На какой провод ставить конденсатор на твиттер
Перейти к содержимому

На какой провод ставить конденсатор на твиттер

  • автор:

Mitsubishi ASX Клуб

ASX Market

Основное из темы
Родные твиттеры, без доработок, устанавливаются за 5 минут.
Mitsubishi 7221A613 Кронштейн — 1 шт.
Mitsubishi 7221A614 Кронштейн — 1 шт.
Mitsubishi MR986377 Динамик аккустический передней двери — 2 шт. (они же от Lancer X)
Размер твиттеров 1.8”
Установочный диаметр: 126 мм.
Производитель рекомендует ставить твиттеры с сопротивлением от 4 до 8 Ом
Фото: ТЫЦ

Sony XS-H20S Фото: ТЫЦ
Многие хвалят и ставят Hertz DT 24.3 Фото: ТЫЦ и ТЫЦ и ТЫЦ и ТЫЦ
Kicx ND 20AL Фото: ТЫЦ
Supra SBD-200F Фото: ТЫЦ
Kicx PD20 S Фото: ТЫЦ
Prology RX 20S Фото: ТЫЦ
JBL GTO-18T

Подсоединение динамиков

Подсоединение динамиков

Параллельное соединение снижает импеданс, воспринимаемый усилителем. Окончательное значение импеданса можно вычислить с помощью формулы:
R1 х R2
R1 + R2,
где R1 и R2 — номинальный импеданс двух громкоговорителей.
Например, соединение двух громкоговорителей по 4 Ом в параллель в сумме дает импеданс в 2 Ом. Когда соединяются три громкоговорителя, сначала вычислите импеданс для первой пары, а затем используйте полученное значение как R1 и повторите вычисления, используя импеданс оставшегося громкоговорителя.

Последовательное соединение повышает импеданс, воспринимаемый усилителем. Окончательное значение импеданса можно вычислить с помощью формулы:
R1 + R2,
где R1 и R2 — номинальный импеданс двух (или более) громкоговорителей. Например, последовательное соединение двух громкоговорителей по 4 Ом в сумме дает импеданс в 8 Ом.

Последовательно-параллельное соединение — это комбинация последовательного и параллельного соединений. Оно является полезным методом, обеспечивающим оптимальный импеданс для нагрузки усилителя. Обычным способом является соединение пары динамиков последовательно и затем соединение этой пары в параллель с другими парами. Таким образом, минимальное количество соединенных громкоговорителей будет равно четырем, а общее их число должно быть четным.
Для вычисления окончательного импеданса нагрузки вычислите импеданс каждой последовательной пары и используйте эти значения в качестве R1 и R2 в формуле, приведенной выше, для вычисления импеданса соединенных в параллель динамиков. Например, мы имеем четыре громкоговорителя по 4 Ом и соединяем их парами последовательно (R1 + R2 и R3 + R4). Теперь мы имеем две (R5 и R6). Затем соединяем их параллельно и имеем формулу:
R5 х R6
R5 + R6
Следовательно, вычисления свелись к:
8 Х 8 =64 =4 Ом
8 + 8 16

КРОССОВЕРЫ: теория и дизайн

Независимо оттого, являются ли кроссоверы активными или пассивными, они — неизбежное зло, и в совершенном мире они просто не должны были бы существовать. В идеале устройство с одним динамиком должно было бы выдавать по крайней мере сто ватт на любой частоте от 20 Гц до 20 000 Гц. В процессе воспроизведения оно показало бы прекрасную дисперсию, общее искажение ниже 0,1% и совершенно плоскую амплитудно-частотную характеристику. Это устройство не требовало бы никакого корпуса и в действительно идеальных условиях было бы не более 1 дюйма в диаметре. К сожалению, законы физики не позволяют создать подобную прекрасную комбинацию.
Прежде всего, давайте рассмотрим, на что должна быть способна система динамиков в аудиоустройстве. Самая низкая нота, которую слышит человеческое ухо, воспринимается как продолжительный тон на частоте около 16 колебаний в секунду (16 Гц). Несколько церковных органов имеют 32 регистра, и самая низкая нота у них соответствует примерно 17 Гц. И когда вы слышите этот звук в большом кафедральном соборе, вы ощущаете, что такое истинный бас. А самая высокая частота, которую может слышать человеческое ухо, изменяется в за-висимости от вашего возраста и многих других факторов. Способность слышать высокие тона заметно снижается в среднем возрасте, но для большинства людей в двадцать — тридцать лет самая высокая частота находится в диапазоне от 14 000 до 18 000 Гц (14 — 18 кГц). В качестве среднего значения возьмем 16 кГц.
Таким образом, чтобы упростить задачу, мы можем принять в-качестве аксиомы, что человек слышит частоты в диапазоне от 16 Гц до 16 кГц, что составляет примерно десять октав. Это довольно широкий диапазон, и фактически мы должны иметь возможность записывать и воспроизводить его полностью для точного воспроизведения музыки. Что касается электронной аудиоаппаратуры, то для нее это не такая уж сложная задача. Сложности появляются, когда мы пытаемся с помощью этой электроники управлять динамиками.
Если вы заглянете внутрь обычного транзисторного радиоприемника, вы увидите один динамик. Он должен воспроизводить все сигналы, которые поступают на него с выхода усилителя. Это предполагает воспроизведение всего диапазона частот, как мы обсуждали выше. К сожалению, одно устройство не может сделать это достаточно хорошо. По существу, динамики, которые очень хороши при низких частотах, не могут быть настолько же хороши в диапазоне высоких частот и наоборот.
По причинам, которые мы кратко изложим ниже, хорошие низкочастотники (LF) должны быть большого размера, а хорошие высокочастотники (HF) должны быть маленькими. А размеры хороших среднечастотников должны быть где-то между ними. Другая сложность заключается в том, что человеческое ухо гораздо более чувствительно к звуковым сигналам в области средних частот, чем по краям частотного диапазона.
Давайте представим, что мы имеем три различных устройства — соответственно для воспроизведения низких, средних и высоких частот. Они имеют одинаковую чувствительность, то есть обеспечивают одинаковый уровень звука при подаче на них одинаковой мощности. Если вы подаете, скажем, один ватт при частоте 2 кГц на среднечастотник, вы услышите очень громкий свист. Но если вы подадите такую же мощность при частоте 20 Гц на большой низкочастотник, вы услышите гораздо более тихий низкий звук. И при 10 кГц, подаваемых на твитер, звук будет также заметно менее громким, чем звук среднечастотника. Наряду с другими причинами изложенные здесь факты подразумевают, что устройства для воспроизведения высоких и низких частот должны несколько отличаться от своего среднечастотного собрата. В частности, низкочастотник должен быть очень большим, чтобы он мог перемещать достаточно большой объем воздуха для чистого воспроизведения низких басом на таком уровне громкости, какой вам больше нравится.
Почему большой низкочастотник не может хорошо работать на высоких частотах? По двум основным причинам наряду со множеством второстепенных. Во-первых, конус идеального динамика должен работать как поршень, то есть при поступлении аудиосигнала все его точки должны двигаться одновременно. Но так как диффузор реального низкочастотника очень большой и, вообще говоря, не очень жесткий, он не может двигаться как единое целое, когда вы подаете на него высокочастотный сигнал. Наоборот, различные части конуса начинают двигаться сами по себе. Это явление, известное как «излом диффузора», является основной причиной искажений. Другой аспект этой же проблемы заключается в том, что большой диффузор с трудом может изменять направление своего движения под воздействием звуковой катушки, что приводит к еще большим проблемам и еще большему «излому».
Другая основная причина связана с явлением, называемым «рассеянием». Это означает, что диаграмма направленности любого динамика стремится стать все более узкой при повышении частоты, по типу луча от фары автомобиля. Если вы возьмете большой динамик и попытаетесь воспроизвести с его помощью высокую частоту, он должен будет выдать очень узкий «конус» энергии. В результате получится слишком сильный выход высокой частоты на оси и слишком маленький вне оси. Нечто аналогичное происходит, когда вы пытаетесь использовать среднечастотник для воспроизведения высокой частоты, и вы сталкиваетесь призу с двумя проблемами: изломом диффузора и недостатком рассеяния.
Для высоких частот нам необходим маленький диффузор — настолько маленький и легкий, чтобы точно отслеживать движения звуковой катушки без излома диффузора и выполнять все строго в тот же момент. Поэтому твитеры физически очень маленькие и часто имеют легкие металлические конусы. К сожалению, динамики для высоких частот и динамики для низких частот очень плохо работают в противоположной части спектра. Если вы подадите тон частотой 12 кГц на 15-дюймовый сабвуфер на нормальном уровне прослушивания, то вы мило что сможете услышать. Если вы подадите тон частотой 100 Гц на обычный твитер на том же уровне прослушивания, то он, возможно, просто взорвется!
На самом деле динамики, работающие в полном диапазоне частот с приемлемым рассеянием, управлением мощностью и плоской амплитудно-частотной характеристикой, существуют. Однако они очень большие, а принцип их действия — обычно называемый «электростатическим» — не годится для условий и динамических нагрузок, возникающих в автомобиле. Кроме того, подобные устройства слишком дороги. Таким образом, для использования в автомобиле общепринятых динамиков, построенных по принципу «звуковая катушка с диффузором», сейчас альтернативы нет. Таким образом, необходимость собрать воедино устройства для воспроизведения различных частей аудиоспектра привела к созданию кроссоверов.
Ранее мы упоминали, что человеческое ухо слышит примерно десять октав между 16 Гц и 16 кГц. Если мы используем составное акустическое устройство для обработки полного спектра звуковых частот, нам нужно найти способ «разделения» этого диапазона частот на несколько отдельных диапазонов, подходящих для каждого динамика. Электрические схемы, которые выполняют эту работу, называются «кроссоверами» или «разделительными цепями», и все они являются вариантами того, что инженеры-электронщики называют «фильтр». Как следует из названия, смысл заключается в «фильтрации» конкретного диапазона частот и пропускании на соответствуещее устройство только тех частот из диапазона, для воспроизведения которых оно предназначено.

Пассивные кроссоверы

Проще всего начать обсуждение процесса фильтрации с рассмотрения простейшей двухканальной системы, состоящей из двух динамиков: низкосреднечастотника и отдельного твитера. Кроссовер в этой слишком упрощенной двухканальной акустической системе состоит из простого электронного компонента, называемого конденсатором. Важным моментом в работе конденсатора является то, что он ведет себя как сопротивление, величина которого меняется в зависимости от частоты сигнала, подаваемого на него. Мы более подробно рассмотрим конденсаторы далее, когда будем изучать, как собирается пассивный кроссовер. А сейчас важным является тот факт, что если вы удвоите частоту сигнала переменного тока, проходящего через конденсатор, его кажущееся сопротивление уменьшится вдвое (переменный ток — это форма, принимаемая музыкальным сигналом).

На рисунке слева вы видите, что в двухканальной акустической системе меньшее устройство SP2, обрабатывающее средние и высокие частоты, подсоединено через конденсатор. При низких частотах конденсатор работает как большое сопротивление, поэтому лишь небольшая часть низкочастотного сигнала попадает на SP2. При возрастании частоты на SP2 поступает пропорционально более сильный аудиосигнал, так что при высоких частотах можно сказать, что оно подсоединено более или менее напрямую параллельно с SP1.
Одиночный конденсатор представляет собой самую простую из возможных схему кроссовера для двух динамиков, и он имеет несколько очевидных недостатков. Один заключается в том, что на SP1 всегда поступает полный диапазон частот, и похоже, что это может привести к различного вида окрашиванию сигнала, например, к излому диффузора на высоких частотах. Другой заключается в том, что действие конденсатора очень слабое. При уменьшении частоты на каждой октаве конденсатор уменьшает мощность сигнала, поступающего на SP2, на 6 дБ, что примерно соответствует коэффициенту 4. На практике это означает, что на SP1 поступает значительно более низкочастотная энергия, чем хотелось бы. Оба эти эффекта усугубляют проблему интерференции, создаваемой выходами двух устройств, которая приводит к отклонению от нормы в амплитудно-частотной характеристике динамиков.
Еще один отрицательный аспект системы с одним конденсатором, а также и других простых форм кроссоверов — это так называемый «фазовый сдвиг». Часто идут споры о том, насколько слышимыми являются эффекты от фазового сдвига, но очевидно, что в наших конкретных условиях они оказывают некоторое влияние на общее звучание.
Итак, мы видим, что простая двухканальная схема кроссовера, содержащая один конденсатор, имеет большое количество ограничений. Тем не менее, некоторые из этих ограничений можно обойти с помощью простого добавления другого типа электронного компонента, называемого индуктором, действие которого противоположно действию конденсатора. Мы имеем в виду, что его сопротивление переменному току удваивается каждый раз, когда частота подаваемого на него сигнала увеличивается на одну октаву.

На этом рисунке индуктор представляет собой постепенно увеличивающееся сопротивление переменному току (для которого более правильным названием было бы «реактивное сопротивление») при повышении частоты. Это означает, что SP1 получает уменьшающееся количество энергии с повышением частоты, что в свою очередь будет снижать некоторые слышимые нежелательные эффекты, упомянутые ранее. Как и прежде, конденсатор, подключенный последовательно с SP2, будет снижать низкочастотные сигналы, поступающие на него.
Разделительные цепи, включающие в себя индукторы и конденсаторы, могут быть выстроены в довольно сложные схемы. В высококлассных трех- или четырехканальных домашних АС и профессиональных мониторах кроссовер может включать в себя до десяти конденсаторов и почти так же много индукторов. Характеристики разделительной цепи тщательно рассчитаны для получения максимально ровной амплитудно-частотной характеристики системы; они должны быть в точности согласованы с характеристиками остальных устройств. В хороших системах могут быть достигнуты великолепные результаты. Однако некоторые недостатки при этом все же сохраняются.
Так как сами динамики демонстрируют емкость и индуктивность, которые могут существенно меняться с изменением частоты, то существует значительное взаимодействие междудинамиками и элементами кроссовера, которое очень сложно отследить и скорректировать на стадии разработки. Многоэлементные кроссоверы могут иметь плохую фазовую характеристику, которая не имеет воздействия на качество звучания, что может сделать систему динамиков довольно сложной нагрузкой для усилителя. И довольно.часто возникает необходимость включать сопротивления с высокой активной нагрузкой для получения соответствующих уровней от каждого устройства, на что расходуется часть энергии усилителя.
Кроссоверы, в состав которых входят индукторы, конденсаторы и сопротивления, известны как пассивные цепи. Такое название происходит от того, что инженеры-электронщики классифицируют подобные компоненты как «пассивные», чтобы обособить их от таких компонентов, как электронные лампы, транзисторы, операционные усилители, интегральные схемы и т. п., которые являются «активными». Вообще говоря, если вы подаете энергию на электронный компонент и он вырабатывает выходной сигнал в ответ на входной, то этот элемент является активным. В кратком обзоре мы увидим, что возможно создавать разделительные цепи на основе активных элементов и что этот способ имеет значительные преимущества.
Одним из недостатков пассивного кроссовера является тот факт, что вся доступная энергия усилителя проходит на динамики через кроссовер. Другими словами, через кроссовер проходит весь спектр усиленного сигнала, использующегося в конкретной системе. Это означает, что отдельные усилители не могут использоваться для различных частотных диапазонов, так как усилитель должен стоять до разделительной цепи. Но в высококлассных системах было бы очень полезно поместить кроссовер до усилителя мощности и использовать отдельные усилители для различных частотных диапазонов и соответствующих им динамиков.
Основным аргументом в пользу такого устройства является возможность избежать проблем с интермодуляцией (нелинейными искажениями). Проще говоря, это явление возникает, когда сигналы с различными частотами, проходя через усилитель, «модулируют» друг друга. Слышимый эффект от этого явления — это своего рода искажения, при которых высокие ноты «плывут» (уровень постоянно меняется вверх-вниз) и чистый тон звучит не так чисто, как надо.
Чтобы понять это, представьте, что мы генерируем частоты, скажем, 700 и 1700 Гц и подаем их на вход некоего идеального усилителя. На выходе должны быть только эти две час- юты. На неидеальном усилителе (которым является любой реальный экземпляр) на выходе будут представлены, по крайней мере, четыре тона, а не два. Это будут исходные 700 и I700 Гц, а также новые частоты, представляющие собой сумму двух исходных (то есть 2400 Гц), и разность (то есть 1000 Гц). В хорошем усилителе эти две новые частоты будут воспроизводиться на существенно более низком уровне, чем исходные 700 и 1700 Гц, но тем не менее, они там неизбежно будут присутствовать. В плохом усилителе наряду с этими появятся другие новые частоты, такие как 3700 Гц (3 х 1700 — 2 х 700), 3400 Гц (2400 + 1000) и 1400 Гц (2400 — 1000). Мы упомянули только некоторые из них.
Все усилители, применяемые в автомобилях, страдают интермодуляцией. Вопрос в том, насколько сильно это выражено. И чем громче воспроизведение, тем более заметна интермодуляция. Использование различных усилителей для каждого диапазона частот, поступающих на динамик, заметно снижает интермодуляцию и приводит к более низким искажениям. Как мы видели, вы не можете этого сделать при использовании пассивного кроссовера, но можно это сделать, используя другой подход. Таким образом, мы непосредственно подошли к предмету активного кроссовера.

Активные кроссоверы

Бытовые динамики класса hi-fi почти всегда используют пассивные кроссоверы, так почему же нельзя использовать подобную аппаратуру в автомобильных системах?
Во-первых, автомобильные аудиосистемы обычно проектируются не так, как бытовые ус- фойства hi-fi. В последних разделительная цепь представляет собой составную часть сис- юмы и учитывается на всем протяжении процесса проектирования. В автомобильных системах стремятся использовать более специфические комбинации динамиков, разработанные для автомобиля, и не обязательно это будет изделие того же производителя. Также в большинстве автомобильных систем используются как фронтальные, так и тыловые динамики вместе с одним или двумя сабвуферами для очень низких частот. По всем изложенным причинам становится очевидной необходимость балансировки аудиочастот, поступающих на каждый динамик в автомобиле, внутри определенных интервалов для получения наилучшего звучания.
Чтобы добиться этого с помощью пассивной разделительной цепи, потребуется громадное количество регулировок по методу проб и ошибок. Вам, возможно, потребуется помощь компьютера, чтобы точно рассчитать, какими должны быть первоначальные значения параметров, а затем вы проведете долгие часы за регулировкой, постепенно добиваясь предварительно полученных значений. Для сравнения: чтобы выполнить эту регулировку с помощью Активного кроссовера, вам не понадобится ничего, кроме отвертки, а в некоторых слу-чаях и она не нужна. Надо заметить, что на этой стадии для установки любого кроссовера (особенно активного) в автомобиль нам совершенно необходим спектральный анализатор, работающий в реальном масштабе времени (RTA) или какое-нибудь аналогичное устройство — позднее мы вернемся к этому вопросу.
Итак, как вы поняли, сущность активного кроссовера заключается в том, что он содержит активные компоненты: транзисторы, операционные усилители и т. п. Проще говоря, активный кроссовер использует электронные схемы для синтеза очень точных отрезков диапазона фильтрации, заменяя большие индукторы и конденсаторы несколькими транзисторами и интегральными схемами вместе с очень маленькими конденсаторами и сопротивлениями (индукторы в активных системах вовсе не нужны, и это очень хорошо). Схема активного фильтра помещается после предусилителя или головного устройства, но перед усилителями мощности.
Такой подход имеет целый ряд преимуществ. Во-первых, каждое устройство управления динамиком может снабжаться энергией от отдельного усилителя. Мы уже обсуждали некоторые плюсы, которые это дает, а еще одним моментом, который надо упомянуть, является то, что вы не сможете повредить твитер, если случайно перегрузите усилитель сабвуфера (в режиме клиппирования), так как все драйверы и усилители электрически изолированы друг от друга. Во-вторых, любой дисбаланс в уровнях отдельных динамиков системы может быть легко устранен, так как в активном кроссовере вы можете регулировать уровень аудиосигнала, посылаемого на каждый канал усилителя, с помощью различных методов управления. Это особенно полезно для получения правильного уровня сабвуфера.
Вы также можете изменять фазу конкретного канала с помощью регулировки переключателя или ручки управления. Но все же лучше осуществлять регулировку индивидуальных частот кроссовера нажатием только управляющей кнопки. В некоторых устройствах, кроме того, предусмотрена возможность изменения крутизны спада характеристики кроссовера. Еще одним преимуществом является то, что в отличие от сложных пассивных разделительных цепей, в тщательно разработанном активном кроссовере практически не возникают проблемы фазового сдвига.
Вообще говоря, некоторые фазовые проблемы могут возникнуть и в активной схеме. Многие активные кроссоверы используют линейку фильтров с так называемыми характеристиками Баттерворта (Butterworth); они имеют великолепные амплитудно-частотные характеристики и малую неравномерность полосы пропускания, но то, что инженеры называют свойством «групповой задержки», хуже, чем у так называемых «фазолинейных» фильтров, и их переходная характеристика искажений в районе частоты кроссовера не так хороша.

Разработка и конструирование пассивного кроссовера

Если вы планируете спроектировать систему с пассивным кроссовером, то вы должны близко познакомиться с тремя типами электронных компонентов. Это резисторы, конденсаторы и индукторы. Ниже мы кратко представим их и изложим некоторые советы, как их использовать.
Резистор — это компонент, который «сопротивляется» прохождению электрического тока. В процессе этого возникает то, что инженеры-электрики называют «разность потенциалов», а остальные люди понимают как разницу в напряжении. Следует запомнить, что три параметра — напряжение, сила тока и сопротивление связаны между собой очень простым образом.
Сейчас мы представим небольшое уравнение. Мы измеряем напряжение в вольтах, силу тока в амперах, а сопротивление в единицах, называемых «Ом» в честь человека, обнаружившего взаимосвязь между всеми ними. Если мы теперь обозначим величину напряжения буквой «V», силу тока — «I», а величину сопротивления — «R», то фактом электрического взаимодействия будет соотношение V = I х R. Или, если записать это другим способом: I = V / R и R = V/ I.

Вот пример. Предположим, что вы имеете резистор с величиной сопротивления 6 Ом. Теперь предположим, что вы подключили его к 12-вольтовому автомобильному аккумулятору. Какой ток пойдет через него? Мы уже знаем, что I = V / R, то есть 12 / 6 А. Дробь 12/6 упрощается до 2/1 или 2, то есть 2 ампера. Это не должно вызывать никаких трудностей в понимании.
Чтобы развить мысль, теперь предположим, что мы еще имеем резистор с величиной сопротивления 18 Ом, и мы решили соединить эти два сопротивления последовательно; в результате общее сопротивление стало 24 Ом. Если мы подключим эту комбинацию к аккумулятору, то какой ток пойдет через нее? Это 12/24 или
1 / 2 или, в десятичном выражении, 0,5 Ом. Но здесь есть над чем подумать. Предположим, что мы подключили вольтметр к сопротивлению 6 Ом, что он измерит?

Мы уже знаем, что через сопротивление проходит ток 0,5 А и что величина сопротивления равна 6 Ом. Мы также знаем, что V = I х R, то есть напряжение на этом резисторе будет 0,5 х 6 = 3 В. А как насчет напряжения на 18-омном резисторе? Оно должно равняться 0,5 х 18 = 9 В. Если хотите, вы можете проверить это с помощью вольтметра, но совершенно очевидно, что с помощью нашего небольшого равенства, которое является формулировкой так называемого закона Ома, мы можем предсказать результат заранее.
Таким образом, мы ухитрились получить два значения напряжения от нашего 12-вольтового источника, которых раньше не было, а именно, 9 В и 3 В. Возвращаясь к тому раннему этапу, когда люди думали о напряжении как об электрическом потенциале, мы могли бы гордо заявить, что использовали два наших резистора, чтобы создать «схему деления потенциала» или «делитель напряжения» (как указывалось во всех лучших книгах о радиоприемниках в 1920-х годах), так как мы разделили 12 В на части и 9 В и 3 В.
Вы можете полагать, что это не имеет отношения к кроссоверам. В конце концов, 3 В — это 3 В, будь они постоянного тока, 20 Гц или 20 кГц, мы все равно не сможем использовать наш делитель потенциала, чтобы «разделить» выход усилителя между нашим басовым динамиком и твитером. Но предположим, что существует сопротивление, величина которого меняется в зависимости от частоты. Мы бы тогда смогли использовать принцип деления потенциала для подачи на динамик напряжения, которое меняется в зависимости от частоты, для которой мы хотели бы его использовать.
Определенно, если мы имеем «резистор», величина сопротивления которого становится ниже при повышении (или понижении) частоты, и мы подсоединим его последовательно с обычным сопротивлением, чтобы получилась схема типа делителя потенциала, которую мы рассмотрели выше, мы можем использовать эту маленькую схему для создания напряжения, которое меняется по мере того, как мы увеличиваем или уменьшаем частоту. Мы уже обсуждали эти особые виды «резисторов» ранее в этой главе. Ими являются, конечно же, индуктор и конденсатор.
Давайте рассмотрим их несколько подробнее.

Индукторы

«Индуктор» — это инженерный термин для описания длинного провода, смотанного в катушку индуктивности, хотя только серьезные математические расчеты дают ответ на вопрос о том, как он будет себя вести, если вы подадите на него переменный ток. Любой смотанный провод будет демонстрировать то, что называется явлением индуктивности. Мы не будем надоедать вам формальными разъяснениями того, что это обозначает, но простыми словами можно сказать, что индуктор прекрасно пропускает постоянный ток, а при переменном токе ведет себя как сопротивление. Величина сопротивления зависит от частоты, и фактически сопротивление переменному току индуктора удваивается при каждом удвоении частоты. Вы могли запомнить из предыдущего повествования, что «сопротивление переменному току» измеряется в омах, так же как и сопротивление постоянному току, но у него есть специальное наименование «реактивное сопротивление», которое мы упоминали ранее в этой главе.

Величина реактивного сопротивления находится в функциональной зависимости от длины намотанного провода, от того, насколько широко намотаны витки проволоки в катушке, каков диаметр проволоки и каков окончательный диаметр катушки. Оно также зависит от материала, из которого сделан сердечник катушки. Например, провод определенной длины, намотанный вокруг ферритового сердечника (как, например, в некоторых кроссоверах) будет иметь гораздо большую величину индуктивности, чем то же количество провода, намотанное на картонку.
Сама по себе индуктивность измеряется в единицах, называемых «генри» в честь великого американского физика Джозефа Генри (Joseph Henry). На самом деле, индуктивность, равная 1 генри, достаточно велика и во многих случаях радиоинженерам легче работать с такими единицами, как миллигенри (мГ) или даже с микрогенри (мкГ).
Основное, что надо запомнить — это то, что реактивное сопротивление индуктора возрастает вместе с частотой, а это делает возможным выбор индуктора в качестве элемента разделительной цепи. Еще одним моментом, который надо понимать на данном этапе, является то, что будучи по существу длинным проводом, индуктор пропускает как постоянный, так и переменный ток. Однако этого нельзя сказать о другом элементе, зависящем от частоты, каким является конденсатор.

Конденсаторы

В принципе, конденсатор можно представить себе как пару электродов или пластин, разделенных диэлектриком. В отличие от индуктора, конструкция которого остается практически неизменной (любой индуктор является длинной проволокой, намотанной на какой-либо сердечник), существует много форм и типов конденсаторов. Разнообразие заключается в различной природе изолирующих материалов, разделяющих пластины (которые в данном случае называются «диэлектрики»), а также самих пластин, которые могут быть большими металлическими пластинами, тонкой серебряной фольгой или чем-то промежуточным.

Важным для понимания моментом на данном этапе является то, что конденсаторы не пропускают через себя постоянный ток, а переменный ток пропускают. По причинам, связанным со способом работы конденсатора (в основном это электрические явления, называемые «зарядка» и «разрядка»), чем выше частота, тем меньше конденсатор препятствует прохождению тока. Или, точнее выражаясь, чем выше частота, тем меньше реактивное сопротивление конденсатора.
Мы видим, что конденсатор и индуктор работают диаметрально противоположным образом. Индуктор пропускает через себя постоянный ток и не чинит ему никаких препятствий (кроме обычного сопротивления провода, из которого сделана катушка), и на низких частотах он не оказывает большого реактивного сопротивления.

Однако, если мы увеличим частоту, реактивное сопротивление индуктора также увеличится Конденсатор, наоборот, вовсе не пропускает через себя постоянный ток и показывает высокие значения реактивного сопротивления при переменном токе низкой частоты. По мере увеличения частоты реактивное сопротивление конденсатора становится ниже и ниже и спадает до очень маленьких значений на очень высокой частоте.
Мы измеряем емкость конденсатора в единицах, называемых «фарада» в честь великого Майкла Фарадея (Michael Faraday), который обнаружил природу связи между магнетизмом и алектричеством и многое другое. Так же как и генри, одна фарада как единица измерения несколько великовата, и в большинстве случаев мы работаем с микрофарадами (мкФ) или даже нанофарадами и пикофарадами (нФ и пФ, которые являются, соответственно, 10’9 Ф и Ю’12 Ф).

Применение закона Ома

Подходит ли закон Ома для индукторов и конденсаторов так же хорошо, как для резисторов? В определенных пределах ответ будет положительным. Во-первых, давайте рассмотрим предмет изучения. Вы помните, что если V — это напряжение, I — это ток, a R — это сопротивление, то следующие соотношения являются истинными:
V = I х R I = V / R R = V / I
Если мы заменим сопротивление на реактивное сопротивление (обозначаемое буквой X), ю соотношения закона Ома останутся справедливыми. Таким образом:
V = I х X I = V / X X = V/ I
Следующий вопрос: если значения индуктивности и емкости даны в величинах генри и фарада, то как мы будем выражать реактивное сопротивление? Ответ будет таким: так как реактивное сопротивление не является постоянной величиной, а зависит от частоты, мы должны для начала знать частоту, чтобы определить, каковы же реактивные сопротивления индуктора и конденсатора. Для этого мы используем две формулы, по которым очень легко производить вычисления, имея калькулятор с функциями для научных расчетов. Первая формула — для вычисления реактивного сопротивления индуктивности, где индуктивность L выражена в генри, а частота F в Гц:
X = 2πFL
А вторая — для конденсатора с емкостью С фарад при частоте F Гц:
X = 1/2πFC
Трудно придумать что-либо проще этих двух формул: ошибки, которые каждый может допускать время от времени, заключаются в том, что путаются размерности величин. Предположим, что вы имеете конденсатор емкостью 22 мкФ и хотите вычислить его реактивное сопротивление при частоте, например, 1,2 кГц. Вам необходимо помнить, что формула предполагает фарады и герцы, следовательно, до начала расчета по формуле вам необходимо представить 22 мкФ как 22 х 10-6 Ф, а 1,2 кГц как 1200 Гц. Давайте теперь подсчитаем этот пример.
Величину 22 мкФ переведем в 22 х 10‘6 Ф (22 ехр -6 на большинстве калькуляторов с функциями для научных расчетов), таким образом, нижняя строка уравнения свелась к2хπ
х I200 х (22 ехр -6), что равно 0,165876. Все, что нам теперь нужно, — это взять обратную величину (обычно это выполняется с помощью кнопки ‘1 /X’), которая равна 6,029. Итак, можно сказать, что при частоте 1,2 кГц реактивное сопротивление нашего конденсатора емкостью 22 мкФ составляет немного больше 6 Ом. Это звучит как обычное значение для использования в нашей цепи разделения аудиочастот.

Допустимые отклонения компонентов

Вас может удивлять, почему мы округляем эти величины в большую или меньшую сторону с точностью до различного количества десятичных знаков — не будет ли это влиять на точность схемы? Для этого есть две причины. Во-первых, для нашей работы не требуется очень высокая степень точности. Во-вторых, даже если мы и захотим, мы все равно не получим высокую точность из-за эффекта, известного как «толерантность» (допустимое отклонение). Это одна из основных проблем пассивных кроссоверов, поэтому рассмотрим ее более подробно.
Ни один реальный индуктор в 0,5 мГ не будет иметь допуск около 5%, если только он не стоит больших денег, поэтому реальное значение будет где-то между 0,475 и 0,525 мГ. Также и электролитические конденсаторы имеют много собственных ограничений. Одно из них заключается в том, что величина емкости, обозначенная на конденсаторе, весьма приблизительна. Типичные маленькие конденсаторы, использующиеся в разделительных цепях, обычно имеют допуск +/-20% своего значения, а большие конденсаторы, которые используются в схемах питания, — еще больше. Поэтому, если вы имеете в кроссовере конденсатор емкостью 100 мкФ, его реальная емкость будет где-то между 80 мкФ и 120 мкФ!
Причина этого кроется в принципе работы электролитического конденсатора, и, к сожалению, нет реальных способов изменить ситуацию. Что еще хуже, значения меняются от времени и температуры, и — как будто этого недостаточно — электролитические конденсаторы при отсутствии переменного напряжения на них (что требуется для правильного функционирования, но невозможно обеспечить в приложении к кроссоверам) постепенно теряют свою емкость. Вообще, электролитические конденсаторы — это худший выбор для работы кроссовера.
Так почему же их используют? Неужели нет других типов конденсаторов? Конечно есть, но по отношению емкости на кубический сантиметр электролитические конденсаторы намного лучше, чем другие типы. Конденсаторы емкостью больше нескольких микрофарад должны быть электролитическими, так как иначе они становятся: а) очень большими, б) очень дорогими. По некоторым оценкам, вы можете обойти эту проблему путем разумного использования меньшего количества конденсаторов и большего количества индукторов, но последние обычно очень дороги. Поэтому многие производители простых двухканальных акустических систем (или двухканальных коаксиальных систем) обычно используют электролитические конденсаторы для разделения высоких частот, так как-что-нибудь другое либо будет стоить дороже, чем оба устройства вместе взятые, либо будет очень большим и тяжелым, либо сразу и то, и другое.
Эта зависимость от электролитических конденсаторов является одним из самых больших изъянов простых пассивных кроссоверов для автомобильных систем. Никуда не деться от того факта, что электролитические конденсаторы — просто не очень хорошие компоненты, и их широкие допуски и тенденция к падению емкости означает, что окончательная амплитудно-частотная характеристика, которую вы получите, вероятно, будет: а) во-первых, довольно приблизительной и б) изменяться со временем. И как бы тщательно вы ни проектировали и регулировали свой кроссовер, по прошествии нескольких месяцев вы заметите, что звук начал меняться, или что два канала стереосистемы начали звучать слегка различно.
Единственное, что вы можете сделать в этом случае, так это попытаться использовать неэлектролитические конденсаторы со значениями ниже или около 10 мкФ, например, из металлизированной пленки или полиэстерного типа. К сожалению, пленочный конденсатор номиналом в 10 мкФ будет стоить как минимум в тридцать раз дороже, чем электролитический.

Импеданс

Здесь другая трудность. Чтобы спроектировать систему кроссовера (а под словом «спроектировать» мы имеем в виду, прежде всего, сесть и рассчитать, чего же вы хотите добиться, вместо того чтобы регулировать по слуху), вам необходимо знать импеданс управляющих систем динамиков. Вы можете подумать, что ответ будет «4 Ом», но, к сожалению, здесь не все так просто.

Когда производитель заявляет, что импеданс его системы динамиков составляет 4 Ом, он на самом деле говорит только, что это минимальное значение импеданса, которое он показывает в произвольной точке частотного диапазона. Что происходит в остальных точках, здесь не устанавливается. Помните, что «звуковая катушка» динамика — это все же катушка, иначе говоря, индуктор — и, как мы уже знаем, реактивное сопротивление индуктора возрастает с частотой. В случае обычной системы управления динамиком наибольший импеданс, который он показывает, соответствует механической резонансной частоте диффузора. Вообще говоря, самый низкий импеданс возникает при частоте, примерно на октаву выше резонансной частоты, и в случае 4- омного управляющего устройства импеданс составит примерно 4 Ом. Однако, при более высоких частотах, и об этом можно сказать как о всеобщем правиле, импеданс будет выше 4 Ом. Это не очень хорошо, как и тот факт, что мы не можем знать, насколько импеданс будет реактивным, а насколько резистивным. Следует иметь в виду, что конденсаторы (и резисторы тоже) выпускаются с так называемыми «предпочтительными значениями». У большинства производителей весь диапазон маленьких электролитических конденсаторов выпускается сериями, основанными на значениях 10, 22, 47 и 100. Так, вы можете купить компоненты со значениями, скажем, 2,2 мкФ, 22 мкФ, 220 мкФ и т. д., но не найдете ничего между этими значениями и 4,7 мкФ, 47 мкФ, 470 мкФ. Правда, некоторые производители включают в свой ассортимент еще значения 33 и 68, то есть проявля-ют немного больше гибкости. И, конечно же, всегда надо помнить, что мы говорили ранее о допусках. То есть мы хотим сказать, что проектировать систему надо из тех компонентов, которые имеются в наличии. Например, нет смысла проектировать самый совершенный кроссовер в мире, если для его схемы потребуется конденсатор емкостью 57,6 мкФ. Вы могли бы просмотреть дюжину конденсаторов емкостью 47 мкФ, чтобы убедиться, найдется ли хоть один такой, но было бы довольно странно, если бы вам когда-нибудь понадобилась подобная точность в реальной жизни (впрочем, вы бы ее и не нашли).

И в заключение, давайте обсудим еще одну проблему. Как вы помните, пассивная разделительная цепь — это аналог делителя потенциала с частотной зависимостью. Как мы только что убедились, если вы не знаете точного значения импеданса управляющих устройств на конкретной частоте, то формально вы не можете спроектировать кроссовер для них. Все, что вы можете сделать, — это взять предполагаемые значения импеданса и начать работу со значениями компонентов, кажущимися близкими к реальным. Затем вам придется заняться сортировкой (мы действительно имеем в виду сортировку) — прослушиванием и проверкой того, какой эффект дают различные значения компонентов, и будет ли один конкретный конденсатор с таким же номинальным значением, как у другого, давать лучший или худший результат.
Это совершенно оправданный метод изготовления разделительных цепей, так как то, что вы слышите, имеет го-раздо больше значения, чем то, что показывают вычисления или графики. Действительно, одной из причин, по ко-торой некоторые производители не достигали хороших результатов, является то, что они предполагали, что если конкретное значение компонента дает нужный результат на бумаге, то он даст хороший результат и на слух. В действительности так бывает достаточно редко.

Построение пассивного кроссовера

Итак, после обсуждения некоторых теоретических вопросов, нам пора теперь приступить к рассмотрению проблем изготовления или модификации разделительной цепи.
Во-первых, не позволяйте незначительным сложностям, описанным выше, заставить вас отказаться от этого. Вы можете много сделать с кроссовером просто на слух, и вы очень многое поймете в процессе работы. На следующем этапе давайте рассмотрим, как монтировать и подключать компоненты — конденсаторы, индукторы и, возможно, резисторы.
Пайка — это самое сложное, что вам придется делать: среди прочего это позволит вам выполнить необходимую работу по установке основного устройства, усилителя и особенно устройства защитной сигнализации, если вы можете хорошо его сделать (и мы настоятельно советуем попробовать, если вы никогда не делали его раньше). Многие авторы рекомендуют использовать перфорированную плату для монтажа на ней компонентов (или Veroboard в Великобритании), но мы бы не советовали этого делать, если у вас нет соответствующего опыта. Так как в некоторых системах компоненты кроссовера могут оказаться физически большими (и иногда тяжелыми), то вам придется использовать довольно большие и, следовательно, очень гибкие платы для их поддержки. При этом гораздо проще допустить ошибку в подсоединении и потом удивляться, почему ничего не работает. И будет довольно трудно затем отпаять компоненты от платы и заменить их на другие, т. к. медная токопроводящая дорожка может начать отслаиваться от основания, если вы слишком нагреете ее, и вам придется перераспределять все остальные элементы на плате.

Итак, мы рекоментуем не такой аккуратный, но эффективный «бессистемный» метод соединения проводов компонентов путем легкой пайки. Вы можете затем быстро заменить компоненты, чтобы попробовать сравнить эффект от различных модификаций путем простого нагревания места соединения и легкого разрывания проводов.
Давайте рассмотрим простую двухканальную систему, состоящую из 5-дюймового низкосреднечастотника и твитера. Для начала давайте представим, что мы хотим перейти в полосу воспроизведения твитера где-то в области 2 кГц — это, конечно, низковато, но это ведь только пример — и что мы хотим, чтобы твитер вступал с той же интенсивностью, с какой происходит спад низкосреднечастотника. Во-первых, какой импеданс мы предполагаем?
Попробуем взять значение 12 Ом для низкосреднечастотника и предположим, что твитер на этой частоте близок к своему номиналу, то есть 4 Ом. Основная процедура проектирования проста: найдите реактивные сопротивления, которые равны импедансу каждого динамика на частоте перехода. Нам понадобится подсоединить индуктор последовательно к низкосреднечастотнику, так как мы хотим снизить высокочастотную энергию, проходящую через индуктор при возрастании частоты, тогда как последовательно с твитером надо под-соединить конденсатор, чтобы количество энергии, проходящей через него, увеличивалось с возрастанием частоты.
Итак, для начала вычислим, какое значение индуктивности имеет реактивное сопротивление в 12 Ом при 2 кГц? Зная, что X = 2лП, мы можем изменить это выражение в соответствии с обычными математическими правилами преобразования уравнений и записать L = X/2пF. Значение 2пР для частоты 2 кГц составляет около 12566 (то есть 2 х п х 2000), а мы знаем, что X в данном случае равен 12, так как это то самое значение импеданса, которое мы приняли при данной частоте. Итак, результат решения уравнения будет 12/12566, что составляет около 0,001.
Как вы помните, L измеряется в генри, это значит, что нам нужен индуктор номиналом 0,001 Г или 1 миллигенри (мГ). Что касается конденсатора, выбор которого ограничен не большим количеством возможных значений емкости, то простейший путь — попробовать предположить наугад и посмотреть, что при этом получится. Например, возьмем значение 22 мкФ. Реактивное сопротивление такого конденсатора при 2 кГц составляет около 3,6 Ом, что кажется достаточным и достойно нашей попытки.
Вы можете купить подходящие индукторы и конденсаторы у любого поставщика стандартных компонентов. Значения пары индукторов (не забудьте, вам нужно два индуктора для стереофонического воспроизведения) должны быть так близки, как только возможно, и мы предлагаем купить полдюжины конденсаторов по 22 мкФ (для данного примера) и провести довольно тщательное тестировние, чтобы выявить, какой из них дает самые лучшие результаты. Не забудьте подключить индуктор последовательно с низкосреднечастотником, а конденсатор последовательно с твитером, затем соедините их в параллель и подключите к усилителю.
Подготовив все для начала работы, не бойтесь экспериментировать с различными величинами компонентов. При условии, что вы не подадите слишком много низкочастотной энергии на твитер, вам не понадобится емкость больше, чем 68 или 100 мкФ — вы можете попробовать сочетания различных значений.

Другим хорошим техническим приемом является применение проволочного резистора с низким сопротивлением, соединенного последовательно с твитером. Это уменьшит общий уровень высоких частот, если система звучит слишком «ярко» или «остро» (резко), и вы не можете изменить ситуацию путем регулировки точки разделения частот. Купите несколько резисторов номиналом между 1 и 10 Ом и экспериментируйте с ними, подключая их последовательно и параллельно, пока не достигнете желаемого результата, Добавление одного или двух Ом последовательно с твитером, (или, если необходимо, и с низкосреднечастотником) может привести к удивительным результатам.
Если вам кажется, что в области средних частот есть «провал» с преобладанием низких или высоких частот, совместите характеристики двух управляющих устройств с помощью увеличения значения конденсатора твитера, и/или снижения значения индуктора. Проверьте, какой эффект даст подсоединение резисторов номиналом от 10 до 100 Ом параллельно к каждому из компонентов и проверьте (сравнением A/В), улучшает ли это результат или нет. Попытки улучшить звучание легко увлекут вас, но постарайтесь не делать слишком много за один раз, так как ваш слух устанет через некоторое время. Делайте перерывы время от времени.

Установка активного кроссовера

Если вы решили избежать использования пассивного кроссовера и вместо него использовать активный фильтр, то потребуется все же некоторый опыт для достижения хороших результатов. Правильная установка системы, содержащей активный кроссовер, нелегка, потому что имеется очень много переменных, и мы можем предложить здесь только самый общий план действий.
В принципе, эта процедура имеет двойную цель. Первая — установить все регуляторы усиления в системе так, чтобы ни усилитель, ни кроссовер не попали бы в область искажений. Другими словами, даже при установке громкости основного устройства в максимальное положение должен оставаться небольшой — в несколько децибел — запас неискаженной мощности (часто описываемый как «headroom»). Вторая цель — получить желаемую амплитудно- частотную характеристику.
Первое задание — определить правильные положения регуляторов усиления для основного устройства, кроссовера и усилителя. Для достижения этого лучше всего установить все регуляторы частоты кроссовера в их «плоское» или среднее положение, регуляторы усиления кроссовера — примерно в среднее положение, а регуляторы усиления усилителя — в положение чуть ниже среднего. Наденьте защитные наушники, включите основное устройство на максимум усиления и по очереди регулируйте усиление усилителя и кроссовера таким образом, чтобы усиление кроссовера было как можно ближе к среднему, а регуляторы усиления усилителя давали бы на выходе максимальную неискаженную мощность. В большинстве современных усилителей переход от неискаженного к явно искаженному выходу происходит очень быстро. После того как вы найдете правильные положения для регуляторов усиления усилителя, у вас не будет в дальнейшем необходимости настраивать их снова.
Между прочим, очень неразумно управлять усилителями и акустическими системами таким образом, чтобы генерировались явные искажения любой продолжительности. Следите, пожалуйста, за тем, чтобы при выполнении описанных выше действий по установке регуляторов усиления в правильные положения для неискаженного звучания путем краткого превышения этих установок, ваша регулировка заняла бы не более одной-двух секунд.
Следующий этап процедуры направлен на достижение точной настройки для получения нужной крутизны характеристики кроссовера, частоты перехода и управления уровнем громкости. Это в идеале требует наличия какого-либо анализатора аудиоспектра или анализатора, работающего в реальном масштабе времени (RTA), для правильного выполнения всех действий.
Задача состоит не столько в том, чтобы добиться плоской амплитудно-частотной характеристики — она неизбежно будет звучать «слабо», ненасыщенно, с недостаточно выраженными басами, — сколько в получении ровной характеристики, которая позволяет избежать утомления от прослушивания. Существуют различные методы, но все они основываются на использовании средних частот в качестве базы, устанавливая их уровень, как описано выше, и регулируя уровни других диапазонов для достижения требуемой характеристики. При необходимости крутизна характеристики и частота перехода кроссоверов для низких/средних и средних/высоких частот затем могут быть отрегулированы, чтобы сделать переход настолько гладким и субъективно приятным, насколько это возможно. Существует золотое правило регулировки: где только возможно, всегда снижать относительные уровни, а не повышать их. Это дает эффект увеличения общего запаса системы по мощности (headroom).
Подготовьтесь к тому, что процесс настройки активной системы будет чрезвычайно длительным, с большим числом повторных операций, и делайте паузы между периодами прослушивания. Вы должны осознавать, что человеческий слух очень легко обманывается, и одним из его ограничений является отсутствие аудиопамяти. Поэтому не ожидайте, что будете в состоянии полноценно сравнить то, что вы слушали вчера, и то, что вы слышите сейчас. И не удивляйтесь, если вы закончите долгое прослушивание с ощущением, что система звучит великолепно, а на следующий день решите, что она звучит ужасно!
Это одно из проявлений усталости от прослушивания, и будет лучше заниматься этим в течение многих непродолжительных периодов и использовать RTA для достижения ровной АЧХ. Гораздо лучше прослушивать на одном постоянном уровне, потому что, как мы говорили ранее, амплитудно-частотная характеристика слухового восприятия решительно меняется в зависимости от громкости звука. Стандартный уровень звукового давления при прослушивании для проведения оценки составляет 88 дБА при 1 кГц, и он работает очень хорошо вопреки бытующему заблуждению, что громкий звук всегда звучит лучше.

Рекомендуемая литература
Мы надеемся, что вам понравился краткий обзор активных и пассивных кроссоверов и что он вдохновил вас на проведение некоторых самостоятельных экспериментов. Если вы хотите узнать больше о различных электронных компонентах, использующих пассивные фильтры и вообще схемы фильтров, то двумя хорошими изданиями по этому вопросу являются «Искусство электроники» («The art of electronics» Horowitz&Hill: 2nd edition, Cambridge University Press 1989) и «Практическое введение в электронные схемы» («А practical introduction to electronic circuits» Hartley Jones: 3rd edition, Cambridge University Press 1995).

Дополнительные сведения

Крутизна характеристик кроссовера и использование простого пассивного фильтра при подключении усилителя в трехканальном режиме.


Сравнение крутизны характеристик кроссоверов, низкочастотных и высокочастотных фильтров. Обратите внимание, что когда они объединены, результирующая фильтрующая цепь известна как полосовой фильтр (так как позволяет пропускать специфическую «полосу» частот — в данном примере между 100 Гц и 275 Гц).

6 дБ/окт фильтр нижних частот и фильтр верхних частот при подключении стереодинамиков и отдельного вуфера в трехканальном режиме.

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.

Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.

Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.

Принцип работы конденсаторов

При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.

В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:

Пакетная конструкция

Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.

Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.

Трубчатая конструкция

Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.

Дисковая конструкция

Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.

Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.

Литая секционированная конструкция

Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.

Рулонная конструкция

Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.

Где используются конденсаторы

Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.

В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.

К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.

К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.

Функции, выполняемые конденсаторами:

  • фильтрация высокочастотных помех;
  • сведение к минимуму пульсаций;
  • разделение сигнала на постоянные и переменные компоненты;
  • накопление энергии;
  • создание резонанса с катушкой индуктивности, что позволяет усилить сигнал.

Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока

В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока. Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.

При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.

Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.

Виды и классификация конденсаторов

Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.

Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.

В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика). Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.

У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.

Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.

Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.

Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:

  • Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, в которых предъявляются высокие требования к температурной и частотной стабильности. Они подходят для систем питания, подавления ЭМП.
  • Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэстеровой пленки обладают низкой стоимостью и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Частотная стабильность, по сравнению с полипропиленовыми видами, ниже.
  • Конденсаторы с диэлектриком из поликарбонатной и полистиреновой пленки, которые использовались в старых схемах, сегодня уже неактуальны.

Керамические конденсаторы

В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.

Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.

Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.

Основные параметры конденсаторов

Емкость

Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.

Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.

Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.

Удельная емкость

Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.

Номинальное напряжение

Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.

Полярность

К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.

Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.

К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.

Паразитные параметры конденсаторов

Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.

К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:

  • Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
  • Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.

К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.

Обозначение конденсаторов на схеме

На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками. Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.

В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.

Обозначение по ГОСТ 2.728-74 Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный (полярный) конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
Варикап

Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи

Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.

Последовательное

Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.

Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:

Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.

Параллельное

Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.

Напряжение на всех элементах будет одинаковым.

Маркировка конденсаторов

В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.

Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах. Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.

В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.

Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.

На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.

Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:

  • Материал диэлектрика. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
  • Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичное исполнение, О – опрессованный корпус.
  • Конструкция. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционный вариант.
  • Режим по току. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянный ток, П – переменный/постоянный.

Как проверить работоспособность конденсатора

Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.

Проверка полярного конденсатора

При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.

После выпайки детали ее кладут на свободное пространство. Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).

Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.

Проверка неполярного конденсатора

В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку. Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.

Как зарядить и разрядить конденсатор

Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику постоянного тока. Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.

Разрядка конденсатора может понадобиться для безопасной разборки бытовых приборов и электронных устройств. Накопители электронных устройств разряжают с помощью обычной диэлектрической отвертки. Для разрядки крупных накопителей, которые устанавливаются в бытовых приборах, необходимо собрать специальное разрядное устройство.

Штатные твитеры Рио 4, конденсаторы на 4.7 мкФ

Для корректировки звука твитеров в лучшую сторону, по многочисленным советам решил заменить конденсаторы в твитерах на 4.7 мкФ (штатно используются 3.3 мкФ). В процессе столкнулся с трудностью, когда выпаивал конденсатор, перегрел ножку и тем самым повредил провод который идет от катушки. Для восстановления контакта пришлось разбирать твитер и подпаивать провод, на фото виден наплыв припоя.

Поэтому совет для тех кто хочет произвести замену конденсаторов, просто откусите «ножку» штатного конденсатора и подпаяйтесь рядом.

Фото в бортжурнале KIA Rio (4G)Фото в бортжурнале KIA Rio (4G)Фото в бортжурнале KIA Rio (4G)Фото в бортжурнале KIA Rio (4G)

Звук после этой манипуляции улучшился, но не значительно. Чтобы уловить разницу нужно подключить два твитера с разными конденсаторами и вслушиваться. Но в целом складывается ощущение, что диапазон воспроизводимых частот расширился, голос воспроизводится лучше.

Спасибо за лайки, подписи и репосты. С меня и дальше интересные записи!

⏩ Еще больше полезной информации смотри тут — ссылка

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *