метод измерения (черт.2)

Усилитель устанавливают в стандартные условия. Измеряют ЭДС источника и выходное напряжение .

Изменяют частоту измерительного сигнала дискретно, выбирая значения частоты из ряда предпочтительных частот по ГОСТ 12090, или непрерывно, поддерживая постоянной ЭДС источника.

Измеряют напряжение на выходе усилителя на каждой частоте.

За результат измерения принимают отношение выходного напряжения усилителя на каждой частоте измерительного сигнала к выходному напряжению на опорной частоте, выраженное в децибелах.

 

. (10)

Опорную частоту выбирают равной 1000 Гц, если другое значение не указано в ТУ.

Результаты измерений представляют графически или в виде таблицы как функцию частоты.

Для непрерывной записи частотной характеристики усиления может быть использована установка для автоматической записи частотных характеристик.

 

4.5.2. Отклонения частотной характеристики усиления корректирующего усилителя от нормированной

Определяемая характеристика: отклонения частотной характеристики усиления корректирующего усилителя, выраженные в децибелах, от нормированной частотной характеристики, приведенной в приложении 7.

Метод измерения (черт.9)

 

1 - генератор; 2, 6 - вольтметры; 3 - корректор частотной характеристики; 4 - согласующее звено;
5 - измеряемый усилитель; 7 - эквивалент нагрузки

Черт.9

 

Условия и проведение измерения - по п.4.5.1.

ЭДС измерительного сигнала на выходе генератора поддерживают постоянной. При проведении измерений допускается вместо использования корректора частотной характеристики устанавливать значения ЭДС измерительного сигнала на входе усилителя в соответствии с обратной нормированной частотной характеристикой, приведенной в приложении 7.

Примечания:

1; 2. (Исключены, Изм. N 1).

 

3. Если в частотную характеристику усиления корректирующего усилителя внесены предыскажения с целью компенсации неравномерности частотной характеристики преобразователя, для работы с которым предназначен измеряемый корректирующий усилитель, это должно быть указано в ТУ.

Обработка результатов измерения - в соответствии с п.4.5.1.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

 

4.5.3. Эффективный диапазон частот, ограниченный усилением

Определяемая величина: диапазон частот, в пределах которого отклонения частотной характеристики усиления от заданной не превышают указанных в ТУ значений при установке усилителя в стандартные условия, за исключением требования к частоте измерительного сигнала.

Результат измерения определяют по результатам измерения согласно пп.4.5.1 или 4.5.2.

 

4.5.4. Эффективный диапазон частот, ограниченный искажениями

Определяемая величина: диапазон частот, в пределах которого при выходной мощности, равной половине номинального значения (если иное значение не указано в ТУ), общие гармонические искажения не превышают заданного в ТУ значения. При отсутствии указаний это значение принимают равным 1%.

Метод измерения (черт.10)

 

1 - генератор; 2, 5, 8 - вольтметры; 3 - согласующее звено; 4 - измеряемый усилитель;
6 - режекторный фильтр; 7 - эквивалент нагрузки

Черт.10

 

Усилитель устанавливают в номинальные условия.

Уменьшая ЭДС источника, устанавливают на выходе усилителя 1/2 номинального значения выходной мощности или номинального значения выходного напряжения.

Поддерживая постоянной ЭДС источника сигнала, дискретно изменяют частоту сигнала, выбирая значения частоты из предпочтительного ряда частот по ГОСТ 12090, до тех пор, пока общие гармонические искажения не достигнут заданного значения.

За результат измерения принимают диапазон частот, ограниченный заданным значением общих гармонических искажений.

Примечание. Для обозначения этой характеристики иногда используют термин "полоса мощности".

Допускается вместо режекторного фильтра 6 и вольтметра 8 использовать анализатор спектра или измеритель нелинейных искажений.

 

4.5.5. Фазо-частотная характеристика

Определяемая характеристика: разность фаз выходного напряжения и ЭДС источника как функция частоты в стандартных условиях, за исключением требования к частоте измерительного сигнала.

Примечание. Вместо фазо-частотной характеристики может быть определено групповое время запаздывания как функция частоты.

Метод измерения (черт.11)

 

1 - генератор; 2, 6 - вольтметры; 3 - согласующее звено; 4 - измеряемый усилитель;
5 - измеритель разности фаз; 7 - эквивалент нагрузки

Черт.11

 

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

При подключении измерителя разности фаз к зажимам источника сигнала и выхода усилителя соблюдают правильную полярность.

Изменяют частоту источника сигнала дискретно, выбирая значение частоты из ряда предпочтительных частот по ГОСТ 12090, измеряя разность фаз на каждой частоте.

За результат измерения принимают значение разности фаз () или группового времени запаздывания (), мкс, вычисляемые по формулам:

 

, (11)

где - разность фаз, рад;

- частота источника сигнала, Гц

или

 

, (12)

где - разность фаз, град.

Примечание. При измерении корректирующих усилителей см. п.4.5.2.

4.5.1-4.5.5. (Измененная редакция, Изм. N 1).

Амплитудная нелинейность

4.6.1. Общие гармонические искажения

Определяемая величина: гармонические искажения с учетом всех значимых гармоник, возникающие в усилителе при заданных условиях.

 

4.6.1.1. Общие гармонические искажения при нормальных рабочих условиях

Определяемая величина: общие гармонические искажения усилителя при стандартных условиях.

Примечание. В правильно спроектированной звуковой системе усилитель большую часть времени работает при выходном напряжении около 10 дБ ниже номинального выходного напряжения, ограниченного искажениями, благодаря распределению во времени амплитуды музыкальных и речевых сигналов.

Метод измерения (черт.10)

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

Измеряют напряжение на выходе усилителя.

Режекторный фильтр или фильтр верхних частот, подключенный к выходу усилителя, должен ослаблять основную гармонику входного сигнала до уровня на 10 дБ ниже амплитуды измеряемых гармоник.

Измеряют напряжение на выходе фильтра вольтметром средних квадратических значений и корректируют на значение ослабления в полосе пропускания фильтра.

ЭДС источника сигнала уменьшают до нуля и измеряют напряжение на выходе фильтра. Если напряжение превышает напряжения , то это значит, что на измерения влияют помехи, поэтому результаты не учитывают, а проводят измерение гармонических искажений -го порядка. При измерении встроенных усилителей допускается использовать измеритель нелинейных искажений.

За результат измерения принимают значение общих гармонических искажений () в процентах или () децибелах, вычисляемое по формулам:

 

; (13)

, (14)

где - напряжение на выходе фильтра;

- выходное напряжение усилителя.

 

4.6.1.2. Общие гармонические искажения как функция частоты

Определяемая характеристика: общие гармонические искажения усилителя при стандартных условиях, измеренные на частотах измерительного сигнала, указанных в ТУ.

Метод измерения (черт.10)

Условия и проведение измерения - по п.4.6.1.1.

Измерения повторяют не менее чем на трех других частотах. Наибольшая частота сигнала, на которой следует проводить измерения, определяется верхней граничной частотой эффективного диапазона частот по п.4.5.3 и порядком наивысшей из значимых гармоник.

Пример: если верхняя граничная частота эффективного диапазона частот усилителя 30 кГц, а наивысшая значимая гармоника - 5-я, то верхняя граничная частота, на которой следует измерять общие гармонические искажения, равна отношению , т.е. 6 кГц.

Результаты измерения могут быть представлены графически.

 

4.6.1.3. Общие гармонические искажения как функция амплитуды

Определяемая характеристика: общие гармонические искажения усилителя, измеренные при стандартных условиях и различных значениях выходного напряжения.

Метод измерения (черт.10)

Условия и проведение измерения - по п.4.6.1.1.

Измерения повторяют при различных значениях напряжения на выходе усилителя, включая номинальное, а также при значениях выходного напряжения несколько выше номинального.

Результаты измерения могут быть представлены графически.

 

4.6.2. Гармонические искажения -го порядка при стандартных условиях

Определяемая величина: искажения синусоидального сигнала усилителем, которые выражаются в присутствии гармоники -го порядка в спектре выходного сигнала.

Метод измерения (черт.12)

 

1 - генератор; 2, 5 - вольтметры; 3 - согласующее звено; 4 - измеряемый усилитель;
6 - эквивалент нагрузки; 7 - анализатор спектра

Черт.12

 

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

На выходе усилителя анализатором спектра измеряют напряжение всех значимых гармоник. ЭДС источника сигнала уменьшают до нуля и измеряют спектр выходного сигнала. Если напряжение помех на частоте какой-либо из значимых гармоник превышает ее амплитуды, то результат измерения этой гармоники не учитывают.

За результат измерения принимают значение гармоники -го порядка () в процентах или () в децибелах, вычисляемое по формулам:

 

; (15)

, (16)

где - напряжение -й гармоники;

- выходное напряжение усилителя.

По результатам измерения гармонических искажений -го порядка можно определить значение общих гармонических искажений () в процентах или () в децибелах по формулам:

 

; (17)

. (18)

4.6.2.1. Гармонические искажения -го порядка как функция частоты

Определяемая характеристика: гармонические искажения -го порядка при стандартных условиях, измеренные на заданных частотах измерительного сигнала.

Метод измерения (черт.12)

Условия измерения и проведение измерения - по п.4.6.2.

Измерения повторяют не менее чем на трех других частотах. Наибольшая частота сигнала, на которой следует проводить измерения, определяется верхней граничной частотой эффективного диапазона частот по п.4.5.3 и порядком измеряемой гармоники.

По результатам измерения гармонических искажений -го порядка определяют значение общих гармонических искажений по формулам (17 и 18). Результаты измерения могут быть представлены графически.

 

4.6.2.2. Гармонические искажения -го порядка как функция амплитуды

Определяемая характеристика: гармонические искажения -го порядка, измеряемые при стандартных условиях, а также при других значениях выходного напряжения усилителя.

Метод измерения (черт.12)

Условия и проведение измерений - по п.4.6.2.

Измеряют выходное напряжение усилителя, меняя ЭДС источника сигнала.

Измерения повторяют при различных значениях напряжения на выходе усилителя, включая номинальное, а также при значениях выходного напряжения несколько выше номинального.

Гармонические искажения -го порядка вычисляют по формулам (15 и 16).

По результатам измерения гармонических искажений -гo порядка может быть определено значение общих гармонических искажений по формулам (17 и 18).

Результаты измерений могут быть представлены графически.

 

4.6.3. Интермодуляционные искажения -го порядка (где =2 или 3).

Определяемая величина:

при =2: искажения, возникающие в усилителе при подаче на вход двух синусоидальных сигналов, частоты которых и равны предпочтительным средним частотам третьоктавных полос, а отношение амплитуд равно 4:1, определяемые как отношение арифметической суммы составляющих выходного сигнала на частотах и к составляющей на частоте ;

при =3: в отличие от =2 значение искажений определяют как отношение арифметической суммы составляющих выходного сигнала на частотах и к составляющей на частоте .

Метод измерения (черт.13)

 

1, 2 - генераторы; 3 - суммирующее устройство; 4, 6 - вольтметры; 5 - измеряемый усилитель;
7 - эквивалент нагрузки; 8 - анализатор спектра; и - переключатели

Черт.13

 

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

На вход усилителя от генераторов 1 и 2 через суммирующее устройство подают сигналы с частотами и .

Частоты и выбирают следующим образом: разность предпочтительно должна быть выше по частоте, чем высшая значимая гармоника сигнала частотой . Например, если высшая из значимых гармоник 5-я, то частота не должна превышать . Частота должна быть от 0,5 до 1,5 октав ниже верхней граничной частоты эффективного диапазона частот. Частота должна быть от 0,5 до 1,5 октав выше нижней граничной частоты эффективного диапазона частот.

Отношение амплитуды сигнала частотой к амплитуде сигнала частотой устанавливают равным 4:1.

Если усилитель содержит цепи частотной коррекции, то заданное отношение амплитуд сигналов устанавливают на входе или выходе усилителя, где спектральное распределение сигнала нормальное.

Пример: для корректирующих усилителей заданное отношение амплитуд сигналов устанавливают на выходе.

Генераторы 1 и 2 поочередно переключателями и подключают к усилителю. Напряжение генератора 1 частотой устанавливают таким, чтобы значение напряжения на выходе усилителя было на 12 дБ ниже номинального, а напряжение генератора 2 регулируют так, чтобы значение напряжения частотой на выходе усилителя было на 24 дБ ниже номинального. Затем оба генератора подключают одновременно и измеряют на выходе усилителя анализатором спектра напряжение составляющих спектра выходного сигнала на частотах , , , .

Вместо анализатора спектра можно использовать полосовой фильтр, пропускающий измеряемые частоты, к выходу которого подключают вольтметр средних квадратических значений, при этом в показания вольтметра следует внести поправку на значение ослабления полосового фильтра в полосе пропускания.

При проведении измерений следует проверять, чтобы напряжение помех не превышало напряжения измеряемой составляющей выходного сигнала путем уменьшения ЭДС источников до нуля.

За результаты измерения принимают:

значение интермодуляционных искажений 2-го порядка () в процентах, вычисляемое по формуле

 

; (19)

значение интермодуляционных искажений 3-го порядка () в процентах, вычисляемое по формуле

 

, (20)

где , , , , - напряжения измеренных составляющих выходного сигнала.

Измерения могут быть повторены при других значениях ЭДС источника сигнала, поддерживая отношение амплитуд измерительных сигналов постоянным и равным соотношению 4:1.

Результаты измерения могут быть представлены графически как функция амплитуды опорного выходного напряжения, определенного по формуле

 

. (21)

4.6.4. Динамические интермодуляционные искажения

Определяемая величина: искажения, возникающие в усилителе, при подаче на вход суперпозиции двух сигналов, один из которых представляет собой синусоидальный сигнал частотой , а другой - сигнал прямоугольной формы частотой при .

Отношение амплитудного значения сигнала прямоугольной формы к максимальному значению синусоидального сигнала равно 4:1. Значение искажений определяют как отношение среднего квадратического значения суммы составляющих выходного сигнала на заданных частотах к составляющей на частоте .

Метод измерения (черт.14)

 

1 - генератор сигналов синусоидальной формы; 2 - генератор сигналов прямоугольной формы; 3 - фильтр нижних
частот с частотой среза =30 кГц; 4 - суммирующее устройство; 5 - измеряемый усилитель; 6, 7 - вольтметры;
8 - анализатор спектра или селективный вольтметр; и - переключатели; 9 - эквивалент нагрузки

Черт.14

 

Усилитель устанавливают в стандартные условия. Частота синусоидального сигнала =15 кГц, частота сигнала прямоугольной формы =3150 Гц, а отношение пиковых значений сигналов с частотами и равно 1:4. Спектр суммарного сигнала от генераторов 1 и 2, подаваемого на вход усилителя, приведен в приложении 6.

При измерении усилителей с неравномерной частотной характеристикой усиления (например, корректирующих) ко входу усилителя подключают соответствующую корректирующую цепь, обладающую инверсной частотной характеристикой, чтобы создать квазиравномерное спектральное распределение сигнала на выходе усилителя. В этом случае отношение амплитуд сигналов от генераторов 1 и 2, равное 1:4, устанавливают на выходе усилителя.

Примечания:

 

1. Частота среза фильтра нижних частот может быть увеличена до 100 кГц, что позволяет увеличить разрешающую способность метода.

 

2. Уровень четных гармоник сигнала прямоугольной формы не должен превышать 1% амплитуды основной частоты.

 

3. Частота сигнала прямоугольной формы может превышать номинальное значение не более чем на 1%.

 

4. Отношение пиковых значений амплитуды сигналов 1:4 равно отношению 1:5,66 средних квадратических значений амплитуды сигналов и отношению 1:11,3 среднего квадратического значения синусоидального сигнала и пикового значения прямоугольного сигнала.

На вход усилителя от генераторов 1 и 2 подают сигналы с частотами и . Напряжение генераторов 1 и 2 увеличивают, не нарушая установленного отношения амплитуд сигналов, до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя не достигнет номинального значения.

На выходе усилителя анализатором спектра или селективным вольтметром измеряют напряжение синусоидального сигнала и составляющих выходного сигнала , ,..., на частотах , где и - целые числа.

Частоты составляющих выходного сигнала для различных значений и приведены в приложении 6.

Анализатор спектра или селективный вольтметр должны обеспечивать ослабление составляющих выходного сигнала, отстающих на 750 Гц и более от частоты измеряемой составляющей, не менее чем на 80 дБ.

Составляющие выходного сигнала, кроме указанных в приложении 6, не учитывают.

При проведении измерения следует проверять, чтобы напряжение помех не превышало минус 10 дБ от напряжения измеряемой составляющей, уменьшая ЭДС сигналов до нуля. Затем для определения значения выходного опорного напряжения усилителя, по отношению к которому проводят измерения, на вход усилителя от источников сигнала подают синусоидальный сигнал частотой 3150 Гц и пиковым значением напряжения, равным пиковому значению напряжения двухкомпонентного сигнала с частотами и от генераторов 1 и 2, измеряют его напряжение на выходе усилителя.

Измерения повторяют для различных значений выходного напряжения усилителя от нуля до номинального.

За результат измерения принимают значение динамических интермодуляционных искажений () в процентах или () в децибелах, вычисляемое по формуле

 

, (22)

где - напряжение -й компоненты интермодуляции;

- опорное выходное напряжение

или

 

. (23)

Результаты измерения представляют в виде таблицы или графически как зависимость динамических интермодуляционных искажений от выходного напряжения. Необходимо указать частоту среза фильтра .

 

4.6.3, 4.6.4. (Измененная редакция, Изм. N 2).

 

4.6.5. Частотно-разностные искажения -го порядка (где =2 или 3)

Определяемая величина:

при =2: искажения, возникающие в усилителе при подаче на вход двух равных по амплитуде синусоидальных сигналов, разность частот которых и равна заданному значению, а средняя арифметическая частота которых выбрана из ряда предпочтительных средних частот третьоктавных полос, определяемые как отношение удвоенного значения составляющей выходного сигнала на частоте к опорному напряжению, которое равно удвоенному значению составляющей выходного сигнала на частоте ;

при =3: в отличие от =2 значения искажений определяют как отношение арифметической суммы составляющих выходного напряжения на частотах и к опорному напряжению.

Метод измерения (черт.15)

 

1, 2 - генераторы; 3 - суммирующее устройство; 5 - измеряемый усилитель; 4, 6, 8 - вольтметры;
7 - полосовой фильтр; 9 - эквивалент нагрузки; и - переключатели

Черт.15

 

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

Разность частот и должна быть 80 Гц, а среднеарифметическая частота должна соответствовать значению из ряда предпочтительных средних частот третьоктавных полос по ГОСТ 12090. При этом, из-за присутствия на входе усилителя двух некогерентных сигналов, размах амплитуды сигнала на выходе равен удвоенной амплитуде каждого сигнала. Опорное выходное напряжение выбирают при этом как двойное напряжение выходного сигнала на частоте , т.е. .

Генератор 1 частотой и генератор 2 частотой поочередно через переключатели и подключают к усилителю, измеряя напряжение на выходе усилителя.

Напряжение каждого генератора регулируют так, чтобы получить значение напряжения на выходе усилителя на 16 дБ ниже номинального. Затем сигналы от генераторов 1 и 2 подают на вход усилителя одновременно и измеряют напряжение на выходе полосового фильтра, пропускающего частоты , , . В показания вольтметра следует внести поправку на значение ослабления полосового фильтра в полосе пропускания.

Измерения повторяют при различных значениях выходного опорного напряжения усилителя от нуля до номинального и при различных значениях средней арифметической частоты, выбранных из ряда предпочтительных средних частот третьоктавных полос по ГОСТ 12090. При измерении на низких частотах необходимо обратить внимание на то, чтобы ослабление полосового фильтра вне полосы пропускания было достаточным для разделения составляющих 2 и 3-го порядков, которые близки по частоте.

При проведении измерений следует проверять, чтобы напряжение помех не превышало измеряемого значения напряжения путем уменьшения ЭДС источников до нуля.

Значение частотно-разностных искажений 2-го порядка () в процентах вычисляют по формуле

 

, (24)

где - напряжение составляющей выходного сигнала;

- опорное выходное напряжение, равное удвоенному значению выходного напряжения частотой .

Значение частотно-разностных искажений 3-го порядка () в процентах вычисляют по формуле

 

, (25)

где и - напряжения составляющих выходного сигнала.

Результата измерения представляют графически как функцию частоты или выходного опорного напряжения или одним значением, измеренным при стандартных условиях.

При измерении составляющих выходного напряжения усилителя вместо фильтра и вольтметра можно использовать анализатор спектра.

 

4.6.6. Общие частотно-разностные искажения

Определяемая величина: искажения, возникающие в усилителе при подаче на вход двух синусоидальных сигналов с частотами и , определяемые как отношение двойной суммы средних квадратических значений составляющих выходного сигнала на частотах и к опорному выходному напряжению, равному арифметической сумме выходных напряжений на частотах и .

Метод измерения (черт.15)

Усилитель устанавливают в стандартные условия.

На вход усилителя от генераторов 1 и 2 подают сигналы с частотами =8 кГц и =11,95 кГц соответственно (если другие частоты не указаны в ТУ).

Отношение амплитуд сигналов частотой и устанавливают равным 1:1, если в ТУ не указано иное, на входе или на выхода усилителя, где спектральное распределение сигнала равномерное.

Затем при помощи переключателей и каждый генератор сигналов подключают поочередно ко входу усилителя и напряжение каждого генератора регулируют так, чтобы получить значение напряжения на выходе усилителя на 16 дБ меньше номинального, что соответствует половине выходного напряжения при стандартных условиях.

Подключение или отключение одного из генераторов не должно оказывать заметного влияния на напряжение сигнала, подаваемого на вход усилителя от другого генератора.

Затем сигналы от генераторов 1 и 2 подают на вход усилителя одновременно и измеряют вольтметром на выходе полосового фильтра напряжение составляющих выходного сигнала и , представляющих собой компоненты интермодуляции 2 и 3-го порядков на частотах и ,

где - центральная частота полосы пропускания полосового фильтра, равная 4 кГц;

- половина ширины полосы пропускания полосового фильтра, равная 50 Гц;

=3950 Гц= ;

=4050 Гц= .

Измеренные значения напряжений и корректируют на значение ослабления полосового фильтра внутри полосы пропускания. Вместо фильтра и вольтметра средних квадратических значений для измерения напряжений и можно использовать анализатор спектра или селективный вольтметр.

Примечание. При проведении измерений необходимо проверять, чтобы напряжение помех на выходе полосового фильтра не превышало измеренного значения напряжения, отключая по очереди источники сигналов 1 и 2.

За результат измерения принимают значения общих частотно-разностных искажений () в процентах или () в децибелах, вычисляемые по формуле

 

, (26)

где , - составляющие выходного сигнала на частотах и соответственно;

, - составляющие выходного сигнала на частотах и ,

или

 

. (27)

4.6.1.1.-4.6.6. (Измененная редакция, Изм. N 1).

Шум

4.7.1. Отношение сигнал/шум

Определяемая величина: отношение номинального выходного напряжения к напряжению шума на выходе усилителя, измеренному одним из следующих методов, указанных в ТУ:

 

1) невзвешенным;

 

2) взвешенным;

 

3) в октавных полосах;

 

4) в третьоктавных полосах.

В случае необходимости в ТУ может быть приведено значение напряжения шума на выходе усилителя при исключении составляющих фона или других паразитных сигналов, что должно быть указано в результатах измерений.

Метод измерения (черт.16)

 

1 - генератор; 2, 5, 8 - вольтметры; 3 - согласующее звено; 4 - измеряемый усилитель;
6 - эквивалент нагрузки; 7 - фильтр

Черт.16

 

Усилитель устанавливают в номинальные условия.

Отключают генератор. Ко входу усилителя остается подключенным только эквивалент полного сопротивления источника сигнала. Напряжение шума измеряют на выходе усилителя и корректируют на значение ослабления фильтра на частоте 1000 Гц.