Портал радиоэлектроники

Выбор компонентов для усилителя мощности
  • Автор:
  • Категория: Усилители на VT
  • Создано: 06 октября 2015

Выбор компонентов для усилителя мощности

Любой усилитель мощности состоит из компонентов, объединенных тем или иным способом. Количество компонентов может исчисляться десятками, а то и сотнями единиц и от каждого компонента что то зависит - это как кирпичики одного здания, от которых зависит и высота, и красота, и прочноcть всей конструкции. Об этих "кирпичиках" и пойдет речь в этой статье.
      "Имеет ли смысл гнаться за нулями после запятой в Кг?" 
      В разумных пределах конечно имеет, поскольку звуковой тракт должен повторять задумку композитора и исполнителей максимально точно, не внося своих собственных "дополнений", не говоря уже о потрескиваниях и пошипываниях. Хотя многое зависит от использования аудиотракта. Если строится система для шумового сопровождения, типа балабонящего радиоприемника и не особо вникать в качество прослушиваемых фонограмм, то Кг и в 1% мешать не будет, поскольку подобные тракты эксплуатируются при выходных мощностях не более 3-5 Вт, а обычно гораздо меньше. Если же планируется целевое прослушивание, хотя бы время от времени, то к вносимым в тракт искажениям стоит подойти более серьезно и постараться обеспечить хотя бы один нолик после запятой на мощностях 2/3, в идеале 3/4 от максимальной. Дальнейшая гонка за нулями после запятой уже чревата серьезными экономическими вложениями и более тщательному подходу к схемотехнике усилителя, а так же однозначно предъявляет повышенные требования к используемым АС, поскольку каким хорошим не был тракт все может загубить именно АС.
      
     

КОНДЕНСАТОРЫ

      Про устройство конденсатора, пожалуй, рассказывать смысла не имеет - на эту тему достаточно много написано, поэтому сразу перейдем к параметрам, но для начала вспомним обозначение:

      В зависимости от используемой при производсте технологии конденсаторы деляться на на серии:
     

Серия

Краткое описание серии

Основные применения

Постоянной ёмкости

К10

Керамические на номинальное напряжение ниже 1600 В

Для высокочастотных конденсаторов: термокомпенсация, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров на ВЧ;

Для низкочастотных конденсаторов: шунтирующие, блокирующие и фильтрующие цепи, междукаскадная связь на НЧ.

К15

Керамические на номинальное напряжение 1600 В и выше

Ёмкостная связь, фиксированная настройка мощных ВЧ-контуров, импульсные устройства

К21

Стеклянные

Блокировка, фиксированная настройка ВЧ-контуров, ёмкостная связь, шунтирующие цепи

К22

Стеклокерамические

К23

Стеклоэмалевые

К26

Тонкоплёночные с неорганическим диэлектриком

 

К31

Слюдяные малой мощности

Блокировочные и шунтирующие цепи, ВЧ фильтрующие цепи, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров

К32

Слюдяные большой мощности

К40

Бумажные на номинальное напряжение ниже 2 кВ, фольговые

Блокировочные, буферные, шунтирующие, фильтрующие цепи, ёмкостная связь

К41

Бумажные на номинальное напряжение 2 кВ и выше, фольговые

К42

Бумажные металлизированные

Цепи развязок и фильтры; в качестве ёмкостей связи не применяются

К50

Оксидно-электролитические алюминиевые

Шунтирующие и фильтрующие цепи, накопление энергии в импульсных устройствах

К51

Оксидно-электролитические танталовые, ниобиевые и т.д.

Применяются вместо электролитических алюминиевых конденсаторов, в основном в полупроводниковой аппаратуре, при повышенных требованиях к параметрам конденсаторов

К52

Объёмно-пористые

К53

Оксидно-полупроводниковые

К60

С воздушным диэлектриком

Эталоны ёмкости и образцовые конденсаторы, блокировочные высоковольтные, развязывающие и контурные

К61

Вакуумные

К71 (К70)

Полистирольные

Точные временные цепи, интегрирующие устройства, контура высокой добротности, образцовые ёмкости

К72

Фторопластовые

Применяются аналогично полистирольным конденсаторам, при повышенных требованиях к температуре и электрическим параметрам

К73 (К74)

Полиэтилентерафталатные

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к электрическим параметрам

К75

Комбинированные (диэлектрик состоит из определённого сочетания слоёв различных материалов)

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к надёжности

К76

Лакоплёночные

Применяются аналогично бумажным и металлобумажным конденсаторов, а также частично могут заменять электролитические конденсаторы, особенно при повышенных значениях переменной составляющей.

К77

Поликарбонатные

Применяются аналогично полиэтилентерафталатным конденсаторам, но на более высоких частотах

К78

Полипропиленовые

Телевизионная и бытовая РЭА, электротехника

Подстроечные

КТ1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КТ2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КТ3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КТ4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура

Переменной ёмкости

КП1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КП2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КП3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КП4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура


      
      К основным параметрам конденсатора является емкость, т.е. способность конденсатора накапливать электрический заряд. 
      Далее идет плотность энергии, в основном применяется к электролитическим конденсаторам. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии и последующей ее мгновенной отдачей, например накопительные конденсаторы фотовспышки. 
      Номинальное напряжение - параметр описывающий при каком напряжении конденсатор может эксплуатироваться непрерывно, круглосуточно. Превышение этого параметра ведет пробою диэлектрика и выходу конденсатора из строя. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
      Кроме этого у электролитических конденсаторов существует полярность, поскольку конструктивно выполнены на основе химических элементов, при смене полярности которые разрушаются и приводят к закипанию электролита, пары которого приводят к взрыву конденсатора.
      Эквивалентная схема конденсатора пиведена ниже и на ней видно, что у конденсатора есть еще "дополнительные" элементы:

      R1 - электрическое сопротивление изоляции конденсатора, отвечающий за ток утечки - чем выше сопротивление R1, тем меньше ток утечки.
      R2 - эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС (англ. ESR), внутреннее сопротивление) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.
      L1 - эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. 
      С1 - собственно сама емоксть конденсатора.
      Так же у конденсаторов есть еще параметры, за которыми следует приглядывать, поскольку "забывчивость" на этот счет может привести к весьма не приятным эффектам. Особое внимание следует уделять при проектировании частото заивимых цепей температурному коэффициенту ёмкости (ТКЕ). ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). При использовании конденсаторов с высоким ТКЕ в эквалайзерах частотный диапаозн регулировко будет изменяться в зависимости от окружающей температуры, а так же от внутреней температуры. Например эквалайзер устноавлен сверху усилителя мощности. Зимой, впрохладной квартире в момент включения частотный диапазон будет смещен в область НЧ, но по мере прогрева диапазон будет перемещаться в область ВЧ. На слух такое измение возможно и будет не замечено, однако при использовании эквалайзера для редактирования музыкальных фонограмм возможны недоразумения.
      Диэлектрическая абсорбция - появление напряжения на обкладках конденсатора после быстрого разряда и снятия нагрузки. Эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т.п.
      Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом — способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях. Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации, поэтому этот эффект довольно часто называют "микрофонным". 
      Конденсаторы технологически отличаются друг от друга использумемыми при их производстве материалами все параметры в разных конденсаторах будут проявляться по разному, а поскольку целью статьи является ознакомление с элементной базой, то наиболее интересными будут свойства конденсаторов, которые применяются в звукотехнике.
      НЕПОЛЯРНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
      Неполярные конденсаторы в усилителях мощности используются веьсма интенсивно, причем используются не только для накопления энергии.
      Основных сфер использования конденсаторов в усилителях несколько:
      - фильтрация напряжения питания, где как раз и используется свойство конденсатора накапливать и отдавать энергию;
      - отсекание постоянного напряжения в трактах усиления, в которых используется перезарядка конденсатора переменным напряжением;
      - частотозависимые параметры, позволяющие изменять коф усиления каскада в зависимости от частоты проходящего сигнала.
      О последнем использования стоит поговорить более подробно. Дело в том, что кроме перечисленных выше параметров у конденсатора есть еще один - реактивное сопротивление. Этот параметр основан на скорости заряда-разряда конденсатора, которая определяет через какой промежуток времени конденсатор будет полностью заряжен или полностью заряжен. При подаче переменного напряжение скорость перезаряда будет определять на сколько процентов успел зарядится-разрядится конденсатор, а это зависит от емкости конденсатора и от подаваемой частоты.
      Для наглядности обратимся к схеме:

      Здесь V1 является генератором прямоугольных импульсов с длительностью 1 мС (1000 Гц) и амплитудой 10 В.
      На левом выводе конденсатора С1 присутствуют эти самые импульсы:

      По мере заряда конденсатора C1 напряжение на резисторе R1 уменьшается, поскольку через конденсатор перестает протекать ток:

      Кроме этого, в момент окончания импульса (на 0,5 мС) конденсатор начинает разряжаться, поскольку напряжение на генераторе равно нулю, а R1 не имеет источника ЭДС. Это означает, что ток меняет свое направление на противоположное, т.е. на верхнем выводе R1 появляется отрицательное напряжение и оно присутствует до тех пор пока конденсатор не разрядится.
      Но разрядится полностью он не успевает - снова появляется импульс на генераторе (1 мС), ток через С1 снова меняет свое направление и на R1 появляется положительное напряжение. Однако его величина уже меньше, чем в момент поялвения первого импульса - сказывается остаточный заряд в конденсаторе.
      По мере заряда конденсатора напряжение на R1 начинает уменьшаться, но до нуля не успевает дойти - импульс снова исчезает ( 1,5 мС) и конденсатор начинает разряжаться, т.е. процесс начинает повторяться с спотепенным выравниванием положительного и отрицательного напряжений на R1 и буквально через 3-4 такта генератора напряжение на R1 будет полноценным переменным, т.е. положительное напряжение будет достигать 7,5 В и отрицательное напряжение будет достигать 7,5 В:

      Кроме того, что на R1 теперь приходит переменное напряжение его стало меньше - форма напряжение отличается от изначальной прямоугольной довольно сильно, следовательно С1имеет какое то сопротивление, но конденсатор по определению не может иметь сопротивления, поскольку между обкладками конденсатора находится изолятор. Именно поэтому этот эквивалент конденсатора называют реактивным сопротивлением. 
      Для уточнения правоты утверждения, что конденсатор выступает вроли сопротивление увеличим его емоксть в 10 раз, т.е. используем конденсатора на 470 нФ:

      Из рисунка видно, что напряжение на R1 приобрело более прямоугольную форму, т.е. очевидно, что действующее напряжение, приложенное к R1 возросло, слдеовательно реактивное сопротивление С1 уменьшилось.
      Тепреь изменим генерируемую генератором частоту, чтобы убедится, чтореактивное сопротивление зависит и от емкости конденсатора и от частоты. После уменьшения частоты в 10 раз прилагаемое к R1 напряжение приобретает вид:

      Рисунок один в один повторяет тот, который был при емкости в 47 нФ и частоте 1 кГц, только теперь частота 100 Гц, а емкость 470 нФ. Это подтверждает, что реактивное сопротивление конденсатора зависит и от частоты и от емкости самого конденсатора.
      Само сопротивление расчитывается по формуле:

      где F - частота в Герцах, С - емкость в Фаррадах.
      Используя эту формулу можно достаточно просто определить на какой частоте что будет происходить в частотозависимых цепях, а так же определить необходимый номинал разделительных конденсаторов, но это вопросы схемотехники, здесь же знакомство с самими компонентами, поэтому вернемся к конеднсаторам.
      Поскольку у конденсатора кроме полезных параметров есть еще и вредные не трудно сделать вывод, что проходя через конденсатор переменное напряжение будет искажаться. Величины искажений каждого типа конденсаторов различны, отсюда и пошло определение "звуковые конденсаторы", вносящие миимальные искажения в сигнал и остальные, пригодные для шунтирования питания. 
      Для проверки конденсаторов использовалась следующая схема:

      Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф.), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2...2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники).
      В результате тестов было выяснено, что минимальные искажения вносят конденсаторы МБМ, а максимальные многослойная керамика КМ-5, остальные "кандидаты" расположились следующим образом:
      
     

Место
Тип
"Обычный" Кг
Нормированный К'г
1
МБМ
0,0014
0,0067
     
2
К78-19
0,0015
0,0049
     
3
К71-7
0,0016
0,0061
     
4
EPKOS
0,0017
0,0053
     
5
К73-16
0,0017
0,0091
     
6
К73-17
0,0019
0,0074
     
7
К78-2
0,0022
0,0064
     
8
ФТ-1
0,0023
0,0098
     
9
К42У-2
0,0023
0,0078
     
10
"Зеленый нонейм"
0,0025
0,024
     
11
Импортный "К73"
0,0027
0,012
     
12
К10-17а
0,83
2,2
     
13
КМ-5
2,1
6,1
     
 в защиту последних двух строчек следует сказать, что у них Кг сильно зависит от емкости конденсатора - чем больше емкость - тем больше Кг. Вывод напрашивается сам собой - их можно использовать в цепях коррекции, где емкость не более 100 пкФ, но нельзя использовать в качестве разделительных, где емкость должна быть более 1 мкФ.

      Кроме обычного способа использовался еще один способ вычислений Кг - нормированный. Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук:

      Другими словами, если удасться собрать идеальный усилитель с Кг равным нулю, то используя в качестве разделительного конденсатора C1 конденсаторы МБМ на выходе получим Кг равным 0,0014%, а используя К10-17А - 0,8%:


      Примерно так же обстоят дела у электролитических конденсаторов - все "болячки" конденсаторов у них присутствуют, только для электролитов наиболее интересным является ERS, покольку электролитические конденсаторы больше применяются в цепях питания, т.е. используется их свойство накапливать и отдавать энергию. Обычно ESR указывается для определенной частоты/ емкости/рабочего напряжения, а также типоразмера корпуса конденсатора. 
      Как правило, конденсаторы в высоких и узких корпусах имеют лучшие характеристики, чем низкие и широкие. Это связано с особенностями конструкции - в высоком и узком корпусе алюминиевая лента свернута в меньшее количество витков и имеет бОльшую ширину, а это- меньшая индуктивность и паразитное сопротивление конденсатора. Естественно, это замечание справедливо при сравнении конденсаторов одной серии одного производителя, низкокачественные поделки нонейм производителей форма корпуса не спасет. 
      Ниже приведена таблица рейтинга электролитических конденсаторов, составленная на основании ислодований как поклоников аналоговой техники, так и цифровой, причем в рейтингах отсутствуют СУПЕРБРЕНДЫ, хотя их производители присутствуют. Позиция в левой колонке составлена звуковиками, которые отталкивались от надежности, а левую половину таблицы заполнили компьютерщики на основе раскопанных на конденсаторы даташитов:
     

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ
ПРИМЕЧАНИЯ
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ
SanyoСерия WG, сверхнизкое сопротивление, 0.016 om/100kHz для номинала 1800 мкф.
SP серия, конденсаторы с органическим полупроводниковым электролитом и сверхнизким сопротивлением, и вообще, крутая, но редкая штука. 0.008 om/300kHz для номинала 1500 мкф.
SVPC серия, алюминиевые с полимерным электролитом. повышенные частоты и надежность, сверхнизкое сопротивление, 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
  
RubyconMCZ, ультра низкое сопротивление, повышенные рабочие частоты, 0.016 om/100kHz для номинала 1500/6.3
серия MBZ ультра низкое сопротивление, 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Серия уже снята с производства, на смену ей выпускается серия MCZ
серия YXG низкое сопротивление, 0.046 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Это обычный хороший электролит с улучшенными параметрами. Для испльзования в фильтрах импульсных преобразователей питания процессоров /памяти не позиционируется, хотя для замены неисправных при отсуствии других вариантов сойдут. Для линейных стабилизаторов - более чем хороши.
  
ElnaДанных нет, но есть комент "слухача", тестировавшего конденсаторы в блоке питания усилителя:
      Elna Silmic II является лучшим устройством этого теста. По сравнению с очень хорошим Black Gate, Elna звучит лучше. Разница между Sprage и Black Gate такая же как между Black Gate и Elna. Это, безусловно, лучший выбор для электролитического конденсатора в фильтре питания усилителя мощности.
  
Nippon Chemi-Conсерия KZG, ультра низкое сопротивление (здесь, и дальше, будет иметься в виду ESR), 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3 На некоторых форумах эту серию считают не очень надежной (первая партия, с кривым электролитом, досталась производителю материнкских плат ABIT, отсюда и пошли слухи).
PSC, алюминиевые с полимерным электролитом, сверхнизкое сопротивление, высокие частоты. 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
  
NichiconНМ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,016 ом/100kHz для номинала 1500/6.3.
НN имеет еще более низкое сопротивление, 0,012 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
НZ имеет еще более низкое сопротивление, 0,009 ом/100kHz для номинала 1500/6.3, но уже не позиционируется производителем, как имеющая повышенную надежность
  
FujitsuНет данных
  
SamsungTLQ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,015 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
  
EPCOSВ41886, ультра низкое сопроитвление, повышенная надежность. 0,028 ом/100kHz для номинала 1500/6.3. Если попадутся - смело берите, несмотря на средние показатели ESR, зато качество гарантировано
  
CapXonLZ, ультра низкое сопротивление, 0,02 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
  
JamiconWL низкое сопротивление, пониженное на высоких частотах 0,036 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
MZ пониженное низкое сопротивление, long life, 0,018 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
  
Matsushita
      (Panasonic)
Серии FC, FK и FM имеют малое ERS, и сравнительно не так дороги.
  
HitachiНЕТ ДАННЫХ
HITANO
SAMWHA
Vishay
Teapo
OST
  
НЕ РЕКОМЕНДУЕМЫЕ
D.S (VENT) 
Chhsi (HK(M), WG(M)) 
G-LUXON (SM) 
GSC 
Fuhjyyu 
HEC 
Jackcon 
Jee 
Li-con (Licon) 
Jenpo 
JPCON 
JODEN 
Rulycon 
Rubysun 
Tayeh 
Lelon 
Ltec 
E.V.A.TOP 
JunFu (WG, HK) 
FULLTEC 
KYS 
SOWA 
Su'scon 
EASICON 
Gjt 
Elite 
TREC 
GLORIA (GAE) 
MK (M)P8 
Samxon 

      Разумеется, что при использовании конденсаторов с низким ERS к раположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования - не правильная разводка платы может, если и не перечеркнуть полностью, то существенно снизить эффективность этих кондесаторов:

Кроме упомянутых конденсатров существуют дополнительные серии "For Audio" - "СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ АУДИО" и имеющие сверхмалое ERS, повышенную плотность энергии и конечно же не копеечную стоимость. Использовать такие кондесаторы стоит в сверхвысококачественных усилителях, а если речь идет уже о таком качестве звукового тракта, то уже имеется и соответствующий опыт, следовательно расписывать все прелести "For Audio" не имеет смысла.
      При использовании электролитических конденсаторов в качестве разделительных рекомендуется последовательно-параллельное включение, которое позволяет избавится от проблем полярности электролитов и компенсирует возрастающий у них с частотой ERS:

      Сумарную емоксть получившегося конденсатора можно вычилить в два этапа:
      сначала вычисляется емкость двух последовательно соединенных конденсаторов
       , а затем к получившемуся результату прибавляется емскость С2, поскольку при параллельном соединении емкости конденсаторов суммируются. 
      Напоследок осталось добавить, что механическая прочность выводов конденсатора гораздо меньше, чем это кажется, поэтому при монтаже на плату высоких конденсаторов лучше их дополнительно закрепить к плате при помощи клея или герметика, а расположенные близко друг к другу можно и "законтрить" между собой. Это особенно актуально при сборки автомобильной техники:


      
     

РЕЗИСТОРЫ ПОСТОЯННЫЕ

      Прежде всего небольшая напоминалка об обозначениях резисторов:

      Как и любой другой элемент у резисторов есть такой параметр как собственный шум, который складывается из теплового и токового шума. 
      Токовый шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента. При протекании тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяются контакты между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) величина сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов. Токовый шум, также как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот, и величина значительно превышает величину теплового шума.
      Все эти эффекты зависят от плотности тока. Чем она больше, тем больше проявление этих неприятностей. Поэтому соединив 2 резистора параллельно (увеличив площадь сечения и уменьшив плотность тока) все эти эффекты уменьшаются. Тоже самое можно сделать взяв резистор большей габаритной мощности. У него сечение проводящего слоя больше и плотность тока в нем будет меньше. Соединив 2 резистора последовательно шумы суммируются, поэтому крайне не желательно использовать последовательное соединение резисторов в каскадах имеющих большой коф усиления. Суммарное сопротивление двух резисторов соединенных параллельно вычисляется по формуле:
      
      Этот шум зависит от многих факторов, в том числе и от конструкции конкретного резистора, включая резистивный материал и в особенности концевые соединения. Вот типичные значения избыточного шума различных типов резисторов, выраженные в микровольтах на вольт приложенного к резистору напряжения (приводится среднеквадратичное значение, измеренное на одной декаде частоты):

            Углеродно-композитные От 0,10 мкВ до 3,0 мкВ

            Углеродно-пленочные От 0,05 мкВ до 0,3 мкВ

            Металлопленочные От 0,02 мкВ до 0,2 мкВ

            Проволочные От 0,01 мкВ до 0,2 мкВ

      Этот шум имеет спектр примерно 1 (постоянная мощность на декаду частоты) и иногда называется розовым шумом . Шум, возникающий по другим причинам, также часто имеет спектр 1 ; примерами таких шумов являются шум тока базы у транзисторов и шум катодного тока в электронных лампах. Любопытно, что величина 1 встречается в природе в самых неожиданных проявлениях, например, скорости океанических течений, поток песка в песочных часах, движение поездов в Японии, а также годовой сток Нила за последние 2000 лет. Если построить график громкости звучания какого-нибудь произведения классической музыки, то опять-таки получится спектр 1 ! Общий принцип, объясняющий происхождение шумов со спектром 1 , не найден, хотя он, казалось бы, носится в воздухе, но в каждом отдельном случае часто можно определить источник такого шума.
      В отношении шумов проволочные резисторы гораздо правильнее чем всяческие пленочные и композитные, но они имеют довольно большую паразитную индуктивность.
      На тепловой шум сильное влияние оказывает температура и собственное сопротивление и хотя тепловой шум значительно меньше токового, про него тоже не стоит забывать.
      Бороться с шумами резисторов стоит, теоритически, во всех трактах усиления, однако чем больше амплитуда сигнала, тем меньше влияние шума резисторов, следовательно особое внимание шумам резисторов можно уделять лишь в первых каскадах усиления, когда сигнал имеет амплитуду до 100 мВ и эти каскады желательно продумывать более тщательно, оградить от лишних источников тепла и обеспечить охлаждение, например организовав вентиляционные отверстия.
      У резисторов есть так же дополнительный параметр, показывающий изменение сопротивления в зависимости от температуры -температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризующий относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С. У непроволочных резисторов, применяемых в БРЭА, ТКС не превышает ±0,04—0,2 %, а у проволочных — ±0,003—0,2 %. 
      Как правило в усилителях мощности, в последнем каскаде усилителя напряжения, в эмиттерах транзисторов используются резисторы на 0,5 Вт. Обычно именно последний каскад усилителя напряжения производит максимальное усиления сигнала. В случае, если усилитель симметричный, то необходимо подборка не только транзисторов этого каскада по коф усиления, но и выборка одинаковых резисторов в их эмиттерные цепи, именно выборка резисторов с одинаковым номиналом. Эта мера не позволит свести на нет подбор транзисторов, поскольку от номинала эмиттерного резистора в схеме с общим эмиттером зависит итоговый коф усиления каскада.
      Кроме слабо мощных резисторов в усилителях используются резисторы на 2 или на 5 Вт, устанавливаемые в эмиттерах оконечного каскада. Тип этих резисторов довольно часто смущает начинающих - в продаже изобилуют керамические низкоомные резисторы, но по форумам довольно часто упоминается, что они портят звук, поскольку внутри содержат спираль из высокоомного сплава, а это является индуктивностью.

      Рекомендуемые для использования для этих целей резисторы довольно часто являются дифицитными, и порой реализаторы на них выставляют не обоснованную цену :

      Однако не совсем ясно на каком основании были сделаны выводы о том,что С5-5 или С5-16 не содержат индуктивности и наиболее ярким примером является механическое вскрытие:

      Наиболее приемлемым вариантом считается использование для этих целей резисторов МЛТ-2, однако шансы от избавления от индуктивности не сто процентны - на верхнем резисторе четко просматривается спираль из резистивного слоя:

      Поэтому при покупке МЛТ-2 следует обратить внимание на их внешний вид, и если окажется, что резистивный слой в виде спирали это совсем не повод впадать в панику - да, будет иметь место индуктивность, но ее величина слишком мала - у представленного на фото резистора на 100 Ом индуктивность составила 70 мкГн, а для резисторов сопротивлением 1, 0,68, 0,47, 0,33 и 0,22 Ома оно будет в десятки раз меньше.

 

 

РЕЗИСТОРЫ ПЕРЕМЕННЫЕ

      Кроме постоянных резисторов в усилителях используются переменные - для регулировки громкости, баланса, при необходимости тембра. От качества этих резисторов зависят в основном дополнительные шумы, вносимые изменяющимся сопротивление контакта между резистивным слоем и движком.
      Конструктивно переменных резисторов на сегодня выпускается довольно много, кроме того еще попадаются резисторы старых образцов:

      

      Кроме прочих параметров у переменных резисторов есть еще один - группа. Этот параметр показывает по какому закону изменяется сопротивление на движке резистора в зависимости от его положения, например для резисторов роторного типа это будет угол поворота. У отечественных резисторов различают 3 основные и две вспомогательные группы:

      Группа А - линейная зависимость изменения сопротивления от положения движка, группа Б - логарифмическая зависимость, В - обратнологарифмическая. Самые популярные - "А" и "В". "А" используется для линейных регулировок, например в терморегуляторах, регуляторах оборотов двигателей. "В" - оптимальнейший вариант для регулировки громкости, поскольку человеческое ухо увеличение громкости воспринимает по логарифмическому закону. Вспомогательные группы И и Е обычно используются в паре на сдвоенных резисторах - один резистор группы "И", второй "Е", что делает такой резистор идеальным для регулировки баланса в стерео усилителях.
      У импортных переменных резисторов 4 группы:

      Тут сразу следует обратить внимание на то, что у импортных группа А имеет обратнологарифмическую зависимость, т.е. для регулировки громкости требуется как раз резисторы группы "А", а группа B имеет линейную зависимость. Группа W используется для регулировки баланса - обычно движок резистора соединяется с общим проводом, а резистивный слой выступает в роли аттенюатора, совместно с постоянными токоограничивающими резисторами. 
      На некоторых подвидах переменных резисторов, предназначенных для регулировки громкости делаются отводы от середины резистивного слоя, гораздо реже делаются отводы с соотношением 1/ и 2/3. Данные резисторы удобны для реализации тонкомпенсированных регуляторов громкости. Тонкомпенсация позволяет выравнять иллюзию изменения АЧХ тракта при малых и больших громкостях - на малой грокости кажется, что НЧ и ВЧ составляющие сигнала уменьшаются, поэтому и вводится подъем НЧ и ВЧ в самом регуляторе. Один из вариантов схемы тонкомпенсированного регулятора громкости и изменения его АЧХ приведены ниже:


      
      

      Основных видов переменных резисторов две - роторные и движковые. И те, и другие имеют в своем составе множество подвидов, поэтому для краткости в таблице приведены только популярные:

Переменный резистор серии R12, бывают сдовоенные, бывают с выключателем. Ближайший сосед по конструктиву выполнен на текстолитовой основе. Широко используются в переносной аудиоаппаратуре. Бывают для вертикального и горизонтального монтажа. Надежность оставляет желать лучшего.
  

      
      
Серия R12XX - по конструктиву состоит из гетинаксовой "подковы" с нанесенным углеродистым резистивным слоем. Для большего понимая следйет расшифровать обозначение:
      R - ROTOR, т.е. роторный, следующие две цифры обозначают диаметр , а вот дальше уже по спецификации. Бывают одинарные и сдвоенные. Широко используются в переносной аудиоаппаратуре и в автомобильной низкой ценовой категории. Бывают для вертикального и горизонтального монтажа.
  

      
      
Серия RK11ХХ, такого же конструктива серия RK14ХХ, бывают для вертикального и горизонтального монтажа, первые цифры после букв обозначают размер: , бывают сдвоенные и одинарные, в переносной аудиоаппаратуре не очень популярны, но попадаются.
  

      
      
      
      
      
      
RK12ХХ популярны в стационарной средней ценовой категории и переносной аппаратуре высокого класса, частенько мелькали в автомагнитолах. Бывают одинарные, сдвоенные, счетверенные. Размер подковы с резистивным слоем может достигать 24 мм, разумеется в названии первыми цифрами будет 24. Могут быть с выключателем, некоторые модели этого вида имеют отвод от середины. 
      Для увеличения надежности и уменьшения сопротивления между контактом движка и резистивным слоем лучше использовать резисторы бОльшего диаметра, если нет ограничений по габаритам.
  

      
      
      
      
Переменные резисторы движкового (ползункового) типа содержат в своей абривиатуре либо первую, либо вторую букву S - SLIDE. Бывают одинарными, сдвоенными, с отводом от середины и без него. Первые две цифры после букв обозначают длину хода движка, например у верхнего SL101 движок перемещается на 10 мм, а у нижнего SL20V1 - 20 мм. Обычно в среднем положении движок резисторов слегка фиксируется.
  

      
      

Потенциометры DACT и ALPS по конструкции представляют собой многопозиционный галетный переключатель с установленными SMD резисторами.

Номиналы резисторов обеспечивают обратнологарифмическую зависимость изменения сопротивления при повороте оси потенциометра. Контакты движка и "подковы" выполнены из материалов повышенной износостойкости и обеспечивают наилучший контакт на протяжении ОЧЕНЬ продолжительного времени. Разумеется стоимость подобных потенциометров довольно высокая.

  
Есть еще одна группа потенциометров, которую можно назвать "удачной", причем в прямом смысле этого слова - это потенциометры снятые со старых усилителей мощности нулевой группы сложности. Буквально два месяца назад был УДАЧНО приобретен такой потенциометр у дедуни-старьевщика всего за 50 рублей. Замасленен, запылен, но контакты в ОЧЕНЬ хоршем состоянии.
  
Здесь рассмотрены резисторы наиболее популярные.

 

ПРОВОДА

      После того как все платы готовы, проверены и вымыты их необходимо установить в корпус и соединить между собой, а для этого требуются провода и "соединители".
      Наилучшим соединением является пайка, но это далеко не всегда удобно, да пайка бывает разная.
      Если используется соединение пайкой, то для пайки необходим припой. В радио-электронной аппаратуре (РЭА) используются свинцово-оловянные припои трех основных марок:
      ПОС-40 - содержит 40 % олова и 60 % свинца, используется... Да лучше бы не использовался...
      ПОС-60 - самый популярный припой, используется для монтажа элементов РЭА, содержит 60 % олова и 40 % свинца. Имеет хорошую растекаемость, находясь в жидком состоянии, со временем может приобрести оксидную пленку и стать матовым; 
      ПОС-90 - припой состоящий из 90 % олова и почти 10 % свинца (остальное на технологические примеси). Довольно часто называется пищевым, поскольку содержание свинца минимально и может использоваться для пайки бытовых предметов, контактирующих с пищей. Качество пайки довольно высокое, но необходимо несколько большая температура паяльника. Медное жало паяльника выгорает гораздо быстрее, чем при использовании ПОС-60. Поверхность ПОС-90 практически не окисляется от влаги.
      Есть еще один вид припоя, именуемый безсвинцовым или экологически чистым. Химический состав искать даже не захотелось - этой светлосерой субстанцией запаяно большинство электронных приборов низкой ценовой категории, имеет более высокую температуру плавления, по сравнению с ПОСами, находясь в жидком состоянии имеет низкую смачиваемость, что затрудняет облуживание выводов электронных компонентов и снижает качество пайки. Механические свойства на уровне ПОС-40. 
      При пайке практически всегда используются флюсы - вещества создающие на поверхности спаиваемых деталей тонкую пленку, предохранающую от окисления, которое при высоких температурах происходит гораздо быстрее. Химических составов флюсов довольно много, большинство основано на обычной сосновой канифоли, которая может использоваться при пайке и сама по себе.
      Для улучшения качества пайки рекомендуется зачищенные жилы многожильных проводов свить как можно плотней между собой - таким образом создается максимально возможное количество точек соприкосновения, существенно уменьшающих сопротивление контактов.
      Использовать разъемы в силовой части усилителя крайне не желательно, даже если они самозажимные или винтовые. Подобное соединение автоматически удваивает количество соединений:
      1. Разъем припаивается к плате;
      2. Провод прикручивается к разъему
      Если же используются раъемы имеющие "папу-маму", то количество соединений утраивается:
      1. Разъем "папа" припаивается к плате;
      2. Точка контакта ответных частей "папа-мама";
      3. Разъем "мама" припаивается к проводам
      Конечно же разъемы существенно упрощают доступ с модулям устройства, но они же и снижают надежность, поэтому разъемы лучше использовать только на слаботочных цепях и сократить их количество до минимально возможного.
      Разумеется, что можно возразить - мол достаточно много устройств собирается на разъемах и ни чего страшного не происходит.
      Ну для начала следует осознать, что при сборке в заводских условиях далеко не последнее место занимает технологичность - удобство сборки для повышения количества выпускаемой продукции и уж потом рассматривается надежность используемых соединителей.
      С другой стороны ни чего страшного не происходит:

      В усилителях провода можно разделить на две основные группы - сигнальные и питания, причем под питание можно определить и провода, по которым производится управление, например реле селектора входов. Сигнальные провода это провода по которым собственно и проходит звуковой сигнал от входа до выхода.
      В низковольтной сигнальной части усилителя лучше использовать экранированные провода, причем лучше в изоляции, поскольку эранированный провод без изоляции может соприкаснуться с корпусом, ражиатором и т.д., что неизбежно повлечет создание "земляной петли" - эффекта возникающего за счет соединения общего провода в разных точках и дающего возможность образования рамочной антенны, собирающей многие наводки и импульсные помехи.
      Однако экранированные провода тоже бывают разными и самые доступные это так называемый "НЧ провод для видео", продается либо сдвоенным, либо счетверенным.

      Перед покупкой лучше произвести небольшое анатомическое вскрытие и убедится, что провод является проводом, а не жалкой породией на него, да еще и сделанной из какого сталистого сплава, который ОЧЕНЬ тяжело паяется:

      Провод должен иметь однородную изоляцию центральной жилы и довольно плотную, эластичную и не крошащуюся оплетку:

      Причем чем плотнее оплетка тем лучше, в идеале жилы оплетки должны быть сплетены в сетчатую трубку, но в последнее время такой провод попадается довольно редко:

      Ну совсем хорош провод "микрофонный", сильно напоминающий кооксиальный кабель, с однородной, довольно толстой изоляцией центральной жилы, существенно снижающей емкость кабеля и плотной оплеткой. Довольно часто попадаются "микрофонные" провода эконом-класса, в которых жидкая оплетка, но экранировка сохраняется за счет использования фольги.

      В качестве проводов питания и управления лучше использовать медный многожильный провод из расчета 4-5 А на мм кв. Теоритически можно использовать и большую напряженость - провод будет успевать остывать, но только сильно заниженное сечение будет способствовать бОльшему падению напряжения, следовательно напряжение питания будет сильно зависеть от протекающего тока.
      Для предварительных каскадов это, теоритически, не так критично - они потребляют не большие токи и компенсировать падение можно увеличением емкости конденсаторов фильтра питания, установленных непосредственно на плате модуля. Однако имеет ли смысл бороться с проблемой, если есть возможность обойти ее?
      Для оконечных каскадов провалы питания более болезненны - мало того, что при пике музыкального сигнала происходит разрядка конденсаторов фильтра питания, , которых обычно минимальная достаточность, так еще и тонкие провода создают дополнительный провал напряжения. Отсюда и возникает более раний клиппинг, который уже будет слышно.
      Кроме питания к силовым проводам можно отнести провода выходящие непосредственно с выхода усилителя мощности, идущие на клеммы подключения, а дальше уже непосредственно на АС.
      Вот тут уже возникает точка споров и недоразумений, поскольку практически все рекомендуют использовать для этих целей акустический провод (безкислородную медь), но вот причины называются порой самые абстрактные.
      Тут следует остановиться подробней на самых популярных:

Меньшее активное сопротивление

      Проволока медная изготовляется следующих марок:

МТ - медная твердая
0,018
ММ - медная мягкая
0,01724
МС - медная для воздушных линий связи
0,018
МТЭ - медная твердая для эмалирования
0,018
ММЭ - медная мягкая для эмалирования
0,01724
МТБ - медная твердая из бескислородной меди
0,01790
ММБ - медная мягкая из бескислородной меди
0,01720

      Теоритически вроде как все верно, но ...
       , 
      где R - сопротивление проводникового материалла (ом)
      l - длина провода в метрах
      p - электрическое удельное сопротивление материала
      A - площадь поперечного сечения
      ПИ - математическое число
      d - номинальный диаметр провода в миллиметрах 
      Берем 10 метров сечением 1,5 мм кв получаем сопротивление для безкислородной меди 0,1147 Ома, для обычной 0,12 Ома. Даже при нагрузке в 2 Ома отношение сопротивлений более чем в 16, однако ни какой нормальный человек для двухомного динамика не будет использовать сечение 1,5 мм кв - минимум 2,5 мм кв.

Снижение СКИН-ЭФФЕКТА

      Разумеется, что на высоких частотах электроны выталкиваются к поверхности проводника и толщина скин-слоя для частоты 100 кГц составляет 0,2 мм. Однако наличие множества НЕ ИЗОЛИРОВАННЫХ между собой жил в проводе делает егоОДНИМ проводником, диаметр которого пропорционален суммарному сечению, а не сечению каждой жилы. Акустический кабель, действительно компенсирующий СКИН ЭФФЕКТ выглядит несколько иначе, чем его привыкли представлять в перефирийных аудиомагазинах:

      Стоимость этого кабеля будет совсем не маленькой. Впрочем о стоимости - здесь еще есть зависимость от того, где собственно этот кабель покупать. Для примера две цены одного и того же кабеля:

      В аудиомагазине стоимость провода составляет 96 рублей за метр, а в магазинах, занимающихся теплыми полами и прокладывающих под полами акустический кабель в виде допуслуги не превышает 20 руб за метр. 
      Выйти из сутуации можно, если уж ОЧЕНЬ хочется получить кабель без СКИН-ЭФФЕКТА - изготовить его самостоятельно из медного обмоточного провода ПЭВ-1 (ПЭВ-2 тоже подойдет, если стоит одинаково). Провод вымеряется необходимой длины и складывается в необходимое количество жил из расчета 30 Вт выходной мощности усилителя на 1 мм кв сечения провода. Затем жгут свивается, но не плотно и обматывается по всей длине киперной лентой:

      После этого обе жилы, идущие на АС обматываются изолентой, можно отдельно, можно сразу две. Столь тщательная изоляция необходима для уменьшения емкости между проводами и улучшения механических свойств изоляции - лак на проводе не очень прочен.

            Из личных впечатлений:
      По сравнению с обычным акустическим кабелем самодельный выигрывает в области ВЧ и это проявляется наиболее ярко при мощностях выше 100 Вт.
      Однако звук гораздо приятней при использовании широкополосной динамической головки и усилителя в режиме "Источник Тока, Управляемый Напряжением" (ИТУН). При использовании дополнительного блока, именуемого "Компенсатором Длины Провода" (КДП) звук так же отличался в лучшую сторону.

      Причем усилители с ИТУН и КДП подключались проводом ПВС 2х2,5, а типовой усилитель акустическим магазинным и самодельным:

И ЧЕ ТЕПЕРЯ?!

      Для начала подумать, ведь у безкислородной меди есть один довольно серьезный плюс - она оксиляется не так интенсивно, как ПВС, следовательно ее можно использовать там где имеет место повышенная влажность. Толщина и прочность изоляции гораздо выше, чем у ПВС, следовательно с ним можно обращаться не так бережно, а и в случае прокола изоляция стремится "затянуться". Акустический провод гораздо мягче ПВС, следовательно его можно использовать там, где гибкость провода имеет значение в силу труднодоступности мест укладки.
      Вывод напрашивается сам собой - акустический провод идеален для использования в автомобильном аудио и на гастролях. В бытовых комплексах можно обойтись и ПВС, причем даже увеличение сечения даст некоторую экономию по сравнению с акустическим меньшего сечения.
      В защиту ПВС можно еще сказать, что разные производители для производства провода используют жилки разного диаметра - им главное выдержать площадь сечения. Следовательно просмотрев провод в нескольких конкурирующих магазинах можно выбрать провод с более тонкими жилками, следовательно более мягким.
     

 

      Ну и конечно же смотреть что именно вы собираетесь купить, чтобы не получилось недоразумения, предлагаемого ТУТ - на фото одно, а продают совсем другое, если Вам внушают, что провод избавлен от скин-эффекта, то помните, что такой кабель выглядит несколько иначе:

 

      
      Литература:
      http://www.electroclub.info
      http://dart.ru
      http://www.magictubes.ru
      http://easyradio.ru
      http://people.overclockers.ru
      http://tech.juaneda.com
      http://rexmill.ucoz.ru
      http://ivatv.narod.ru/
      http://irbislab.ru
      http://www.audio-hi-fi.ru
      http://diyfactory.ru
      http://www.diyaudio.ru
      http://www.bluesmobil.com
      http://rezistori.narod.ru
      http://sgalikhin.narod.ru

Есть вопрос или хотите оставить комментарий?

Зарегистрируйтесь или войдите в аккаунт
Последние статьи
Комментарии

На сайте собранно ОЧЕНЬ много материала посвященного звукотехнике - предварительные усилители, усилители мощности и источники питания. Это принципиальные схемы, описания, чертежи печатных плат (правда далеко не на все схемы), а так же обзоры печатных изданий. Здесь вы можете найти более десятка предварительный усилителей с регуляторами тембра и эквалайзерами, около ста схем усилителей мощности от 2 до 2000 Вт, около 40 схем ламповых усилителей, чуть больше десятка схем импульсных источников питания, как автомобильных (до 600Вт), так и сетевых (до 2000Вт), разжована схемотехника компьтерных блоков питания, дюжина описаний акустических систем, а так же довольно много материала раскрывающего секреты качественного воспроизведения звука, начиная от используемой элементной баазы, схемотехники и заканчивая теорией распространения звуковых колебаний.

Подробнее о сайте

Яндекс.Метрика