Pomiar impedancji wyjściowej źródeł i przedwzmacniaczy
W kilku innych artykułach naszego Poradnika piszemy o tym jak duże znaczenie ma w niektórych przypadkach impedancja wyjściowa urządzeń. Powtarza się też uwaga, że impedancja wyjściowa nie zawsze jest podana przez producenta w specyfikacjach katalogowych. Aby rozwiązać ten problem wystarczy wykonać nieskomplikowany i niedrogi pomiar. Potrzebny będzie miernik napięcia zmiennego, lutownica i części dostępne w każdym sklepie elektronicznym za kilka-kilkanaście złotych.
Zakres zastosowania opisanej procedury
Opisaną poniżej procedurę można stosować do pomiaru impedancji analogowych wyjść audio różnego rodzaju odtwarzaczy (CD, DVD, serwery plików, odtwarzacze strumieniowe), wyjść aktywnych przedwzmacniaczy, a także wyjść wzmacniaczy słuchawkowych. Nie należy stosować tej metody dla wyjść głośnikowych (wzmacniacze mocy i wzmacniacze zintegrowane).
Kwestia dokładności pomiaru
Opiszemy najprostszą metodę pomiaru i obliczenia impedancji wyjściowej. Nie będziemy analizować sprawy dokładności wyniku. Do oceny dopasowania impedancyjnego współpracujących urządzeń wysoka precyzja nie jest potrzebna. Nawet spory błąd rzędu kilku-kilkunastu procent nie zmieni ogólnego obrazu sytuacji.
Przygotowanie sprzętu
Do samego pomiaru potrzebny będzie miernik napięcia zmiennego umożliwiający pomiary w zakresie kilku woltów. Zwykle będzie to typowy multimetr, ponieważ właśnie takie mierniki są najpopularniejsze.
Kolejny element to źródło sygnału pomiarowego. Potrzebny będzie sygnał sinusoidalny o częstotliwości rzędu 100Hz-200Hz. Taki sygnał możemy odtwarzać czy to z płyty CD czy z pliku.
Potrzebna będzie wtyczka z przylutowanymi wyprowadzeniami. Wtyczkę włożymy do badanego gniazda wyjściowego, a wyprowadzenia posłużą do podłączenia opornika i miernika. W przypadku gniazd RCA mamy tylko dwa styki także nie ma żadnych wątpliwości odnośnie sposobu podłączenia. W przypadku stereofonicznych wtyków jack (mini-jack 3,5mm, jack 1/4 cala) jedno wyprowadznie podłączamy do masy a drugie do dowolnie wybranego kanału, trzeba tylko uważać aby nie podłączyć plusów lewego i prawego kanału. W przypadku XLR należy wyprowadzić kable ze styków sygnałowych. Zwykle będą to styki z numerami 2 i 3, choć dla pewności zawsze warto przeczytać opis urządzenia.
Ostatni element to rezystor. Jeśli będzie miał zbyt dużą wartość to mocno pogorszy się dokładność pomiaru. Jeśli jego wartość będzie zbyt mała, to wyjście może zostać przeciążone. Ponieważ rezystory są bardzo tanie, warto zakupić różne wartości i przygotować się na różne ewentualności. Rezystor 47kΩ sprawdzi się przy dużych impedancjach wyjściowych. Kiedy nie mamy żadnej wiedzy o badanym urządzeniu dla bezpieczeństwa warto zacząć pomiar od tej wartości i ewentualnie potem powtórzyć pomiar z mniejszym rezystorem. Wartość 10kΩ w większości przypadków nie przeciąży wyjścia i da już dokładniejsze wyniki. Jeśli i to jest zbyt duża wartość można zastosować rezystor zbliżony do 2kΩ. Natomiast w przypadku badania wyjść wzmacniaczy słuchawkowych można pominąć tak duże wartości rezystorów i od razu zastosować wartość rzędu 300-600 omów.
Uwagi dotyczące bezpieczeństwa
Napięcia, które pojawią się na wyjściu nie są niebezpieczne dla użytkownka. Natomiast nieostrożny użytkownik może spowodować uszkodzenie badanego urządzenia.
Przede wszystkim należy dopilnować aby wyjście badanego urządzenie nie zostało nigdy zwarte. A więc nasza wtyczka z wyprowadzeniami powinna być solidnie zmontowana i zaizolowana. Należy też z właściwą ostrożnością obchodzić się z wyprowadzeniami.
Poza tym wskazane jest zachowanie typowych środków ostożności związanych z ładunkami statycznymi. Jeśli na ręce mamy zgromadzony ładunek elektryczny i ręką dotkniemy przewód podłączony do układów wyjściowych powstaje ryzyko uszkodzenia.
Pomiar
Konieczne jest zmierzenie dwóch napięć, tak jak widać na rysunku. Najpierw mierzymy napięcie na rozwartych zaciskach wyjściowych, bez podłączonego rezystora. Potem podłączamy rezystor i mierzymy drugie napięcie. Jeśli badamy parametry urządzenia z regulacją głośności to oczywiście w obu pomiarach nastawa głośności musi być taka sama.
W przypadku pomiaru wyjść ze źródel o nieregulowanym poziomie będziemy mieli ograniczoną możliwość ustawiania napięcia. Jeśli na płycie czy w pliku będzie sygnał o poziomie cyfrowego 0dB to typowo otrzymamy napięcie około 2V, często nieco więcej. Jeśli będziemy badać wyjście o regulowanym poziomie to też najlepiej ustawić podobne napięcie. Zwłaszcza w przypadku gdy miernik ma zakres pomiarowy 2V AC to optymalnym wyborem będzie ustawienie napięcia tuż poniżej 2V.
Obliczenie impedancji wyjściowej
Impedancję wyjściową obliczymy za wzoru:
Zwyj = R (U1 - U2) / U2
R - rezystancja rezystora
U1 - napięcie na rozwartych zaciskach
U2 - napięcie z podłączonym rezystorem
W ten sposób uzyskamy ważny parametr, który pozwoli nam ocenić na ile prawidłowa jest współpraca badanego wyjścia z urządzeniem do niego podłączonym.
