Сохранить и прочитать потом —
- Часть 1. Устройство, свойства и параметры
- Часть 2. Основные характеристики конденсаторов
Конденсаторы являются фундаментальными пассивными электронными компонентами, как для аналоговых, так и для цифровых цепей. В них они находят применение широкого спектра, включая накопление энергии, блокировку постоянного тока при пропускании переменной составляющей сигнала, фильтрацию сигналов и так далее. Область применения конденсаторов зависит от их характеристик: ёмкости, номинального напряжения, физических размеров и способа монтажа, эквивалентного последовательного сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь. Также при его выборе должны приниматься во внимание такие параметры, как температурный коэффициент ёмкости, наличие микрофонного эффекта, время наработки на отказ. В зависимости от расположения в электрической цепи конденсатор может выполнять различные функции, а именно:
- Отделять во входном сигнале постоянную составляющую от переменной, выполнять функцию фильтра высоких частот
- Шунтировать (отводить) переменную составляющую сигнала, таким образом выполняя роль фильтра низких частот (низкие частоты проходят, высокие отсеиваются)
- Запасать энергию и выступать в качестве источника напряжения.
Рассмотрим каждую функцию конденсатора в отдельности.
Использование конденсатора в качестве разделительного элемента
Конденсатор, включённый по схеме, изображённой на Рис. 1, называется разделительным (coupling capacitor — на английском).
Рис. 1. Фильтр высоких частот. Источник сигнала (источник переменного напряжения) через конденсатор работает на нагрузочное сопротивление Rн
Цепь, изображённая на Рис. 1, является фильтром высоких частот первого порядка. В англоязычной литературе это звучит как high pass filter, а конденсатор, который подключён таким способом, называется разделительным или coupling capacitor. Так как реактивное сопротивление конденсатора определяется формулой
то очевидно, что чем меньше частота, тем будет больше сопротивление. При частоте, равной 0 Гц, сопротивление будет бесконечно большим. Если рассмотреть переходной процесс, когда постоянное напряжение (f = 0 Гц) подается на разряженный конденсатор, то сначала пойдёт большой ток, величина которого будет определяться эквивалентным последовательным сопротивлением
Конденсатор быстро зарядится, и после этого ток резко уменьшится практически до 0 А. Величина постоянного микротока утечки, который будет проходить через конденсатор, зависит от свойств диэлектрика в конденсаторе, то есть от величины тангенса диэлектрических потерь, о котором было сказано в предыдущей части статьи. Наилучшими характеристиками обладают плёночные и фольговые конденсаторы. Чем больше их номинальное напряжение, тем лучше изоляция, соответственно, меньше утечка. Именно поэтому в сигнальных цепях высококлассной аудиоаппаратуры используются плёночные или фольговые конденсаторы, часто превосходящие по номинальному показателю реальное максимально возможное рабочее напряжение в сотни и даже тысячи раз.
Частота среза (fc), то есть та частота, сигнал на которой ослабляется в
(эквивалентно уменьшению на 3 dB по логарифмической шкале),
(2)
Из выражения (2) вытекает, что чем выше частота среза, тем должна быть меньше ёмкость конденсатора. Для хорошего прохождения сигнала через конденсатор его реактивное сопротивление Xc должно быть меньше сопротивления нагрузки Rн в 20 — 50 раз и более, тогда на нем теряется очень малая часть входного сигнала. Для наглядности посчитаем ёмкость разделительного конденсатора, который будет стоять на входе усилительного каскада со следующими параметрами:
Rн = 100 кОм – входное сопротивление каскада
Fc = 20 Гц – нижняя слышимая граница по уровню -3 дБ
Пусть Xc = 1/50 Rн = 2000 Ом, тогда
Так как такого номинала нет в линейке номиналов E24, и величина 4 мкФ находится в интервале 3,9 и 4,3 мкФ, то на практике можно выбрать любой доступный из них. Если выбрать 3,9 мкФ, то частота среза сместится вверх, а если 4,3 мкФ – то наоборот, вниз.
Разделительные конденсаторы также используются для выделения высокочастотной составляющей из сигнала и нередко применяются в обработке аудиосигналов.
↑ Монтаж и детали улучшенной схемы блока питания
Печатная плата блока питания рассчитана на установку четырех оксидных конденсаторов 4700 мкФ на рабочее напряжение 35 В в каждом плече (рис. 9). Можно установить сначала по одному конденсатору, а затем добавить недостающие, и тем самым окончательно прояснить для себя вопрос об их влиянии на звучание усилителя.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: пленочные конденсаторы, диоды, электролитические конденсаторы двухполярного источника питания. Затем монтируют клеммники и электролитические конденсаторы сглаживающего фильтра. После пайки последние желательно дополнительно укрепить на печатной плате с помощью термоклея. Необходим электрический клеевой пистолет (рис. 10), предназначенный для склеивания между собой изделий из пластмассы, металла, керамики и других материалов. Он используется для крепления крупногабаритных деталей (оксидных конденсаторов, трансформаторов, дросселей и т. п.) на печатных платах, фиксации разъемов и многих других целей.
Расходным материалом для склеивания служит силиконовый термоклей, который выпускается в виде цилиндрических стержней диаметром 11 мм различного цвета. Стержень устанавливается в пистолет через отверстие в задней части пластмассового корпуса. После включения в сеть и прогрева инструмент готов к работе. Узкое жало пистолета позволяет действовать в труднодоступных местах, а курок – дозатор обеспечивает контролируемую подачу клея через нагревательный элемент. После выдавливания расплавленной силиконовой массы на склеиваемую поверхность следует прижать детали до момента схватывания термоклея.
Рис. 10. Пистолет для клея прост в использовании, надежен и долговечен
Детали блока питания:
Показать / Скрыть текст
DA1 – Стабилизатор 7815 (15V;1,0A), ТО-220 – 1 шт., DA2 – Стабилизатор 7915 (-15V;1A), ТО-220 – 1 шт., Радиатор U-образный FK301, алюминий, 13,3×19,1×12,7мм, для корпусов типа TO-220 – 2 шт., VD1…VD4 — Диод Шоттки 80SQ045-IR (45V/8A) – 4 шт., R1 — Рез.-0,25-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 1 шт., С1 — Конд.0,1/1000V К78-2 – 1 шт., С2, С15…С18 — Конд.0,1µ/63V J К73-17 – 5 шт., С3…С6 — Конд.0,01/630V К73-17 – 4 шт., С7…С14 — Конд.4700/35V 1840 +105°С – 8 шт., С19, С20 — Конд.100/25V 0809 105°C – 2 шт., Клеммник 3К шаг 5 мм ТВ-03ВС на плату – 3 шт., FU1 – Держатель предохранителя на приборный блок 5х20 мм, FH-02, — 1 шт., Пред. 1А (d=5;L=20) стекл. – 1 шт., XP1 — Шт. «Сеть» CS-001 приб./защёлка – 1 шт., Конт.заж. типа «O», TRI-1,25-2,5-M5, изолированный – 2 шт., XT1 — Клеммник приборный – 1 шт., SA1 — Выключатель питания 250В, 6А – 1 шт.
Использование конденсатора в качестве развязывающего
Рис. 2. Фильтр низких частот. Источник сигнала (переменного напряжения) работает на нагрузочное сопротивление Rн
В данной схеме конденсатор выполняет функцию развязывающего элемента. Постоянную по напряжению часть сигнала развязывающие конденсаторы пропускают, в то время как переменная шунтируется на землю. Это происходит благодаря высокому реактивному сопротивлению (в идеальной модели оно стремится к бесконечности) конденсаторов для постоянных по напряжению сигналов (f=0), которое в значительной степени уменьшается для сигналов переменного напряжения (f>0). Таким образом, на выходе получается постоянное напряжение без помех (Рис. 3)
Развязывающий конденсатор используется в качестве фильтра низких частот: шумовой сигнал погашается. Для фильтрации низкочастотных помех обычно выбирают конденсаторы с емкостью из диапазона от 1 до 100 мкФ.
Рассмотрим применения конденсаторов на наглядном примере – схеме самого простого каскада усиления, изображённого на Рис. 4.
Рис. 4. Схема однокаскадного усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером на транзисторе обратной проводимости (n-p-n).
На рис. 4 постоянная составляющая входного сигнала может создаваться источниками питания или предварительными усилительными каскадами, стоящими на входе данного усилителя. В цепях сигналов звуковой частоты постоянная составляющая входного сигнала влияет на качество выходного, привнося в него шум и искажения. В цепи, изображённой на Рис. 4, разделительный конденсатор C1 стоит на входе усилителя перед источником сигнала Vs. Для предотвращения появления постоянного выходного сигнала к коллектору транзистора последовательно перед нагрузкой RL подключён разделительный конденсатор C2.
Разделительные конденсаторы необходимы в цепях усилителей. Они используются во избежание наложения питания (+Vcc на Рис. 4) транзистора VT1 на звуковые сигналы. В большинстве случаев это достигается включением конденсатора на входе усилителя, в нашем случае, на Рис. 4, перед базой транзистора. Если конденсатор подобран правильно, то постоянная составляющая входного сигнала будет полностью гаситься, а сигнал звуковой частоты будет свободен от искажений.
Для осуществления местной отрицательной обратной связи к эмиттеру подсоединена цепь из параллельно подключённых резистора RE и конденсатора C3. Резистор RE подбирается так, чтобы обеспечить нужное напряжение коллектор-эмиттер, и вместе с развязывающим конденсатором C3 он обеспечивает хорошую термостабилизацию, поскольку изменение падения напряжения база-эмиттер при увеличении температуры на 20 градусов будет увеличивать ток база-коллектор на 15-25%, и наоборот, при уменьшении температуры, уменьшать ток в таких же пределах. Такие большие вариации в работе усилителя могут приводить к искажению звукового сигнала, и инженеры-разработчики их всегда избегают.
Рассчитаем ёмкость конденсатора С3 по формуле (2). Допустим, сопротивление резистора RE = 440 Ом. Реактивное сопротивление конденсатора должно быть небольшим, не более 1/10, значит, оно будет равно 44 Ом, и нижняя граница частотного диапазона f = 20 Гц. Таким образом, ёмкость конденсатора будет равняться
Ближайший по параметру конденсатор из ряда E12 будет на 180 мкФ.
Содержание / Contents
- 1 Общие замечания
- 2 Танцуем от питания
- 3 Выбор емкости накопительного конденсатора и ее влияние на передачу низких частот
- 4 Параллельное включение накопительных конденсаторов
- 5 Выбор номинального напряжения конденсатора
- 6 Применение «аудиофильских» конденсаторов Black Gate
- 7 Качество звучания УЗЧ в зависимости от его стоимости
- 8 Обжимные наконечники и клеммники в УМЗЧ
- 9 Монтаж и детали улучшенной схемы блока питания
- 10 Налаживание
- 11 Что дала установка модернизированного блока питания в усилителе?
- 12 Файлы
- 13 Упомянутые источники
Правда или нет
Обзор автоакустики
По сей день и в интернете, на различных форумах, в блогах ведутся горячие споры, относительно надобности или бесполезности такого накопителя, как конденсатор. Сами споры, к огромному сожалению любителей автозвука, к истине никакой не приводят. Они полностью бесполезны, ввиду того, что оппоненты даже не имеют начального школьного представления, касающиеся физики.
Примечание. Самая большая глупость, которую можно вычитать из форумов, гласит, что надо устанавливать конденсатор из расчета только фарадов на киловатт. Такие рекомендации в корне не верны, так как не поймешь, откуда они взяты.
Итак, чтобы в некоторой степени раскрыть завесу, давайте вернемся к урокам по физике. По мере того, как будут обновляться в нашей памяти ценные знания, все мифы исчезнут, как утренний дымок.
Различия конденсатора и АКБ
Важно знать:
- Конденсатор для басовика, это тот же потребитель питания, который не способен сам вырабатывать электроэнергию. Но он способен ее накапливать, а затем потреблять на собственные утечки, но не утечки АКБ;
- Задача конденсатора накапливать энергию, а затем отдавать ее потребителю. Сам накопитель обладает крайне низким внутренним сопротивлением и по этой причине «расстается» с энергией очень быстро (кстати, и накапливает ее тоже не медленно).
Примечание. Отличие конденсатора от аккумулятора в том, что пик отдачи энергии у конденсатора приходится только на первый миг, а затем происходит резкий упадок заряда. Тем самым, падает и скорость отдачи вместе с зарядом.
Различия конденсатора и ионистора
Ионистор для сабвуфера
Ионисторы – это то, что возят у себя в багажнике большая часть меломанов. Отличается от конденсатора следующими параметрами:
- Огромными потерями;
- Большим сопротивление;
- Отдает заряд гораздо медленнее;
- Стоит в несколько раз дешевле, чем конденсатор той же емкости.
Оптимальное время работы ионистора равно: 1 сек/83 кул.
Проверка ионистора
Рекомендуется проверять ионистор, чтобы наглядно понимать, как он работает:
- Цепляем ионистор в акустическую систему с просадками питания;
- Заводим и наблюдаем, что напряжение на клеммах усиливается. Пока все в порядке;
- Увеличиваем громкость и замечаем, что напряжение садится с 13 до 10 вольт.
Примечание. Все это означает, что при первом ударе саба заряд упадет и ионистор превратится в лишний компонент питания, поскольку полезным и активным он бывает лишь, когда его заряд больше напряжения в сети.
Такая ситуация среди любителей автозвука называется просадкой, но она может быть значительно хуже, если используются в питании тонкие некачественные провода и дешевый обмедненный алюминий. В этом случае к обычной просадке добавляется еще и просадка кабеля.
Примечание. Надо знать, чем опасна просадка кабеля. Дело в том, что при резком возрастании потребления происходит реактивное сопротивление. Чем больше и быстрее пользователь попытается взять с кабеля энергию, тем тот (кабель) сильнее этому будет препятствовать (если он тонкий и длинный).
Проблема дешевого и некачественного кабеля отразится и на ионисторе, который разрядившись, уже не сможет более получить энергию.
↑ Что дала установка модернизированного блока питания в усилителе?
Улучшения в звуке таковы, что в дальнейших экспериментах я уже не возвращался к первоначальному блоку питания. Сравнительно большая емкость конденсаторов, шунтирующих цепи питания, обеспечивает хорошую передачу низких частот. С блоком питания из комплекта усилителя Питера Смита (Сп=4700 мкФ) нижняя граница полосы пропускания при нагрузке Rн=4 Ом составляет 16 Гц, а с предлагаемым блоком (Сп=18800 мкФ) – 4 Гц.
Альтернативой конденсаторам большой емкости по цепям питания является установка мощного стабилизатора напряжения с малым выходным сопротивлением, но это будет конструкция другого уровня сложности.
↑ Налаживание
После проверки правильности монтажа на плате ее подключают к силовому трансформатору Т1, а выходы блока питания нагружают четырьмя резисторами: выходы ±25 В двумя резисторами 300 Ом, 5 Вт, а выходы ±15 В – двумя резисторами 510 Ом, 1 Вт.
Включателем SA1 подают напряжение на первичную обмотку трансформатора Т1, измеряют переменные напряжения на вторичных обмотках и постоянные напряжения на выходах блока питания; они должны соответствовать указанным на принципиальной схеме. Если все в порядке, блок питания готов к работе в составе УМЗЧ.
