Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak to działa? - układ do pomiaru impedancji z wykorzystaniem karty dźwiękowej komputera

W numerze 5/2020 przedstawiony był, pokazany na rysunku B, nieskomplikowany schemat. Jest to... schemat układu do pomiaru impedancji z wykorzystaniem karty dźwiękowej komputera.
Article Image

Wykorzystany i zmodyfikowany został rysunek pochodzący z instrukcji obsługi znanego programu LIMP, dostępnej na stronie www.artalabs.hr/AppNotes/LIMP_Tutorial_Version_2_4_English.pdf.

Oryginalny rysunek, który został przerobiony na potrzeby zadania, pokazany jest na rysunku C. Zasadniczo dotyczy on pomiaru impedancji głośnika lub kolumny głośnikowej, jednak w ten sam sposób mona mierzyć impedancję dowolnego obciążenia.

Rys.B Schemat zagadka
Rys.C Schemat układu do pomiaru impedancji z wykorzystaniem karty dźwiękowej komputera

Wykorzystywana jest karta dźwiękowa komputera. Sygnał z jej lewego kanału jest podawany na wzmacniacz mocy (power amplifier) i dalej przez rezystor pomiarowy (27Ω) na badany głośnik.

Na dwa wejścia karty audio podawane są wygnały: z wyjścia wzmacniacza oraz z głośnika. Ponieważ wejścia (liniowe) karty audio mogą przetwarzać tylko sygnały o wartości rzędu 1 wolta, a głośnik jest testowany przy użyciu wyższych napięć z użyciem wzmacniacza mocy, na wejściach karty audio zastosowane są rezystorowe dzielniki napięcia, nazwane tu voltage probe. Jak pokazuje rysunek D, pomiar głośnika można też przeprowadzić prościej, wykorzystując wyjście słuchawkowe karty audio.

Rys.D Pomiar głośnika przez wyjście słuchawkowe karty audio

Zasada pomiaru jest bardzo prosta. Ilustruje to rysunek E. Generator karty dźwiękowej wytwarza przebieg o napięciu Eg, ale ma jakąś niezerową rezystancję wyjściową Rg. Nie ma jednak ona wpływu na pomiar, ponieważ ten w sumie polega na porównaniu dwóch napięć.

Interesuje nas wartość impedancji Z, którą można obliczyć, dzieląc napięcie na tej impedancji (U2) przez wartość prądu. Wartość prądu można policzyć, dzieląc napięcie na rezystorze wzorcowym przez wartość jego rezystancji (wzorcowej) R. Napięcie na tym rezystorze jest różnicą napięć (U1 – U2).

Rys.E Zasada pomiaru

Jeżeli do obliczeń wzięte zostaną tylko amplitudy albo wartości skuteczne napięć, to wynikiem obliczeń będzie moduł impedancji. Jeżeli jednak do obliczeń użyte będą wartości wektorowe, uwzględniające także przesunięcie fazy, to wynikiem obliczeń będą pełne informacje o impedancji, to znaczy oprócz wartości (w omach) dostępna będzie też informacja o przesunięciu fazowym, czyli o składowej indukcyjnej lub pojemnościowej. A jeżeli takie obliczenia zostaną przeprowadzone dla różnych częstotliwości, wynikiem będzie zależność impedancji w funkcji częstotliwości, jak pokazuje rysunek F.

Rys.F Zależność impedancji w funkcji częstotliwości

Badana oporność Z nie musi być głośnikiem. Może to być dowolny inny element albo obwód elektroniczny. Przedstawiony sposób pozwala w prosty sposób mierzyć także indukcyjność cewek i pojemność kondensatorów, a uzyskane wyniki będą zawierać zarówno informację o reaktancji, jak też o szkodliwej rezystancji ESR. Przykład na rysunku G, pochodzącym z instrukcji obsługi programu LIMP.

Rys.G Informacje z  instrukcji obsługi programu LIMP

Programy LIMP oraz ARTA pozwalają też na podobnej zasadzie mierzyć charakterystyki rozmaitych innych elementów urządzeń i systemów. Przykładowe możliwości zilustrowane są na rysunku H. Tego rodzaju systemy z głośnikiem i mikrofonem pomiarowym pozwalają mierzyć parametry nie tylko tych dwóch elementów, ale też pozwalają określić wiele ważnych parametrów pomieszczenia. Wprawdzie są to bardzo zaawansowane i trudne zagadnienia związane z odbiciami, pogłosem, jednak warto wiedzieć, że można to badać w taki właśnie sposób.

Rys.H Przykładowe możliwości

W każdym przypadku trzeba dostosować i ograniczyć wielkość sygnału na wejściach karty audio, co jest zasygnalizowane przez obecność na schematach dzielników rezystorowych. W rzeczywistości są to bardziej złożone obwody – przykłady na rysunku J.

Rys.J Bardziej złożone obwody - przykłady

Widzimy tu rezystory dopasowujące, diody Zenera ograniczające amplitudę, ewentualnie transformator audio dający separację galwaniczną. Takie obwody muszą być dostosowane do warunków i wymaganej dokładności pomiaru. Przykładowo podczas pomiaru impedancji takie obwody, a choćby tylko pojemności użytych kabli (zapewne ekranowanych) wpłyną na wynik pomiaru. W przypadku większości kart audio wejścia liniowe mają stosunkowo małą oporność wejściową, co też wpływa na wyniki pomiarów. Dlatego w wielu sytuacjach warto zastosować wtórniki separujące, w najprostszym przypadku jak na rysunku K.

Rys.K Zastosownie wtórników separujących

LIMP oraz ARTA i STEPS to bardzo pożyteczne programy pozwalające za pomocą karty dźwiękowej zmierzyć mnóstwo istotnych parametrów elementów i urządzeń elektronicznych. Dostępne są też liczne inne programy, zarówno komercyjne, jak i darmowe, realizujące podobnie pożyteczne pomiary. Co prawda tylko w zakresie częstotliwości akustycznych i nieco wyżej, jeśli pozwala na to program i maksymalna częstotliwość próbkowania karty (96kHz albo 192kHz). Na życzenie Czytelników (edw@ elportal.pl) ten interesujący temat może zostać rozwinięty na łamach czasopisma.

Tematyka materiału: pomiar impendancji
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
wrzesień 2020
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo