آمپلی فایر با امپدانس خروجی کم امپدانس خروجی تقویت کننده چقدر است؟ اطلاعات از اسپانسر

2014-02-10T19:57

نرم افزار Audiophile's

مقدمه: امپدانس خروجی جک هدفون یکی از رایج‌ترین دلایلی است که باعث می‌شود یک هدفون بسته به جایی که به آن وصل شده است، صدای متفاوتی داشته باشد. این پارامتر مهم به ندرت توسط سازندگان مشخص می شود، اما در عین حال می تواند تفاوت های قابل توجهی در کیفیت صدا ایجاد کند و به طور قابل توجهی بر سازگاری هدفون تأثیر بگذارد.

به طور خلاصه:تنها چیزی که واقعاً باید بدانید این است که اکثر هدفون ها در صورتی بهترین عملکرد را دارند که امپدانس خروجی دستگاه کمتر از 1/8 امپدانس هدفون باشد. بنابراین، برای مثال، برای Grados 32 اهم امپدانس خروجی باید حداکثر 32/8 = 4 اهم باشد. Etymotic HF5 16 اهم است، بنابراین حداکثر امپدانس خروجی باید 16/8 = 2 اهم باشد. اگر می خواهید مطمئن شوید که منبع با هر هدفونی کار می کند، مطمئن شوید که امپدانس خروجی آن کمتر از 2 اهم باشد.

چرا امپدانس خروجی اینقدر مهم است؟حداقل به سه دلیل:

هر چه امپدانس خروجی بیشتر باشد، افت ولتاژ در امپدانس های بار کمتر بیشتر می شود. این افت می تواند به اندازه کافی بزرگ باشد تا مانع از راندن هدفون های کم امپدانس به سطح صدای مورد نظر شود. به عنوان مثال، Behringer UCA202 با امپدانس خروجی 50 اهم است. با استفاده از هدفون های 16 تا 32 اهم کیفیت زیادی از دست می دهد.
امپدانس هدفون به فرکانس بستگی دارد. اگر امپدانس خروجی بسیار بیشتر از صفر باشد، به این معنی است که ولتاژ کاهش یافته در هدفون نیز با فرکانس متفاوت خواهد بود. هر چه امپدانس خروجی بیشتر باشد، مسطح بودن پاسخ فرکانسی بیشتر است.. هدفون های مختلف به طور متفاوت (و معمولاً غیرقابل پیش بینی) با منابع مختلف تعامل دارند. گاهی اوقات این تفاوت ها می توانند قابل توجه و کاملا شنیدنی باشند.
با افزایش امپدانس خروجی، ضریب میرایی کاهش می یابد. سطح بیسی که در طول طراحی برای هدفون محاسبه شده است در صورت عدم وجود میرایی کافی می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد. فرکانس های پایین وزوز تر و کمتر شفاف خواهند بود (لکه دار می شوند). پاسخ گذرا بدتر می شود و عمق بیس کاهش می یابد (در فرکانس های پایین پخش بیشتر). برخی از مردم، مانند کسانی که "گرم" را دوست دارند صدای لولهحتی ممکن است چنین باس های ضعیفی مطابق میل شما باشد. اما در اکثریت قریب به اتفاق موارد، این صدای کمتری نسبت به زمانی که از منبع امپدانس کم استفاده می‌کنید، می‌دهد.

قانون یک هشتم:برای به حداقل رساندن هر یک از اثرات فوق، فقط باید یک امپدانس خروجی ارائه دهید که حداقل 8 برابر کمتر از امپدانس هدفون باشد. حتی ساده تر: امپدانس هدفون را بر 8 تقسیم کنید و حداکثر امپدانس تقویت کننده را برای جلوگیری از اعوجاج شنیداری بدست آورید.

آیا استانداردی برای امپدانس خروجی وجود دارد؟تنها استانداردی که من می شناسم IEC 61938 (1996) است. نیاز امپدانس خروجی را روی 120 اهم تنظیم می کند. دلایل متعددی وجود دارد که چرا این الزامات قدیمی هستند و اصلا ایده خوبی نیستند. مقاله Stereophile در مورد مقدار استاندارد 120 اهم به معنای واقعی کلمه موارد زیر را می گوید:

"کسی که این را نوشته است به وضوح در یک دنیای رویایی زندگی می کند."

من باید موافقت کنم. شاید 120 اهم هنوز قابل قبول بود (و سپس به سختی) قبل از ظهور iPod و قبل از اینکه دستگاه های قابل حمل عموماً محبوبیت گسترده ای پیدا کنند، اما نه بیشتر. اکثر هدفون های امروزی کاملا متفاوت طراحی می شوند.

استانداردهای شبه:خروجی هدفون اکثر تاسیسات حرفه ای دارای امپدانس 20 تا 50 اهم است. من چیزی را نمی شناسم که مطابق استاندارد IEC با 120 اهم مطابقت داشته باشد. برای تجهیزات درجه یک مصرف کننده، امپدانس خروجی معمولاً بین 0 تا 20 اهم است. به استثنای برخی از لوله‌ها و دیگر طرح‌های باطنی، بیشتر تجهیزات صوتی دوست‌پسند دارای امپدانس کمتر از 2 اهم هستند.

تاثیر آی پاد:از زمانی که استاندارد 120 اهم در سال 1996 منتشر شد، ما از پخش‌کننده‌های کاست با کیفیت پایین، از طریق پخش‌کننده‌های سی‌دی قابل حمل، به شوق ساخت آی‌پاد رسیده‌ایم کیفیت بالاقابل حمل است و اکنون حداقل نیم میلیارد پخش کننده دیجیتال بدون احتساب گوشی ها در گردش داریم. تقریباً همه پخش‌کننده‌های موسیقی/رسانه قابل حمل با باتری‌های لیتیوم یونی قابل شارژ کار می‌کنند. این باتری ها کمی بیش از 3 ولت تولید می کنند که معمولاً در خروجی هدفون حدود 1 ولت (RMS) (گاهی کمتر) ایجاد می کند. اگر امپدانس خروجی را روی 120 اهم تنظیم کنید و از هدفون های قابل حمل معمولی (که مقاومت آن در محدوده 16 تا 32 اهم است) استفاده کنید، به احتمال زیاد صدای پخش کافی نخواهد بود. علاوه بر این، بیشتر انرژی باتری به صورت گرما در مقاومت 120 اهم پخش می شود. فقط بخش کوچکی از انرژی به هدفون می رسد. این یک مشکل جدی برای دستگاه های قابل حمل، که در آن افزایش عمر باتری بسیار مهم است. ارسال تمام نیرو به هدفون کارآمدتر خواهد بود.

طراحی هدفون:بنابراین شرکت‌های تولیدکننده هدفون‌های خود را برای چه امپدانس خروجی طراحی می‌کنند؟ از سال 2009، بیش از 220 میلیون آی پاد و پخش کننده های قابل حمل مشابه به گوریل های 800 پوندی در بازار هدفون فروخته شده است. با آی پاد این بدان معناست که آنها برای کار با امپدانس خروجی کمتر از 10 اهم طراحی شده اند و تقریباً تمام هدفون های با اندازه کامل برای منابعی طراحی شده اند که با قانون 1/8 مطابقت دارند. نزدیک به صفر من هرگز هدفون های صوتی دوستی را ندیده ام. استفاده خانگی، با استاندارد 120 اهم باستانی طراحی شده است.

بهترین هدفون برای بهترین منابع:اگر نگاهی گذرا به تقویت‌کننده‌های هدفون پیشرفته و DAC بیندازید، متوجه می‌شوید که تقریباً همه آنها دارای امپدانس خروجی بسیار پایین هستند. البته اکثر هدفون های رده بالا زمانی که با تجهیزات کلاس مشابه جفت می شوند، بهترین عملکرد را دارند. مدل های مختلفاز Denon، AKG، Etymotic، Ultimate Ears، Westone، HiFiMAN و Audeze. همه آنها، تا آنجا که من می دانم، برای استفاده در ترکیب با منبعی با امپدانس کم (در حالت ایده آل صفر) طراحی شده اند. به همین ترتیب، یکی از نمایندگان Sennheiser به من گفت که آنها هدفون های صوتی دوست و قابل حمل خود را برای منابع امپدانس صفر طراحی می کنند.

پاسخ فرکانس QUESTION:اگر امپدانس خروجی بیشتر از 1/8 امپدانس هدفون باشد، پاسخ فرکانس ناهموار رخ می دهد. برای برخی از هدفون ها، به ویژه آرمیچر (آرمیچر متعادل) یا هدفون های چند درایور، این تفاوت ها می تواند بسیار زیاد باشد. در اینجا نحوه تأثیر 43 اهم امپدانس خروجی بر پاسخ فرکانسی Ultimate Ears SuperFi 5 آمده است - یک ناهمواری 12 دسی بل کاملاً محسوس:

امپدانس خروجی 10 اهم:برخی ممکن است به مثال بالا نگاه کنند و فکر کنند که چنین تفاوت های قابل توجهی فقط در 43 اهم ظاهر می شود. اما بسیاری از منابع امپدانس حدود 10 اهم دارند. در اینجا همان هدفون با منبع 10 اهم وجود دارد - هنوز ناهمواری 6 دسی بل به وضوح قابل شنیدن است. این منحنی به دلیل افت شدید 10 کیلوهرتز منجر به باس ضعیف، تاکید میانی قوی، اوج های خاموش و پاسخ فاز نامشخص می شود که می تواند بر تصویربرداری استریو تأثیر بگذارد.

سنهایزر با اندازه کامل:در اینجا سنهایزر HD590 با اندازه کامل با امپدانس افزایش یافته، با همان منبع 10 اهم وجود دارد. اکنون ریپل بالای 20 هرتز فقط کمی بیشتر از 1 دسی بل است. اگرچه 1 دسی بل زیاد نیست، اما ناهمواری در منطقه پایین پایانی "درون" است، جایی که هرگونه تاکید بسیار نامطلوب است:

میرایی چگونه کار می کند:هر راننده ای، خواه هدفون یا بلندگو باشد، با پخش موسیقی به جلو و عقب حرکت می کند. بنابراین، آنها ارتعاشات صوتی ایجاد می کنند که نشان دهنده یک جرم متحرک است. قوانین فیزیک بیان می کنند که یک جسم در حال حرکت تمایل دارد در حرکت بماند (یعنی اینرسی دارد). میرایی به جلوگیری از حرکات ناخواسته کمک می کند. بدون پرداختن به جزئیات زیاد، یک بلندگوی کم میرا در زمانی که باید متوقف می شد به حرکت خود ادامه می دهد. اگر بلندگو بیش از حد میرایی داشته باشد (که نادر است)، توانایی آن برای حرکت مطابق با سیگنال ورودی محدود است - بلندگوی را تصور کنید که سعی می کند در شربت افرا کار کند. تنها دو راه برای مرطوب کردن بلندگو وجود دارد - مکانیکی و الکتریکی.

ماشین های پرش:میرایی مکانیکی شبیه کمک فنر خودرو است. آنها مقاومت ایجاد می کنند، بنابراین اگر ماشین را تکان دهید، برای مدت طولانی بالا و پایین نمی پرد. اما ضربه گیر نیز به استحکام اضافه می کند زیرا به سیستم تعلیق اجازه نمی دهد موقعیت خود را کاملاً مطابق با زمین جاده تغییر دهد. بنابراین، در اینجا باید مصالحه ای پیدا کرد: کمک فنرهای نرم، سواری را نرم تر می کنند، اما منجر به تاب خوردن می شوند، در حالی که کمک فنرهای سخت، سواری را راحت تر می کنند، اما از تاب خوردن جلوگیری می کنند. میرایی مکانیکی همیشه یک مصالحه است.

کمال الکتریکی:بخور بهترین راهکنترل حرکت ناخواسته دیفیوزر نامیده می شود میرایی الکتریکی. سیم پیچ و آهنربا به صورت دینامیکی با هم تعامل دارند با آمپلی فایربرای کنترل حرکت دیفیوزر. این نوع میرایی عوارض جانبی کمتری دارد و به طراحان اجازه می دهد هدفون هایی با اعوجاج کمتر و صدای بهتر بسازند. مانند سیستم تعلیق خودرو که می‌تواند با دقت بیشتری با زمین جاده تنظیم شود، هدفون‌هایی که بهینه‌تر هستند می‌توانند سیگنال‌های صوتی را با دقت بیشتری تولید کنند. اما، و این یک لحظه حساس است، میرایی الکتریکی تنها زمانی موثر است که امپدانس خروجی تقویت کننده بسیار کمتر از امپدانس هدفون باشد. . اگر هدفون های 16 اهم را در یک آمپلی فایر با امپدانس خروجی 50 اهم اجرا کنید، میرایی الکتریکی از بین می رود. این بدان معناست که بلندگو در زمانی که باید متوقف شود متوقف نخواهد شد. مثل ماشینی با کمک فنرهای فرسوده. البته در صورت رعایت قانون 1/8، میرایی الکتریکی کافی خواهد بود.

تعلیق آکوستیک:در دهه 70، با محبوب شدن تقویت کننده های ترانزیستوری، وضعیت تغییر کرد. تقریباً تمام تقویت کننده های ترانزیستوری از قانون 1/8 پیروی می کنند. در واقع، اکثراً از قانون 1/50 پیروی می کنند - امپدانس خروجی آنها کمتر از 0.16 اهم است و ضریب میرایی آن 50 است. این به سازندگان بلندگو اجازه می دهد تا بلندگوهای بهتری طراحی کنند که از امپدانس خروجی کم استفاده کنند. اول از همه، اولین بلندگوهای تعلیق آکوستیک پشت بسته از Acoustic Research، Large Advents و دیگران ساخته شدند. این یک پیشرفت بزرگ برای hi-fi بود - به لطف تقویت‌کننده‌های جدید، اکنون می‌توان به شدت بر میرایی الکتریکی تکیه کرد. و حیف است که امروزه بسیاری از منابع 40 سال یا بیشتر از زندگی عقب مانده اند.

امپدانس خروجی دستگاه من چقدر است؟برخی از تولیدکنندگان روشن می کنند که هدفشان این است که امپدانس خروجی را تا حد امکان پایین نگه دارند (مانند بنچمارک)، در حالی که برخی دیگر ارزش واقعی محصولات خود را مشخص می کنند (مانند 50 اهم برای Behringer UCA202). متأسفانه اکثراً این معنی را یک رمز و راز می گذارند. برخی از بررسی‌های تجهیزات (مانند موارد موجود در این وبلاگ) شامل اندازه‌گیری امپدانس خروجی می‌شوند، زیرا این تا حد زیادی تعیین می‌کند که دستگاه با هدفون‌های خاص چگونه صدا خواهد کرد.

چرا بسیاری از منابع امپدانس خروجی بالایی دارند؟شایع ترین دلایل عبارتند از:

محافظ هدفون- منابع انرژی بالاتر با امپدانس خروجی پایین اغلب می توانند انرژی زیادی را به هدفون های امپدانس پایین تحویل دهند. برای محافظت از این هدفون در برابر آسیب، برخی از توسعه دهندگان امپدانس خروجی را افزایش می دهند. بنابراین، این یک مصالحه است که تقویت کننده را با بار تطبیق می دهد، اما به قیمت کاهش پارامترها برای اکثر هدفون ها. بهترین تصمیم- امکان انتخاب دو سطح افزایش. سطح پایینبه شما امکان می دهد ولتاژ خروجی کمتری را برای هدفون های امپدانس پایین تنظیم کنید. علاوه بر این، می توان از محدودیت جریان استفاده کرد، بنابراین منبع به طور خودکار جریان را به هدفون های کم امپدانس محدود می کند، حتی اگر سطح بهره خیلی زیاد باشد.
متفاوت بودن- برخی از توسعه دهندگان عمدا امپدانس خروجی را افزایش می دهند و ادعا می کنند که این کار باعث بهبود صدای دستگاه آنها می شود. این گاهی اوقات به عنوان راهی برای ایجاد صدایی متفاوت از محصولات رقیب استفاده می شود. اما پس از آن، هر "صدای فردی" که دریافت می کنید کاملاً به هدفونی که استفاده می کنید بستگی دارد. برای برخی از هدفون ها این به عنوان یک بهبود تلقی می شود، در حالی که برای برخی دیگر به احتمال زیاد بدتر شدن قابل توجه است. به احتمال زیاد صدا به طور قابل توجهی تحریف می شود.
ارزان است- امپدانس خروجی بالاتر بیشترین میزان را دارد راه حل سادهبرای منابع ارزان این راه ارزاندستیابی به ثبات، حفاظت از اتصال کوتاه ساده؛ همچنین امکان استفاده از کیفیت پایین تر را فراهم می کند تقویت کننده های عملیاتی، که در غیر این صورت مستقیماً حتی هدفون های 16 یا 32 اهمی را هدایت نمی کرد. با اتصال مقداری مقاومت به صورت سری به خروجی، تمام این مشکلات با هزینه یک سنت حل می شود. اما این راه حل ارزان قیمت به قیمت کاهش قابل توجه کیفیت صدا در بسیاری از مدل های هدفون است.

استثنائات قوانین:هدفون های مختلفی وجود دارد که ظاهراً برای استفاده از امپدانس خروجی بالا طراحی شده اند. من شخصاً در تعجب هستم که آیا این یک افسانه یا واقعیت است، زیرا من نمونه خاصی را نمی دانم. با این حال، امکان پذیر است. در این حالت، استفاده از این هدفون با منبع امپدانس پایین می‌تواند منجر به کاهش بیش از حد دینامیک باس و در نتیجه پاسخ فرکانسی متفاوت با آنچه توسعه‌دهنده برنامه‌ریزی شده است، شود. این ممکن است برخی از موارد "هم افزایی" را هنگامی که هدفون های خاصی با منبع خاصی ترکیب می شوند توضیح دهد. اما این تأثیر کاملاً ذهنی - برای برخی به عنوان بیان و جزئیات صدا و برای برخی دیگر - به عنوان سختی بیش از حد درک می شود. تنها راه برای دستیابی به عملکرد مناسب استفاده از منبع امپدانس کم و پیروی از قانون 1/8 است.

چگونه آن را ارزان بررسی کنیم:اگر نمی‌دانید که آیا کیفیت صدا به دلیل امپدانس خروجی منبع کاهش می‌یابد، می‌توانم پیشنهاد کنم آمپلی‌فایر FiiO E5 را با قیمت 19 دلار خریداری کنید. دارای خروجی امپدانس نزدیک به صفر است و برای اکثر هدفون های امپدانس کافی است

جمع:مگر اینکه کاملا مطمئن باشید که هدفون شما با امپدانس خروجی بالاتر صدای بهتری دارد، همیشه بهتر است از منابعی با امپدانس حداکثر 1/8 امپدانس هدفون استفاده کنید. یا حتی ساده تر: با امپدانس بیش از 2 اهم.

بخش فنی

امپدانس و مقاومت:این دو اصطلاح در برخی موارد به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما از نظر فنی تفاوت های قابل توجهی دارند. مقاومت الکتریکی با حرف نشان داده می شود آرو دارد همان مقداربرای همه فرکانس ها امپدانس الکتریکی کمیت پیچیده تری است و مقدار آن معمولاً با فرکانس متفاوت است. توسط راش مشخص شده است ز. برای اهداف این مقاله، واحدهای اندازه گیری برای هر دو کمیت اهم هستند.

ولتاژ و جریان:برای درک اینکه امپدانس چیست و این مقاله در مورد چیست، داشتن حداقل درک اولیه از ولتاژ و جریان مهم است. ولتاژ مشابه فشار آب است، در حالی که جریان مشابه جریان آب است (مثلا لیتر در دقیقه). اگر آب را از شلنگ باغچه خود بدون اتصال به انتهای آن خارج کنید، جریان آب زیادی (جریان) خواهید داشت و می توانید سطل را به سرعت پر کنید، اما فشار نزدیک به انتهای شلنگ تقریباً صفر خواهد بود. اگر از یک اتصال شلنگ کوچک استفاده کنید، فشار (کشش) بسیار بیشتر می شود و جریان آب کاهش می یابد (پر کردن همان سطل بیشتر طول می کشد). این دو مقدار رابطه معکوس دارند. رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت (و امپدانس، برای اهداف این مقاله) توسط قانون اهم تعیین می شود. R را می توان با Z جایگزین کرد.

قانون 1/8 از کجا می آید؟:حداقل اختلاف صدا در صدا که توسط شخص درک می شود حدود 1 دسی بل است. افت -1 دسی بل در امپدانس خروجی مربوط به ضریب 10^(-1/20) = 0.89 است. با استفاده از فرمول تقسیم کننده ولتاژ، متوجه می شویم که وقتی امپدانس خروجی 1/8 امپدانس بار باشد، ضریب دقیقاً 0.89 است، یعنی افت ولتاژ 1- دسی بل است. امپدانس هدفون می تواند در باند فرکانس صدا تا 10 یا بیشتر تغییر کند. امپدانس SuperFi 5 21 اهم است، اما در واقع بین 10 تا 90 اهم است. بنابراین قانون 1/8 حداکثر امپدانس خروجی 2.6 اهم را به ما می دهد. اگر ولتاژ منبع را 1 ولت در نظر بگیریم:

ولتاژ هدفون در امپدانس 21 اهم (اسمی) = 21 / (21+2.6) = 0.89 ولت
ولتاژ هدفون در امپدانس 10 اهم (حداقل) = 10 / (10+2.6) = 0.79 ولت
ولتاژ هدفون در امپدانس 90 اهم (حداکثر) = 90 / (90+2.6) = 0.97 ولت
مسطح بودن پاسخ فرکانس = 20*log(0.97/0.89) = 0.75 دسی بل (کمتر از 1 دسی بل)

اندازه گیری امپدانس خروجی:همانطور که از نمودار مدار بالا مشاهده می شود، مقاومت خروجی توسط یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل می شود. با اندازه گیری ولتاژ خروجی بدون اتصال بار و با بار مشخص می توان امپدانس خروجی را محاسبه کرد. این کار را می توان به راحتی با استفاده از ماشین حساب آنلاین انجام داد. ولتاژ بدون بار "ولتاژ ورودی" است، R2 مقاومت بار شناخته شده است (از استفاده در در این موردهدفون)، "ولتاژ خروجی" - ولتاژ هنگام اتصال یک بار. روی Compute کلیک کنید و امپدانس خروجی R1 مورد نظر را بدست آورید. این را می توان با استفاده از یک موج سینوسی 60 هرتز (مثلاً در Audacity تولید کرد)، یک مولتی متر دیجیتال و یک مقاومت 15 تا 33 اهم انجام داد. بیشتر مولتی مترهای دیجیتال دقت خوبی فقط در حدود 60 هرتز دارند. یک موج سینوسی 60 هرتز پخش کنید و صدا را طوری تنظیم کنید که ولتاژ خروجی تقریباً 0.5 ولت باشد. سپس یک مقاومت وصل کنید و مقدار ولتاژ جدید را ثبت کنید. برای مثال، اگر 0.5 ولت بدون بار و 0.38 ولت با بار 33 اهم دریافت کنید، امپدانس خروجی تقریباً 10 اهم است. فرمول در اینجا به شرح زیر است: Zist = (Rн * (Vхх - Vн)) / Vн. Vхх - ولتاژ بدون بار (بیکار).

هیچ هدفونی دارای امپدانس کاملاً مقاومتی نیست که در محدوده فرکانس صدا تغییر نمی کند. اکثریت قریب به اتفاق هدفون ها راکتانس هستند و امپدانس پیچیده ای دارند. با توجه به اجزای خازنی و القایی امپدانس هدفون، مقدار آن با فرکانس متفاوت است. به عنوان مثال، در اینجا امپدانس (زرد) و فاز (سفید) در مقابل فرکانس برای Super Fi 5 است. کمتر از 200 هرتز امپدانس فقط 21 اهم است. در بالای 200 هرتز تا 90 اهم در 1200 هرتز افزایش می یابد و سپس به 10 اهم در 10 کیلوهرتز کاهش می یابد:

هدفون با اندازه کامل:شاید برخی علاقه مند نباشند هدفون داخل گوشمانند Super Fi 5، بنابراین در اینجا امپدانس و فاز برای محبوب آمده است مدل های سنهایزر HD590. امپدانس همچنان متفاوت است: از 95 تا 200 اهم - تقریباً دو برابر شده است:

مواد:یکی از نمودارهای ابتدای مقاله پاسخ فرکانسی ناهمواری در حدود 12 دسی بل را برای SuperFi 5 که به منبعی با امپدانس 43 اهم متصل است نشان می دهد. اگر مقدار اسمی 21 اهم را به عنوان مرجع در نظر بگیریم و ولتاژ خروجی منبع را 1 ولت در نظر بگیریم، سطح ولتاژ در هدفون به صورت زیر خواهد بود:

سطح مرجع: 21 / (43 + 21) = 0.33 ولت - که مربوط به 0 دسی بل است
در حداقل امپدانس 9 اهم: 9 / (9 + 43) = 0.17 V = -5.6 دسی بل
در حداکثر امپدانس 90 اهم: 90 / (90 + 43) = 0.68 V = +6.2 دسی بل
محدوده = 6.2 + 5.6 = 11.8 دسی بل

سطوح میرایی:میرایی بلندگو، همانطور که قبلا توضیح داده شد، می تواند صرفاً مکانیکی (Qms) یا ترکیبی از میرایی الکتریکی (Qes) و مکانیکی باشد. کل میرایی با Qts نشان داده می شود. نحوه تعامل این پارامترها در فرکانس های پایین توسط مدل سازی Thiel-Small توضیح داده شده است. سطوح میرایی را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

میرایی بحرانی (Qts = 0.7) - بسیاری این مورد را ایده آل می دانند، زیرا عمیق ترین فرکانس های پایین را بدون هیچ گونه انحراف در پاسخ فرکانسی یا زنگ بیش از حد (حرکات مخروط کنترل نشده) ارائه می دهد. باس چنین بلندگوی معمولاً به عنوان "بالا"، "ترد" و "شفاف" تلقی می شود. اکثر مردم فکر می کنند که Qts 0.7 پاسخ گذرا ایده آل را ارائه می دهد.
میرایی بیش از حد (Qts
میرایی کم (Qts > 0.7) - مقداری تقویت فرکانس پایین با اوج در بالای محدوده فرکانس پایین امکان پذیر است. بلندگو به طور کامل کنترل نمی شود و در نتیجه زنگ بیش از حد ایجاد می شود (یعنی پس از محو شدن سیگنال الکتریکی، مخروط به سرعت از حرکت باز نمی ایستد). میرایی ضعیف منجر به انحراف در پاسخ فرکانسی می شود، باس با عمق کمتر، بد پاسخ مرحله ایو افزایش پاسخ فرکانسی در ناحیه مرز LF بالایی. میرایی ضعیف یک راه ارزان برای افزایش سطح بیس با هزینه کیفیت است. این تکنیک به طور فعال در هدفون های ارزان قیمت به منظور ایجاد "باس جعلی" استفاده می شود. صدای بلندگوهای کم میرا اغلب به عنوان بیس "بومی" یا "درهم" مشخص می شود. اگر هدفون شما برای میرایی الکتریکی طراحی شده است و از منبعی استفاده می کنید که امپدانس آن بیشتر از 1/8 امپدانس هدفون باشد، دقیقا همان فرکانس های کم میرایی را دریافت خواهید کرد. .

انواع میرایی:سه راه برای کاهش صدا/کنترل رزونانس وجود دارد:

میرایی الکتریکی- ما قبلاً قس را می شناسیم، شبیه ترمز احیا کننده در خودروهای الکتریکی هیبریدی است. وقتی ترمز می زنید، موتور الکتریکی با تبدیل شدن به یک ژنراتور و انتقال انرژی به باتری ها، سرعت خودرو را کاهش می دهد. اسپیکر نیز قادر به انجام همین کار است. اما اگر امپدانس خروجی تقویت کننده افزایش یابد، اثر ترمز تا حد زیادی کاهش می یابد - از این رو قانون 1/8.
میرایی مکانیکی- معروف به Qms، بیشتر شبیه کمک فنر ماشین است. همانطور که میرایی مکانیکی یک بلندگو را افزایش می دهید، سیگنال موسیقی را که آن را هدایت می کند محدود می کند و در نتیجه غیر خطی بودن بیشتر می شود. این باعث افزایش اعوجاج و کاهش کیفیت صدا می شود.
میرایی ناشی از بدنه- محفظه می تواند میرایی ایجاد کند، اما نیاز به بسته شدن آن دارد - یا با رفلکس باس تنظیم شده مناسب، یا با محدودیت کنترل شده. البته بسیاری از هدفون های بالا پشت باز هستند که امکان استفاده از میرایی ناشی از بدنه را مانند بلندگوهای آکوستیک از بین می برد.

سطح فشار:برای هدفون‌هایی که تناسب نسبتاً نزدیکی دارند، مانند هدفون‌های روی گوش با پدهای گوش نزدیک، طراح ممکن است احتمال میرایی اضافی از پینا را در نظر بگیرد. اما شکل سر، گوش ها، مدل مو، مناسب بودن هدفون، وجود عینک و عوامل دیگر این اثر را تقریبا غیرقابل پیش بینی می کند. برای هدفون های روی گوشی این ویژگی اصلاً در دسترس نیست. در زیر می توانید دو نمودار را مشاهده کنید که امپدانس سنهایزر HD650 را نشان می دهد. لطفاً توجه داشته باشید: پیک رزونانس در بیس در حالت باز دارای سطح 530 اهم است، اما هنگام استفاده از سر مصنوعی این مقدار به 500 اهم کاهش می یابد. دلیل این امر میرایی به دلیل فضای بسته ای است که توسط گوش و بالشتک های گوش ایجاد می شود.

نتیجه:امیدوارم اکنون مشخص شده باشد که تنها راه برای دستیابی به عملکرد موثر ترکیب هدفون-تقویت کننده، پیروی از قانون 1/8 است. در حالی که برخی از افراد ممکن است صدای امپدانس خروجی بالاتر را ترجیح دهند، این امر به شدت به مدل هدفون مورد استفاده، امپدانس خروجی و ترجیحات شخصی بستگی دارد. در حالت ایده آل، استاندارد جدیدی ایجاد می شود که توسعه دهندگان را ملزم می کند منابعی با امپدانس خروجی کمتر از 2 اهم تولید کنند.

اطلاعات از اسپانسر

KUPI.TUT.BY: کاتالوگ مناسب لپ تاپ، قیمت لپ تاپ. در اینجا می توانید لپ تاپ را با قیمت پایین انتخاب و خریداری کنید. سهولت پرداخت، تحویل، تضمین کیفیت.

مقاله اصلی به زبان انگلیسی: Headphone & Amp Impedance

چرا مقدار امپدانس خروجی منبع (تقویت کننده) اینقدر مهم است، چگونه با هدفون تعامل می کند و چه تأثیری دارد.

حق چاپ تاراس کووریجنکو 2009–2019

فکر می کنم خیلی ها می دانند که اگر ماشین روشن باشد و نور بالا، بخاری یا گرمکن شیشه عقب را روشن کنید، ولتاژ تولید شده توسط ژنراتور کاهش می یابد و در این حالت می گویند ولتاژ کاهش یافته است. این چه ارتباطی با الکترونیک دارد؟ در الکترونیک، همه چیز طبق سناریوی مشابهی اتفاق می افتد: اگر نوعی بار با مقاومت کم را به ژنراتور سیگنال وصل کنید، ولتاژ در پایانه های آن کاهش می یابد، دلیل این امر در هر دو مورد مقاومت داخلی ژنراتور است که معمولاً به صورت مقاومتی که به صورت سری به ژنراتور متصل است نشان داده می شود. مدار معادل ژنراتوردر تصویر زیر نشان داده شده است.

چرا معادل؟ زیرا در واقع مقاومت نشان داده شده در تصویر حداقل در یک ژنراتور خودرو از نظر فیزیکی وجود ندارد، اما به منظور در نظر گرفتن فرآیندهای رخ داده در داخل ژنراتور یا تقویت کننده و همچنین در مدارهای دیگر، توصیف آن راحت است. آنها را به این ترتیب.
بیایید به تمرین برویم، مقاومت خروجی ژنراتور سیگنال را اندازه گیری می کنیم.
ابتدا اسیلوسکوپ را مانند تصویر زیر به پایانه های مولد سیگنال وصل می کنیم و می بینیم که ولتاژ با چه مقدار خواهد بود.

اسیلوگرام نشان می دهد که مقدار ولتاژ دامنه 1 ولت است.
حالا بیایید یک پتانسیومتر را به پایانه های ژنراتور سیگنال وصل کرده و آن را بچرخانیم تا ولتاژ انتهای ژنراتور به نصف ولتاژ اندازه گیری شده قبلی یعنی 0.5 ولت برسد.

با مقاومت 51 اهم، افت ولتاژ در سراسر پتانسیومتر برابر با نصف ولتاژ مدار باز شد.
اگر به تصویر بالا نگاه کنید، می بینید که مقاومت داخلی ژنراتور و پتانسیومتری که وصل کردیم یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل می دهند و افت ولتاژ روی یک بازو برابر با نصف ولتاژ ژنراتور است، یعنی دقیقا نصف ولتاژ ژنراتور ولتاژ روی بازوی دوم باقی می ماند. از آنجایی که ولتاژ در مقاومت داخلی کاهش می یابد و پتانسیومتری که ما وصل کردیم برابر است، به این معنی است که مقاومت داخلی ژنراتور برابر با مقاومت پتانسیومتر است، یعنی 51 اهم.
اما مواردی وجود دارد که اندازه گیری ولتاژ ژنراتور در حالت آرام یعنی بدون بار امکان پذیر نیست، در این حالت دو اندازه گیری با مقاومت های مختلف انجام می شود و مقاومت ژنراتور با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود.

فرمول به شرح زیر است، ابتدا ولتاژ دو طرف R1 و R2 محاسبه می شود، درست مانند یک تقسیم کننده معمولی. در هر دو فرمول به دست آمده، ولتاژ ژنراتور وجود خواهد داشت، ما آن را از هر فرمول بیان می کنیم و قسمت های دیگر را معادل می کنیم. بعد، فقط باید Rg را بیان کنید و محاسبه کامل می شود.
اکنون می دانیم که چگونه مقاومت خروجی ژنراتور را اندازه گیری کنیم.

6.3. نصب و مطالعه تقویت کننده فرکانس پایین غیر پریودیک بر روی ترانزیستور دوقطبی

در تقویت کننده های بایپوترانزیستورهای قطبی از سه طرح اتصال ترانزیستور استفاده می کنند: با یک پایه مشترک، با یک امیتر مشترک، با یک کلکتور مشترک. گسترده ترین طرح اتصال با یک امیتر مشترک است.

به شما یادآوری می کنیم که مدارهای ورودی یک تقویت کننده حساس فرکانس پایین باید از سیم محافظ ساخته شوند.

برای مطالعه عملکرد تقویت کننده با توجه به نمودار مدار 6.6 شما می توانید یک تقویت کننده را با استفاده از آنچه در شکل نشان داده شده است جمع آوری کنید 6.8 تخته مدار.

هنگام نصب یک تقویت کننده، رعایت قطبیت اتصال خازن های الکترولیتی ضروری است. نمودار سیم کشی قطبیت اتصال تنها یک خازن الکترولیتی را نشان می دهد. قطبیت اتصال دو خازن دیگر توسط نمودار مدار تقویت کننده تعیین می شود. از آنجایی که خروجی ژنراتور سینوسی استاگر نوساناتی که برای آزمایش تقویت کننده ساخته شده استفاده می شود دارای ولتاژ ثابت نیستند، قطبیت خازن ها هنگام استفاده از ترانزیستورهای نوع n-p-n باید مطابق شکل 6.6 باشد و برای ترانزیستور نوع p-n-p - در شکل 6.7. .

از آنجایی که خازن های الکترولیتی راکتانس القایی دارند، خازن های سرامیکی با ظرفیت کم به موازات خازن های الکترولیتی در تقویت کننده های فرکانس پایین با کیفیت بالا قرار می گیرند.

اندازه گیری حساسیت و خروجی اسمی

قدرت تقویت کننده فرکانس پایین

مقدار اعوجاج هارمونیک مورد نیاز در خروجی تقویت کننده از پیش تنظیم شده است. کنترل ولوم تقویت کننده روی حداکثر میزان صدا تنظیم می شود و تون در موقعیت متوسط تنظیم می شود. تمام ابزارهای اندازه گیری به شبکه متصل هستند دستگاه ها و برق تقویت کننده را تامین می کند. از مولد صدا، از طریق یک تقسیم کننده ولتاژ روی مقاومت های R 1، R 2، یک ولتاژ سینوسی با فرکانس 1000 هرتز به ورودی تقویت کننده عرضه می شود. به تدریج ولتاژ سینوسی را در ورودی تقویت کننده افزایش دهید و همزمان اعوجاج هارمونیک سیگنال را در خروجی تقویت کننده اندازه گیری کنید. به محض اینکه اعوجاج هارمونیک به مقدار مشخصی رسید، ولتاژ را در خروجی تقویت کننده U N.OUT اندازه گیری کنید و ولتاژ ورودی تقویت کننده U N.IN را تعیین کنید. اگر ولت متر الکترونیکی حساس وجود نداشته باشد، پس از اندازه گیری ولتاژ با ولت متر الکترونیکی 1، ولتاژ ورودی تقویت کننده تعیین می شود. U 1 در ورودی تقسیم کننده ولتاژ (روی مقاومت های R 1 و R 2 - شکل. 6.9 ).

(6.1)

اگر حساسیت تقویت‌کننده کم باشد، می‌توانید بدون تقسیم‌کننده ولتاژ انجام دهید، زیرا ولتاژهای تداخلی که هنگام اتصال لیدهای آزمایشی به مدار ورودی تقویت‌کننده ایجاد می‌شوند، تأثیر قابل‌توجهی بر نتایج اندازه‌گیری ندارند.

ولتاژ ورودی U n.in حساسیت تقویت کننده را در یک اعوجاج هارمونیک معین در خروجی تقویت کننده مشخص می کند. توان خروجی نامی در بار Rn با فرمول تعیین می شود:

(6.2)

ضریب اعوجاج هارمونیک 5-8٪ را می توان تقریباً با استفاده از یک اسیلوسکوپ تعیین کرد. با چنین اعوجاج هارمونیک، اعوجاج موج سینوسی در صفحه اسیلوسکوپ قابل توجه است. تشخیص اعوجاج موج سینوسی با استفاده از اسیلوسکوپ دو پرتو و مقایسه سیگنال خروجی تقویت کننده با سیگنال ورودی آسان تر است.

بنابراین، اندازه گیری حساسیت و تعیین توان خروجی نامی تقویت کننده فرکانس پایین با اعوجاج هارمونیک سیگنال در خروجی تقویت کننده 5-8٪ بدون اعوجاج سنج هارمونیک امکان پذیر است. حداکثر توان خروجی تقویت کننده در اعوجاج هارمونیک 10٪ تعیین می شود.

اندازه گیری امپدانس ورودی تقویت کننده

امپدانس ورودی تقویت کننده فرکانس پایین معمولاً در فرکانس 1000 هرتز اندازه گیری می شود. اگر امپدانس ورودیورودی تقویت کننده R به طور قابل توجهی کمتر از مقاومت داخلی ولت متر مورد استفاده است، سپس برای تعیین مقاومت ورودی تقویت کننده، یک مقاومت به صورت سری به ورودی آن متصل می شود که مقاومت آن تقریباً برابر با مقاومت ورودی تقویت کننده است. همانطور که در شکل نشان داده شده است، دو ولت متر الکترونیکی به هم وصل شده اند 6.10 ، که در آن Rin امپدانس ورودی تقویت کننده است. تعیین مقاومت ورودی تقویت کننده به حل مشکل زیر ختم می شود: ولتاژهای U 1 و U 2 مشخص هستند که با ولت متر V 1 و V 2 نشان داده شده است ، مقاومت مقاومت R. برای تعیین رین لازم است. از آنجایی که مقاومت داخلی ولت متر V 2 به طور قابل توجهی بیشتر از مقاومت ورودی تقویت کننده است، پس:

(6.3)

اگر مقاومت ورودی تقویت کننده متناسب با مقاومت داخلی ولت متر باشد، تعیین Rin از این طریق غیرممکن است.

در این حالت، برای تعیین امپدانس ورودی تقویت کننده، دستگاه ها مطابق نمودار مونتاژ می شوند. 6.9 ، اما فقط بدون اعوجاج سنج هارمونیک. یک ولتاژ سینوسی با فرکانس 1000 هرتز به ورودی تقویت کننده عرضه می شود که از ولتاژ ورودی نامی تجاوز نمی کند. ولتاژ ورودی Uin1 و خروجی Uout1 تقویت کننده اندازه گیری شده و بهره ولتاژ K = Uout1 /Uin1 تعیین می شود. سپس مقاومت R به صورت سری با ورودی تقویت کننده متصل می شود و بدون تغییر ولتاژ در خروجی مولد صدا، ولتاژ خروجی تقویت کننده U out2 اندازه گیری می شود. ولتاژ در خروجی تقویت کننده کاهش یافته است، از زمانی که مقاومت R به صورت سری وصل شده استبا ورودی تقویت کننده، بخشی از ولتاژ خروجی ژنراتور در مقاومت R و بخشی از مقاومت ورودی Rin کاهش می یابد. بر اساس قوانین اتصال سریالمی توان نوشت:

Uدر 1 = یو آر + یو آرورودی (6.4)

(6.5)

اجازه دهید U Rin و U in1 را بر حسب ولتاژ در خروجی تقویت کننده بیان کنیم

(6.6) (6.7)

با جایگزینی (6.6) و (6.7) به (6.5) دریافت می کنیم:

(6.8)

از (6.8) عبارتی برای امپدانس ورودی تقویت کننده بدست می آوریم:

(6.9)

برای افزایش دقت در تعیین Rin لازم است که مقاومت مقاومت R باشد به همان ترتیب امپدانس ورودی تقویت کننده Rin.

اندازه گیری امپدانس خروجی تقویت کننده

امپدانس خروجی تقویت کننده از قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود

(6.10)

جایی که Rn مقاومت بار است، R in مقاومت داخلی (خروجی) منبع است. با توجه به اینکه ولتاژ در پایانه های منبع U = I× R n از (6.10) بدست می آوریم

U= e - من× آر vn (6.11)

بیایید Rn را خاموش کنیم، سپس جریان I بسیار کوچک خواهد بود، بنابراین، ولتاژ در پایانه های منبع U برابر با نیروی الکتروموتور خواهد بود. ه. بیایید R n را وصل کنیم. سپس افت ولتاژ داخل منبع (ه- U Rн) به افت ولتاژ در بار U Rн مربوط می شود زیرا مقاومت داخلی منبع به مقاومت بار مربوط می شود.

(6.12) (6.13)

برای تعیین دقیق تر مقاومت داخلی (خروجی) تقویت کننده، لازم است مقاومت R را به همان ترتیب داخلی در نظر بگیرید.

امپدانس خروجی یک تقویت کننده معمولاً در فرکانس 1000 هرتز اندازه گیری می شود. یک ولتاژ سینوسی 1000 هرتز از مولد صدا به ورودی تقویت کننده می رسد به طوری کهبه طوری که هنگام قطع بار، ضریب هارمونیک سیگنالدر خروجی تقویت کننده از مقدار مشخص شده برای یک مشخص تجاوز نمی کندتقویت کننده ارزش

برای تعیین مقاومت خروجی Rout، ولتاژ خروجی تقویت کننده را دو بار اندازه گیری کنید. هنگامی که بار قطع می شود، ولتاژ خروجی برابر با EMF خواهد بود و هنگامی که بار وصل می شود - U Rн.

امپدانس خروجی تقویت کننده با فرمول تعیین می شود

(6.14)

ساخت مشخصه دامنه

اطلاعات مهمکیفیت تقویت کننده را می توان از ویژگی های دامنه به دست آورد. برای اندازه گیری ویژگی های دامنه، ابزارها مطابق نمودار در شکل 1 مونتاژ می شوند. 6.9 ، به استثنای متر هارمونیک. از مولد صدا، یک ولتاژ سینوسی با فرکانس 1000 هرتز به ورودی تقویت کننده وارد می شود به طوری که تفاوت بین سیگنال خروجی تقویت کننده و سیگنال سینوسی محسوس می شود. مقدار ولتاژ ورودی حاصل تقریباً 1.5 برابر افزایش می یابد و ولتاژ خروجی تقویت کننده با یک ولت متر الکترونیکی اندازه گیری می شود. مقادیر به دست آمده از ولتاژ ورودی و خروجی تقویت کننده یکی از نقاط (بسیار شدید) از ویژگی های دامنه تقویت کننده را نشان می دهد. سپس با کاهش ولتاژ ورودی، وابستگی ولتاژ خروجی به ولتاژ ورودی حذف می شود. از ویژگی های دامنه تقویت کننده، بهره ولتاژ K = U out / U in به راحتی تعیین می شود. برای تعیین بهره، ولتاژهای ورودی و خروجی تقویت کننده باید در قسمت خطی مشخصه دامنه انتخاب شوند. در این حالت، بهره تقویت کننده به ولتاژ ورودی بستگی نخواهد داشت.

اندازه گیری سطح نویز یک تقویت کننده

دی برای تعیین سطح خود نویز تقویت کننده، ولتاژ خروجی آمپلی فایر را با اتصال مقاومتی به ورودی تقویت کننده که مقاومت آن برابر با مقاومت ورودی تقویت کننده است، اندازه گیری کنید. سطح نویز خود تقویت کننده در دسی بل بیان می شود - فرمول (5.6). برای کاهش تأثیر تداخل از میدان های الکترومغناطیسی خارجی، مدارهای ورودی تقویت کننده به دقت محافظت می شوند.

تعیین راندمان تقویت کننده

راندمان تقویت کننده با اعمال یک ولتاژ سینوسی با فرکانس 1000 هرتز مطابق با توان نامی خروجی به ورودی تعیین می شود. توان خروجی نامی را با استفاده از فرمول (6.2) تعیین کنید.

توان مصرفی تقویت کننده از منابع (منبع) با فرمول P 0 = I تعیین می شود× U ، جایی که I جریان مصرف شده از منبع است، U ولتاژ در پایانه های تقویت کننده در نظر گرفته شده برای اتصال منبع تغذیه است (نمودار اتصال آمپرمتر و ولت متر با در نظر گرفتن حداقل خطا در تعیین توان مصرف شده توسط تقویت کننده انتخاب شده است. بسته به آمپرمتر و ولت متر موجود).

تعیین محدوده فرکانس های تقویت شده

برای تعیین محدوده فرکانس های تقویت شده و ضریب اعوجاج فرکانس، یک مشخصه فرکانس (دامنه-فرکانس) ساخته شده است.

از تعریف مشخصه دامنه فرکانس یک تقویت کننده چنین است که برای ساخت آن، هر ولتاژ مربوط به بخش خطی مشخصه دامنه را می توان به ورودی تقویت کننده اعمال کرد. با این حال، اگر ولتاژ ورودی خیلی کم باشد، ممکن است خطاهای ناشی از نویز و زمزمه AC رخ دهد. در ولتاژهای ورودی بالا، غیر خطی بودن عناصر تقویت کننده ممکن است ظاهر شود. بنابراین، پاسخ دامنه فرکانس معمولاً در یک ولتاژ ورودی مطابق با توان خروجی برابر با 0.1 توان نامی گرفته می شود.

دستگاه‌های اندازه‌گیری ویژگی‌های دامنه فرکانس مطابق نمودار در شکل 1 مونتاژ می‌شوند. 6.9 و نیازی به اتصال متر هارمونیک و اسیلوسکوپ نیست.

محدوده فرکانس های تقویت شده با در نظر گرفتن اعوجاج فرکانس مجاز، از مشخصه دامنه فرکانس تعیین می شود. دامنه- پاسخ فرکانستقویت کننده وابستگی بهره ولتاژ به فرکانس است. از شکل 5.5 می توانید نحوه تعیین محدوده فرکانس های تقویت شده توسط تقویت کننده (پهنای باند) را با کاهش بهره در فرکانس های مرزی به 0.7 از حداکثر، که مربوط به ضریب اعوجاج فرکانس 3 دسی بل است، تعیین کنید.

(درباره کاهش اعوجاج بین مدولاسیون و صدا در بلندگوها)

تفاوت در صدای بلندگوها هنگام کار با UMZCH های مختلف برای اولین بار هنگام مقایسه تقویت کننده های لوله و ترانزیستور مشاهده می شود: طیف اعوجاج هارمونیک آنها اغلب به طور قابل توجهی متفاوت است. گاهی اوقات تفاوت های قابل توجهی بین تقویت کننده های همان گروه وجود دارد. به عنوان مثال، در یکی از مجلات صوتی، رتبه بندی های ارائه شده توسط یک لوله UMZCH با توان 12 و 50 وات به نفع کمتر قدرتمندتر بود. یا ارزیابی مغرضانه بود؟

به نظر ما نویسنده مقاله به طور قانع کننده ای یکی از دلایل عرفانی وقوع اعوجاج های گذرا و بین مدولاسیونی در بلندگوها را توضیح می دهد که در هنگام کار با UMZF های مختلف تفاوت قابل توجهی در صدا ایجاد می کند. همچنین روش های مقرون به صرفه ای را برای کاهش قابل توجه اعوجاج بلندگو ارائه می دهد که به سادگی با استفاده از اجزای مدرن پیاده سازی می شوند.

در حال حاضر به طور کلی پذیرفته شده است که یکی از الزامات تقویت کننده قدرت اطمینان از ثابت ماندن ولتاژ خروجی آن هنگام تغییر مقاومت بار است. به عبارت دیگر، مقاومت خروجی UMZCH باید در مقایسه با بار کوچک باشد و بیش از 1/10.1/1000 مقاومت ماژول (امپدانس) بار |Z n | نباشد. این دیدگاه در استانداردها و توصیه های متعدد و همچنین در ادبیات منعکس شده است. حتی چنین پارامتری مانند ضریب میرایی - Kd (یا ضریب میرایی) به طور ویژه معرفی شده است که برابر با نسبت مقاومت بار اسمی به مقاومت خروجی تقویت کننده R out PA است. بنابراین، با مقاومت بار نامی 4 اهم و امپدانس خروجی تقویت کننده 0.05 اهم، Kd برابر با 80 خواهد بود. استانداردهای فعلی برای تجهیزات HiFi ایجاب می کنند که ضریب میرایی تقویت کننده های با کیفیت بالا حداقل 20 باشد (و این چنین است. توصیه می شود کمتر از 100). برای اکثر تقویت کننده های ترانزیستوری موجود در بازار، Kd بیشتر از 200 است.
استدلال به نفع خروجی R کوچک PA (و بر این اساس، K d بالا) به خوبی شناخته شده است: این برای اطمینان از تعویض پذیری تقویت کننده ها و سیستم های صوتیبه دست آوردن میرایی موثر و قابل پیش بینی رزونانس اصلی (فرکانس پایین) بلندگو و همچنین راحتی در اندازه گیری و مقایسه ویژگی های تقویت کننده ها. اما با وجود مشروعیت و اعتبار ملاحظات فوق، نتیجه گیری در مورد لزوم چنین نسبتی، به نظر نگارنده، اساسا اشتباه است!

نکته این است که این نتیجه گیری بدون در نظر گرفتن فیزیک عملکرد سرهای بلندگوهای الکترودینامیکی (SG) انجام شده است. اکثریت قریب به اتفاق توسعه دهندگان تقویت کننده صادقانه معتقدند که تنها چیزی که از آنها لازم است تولید ولتاژ مورد نیاز در یک مقاومت بار معین با کمترین اعوجاج ممکن است. به نظر می رسد طراحان بلندگوها به نوبه خود باید فرض کنند که محصولات آنها از تقویت کننده هایی با امپدانس خروجی ناچیز تغذیه می شود. به نظر می رسد همه چیز ساده و واضح است - چه سؤالاتی می تواند وجود داشته باشد؟

با این وجود، سؤالاتی وجود دارد، و سؤالاتی بسیار جدی. مسئله اصلی مسئله اندازه است اعوجاج درون مدولاسیونیزمانی که GG از یک تقویت کننده با مقاومت داخلی ناچیز (منبع ولتاژ یا منبع EMF) کار می کند، معرفی می شود.

امپدانس خروجی تقویت کننده چه ربطی به این موضوع دارد؟ من را گول نزن!» - خواننده خواهد گفت. - و او اشتباه خواهد کرد. با وجود این واقعیت که واقعیت این وابستگی به ندرت ذکر می شود، مستقیماً انجام می دهد. در هر صورت یافت نشد آثار مدرن، که این تأثیر را بر همهپارامترهای مسیر الکتروآکوستیک انتها به انتها - از ولتاژ ورودی تقویت کننده تا ارتعاشات صدا. هنگام بررسی این موضوع، قبلاً به دلایلی به تجزیه و تحلیل رفتار GG در نزدیکی تشدید اصلی در فرکانس‌های پایین‌تر محدود می‌شدیم، در حالی که چیزهای جالب کمتری در فرکانس‌های بسیار بالاتر - چند اکتاو بالاتر از فرکانس تشدید - اتفاق نمی‌افتد.

این مقاله قصد دارد این شکاف را پر کند. باید گفت که به منظور افزایش دسترسی، ارائه بسیار ساده و طرحواره شده است، بنابراین تعدادی از مسائل "لطیف" بررسی نشده باقی مانده است. بنابراین، برای درک اینکه چگونه امپدانس خروجی UMZCH بر اعوجاج درون مدولاسیون در بلندگوها تأثیر می‌گذارد، باید به یاد داشته باشیم که فیزیک انتشار صدا توسط یک دیفیوزر GG چیست.

در زیر فرکانس تشدید اصلی، هنگامی که یک ولتاژ سیگنال سینوسی به سیم پیچ سیم پیچ صوتی GG اعمال می شود، دامنه جابجایی دیفیوزر آن توسط مقاومت الاستیک تعلیق (یا هوای فشرده شده در یک جعبه بسته) تعیین می شود و تقریبا مستقل از فرکانس سیگنال. عملکرد GG در این حالت با اعوجاج های زیاد و بازگشت بسیار کم سیگنال صوتی مفید (بازده بسیار پایین) مشخص می شود.

در فرکانس تشدید اصلی، جرم دیفیوزر، همراه با جرم نوسانی هوا و خاصیت ارتجاعی تعلیق، یک سیستم نوسانی شبیه وزن یک فنر را تشکیل می‌دهند. راندمان تابش در این محدوده فرکانسی نزدیک به حداکثر برای این GG است.

بالاتر از فرکانس تشدید اصلی، نیروهای اینرسی دیفیوزر، همراه با جرم هوای نوسانی، بیشتر از نیروهای الاستیک تعلیق است، بنابراین جابجایی دیفیوزر با مربع نسبت معکوس دارد. فرکانس با این حال، شتاب دیفیوزر از نظر تئوری مستقل از فرکانس است، که یکنواختی پاسخ فرکانس را از نظر فشار صدا تضمین می کند. در نتیجه، برای اطمینان از یکنواختی پاسخ فرکانسی GG در فرکانس‌های بالاتر از فرکانس تشدید اصلی، لازم است نیرویی با دامنه ثابت از سمت سیم پیچ صوتی به دیفیوزر اعمال شود، مطابق قانون دوم نیوتن (F= m*a).

نیروی وارد بر دیفیوزر از سیم پیچ صوتی متناسب با جریان موجود در آن است. هنگامی که GG به منبع ولتاژ U متصل می شود، جریان I در سیم پیچ صوتی در هر فرکانس از قانون اهم I(f) = U/Z g (f) تعیین می شود، که در آن Z g (f) وابسته به فرکانس است. مقاومت پیچیده سیم پیچ صدا این در درجه اول توسط سه کمیت تعیین می شود: مقاومت فعال سیم پیچ صدا Rg (اندازه گیری شده با اهم متر)، القایی L g جریان نیز تحت تاثیر EMF برگشتی است که زمانی که سیم پیچ صدا در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند و متناسب با سرعت حرکت است.

در فرکانس های به طور قابل توجهی بالاتر از رزونانس اصلی، می توان از مقدار back-EMF چشم پوشی کرد، زیرا پخش کننده با سیم پیچ صدا به سادگی زمان شتاب در نیمی از دوره فرکانس سیگنال را ندارد. بنابراین، وابستگی Zg (f) بالاتر از فرکانس تشدید اصلی عمدتاً توسط مقادیر Rg و Lg تعیین می شود.

بنابراین، نه مقاومت Rg و نه اندوکتانس Lg ثابت نیستند. مقاومت سیم پیچ صدا به شدت به دما بستگی دارد (TCR مس حدود 0.35% / درجه سانتیگراد است) و دمای سیم پیچ صدای فرکانس متوسط GG با اندازه کوچک در طول عملکرد عادی 30...50 درجه تغییر می کند. C و خیلی سریع - در ده ها میلی ثانیه و کمتر. بر این اساس، مقاومت سیم پیچ صدا، و در نتیجه جریان عبوری از آن، و فشار صوت در یک ولتاژ اعمالی ثابت به میزان 10...15٪ تغییر می کند، ایجاد اعوجاج درون مدولاسیونی در بزرگی مربوطه (در GG های فرکانس پایین، حرارتی). که اینرسی زیاد است، گرم کردن سیم پیچ صدا باعث اثر فشرده سازی حرارتی سیگنال می شود).

تغییرات اندوکتانسی حتی پیچیده تر است. دامنهو فازجریان عبوری از سیم پیچ صوتی در فرکانس های به طور قابل توجهی بالاتر از رزونانس تا حد زیادی توسط بزرگی اندوکتانس تعیین می شود. و این بسیار به موقعیت سیم پیچ صدا در شکاف بستگی دارد: با دامنه جابجایی نرمال برای فرکانس هایی که فقط کمی بالاتر از فرکانس تشدید اصلی است، اندوکتانس برای GG های مختلف 15 ... 40٪ تغییر می کند. بر این اساس، در توان نامی عرضه شده به بلندگو، اعوجاج intermodulation می تواند به 10 ... 25٪ برسد.

موارد فوق با عکسی از اسیلوگرام های فشار صدا که بر روی یکی از بهترین GG های فرکانس متوسط داخلی - 5GDSH-5-4 گرفته شده است، نشان داده شده است. بلوک دیاگرام تنظیم اندازه گیری در شکل نشان داده شده است.

یک جفت ژنراتور و دو تقویت کننده به عنوان منبع سیگنال دو رنگی استفاده می شود که بین خروجی های آن ژنراتور آزمایشی متصل است و روی صفحه آکوستیک با مساحت حدود 1 متر مربع نصب شده است. دو تقویت کننده مجزا با ذخیره توان زیاد (400 وات) برای جلوگیری از ایجاد اعوجاج میان مدولاسیون در هنگام عبور سیگنال دو رنگ از مسیر تقویت استفاده می شود. فشار صوتی ایجاد شده توسط هد توسط یک میکروفون نواری الکترودینامیکی درک شد که اعوجاج غیرخطی آن کمتر از -66 دسی بل در سطح فشار صوتی 130 دسی بل است. فشار صوتی چنین بلندگوی در این آزمایش تقریباً 96 دسی بل بود، به طوری که اعوجاج میکروفون در این شرایط را می توان نادیده گرفت.

همانطور که در اسیلوسکوپ های روی صفحه نمایش اسیلوسکوپ بالایی (بالایی - بدون فیلتر، پایینی - پس از فیلتر بالا گذر) مشاهده می شود، مدولاسیون یک سیگنال با فرکانس 4 کیلوهرتز تحت تاثیر دیگری با فرکانس 300 هرتز (با توان روی هد 2.5 وات) بیش از 20٪ است. این مربوط به مقدار اعوجاج intermodulation در حدود 15٪ است. به نظر می رسد نیازی به یادآوری نیست که آستانه قابل توجه بودن محصولات اعوجاج درون مدولاسیون بسیار کمتر از یک درصد است و در برخی موارد به صدم درصد می رسد. واضح است که اعوجاج های UMZCH، مگر اینکه ماهیت "نرم" داشته باشند و از چند صدم درصد تجاوز نکنند، در مقابل پس زمینه اعوجاج در بلندگو ناشی از عملکرد آن از منبع ولتاژ، به سادگی قابل تشخیص نیستند. محصولات اعوجاج Intermodulation شفافیت و جزئیات صدا را از بین می برند - شما یک "فرنی" دریافت می کنید که در آن سازها و صداهای فردی فقط گاهی اوقات شنیده می شود. این نوع صدا احتمالاً برای خوانندگان شناخته شده است ( تست خوبگرامافون یک گروه کر کودکان می تواند به عنوان یک شمارنده برای تحریف عمل کند).

کارشناسان ممکن است استدلال کنند که راه‌های زیادی برای کاهش تغییرپذیری امپدانس سیم‌پیچ صوتی وجود دارد: پر کردن شکاف با یک سیال مغناطیسی خنک‌کننده، نصب کلاهک‌های مسی روی هسته‌های سیستم مغناطیسی، و انتخاب دقیق مشخصات هسته و چگالی سیم‌پیچ سیم‌پیچ، و خیلی بیشتر. اما تمام این روش ها اولاً مشکل را در اصل حل نمی کنند و ثانیاً منجر به پیچیدگی و افزایش هزینه تولید GG می شوند که در نتیجه حتی در بلندگوهای استودیویی نیز به طور کامل از آنها استفاده نمی شود. به همین دلیل است که اکثر GGهای فرکانس متوسط و فرکانس پایین نه درپوش مسی دارند و نه سیال مغناطیسی (در چنین GGها، هنگام کار بر روی قدرت کاملمایع اغلب از شکاف خارج می شود).

در نتیجه، تغذیه GG از یک منبع سیگنال با مقاومت بالا (در حد - از منبع جریان) یک راه مفید و مناسب برای کاهش اعوجاج درون مدولاسیونی آنها است، به ویژه در هنگام ساخت سیستم‌های صوتی فعال چند باند. میرایی رزونانس اصلی در این مورد باید صرفاً به صورت صوتی انجام شود، زیرا ضریب کیفیت آکوستیک ذاتی GGهای فرکانس متوسط، به طور معمول، به طور قابل توجهی از وحدت فراتر می رود و به 4...8 می رسد.

جالب است که دقیقاً این حالت از منبع تغذیه "جریان" GG در لوله های UMZCH با خروجی پنتود یا تترود با OOS کم عمق (کمتر از 10 دسی بل) رخ می دهد، به خصوص در حضور OOS محلی از نظر جریان در شکل. مقاومت در مدار کاتد

در طول فرآیند راه اندازی چنین تقویت کننده ای، اعوجاج آن بدون بازخورد کلی معمولاً در 2.5٪ است و هنگام اتصال به شکست در مسیر کنترل (روش مقایسه با "سیم مستقیم") به وضوح از طریق گوش قابل توجه است. با این حال، پس از اتصال آمپلی فایر به یک بلندگو، مشخص می شود که با افزایش عمق بازخورد، ابتدا صدا بهبود می یابد و سپس جزئیات و شفافیت از بین می رود. این امر به ویژه در تقویت کننده های چند باندی قابل توجه است که مراحل خروجی آن مستقیماً روی سر بلندگوهای مربوطه بدون هیچ فیلتری کار می کند.

دلیل این، در نگاه اول، پدیده متناقض این است که با افزایش عمق OOS در ولتاژ، امپدانس خروجی تقویت کننده به شدت کاهش می یابد. پیامدهای منفی تغذیه GG از یک UMZCH با مقاومت خروجی کم در بالا مورد بحث قرار گرفته است. در تقویت‌کننده‌های تریود، امپدانس خروجی معمولاً بسیار کمتر از تقویت‌کننده‌های پنتود یا تترود است و خطی بودن قبل از معرفی OOS بیشتر است، بنابراین وارد کردن OOS در ولتاژ عملکرد یک تقویت‌کننده منفرد را بهبود می‌بخشد، اما در عین حال. زمان بیشتر عملکرد سر بلندگو را بدتر می کند. در نتیجه، در نتیجه معرفی بازخورد منفی در مورد ولتاژ خروجی به تقویت کننده تریود، علیرغم بهبود ویژگی های خود تقویت کننده، صدا ممکن است واقعا بدتر شود! این واقعیت تجربی ثابت شده به عنوان غذای پایان ناپذیری برای حدس و گمان در مورد مضرات استفاده از بازخورد در تقویت‌کننده‌های قدرت صوتی، و همچنین حدس و گمان در مورد شفافیت لوله خاص و طبیعی بودن صدا است. با این حال، از حقایق مورد بحث در بالا، به وضوح نتیجه می گیرد که موضوع در حضور (یا عدم وجود) خود OOS نیست، بلکه در امپدانس خروجی حاصل از تقویت کننده است. اینجاست که "سگ دفن شده"!

ارزش گفتن چند کلمه در مورد استفاده از مقاومت خروجی منفی UMZCH را دارد. بله، بازخورد جریان مثبت (POF) به تضعیف GG در فرکانس تشدید اساسی و کاهش توان تلف شده در سیم پیچ صوتی کمک می کند. با این حال، برای سادگی و کارایی میرایی، باید برای افزایش تأثیر اندوکتانس GG بر ویژگی‌های آن، حتی در مقایسه با حالت کار از منبع ولتاژ، هزینه کرد. این به دلیل این واقعیت است که ثابت زمانی L g / R g با یک بزرگتر برابر با L g / جایگزین می شود. بر این اساس، فرکانس کاهش می‌یابد، از آنجایی که راکتانس القایی در مجموع امپدانس‌های سیستم "GG + UMZCH" تسلط پیدا می‌کند. به طور مشابه، تأثیر تغییرات حرارتی در مقاومت فعال سیم پیچ صدا افزایش می یابد: مجموع مقاومت در حال تغییر سیم پیچ صدا و مقاومت منفی ثابت خروجی تقویت کننده بیشتر به عنوان درصد تغییر می کند.

البته اگر R خارج شود. مقدار مطلق PA از 1/3 ... 1/5 مقاومت فعال سیم پیچ صدا تجاوز نمی کند، از دست دادن از معرفی PIC کم است. بنابراین، یک PIC جریان ضعیف را می توان برای میرایی کوچک اضافی یا برای تنظیم دقیق ضریب کیفیت در باند فرکانس پایین استفاده کرد. علاوه بر این، PIC فعلی و حالت منبع فعلی در UMZCH با یکدیگر سازگار نیستند، در نتیجه منبع فعلی GG در باند فرکانس پایین، متأسفانه، همیشه قابل اجرا نیست.

ما ظاهراً اعوجاج درون مدولاسیون را کشف کرده ایم. اکنون باقی مانده است که سؤال دوم را در نظر بگیریم - بزرگی و مدت زمان رنگ هایی که در پخش کننده GG هنگام بازتولید سیگنال های پالس ظاهر می شوند. این سوال بسیار پیچیده تر و ظریف تر است.

از نظر تئوری دو احتمال برای از بین بردن این موارد وجود دارد. اولین مورد این است که همه فرکانس های تشدید را فراتر از محدوده فرکانس عملیاتی، به ناحیه سونوگرافی دوردست (50 ... 100 کیلوهرتز) منتقل کنید. این روش در ساخت GGهای کم مصرف با فرکانس بالا و برخی میکروفون های اندازه گیری استفاده می شود. در رابطه با GG، این روش یک دیفیوزر "سخت" است.

بنابراین، گزینه سوم نیز امکان پذیر است - استفاده از یک GG با یک دیفیوزر نسبتا "سفید" و معرفی میرایی صوتی آن. در این صورت می توان تا حدودی مزایای هر دو رویکرد را با هم ترکیب کرد. بلندگوهای مانیتور استودیویی (مانیتورهای بزرگ) اغلب به این صورت ساخته می شوند. به طور طبیعی، هنگامی که یک GG میرایی از منبع ولتاژ تغذیه می شود، پاسخ فرکانس به دلیل افت شدید ضریب کیفیت کل تشدید اصلی به طور قابل توجهی تحریف می شود. در این مورد، منبع فعلی نیز ترجیح داده می شود، زیرا به یکسان کردن پاسخ فرکانس کمک می کند و در عین حال اثر فشرده سازی حرارتی را از بین می برد.

با جمع بندی موارد فوق، می توان به نتایج عملی زیر دست یافت:

1. کارکردن سر بلندگو از یک منبع جریان (برخلاف منبع ولتاژ) کاهش قابل توجهی در اعوجاج میان مدولاسیون ایجاد شده توسط خود هد ایجاد می کند.

2. مناسب ترین گزینه طراحی برای یک بلندگو با اعوجاج کم مدولاسیون، یک بلندگوی چند باند فعال است که دارای فیلتر متقاطع و تقویت کننده های جداگانه برای هر باند است. با این حال، این نتیجه گیری صرف نظر از رژیم غذایی GG معتبر است.

4. برای به دست آوردن امپدانس خروجی بالا تقویت کننده و حفظ مقدار کم اعوجاج آن، لازم است از فیدبک نه در ولتاژ، بلکه در جریان استفاده شود.

البته، نویسنده درک می کند که روش پیشنهادی برای کاهش اعوجاج یک دارو نیست. علاوه بر این، در صورت استفاده از یک بلندگوی چند طرفه آماده، تامین جریان به تک تک GG های آن بدون تغییر غیرممکن است. تلاش برای اتصال یک بلندگوی چند باند به طور کلی به یک تقویت کننده با امپدانس خروجی بالا منجر به کاهش اعوجاج نمی شود، بلکه منجر به اعوجاج شدید پاسخ فرکانس و در نتیجه عدم تعادل تونال می شود. . با این اوصاف کاهش اعوجاج درون مدولاسیونی GG تقریباً با یک مرتبه بزرگی، و با چنین روش در دسترس، به وضوح سزاوار توجه شایسته است.

S.AGEEV، مسکو

معمولاً به موضوع تطبیق مقاومت توجه کافی نمی شود. هدف این بخش تشریح اصول و تمرین تطبیق امپدانس است.

امپدانس ورودی هر وسیله الکتریکی که برای کار کردن به سیگنال نیاز دارد دارای امپدانس ورودی است. درست مانند هر مقاومت دیگری (به ویژه مقاومت در مدارهای DC)، مقاومت ورودی یک دستگاه اندازه گیری جریانی است که از مدار ورودی در هنگام اعمال ولتاژ خاصی به ورودی می گذرد.

به عنوان مثال، امپدانس ورودی یک لامپ 12 ولتی که 0.5 A مصرف می کند، 12/0.5 = 24 اهم است. یک لامپ یک مثال ساده از مقاومت است، زیرا می دانیم که چیزی جز یک رشته در آن وجود ندارد. از این منظر، امپدانس ورودی مداری مانند تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی ممکن است تا حدودی پیچیده تر به نظر برسد. در نگاه اول وجود خازن ها، مقاومت ها و نیمه هادی ها در مدار اتصالات p-nتعیین امپدانس ورودی را دشوار می کند. با این حال، هر مدار ورودی، مهم نیست که چقدر پیچیده باشد، می تواند به عنوان یک امپدانس ساده نشان داده شود، همانطور که در شکل 2.18 انجام شده است. اگر UВХ ولتاژ سیگنال ورودی متناوب باشد و IВХ جریان متناوبی است که از مدار ورودی می گذرد، امپدانس ورودی برابر است با ZВХ = UВХ/IВХ [اهم].

برای اکثر مدارها، امپدانس ورودی مقاومتی (اهمی) در محدوده فرکانس وسیعی است که در آن تغییر فاز بین ولتاژ ورودی و جریان ورودی ناچیز است. در این حالت، مدار ورودی مانند شکل 1 به نظر می رسد. 2.19، قانون اهم معتبر است و نیازی به جبر اعداد مختلط و نمودارهای برداری اعمال شده در مدارهای دارای عناصر راکتیو نیست.

شکل 2.18. مدار با یک جفت پایانه ورودی که مفهوم امپدانس ورودی ZBX را نشان می دهد

با این حال، توجه به این نکته مهم است که ماهیت اهمی امپدانس ورودی لزوماً به این معنی نیست که می توان آن را در DC اندازه گیری کرد. ممکن است اجزای واکنشی در مسیر سیگنال ورودی (مانند خازن کوپلینگ) وجود داشته باشد که برای سیگنال AC در فرکانس‌های متوسط بی‌اهمیت باشند، اما اجازه اندازه‌گیری روی هدف ورودی DC را نمی‌دهند. بر اساس موارد فوق، با بررسی بیشتر فرض می کنیم که امپدانس کاملاً ماهیت اهمی دارد و Z = R است.

اندازه گیری مقاومت ورودی ولتاژ ورودی را می توان به راحتی با استفاده از اسیلوسکوپ یا ولت متر اندازه گیری کرد ولتاژ AC. با این حال، اندازه گیری جریان متناوب به این راحتی امکان پذیر نیست، به خصوص زمانی که مقاومت ورودی بالا باشد. مناسب ترین روش برای اندازه گیری مقاومت ورودی در شکل 2.19 نشان داده شده است.

شکل 2.19. اندازه گیری امپدانس ورودی

یک مقاومت با مقاومت شناخته شده R بین ژنراتور و ورودی مدار مورد مطالعه متصل می شود. سپس، با استفاده از یک اسیلوسکوپ یا یک ولت متر ولتاژ متناوب با ورودی با مقاومت بالا، ولتاژهای U1 و U2 در دو طرف مقاومت R اندازه گیری می شوند. اگر IВХ یک جریان ورودی متناوب باشد، طبق قانون اهم، ولتاژ کاهش می یابد. در سراسر مقاومت برابر با U1 - U2 = RIВХ. از این رو I ВХ = (U1 - U2)/R، R ВХ = U2 / R. بنابراین اگر مدار مورد مطالعه تقویت‌کننده باشد، اغلب راحت‌ترین راه برای تعیین U1 و U2 با انجام اندازه‌گیری‌ها در خروجی تقویت‌کننده است: U1 زمانی اندازه‌گیری می‌شود که ژنراتور مستقیماً به ورودی متصل است، و U2 هنگام اتصال در ورودی اندازه‌گیری می‌شود. سری با ورودی مقاومت R. از آنجایی که عبارت RВХ فقط حاوی نسبت U1/U2 است، بهره هیچ نقشی ندارد. فرض بر این است که ولتاژ در خروجی ژنراتور هنگام انجام این اندازه‌گیری‌ها ثابت می‌ماند. در اینجا یک مثال بسیار ساده آورده شده است: اگر اتصال یک مقاومت با مقاومت 10 کیلو اهم به صورت سری با ورودی باعث کاهش ولتاژ در خروجی تقویت کننده به نصف شود، U1 / U2 = 2 و RВХ = 10 کیلو اهم.

امپدانس خروجی مثالی که ایده‌ای از مقاومت خروجی ارائه می‌کند این است: چراغ‌های جلوی خودرو هنگام کار استارت کمی کم‌نور می‌شوند. جریان بالایی که توسط استارت کشیده می شود باعث افت ولتاژ داخل باتری می شود و باعث می شود ولتاژ در پایانه های آن کاهش یابد و نور چراغ های جلو کمتر شود. این افت ولتاژ در مقاومت خروجی باتری رخ می دهد که شاید بهتر به عنوان مقاومت داخلی یا منبع شناخته شود.

بیایید این ایده را گسترش دهیم تا تمام مدارهای خروجی، از جمله مدارهای DC و AC، که همیشه مقاومت خروجی مشخصی به منبع ولتاژ متصل هستند، در بر گیرد. در کاربرد چنین توصیف ساده حتی برای بیشتر طرح های پیچیدهقاعده ای که می گوید هر مداری با مقاومت ها و منبع هایی که دارای دو ترمینال خروجی باشد را می توان با یک مقاومت و یک منبع متصل به صورت سری جایگزین کرد، قانع کننده است. در اینجا، کلمه "منبع" باید به عنوان یک جزء ایده آل درک شود که ولتاژ تولید می کند و حتی زمانی که جریان از آن گرفته می شود، این ولتاژ را ثابت نگه می دارد. شرح مدار خروجی در شکل نشان داده شده است. 2.20، جایی که ROUT امپدانس خروجی است و U ولتاژ خروجی مدار باز است، یعنی ولتاژ در خروجی مدار باز.

شکل 2.20. مدار معادل مدار خروجی

هنگام بحث در مورد مقاومت ورودی و خروجی، مناسب است به مفهومی که برای اولین بار ظاهر می شود توجه شود: مدار معادل. تمام نمودارها در شکل 2.18، 2.19 و 2.20 مدارهای معادل هستند. آنها لزوماً منعکس کننده اجزاء و اتصالات واقعی در دستگاه های مورد نظر نیستند. این نمودارها نمایش مناسبی هستند که برای درک نحوه رفتار یک دستگاه مفید است.

برنج. 2.20 نشان می دهد که در موردی که یک مقاومت یا پایانه های ورودی دستگاه دیگر به پایانه های خروجی متصل می شود، بخشی از ولتاژ منبع U در مقاومت داخلی منبع کاهش می یابد.

اندازه گیری مقاومت خروجی یک روش ساده برای اندازه گیری مقاومت خروجی از نمودار شکل 2.20 نشان داده شده است. اگر پایانه های خروجی اتصال کوتاه دارند، جریان اتصال کوتاه ISC را تغییر دهید و در نظر بگیرید که با جریانی که از مقاومت ROUT در نتیجه اعمال ولتاژ U به آن می گذرد، منطبق است، سپس به دست می آوریم: ROUT = U/ISC. . ولتاژ U ارائه شده به مدار توسط منبع در پایانه های خروجی در حالت "بدون بار" اندازه گیری می شود، یعنی در یک جریان خروجی ناچیز. بنابراین، امپدانس خروجی را می توان به راحتی به عنوان نسبت ولتاژ مدار باز به جریان اتصال کوتاه به دست آورد.

با در نظر گرفتن این روش اساسی برای تعیین مقاومت خروجی، باید گفت که در این راه موانعی در اندازه گیری جریان اتصال کوتاه خروجی در بیشتر موارد وجود دارد. معمولاً در طول یک اتصال کوتاه، شرایط عملکرد مدار نقض می شود و نمی توان نتایج قابل اعتمادی به دست آورد. در برخی موارد، برخی از اجزاء ممکن است از کار بیفتند و قادر به تحمل بار غیرعادی بزرگ نباشند. یک تصویر ساده از عدم کاربرد روش اتصال کوتاه: سعی کنید امپدانس خروجی شبکه AC را اندازه گیری کنید! علیرغم این کاستی ها از نقطه نظر عملی، استفاده از این روش در استنباط تئوری امپدانس خروجی مدار موجه است و در ادامه این فصل مورد استفاده قرار می گیرد.

یک روش عملی برای اندازه گیری مقاومت خروجی در شکل 2.21 نشان داده شده است. در اینجا، ولتاژ خروجی مدار باز توسط یک ولت متر یا اسیلوسکوپ با ورودی با مقاومت بالا اندازه گیری می شود، و سپس پایانه های خروجی با باری با مقاومت شناخته شده R دور می زنند. ولتاژ خروجی کاهش یافته با یک بار متصل مستقیماً توسط همان ابزار اندازه گیری مقدار ROUT را می توان به عنوان نسبت مقدار کاهش ولتاژ به جریان خروجی محاسبه کرد.

شکل 2.21. اندازه گیری مقاومت خروجی با استفاده از یک مقاومت شنت

اگر U ولتاژ خروجی بدون بار باشد و U1 ولتاژ خروجی در بار R باشد، افت ولتاژ در ROUT زمانی که بار وجود دارد برابر است با U-U1، جریان خروجی زمانی که بار وجود دارد برابر است با U1/R، بنابراین ROUT = R(U - U1) / U1 تطبیق مقاومت برای انتقال بهینه ولتاژ. بیشتر مدارهای الکترونیکی سیگنال ها را ولتاژ می دانند. در اغلب موارد، هنگام اتصال یک قسمت از مدار به قسمت دیگر، لازم است حداکثر درجهولتاژ انتقال با حداقل تلفات. این نیاز برای حداکثر انتقال ولتاژ است که معمولاً هنگام تطبیق مقاومت ها برآورده می شود. با در نظر گرفتن این معیار، اجازه دهید اصل تطابق مقاومت را در نظر بگیریم.

شکل 2.22 دو بلوک متصل به یکدیگر را نشان می دهد: برای انتقال بهینه ولتاژ، لازم است که UВХ تا آنجا که ممکن است تقریباً برابر با U باشد. ولتاژ UIN برابر است با: UIN = URIN / ROUT + RIN و UIN≈U، RIN >> ROUT

شکل 2.22. تصویر تطبیق مقاومت بین دو دستگاه

به عبارت دیگر، برای انتقال بهتر ولتاژ از یک مدار به مدار دیگر، مقاومت خروجی مدار اول باید بسیار کمتر از مقاومت ورودی مدار دوم باشد. به عنوان یک قاعده، شما به RIN> 10ROUT نیاز دارید. به همین دلیل است که ابزارهای مورد استفاده برای آزمایش، مانند ژنراتور، با امپدانس خروجی پایین (مقدار معمولی) طراحی شده اند.< 100 Ом). С другой стороны, осциллограф, предназначенный для наблюдения напряжений в испытываемой схеме, делается с большим входным сопротивлением (типичное значение >1 MOhm).

شکل 2.23. وابستگی ولتاژ خروجی مدار به مقاومت بار

اگر شرایط تطابق مقاومت بهینه برآورده نشود و سیگنال با امپدانس ورودی قابل مقایسه با امپدانس خروجی منبع به ورودی مدار برسد، در کلی‌ترین حالت، به سادگی تلفات ولتاژ رخ خواهد داد. این وضعیت زمانی رخ می دهد که دو مرحله تقویت کنندهدر ترانزیستورهای دوقطبی، مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است. 11.5، متصل یکی پس از دیگری (آبشاری). هر دو مقاومت ورودی و خروجی چنین آبشاری در یک ترانزیستور دوقطبی از یک ردیف هستند (معمولاً چندین هزار اهم) و این بدان معنی است که حدود 50٪ ولتاژ سیگنال در اتصال بین آبشارها از بین می رود. از سوی دیگر، تقویت کننده ترانزیستور اثر میدانی (شکل 11.13) از نظر تطبیق مقاومت بسیار بهتر است: دارای مقاومت ورودی بسیار بالا و مقاومت خروجی متوسط است. هنگام اتصال چنین مراحل یکی پس از دیگری، از دست دادن سیگنال ناچیز است.

یک یا دو مورد وجود دارد که تطبیق امپدانس نیاز به توجه ویژه دارد، زیرا امپدانس بار بسیار کم نه تنها بر افزایش ولتاژ، بلکه بر پاسخ فرکانس نیز تأثیر می گذارد. این زمانی اتفاق می‌افتد که امپدانس خروجی منبع صرفاً مقاومتی نیست، بلکه نشان‌دهنده راکتانس است و بنابراین پاسخ فرکانسی تغییر می‌کند. یک مثال سادهیک میکروفون خازنی است که امپدانس خروجی آن نه بر حسب اهم، بلکه بر حسب پیکوفاراد، با مقدار معمولی حدود 50 pF بیان می شود. برای بازتولید فرکانس های پایین خوب، امپدانس ورودی تقویت کننده باید در مقایسه با راکتانس خازن 50 pF در فرکانس های تا 20 هرتز بزرگ باشد. در عمل، این نیاز به امپدانس ورودی حدود 200 MΩ دارد که معمولاً توسط یک تقویت کننده FET نصب شده در محفظه میکروفون ارائه می شود.

تطبیق مقاومت برای انتقال بهینه توان. اگرچه، به عنوان یک قاعده، معیار تطبیق مقاومت حداکثر انتقال ولتاژ است، اما مواردی وجود دارد که لازم است حداکثر توان را منتقل کنید. بدون دادن محاسبات ریاضی به شما اطلاع خواهیم داد که برای مدار 2.22 حداکثر توان در RIN در RIN = ROUT به دست می آید. این نتیجه به عنوان قضیه حداکثر توان شناخته می شود: حداکثر توان زمانی از منبع به بار منتقل می شود که امپدانس بار برابر با امپدانس خروجی منبع باشد. این قضیه نه تنها برای اجزای مقاومتی، بلکه برای اجزای پیچیده ZIN و ZOUT نیز معتبر است. در این حالت لازم است که علاوه بر شرط RIN = ROUT، شرط XIN = -XOUT نیز برقرار باشد، یعنی اگر یک امپدانس خازنی باشد، امپدانس دیگر باید القایی باشد.

تطبیق مقاومت برای انتقال جریان بهینه گاهی اوقات تطبیق مقاومت برای اطمینان از حداکثر جریان در مدار ورودی لازم است. با مراجعه مجدد به شکل. 2.22، می توانید ببینید که حداکثر جریان ورودی IВХ در صورتی به دست می آید که مقاومت کل در مدار تا حد امکان کم انتخاب شود. بنابراین، با یک ROUT ثابت، باید برای کمترین مقدار ممکن RIN تلاش کنید. این وضعیت نسبتاً غیرعادی دقیقاً برعکس حالت معمولی است که در آن ولتاژ باید منتقل شود.