Wymagania testowe IEC 62368-1 dla urządzeń zawierających wzmacniacze audio

Zgodnie ze specyfikacją ITU-R 468-4 (Pomiar poziomów szumów audio w transmisji dźwięku), charakterystyka częstotliwościowa 1000 Hz wynosi 0 dB (patrz rysunek poniżej), co jest odpowiednie jako sygnał odniesienia i jest wygodne do oceny częstotliwościowej

wydajności wzmacniaczy audio. Sygnał częstotliwości odpowiedzi szczytowej. Jeśli producent deklaruje, że wzmacniacz audio nie jest przeznaczony do pracy w warunkach 1000 Hz, częstotliwość źródła sygnału audio powinna zostać zastąpiona częstotliwością odpowiedzi szczytowej. Częstotliwość odpowiedzi szczytowej to częstotliwość źródła sygnału, przy której mierzy się maksymalną moc wyjściową na znamionowej impedancji obciążenia (zwanej dalej głośnikiem) w zamierzonym zakresie pracy wzmacniacza audio. W rzeczywistej eksploatacji inspektor może ustalić amplitudę źródła sygnału, a następnie przeskanować częstotliwość, aby sprawdzić, czy częstotliwość źródła sygnału odpowiadająca maksymalnemu napięciu wartości skutecznej pojawiającemu się na głośniku, jest częstotliwością odpowiedzi szczytowej.

Typ i regulacja mocy wyjściowej - maksymalna moc wyjściowa

Maksymalna moc wyjściowa to maksymalna moc, jaką może uzyskać głośnik, a odpowiadające jej napięcie to maksymalne napięcie wartości skutecznej. Typowe wzmacniacze audio często wykorzystują obwody OTL lub OCL oparte na zasadzie działania wzmacniaczy klasy AB. Gdy sygnał audio w postaci fali sinusoidalnej o częstotliwości 1000 Hz jest wprowadzany do wzmacniacza audio i wchodzi z obszaru wzmocnienia do obszaru nasycenia, amplituda sygnału nie może dalej rosnąć, punkt napięcia szczytowego jest ograniczony i na szczycie pojawia się zniekształcenie typu flat-top.

Używając oscyloskopu do testowania przebiegu wyjściowego głośnika, można stwierdzić, że gdy sygnał jest wzmacniany do wartości skutecznej i nie może być dalej zwiększany, występuje zniekształcenie szczytowe (patrz Rysunek 2). W tym momencie uważa się, że osiągnięto stan maksymalnej mocy wyjściowej. Kiedy występuje zniekształcenie szczytowe, współczynnik szczytu przebiegu wyjściowego będzie niższy niż współczynnik szczytu fali sinusoidalnej wynoszący 1,414 (jak pokazano na Rysunku 2, współczynnik szczytu = napięcie szczytowe / napięcie wartości skutecznej = 8,00/5,82≈1,375＜1,414)

Rysunek 2: Warunek wejściowy sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz, przebieg wyjściowy głośnika przy maksymalnej mocy wyjściowej

Typ i regulacja mocy wyjściowej - moc wyjściowa bez obcinania,Moc wyjściowa bez obcinania odnosi się do mocy wyjściowej na styku strefy nasycenia i strefy wzmocnienia, gdy głośnik pracuje przy maksymalnej mocy wyjściowej i bez zniekształceń szczytowych (punkt pracy jest przesunięty w kierunku strefy wzmocnienia). Przebieg wyjściowy audio przedstawia kompletną falę sinusoidalną 1000 Hz bez zniekształceń szczytowych ani obcinania, a jej napięcie RMS jest również mniejsze niż napięcie RMS przy maksymalnej mocy wyjściowej (patrz Rysunek 3).

Rysunek 3 przedstawia przebieg wyjściowy głośnika wchodzącego w stan mocy wyjściowej bez obcinania po zmniejszeniu współczynnika wzmocnienia (Rysunki 2 i 3 pokazują tę samą sieć wzmacniacza audio)

Ponieważ wzmacniacze audio działają na styku między obszarami wzmocnienia i nasycenia i są niestabilne, może być generowane drżenie amplitudy sygnału (górne i dolne szczyty mogą nie być równe). Współczynnik szczytu można obliczyć, używając 50% napięcia międzyszczytowego jako napięcia szczytowego. Na rysunku 3 , napięcie szczytowe wynosi 0,5 × 13,10 V = 6,550 V , a napięcie RMS wynosi 4,632 V . Współczynnik szczytu = napięcie szczytowe / napięcie RMS = 6,550 / 4,632 ≈ 1,414. Typ i regulacja mocy wyjściowej - Metody regulacji mocy. Wzmacniacze audio odbierają małe sygnały wejściowe, wzmacniają je i wyprowadzają do głośników. Stosunek wzmocnienia jest zwykle regulowany za pomocą szczegółowej skali głośności (na przykład regulacja głośności telewizora może wynosić od 30 do 100 kroków). Jednak regulacja stosunku wzmocnienia poprzez regulację amplitudy źródła sygnału jest znacznie mniej skuteczna. Zmniejszenie amplitudy źródła sygnału, nawet przy wysokim wzmocnieniu wzmacniacza, nadal znacznie zmniejszy moc wyjściową głośnika (patrz Rysunek 4). Na

Rysunku 4: Przebieg wyjściowy, gdy głośnik wchodzi w stan mocy wyjściowej bez obcinania po zmniejszeniu amplitudy źródła sygnału.

(Rysunki 2 i 4 pokazują tę samą sieć wzmacniacza audio)

Rysunek 3 , regulacja głośności przywraca głośnik ze stanu maksymalnej mocy wyjściowej do stanu bez obcinania, z napięciem RMS 4,632 V . Na Rysunku 4 , poprzez regulację amplitudy źródła sygnału, głośnik jest regulowany ze stanu maksymalnej mocy wyjściowej do stanu mocy wyjściowej bez obcinania, a napięcie wartości skutecznej wynosi 4,066 V . Zgodnie ze wzorem obliczania mocy

Moc wyjściowa = kwadrat napięcia RMS / impedancja głośnika

Moc wyjściowa bez obcinania na Rysunku 3 przekracza moc na Rysunku 4 o około 30%, więc Rysunek 4 nie jest prawdziwym stanem mocy wyjściowej bez obcinania.

Widać, że poprawnym sposobem powrotu ze stanu maksymalnej mocy wyjściowej do stanu mocy wyjściowej bez obcinania jest ustalenie amplitudy źródła sygnału i regulacja współczynnika wzmocnienia wzmacniacza audio, to znaczy regulacja głośności wzmacniacza audio bez zmiany amplitudy źródła sygnału.

Typ i regulacja mocy wyjściowej - 1/8 mocy wyjściowej bez obcinania

Normalne warunki pracy wzmacniaczy audio są zaprojektowane tak, aby symulować optymalne warunki pracy rzeczywistych głośników. Chociaż rzeczywiste charakterystyki dźwięku znacznie się różnią, współczynnik szczytu większości dźwięków mieści się w zakresie 4 (patrz Rysunek 5).

Rysunek 5: Rzeczywisty przebieg dźwięku ze współczynnikiem szczytu 4

Biorąc za przykład przebieg dźwięku na Rysunku 5, współczynnik szczytu = napięcie szczytowe / napięcie RMS = 3,490 / 0,8718 = 4. Aby uzyskać docelowy dźwięk bez zniekształceń, wzmacniacz audio musi zapewnić, że jego maksymalny szczyt jest wolny od obcinania. Jeśli jako odniesienie używane jest źródło sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz, aby zapewnić, że przebieg pozostanie niezniekształcony, a napięcie szczytowe 3,490 V nie jest ograniczone prądowo, napięcie sygnału RMS powinno wynosić 3,490 V / 1,414 = 2,468 V. Jednak napięcie RMS docelowego dźwięku wynosi tylko 0,8718 V. Dlatego współczynnik redukcji docelowego dźwięku do napięcia RMS źródła sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz wynosi 0,8718 / 2,468 = 0,3532. Zgodnie ze wzorem obliczania mocy, współczynnik redukcji napięcia RMS wynosi 0,3532, co oznacza, że współczynnik redukcji mocy wyjściowej wynosi 0,3532 do kwadratu, co jest w przybliżeniu równe 0,125=1/8.

Dlatego, regulując moc wyjściową głośnika do 1/8 mocy wyjściowej bez obcinania odpowiadającej źródłu sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz, można uzyskać docelowy dźwięk bez zniekształceń i współczynniku szczytu 4. Innymi słowy, 1/8 mocy wyjściowej bez obcinania odpowiadającej źródłu sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz jest optymalnym stanem pracy wzmacniacza audio, aby wyprowadzić docelowy dźwięk ze współczynnikiem szczytu 4 bez strat.

Stan pracy wzmacniacza audio opiera się na tym, że głośnik zapewnia 1/8 mocy wyjściowej bez obcinania. W stanie mocy wyjściowej bez obcinania wyreguluj głośność tak, aby napięcie wartości skutecznej spadło do około 35,32%, co stanowi 1/8 mocy wyjściowej bez obcinania. Ponieważ różowy szum jest bardziej zbliżony do rzeczywistego dźwięku, po użyciu sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz w celu uzyskania mocy wyjściowej bez obcinania, różowy szum może być użyty jako źródło sygnału. Podczas używania różowego szumu jako źródła sygnału konieczne jest zainstalowanie filtru pasmowego, jak pokazano na poniższym rysunku, aby ograniczyć szerokość pasma szumu.

Normalne i nienormalne warunki pracy - normalne warunki pracy

Różne typy urządzeń wzmacniaczy audio powinny uwzględniać wszystkie następujące warunki podczas ustawiania normalnych warunków pracy:

- Wyjście wzmacniacza audio jest podłączone do najbardziej niekorzystnej znamionowej impedancji obciążenia lub rzeczywistego głośnika (jeśli jest dostarczony);

——Wszystkie kanały wzmacniacza audio działają jednocześnie;

- W przypadku organów lub podobnych instrumentów z generatorem tonów, zamiast używać sygnału fali sinusoidalnej 1000 Hz, naciśnij dwa klawisze pedału basowego (jeśli są) i dziesięć klawiszy manualnych w dowolnej kombinacji. Aktywuj wszystkie rejestry i przyciski, które zwiększają moc wyjściową, i ustaw instrument na 1/8 maksymalnej mocy wyjściowej;

- Jeśli zamierzona funkcja wzmacniacza audio jest określona przez różnicę faz między dwoma kanałami, różnica faz między sygnałami zastosowanymi do dwóch kanałów wynosi 90°;

W przypadku wielokanałowych wzmacniaczy audio, jeśli niektóre kanały nie mogą działać niezależnie, podłącz znamionową impedancję obciążenia i wyreguluj moc wyjściową do 1/8 zaprojektowanej mocy wyjściowej bez obcinania wzmacniacza.

Jeśli ciągła praca nie jest możliwa, wzmacniacz audio pracuje na poziomie maksymalnej mocy wyjściowej, który umożliwia ciągłą pracę.

Normalne i nienormalne warunki pracy - Nienormalne warunki pracy

Nienormalny stan pracy wzmacniacza audio ma symulować najbardziej niekorzystną sytuację, która może wystąpić na podstawie normalnych warunków pracy. Głośnik można zmusić do pracy w najbardziej niekorzystnym punkcie między zerem a maksymalną mocą wyjściową, regulując głośność lub ustawiając głośnik w stan zwarcia itp.

Normalne i nienormalne warunki pracy - umieszczenie testu wzrostu temperatury

Podczas przeprowadzania testu wzrostu temperatury na wzmacniaczu audio umieść go w pozycji określonej przez producenta. Jeśli nie ma specjalnego oświadczenia, umieść urządzenie w drewnianej skrzynce testowej z otwartym przodem, 5 cm od przedniej krawędzi skrzynki, z 1 cm wolnej przestrzeni wzdłuż boków lub góry i 5 cm od tyłu urządzenia do skrzynki testowej. Ogólne umieszczenie jest podobne do symulacji szafki telewizyjnej w domu.

Normalne i nienormalne warunki pracy - filtrowanie szumów i przywracanie fali podstawowej Szum niektórych cyfrowych obwodów wzmacniaczy będzie przesyłany do głośnika wraz z sygnałem audio, powodując pojawienie się nieuporządkowanego szumu, gdy oscyloskop wykryje przebieg wyjściowy głośnika. Zaleca się użycie prostego obwodu filtrowania sygnału pokazanego na poniższym rysunku (metoda użycia to: punkty A i C są połączone z wyjściem głośnika, punkt B jest połączony z masą odniesienia/masą pętli wzmacniacza audio, a punkty D i E są połączone z końcem detekcji oscyloskopu). Może to odfiltrować większość szumów i w dużej mierze przywrócić sinusoidalną falę podstawową 1000 Hz (1000F na rysunku to błąd, powinno być 1000 pF).

Niektóre wzmacniacze audio mają doskonałą wydajność i mogą rozwiązać problem zniekształceń szczytowych, dzięki czemu sygnał nie będzie zniekształcony ani obcinany, gdy zostanie ustawiony na stan maksymalnej mocy wyjściowej. W tym czasie moc wyjściowa bez obcinania jest równoważna maksymalnej mocy wyjściowej. Gdy widoczne obcinanie nie może zostać ustalone, maksymalną moc wyjściową można uznać za moc wyjściową bez obcinania.

Klasyfikacja źródła energii elektrycznej i ochrona bezpieczeństwa

Wzmacniacze audio mogą wzmacniać i wyprowadzać sygnały audio o wysokim napięciu, dlatego źródło energii sygnału audio musi być sklasyfikowane i chronione. Podczas klasyfikacji należy ustawić kontroler tonów w pozycji zbalansowanej, umożliwiając wzmacniaczowi audio pracę przy maksymalnej mocy wyjściowej bez obcinania do głośnika. Następnie wyjmij głośnik i przetestuj napięcie obwodu otwartego. Klasyfikacja źródła energii elektrycznej sygnału audio i ochrona bezpieczeństwa są pokazane w poniższej tabeli.

Generator szumu różowego