Еще раз о структуре усиления

Самая ранняя запатентованная система усиления электрического звука была продуктом Western Electric. В патентной заявке система называлась «Телефонная акустическая система громкой связи, Loudspeaking Telephone Outfit». Вышеупомянутая обработка структуры усиления в разделах 8.13 и 8.14 основана на концепции доступной мощности. Этот тип анализа применим ко всем аудиосистемам от самых ранних усилий Western Electric до тех, которые устанавливаются на сегодняшний день, а это написано в 2005 году. Первая патентная дата Western Electric для их системы произошла в 1907 году. Таким образом, часто современное использование электрических систем усиления звука стесняется этой вековой методики.

В период с 1907 по 2005 год технологии, связанные с отдельными элементами системы звукоусиления, претерпели множество революционных изменений от простейшей вакуумной электронной трубки до новейших VLSI (очень крупных интегральных схем). Фактически, физический размер одной ранней вакуумной электронной трубки был примерно такой же, как у современного портативного анализатора реального времени, хотя анализатор содержит эквивалент 100 000 или более вакуумных ламп. Кстати, одна вакуумная лампа теряла больше мощности в виде тепла, чем мощность, требуемая для работы ручного RTA.

Несмотря на все изменения в технологии усиления звука и обработки сигналов, анализ структуры усиления с использованием концепции доступной мощности применим ко всем. Эта универсальность возникает из-за того, что этот метод анализа не зависит от того, использует ли система согласованные импедансы или нет, и не зависит от того, являются ли импедансы высокими или низкими, или имеют смешанные значения. Инструмент такой всеобъемлющей применимости заслуживает изучения и понимания. Однако доступный метод мощности не без ошибок. Его очень сложно применять в полевых условиях, потому что доступная мощность на входе или выходе общего устройства не может быть определена одним измерением. Требуется, по меньшей мере, два измерения, измерение напряжения разомкнутой цепи с присутствующим сигналом, сопровождаемое измерением импеданса в отсутствие сигнала. Теперь мы рассмотрим альтернативную систему анализа уровня, которая хотя и ограничена по своей применимости, но хорошо адаптирована к современным электрическим свойствам различных электронных подсистем, из которых построена система звукоусиления.

Двух портовые устройства. Подсистемы, составляющие общую систему усиления звука, являются членами класса устройств, называемых двух портовыми устройствами. Обозначение, а также значительные внешние переменные для электрического двух портового устройства, такого как усилитель, задержка сигнала, эквалайзер, трансформатор и т. д., отображаются на рисунке 8-43.

Рисунок 8-43. Электрическое двух портовое устройство.

Устройство на рис. 8-43 имеет входной порт, где представляющие интерес величины представляют собой входное напряжение Vi и входной ток ii. Аналогично, на выходном порту величины представляют собой выходное напряжение V0 и выходной ток i0. Входное напряжение и ток, а также выходное напряжение и ток в целом зависят как от времени, так и от частоты. На заданной частоте каждый из них может описываться фазерами. Как показано на рисунке, когда все четыре терминала уникальны, то представляемое устройство будет иметь сбалансированный вход и сбалансированный выход. Если две нижние клеммы (терминалы) соединены с землей, то представляемое устройство будет несбалансированным как на входе, так и на выходе. Несбалансированный вход со сбалансированным выходом будет иметь только нижнюю входную клемму, подключенную к земле. Несбалансированный выход со сбалансированным входом будет иметь только нижнюю выходную клемму, подключенную к земле. В любом случае четыре величины связаны набором уравнений, точная форма которых зависит от выбора зависимых и независимых переменных и независимо от того, является ли описываемое устройство линейным или нелинейным по своему поведению. В случае линейного устройства описывающие уравнения линейны с коэффициентами, размер которых не зависит ни от напряжения, ни от тока. Даже в линейной системе коэффициенты могут быть частотно-зависимыми. В нелинейном устройстве коэффициенты в описывающем уравнении являются функциями различных напряжений и токов. Коэффициенты называются параметрами устройства. Эти параметры имеют решающее значение для конструктора устройств, но здесь не важны.

Настройка в поле только с помощью анализа напряжения. Простейшим и наиболее удобным измерением в поле является разность потенциалов между двумя терминалами. Такое измерение предпочтительно должно быть сделано с помощью точно калиброванного широкополосного scopemeter (устройство для поиска неисправностей и проведения монтажных работ). Scopemeters объединяют функции осциллографа, постоянного вольтметра и истинных среднеквадратичных вольтметров. Преимущество таких приборов состоит в том, что одновременно можно отображать числовые значения желаемой величины напряжения, а также просматривать форму сигнала в зависимости от времени. Выполняя наблюдения, как с использованием тестового сигнала, так и без тестового сигнала, можно измерить напряжение сигнала, а также определить шумовые пороговые напряжения и определить, имеются ли нежелательные колебания.

В этот момент необходимо выяснить, какие условия должны быть выполнены, чтобы сделать анализ только напряжения точной и жизнеспособной техникой. На это можно ответить, рассмотрев упрощенный аналог двух портового устройства вместе с источником и нагрузкой, как показано на рисунке 8-44.

Рисунок 8-44. Упрощенный аналог 2-х портового устройства с источником сигнала и нагрузкой.

Источник сигнала имеет зависящее от времени и частоты напряжение разомкнутой цепи, обозначенное как vs, и выходной импеданс, обозначенный как Zs. Входным импедансом двух портового устройства, определенным как vi /ii, является Zi. Действие выходного порта описывается генератором напряжения, напряжение разомкнутого контура которого Avi последовательно с выходным импедансом Zo. Комплексное усиление напряжения, A, описывает функцию, выполняемую двумя портами. Если представляемое устройство было бы простым усилителем, то А было бы описанием его частотного отклика. Если бы это был эквалайзер, то A описывало бы все амплитудные пики и провалы вместе с соответствующей фазой, все как функции частоты. Если устройство было бы блоком задержки сигнала, то A имело бы все пропускающий характер при введении отрицательного фазового сдвига, пропорционального частоте. В целом, схема на рис. 8-44 может описывать любую подсистему, используемую в общей системе усиления звука.

Важное значение имеет соотношение между напряжением источника и напряжением, которое появляется на нагрузке, подключенной к выходному порту. Это соотношение можно записать в виде:

Теперь давайте рассмотрим последнее из уравнения 8-122. Предположим, что все устройства, составляющие систему, были сконструированы таким образом, что их выходные импедансы были намного меньше их входных импедансов. Помните, что в каскаде устройств выходной импеданс первого является импедансом источника последующего устройства. Кроме того, входной импеданс последующего устройства составляет импеданс нагрузки для предыдущего устройства. Тогда последнее уравнение выше можно было бы записать:

Обоснование состоит в том, что (Zs / Zl) << 1 и (Zo / Zl) << 1.

Предположим, например, что магнитуда импеданса источника, реальный ли импеданс или комплексный, имеет абсолютную магнитуду порядка 100Ω, в то время как подобный импеданс нагрузки обладает абсолютной магнитудой 10 000 ом или больше. В этом случае ошибка в каждом из приближений выше всегда составляет менее 1%, что приводит к общей ошибке, которая всегда меньше 2%. Измерения напряжения в полевых условиях сами редко выполняются с такой точностью. Когда отношения импеданса удовлетворительны, амплитуда усиления напряжения, выраженная в децибелах, будет иметь погрешность не больше чем 0,2 дБ.

Внимание! В расчет импеданса Zi должно быть включено влияние соединительной емкости кабеля. С этой целью рассмотрим рис. 8-45. На рисунке 8-45 изображен источник сигнала, шунтирующая емкость соединительного кабеля и элементы, составляющие входное сопротивление двух портового устройства. Емкость кабеля CC может быть легко учтена путем включения ее влияния в расчет нового значения для Zi. CC и Ci параллельны, поэтому их значения добавляют для создания полной емкости Ct. Zi теперь становится параллельной комбинацией Ct и Ri. Магнитуда этого импеданса определяется выражением:

Нужно уравнение, которое позволяет рассчитать, какая емкость шунта допустима. Уравнение 8-115, при решении для Ct, дает:

Из уравнения 8-116 следует, что Ri должно быть больше целевого значения величины Zi. Принимая 10 000 Ом в качестве целевого значения, реалистичное значение для Ri составляет 15 000 Ом. Кроме того, мы хотим, чтобы соотношение было истинным во всей полосе пропускания системы, поэтому ω принималось равным 2π, умноженное на 20000 Гц. При использовании этих значений Ct становится равным 0,59 нФ. Даже если разрешить Ci равняться 0,1 нФ, щедрое значение Cc становится равным 0,49 нФ. Это значение позволило бы использовать несколько футов типичного соединительного кабеля без малейшего отклонения от ранее указанного предела погрешности. Повышение значения Ri и/или принятие более низкого значения для величины Zi позволяет увеличить значения общей емкости, таким образом, используя более длинные кабели. Даже когда магнитуде Zi разрешается упасть до 5000 Ом, ошибка, допущенная в приближении уравнения 8-114 все еще незначительна.

Большинство, если не все подсистемы современных производителей, удовлетворяют упомянутым выше условиям отношения импеданса, включая микрофоны, а также комбинации усилителей мощности и громкоговорителей. Микрофоны имеют импеданс источника от около 50 до 300 Ом, в то время как усилители имеют встроенные выходные импедансы, намного меньше импедансов нагрузки громкоговорителей, которые они должны приводить в движение. Теперь, когда метод анализа только по напряжению продемонстрировал практический подход, он может быть применен на примере создания системы.






Дата добавления: 2022-05-07; просмотров: 14;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - 2022-2022 год. Для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь | Конфиденциальность
Генерация страницы за: 0.017 сек.