Выбор пассивных элементов для тракта звуковых частот

Кроме полупроводниковых приборов и микросхем, любой узел тракта 3Ч содержит большое число пассивных элементов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, соединительных проводников. Разрабатывая или исследуя тот или иной узел тракта, мы идеализируем пассивные элементы, хотя каждый из них, помимо основных, обладает рядом нежелательных характеристик, в той или иной степени влияющих на параметры устройства. Рассмотрим некоторые из них.

Проводники могут существенно влиять на шумовые и переходные характеристики электронных устройств. Наиболее важны индуктивность и сопротивление проводника. Даже на звуковых частотах он может иметь индуктивное сопротивление, превышающее активное. Индуктивность (в микрогенри на 1 см длины) прямолинейного проводника диаметром d, расположенного на расстоянии h от «заземленной» плоскости, можно оценить по формуле:

 

L = 0,002 · ln · (4h/d)

 

Если «заземленная» поверхность является цепью возврата тока, то при приближении к ней индуктивность уменьшается. Если же расстояние между ними превышает 50 … 100 мм, индуктивность близка к тому значению, которое она имеет при расположении проводника в свободном пространстве.

Другая важная характеристика проводника — его активное сопротивление Оно зависит от материала, диаметра и длины проводника, которые выбирают, исходя из максимально допустимого падения напряжения на нем. Проводник прямоугольного сечения обладает меньшими сопротивлением переменному току и индуктивностью, чем круглого, поэтому в качестве заземляющих проводников целесообразно применять ленты или оплетки.

Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы. Катушки индуктивности можно разделить на два основных вида: с магнитным сердечником и без него. Эквивалентная схема, пригодная для анализа любой катушки, приведена на рис. 1,а. элементы тракта ЗЧ-ldsound_ru (1)Здесь резистор R — активное сопротивление провода, которым намотана катушка, С — междувитковая емкость. Последняя вместе с индуктивностью катушки образует параллельный колебательный контур, резонирующий на некоторой частоте fв. Она-то и является тем пределом, до которого можно использовать данную катушку.

Катушка, намотанная на замкнутом магнитном сердечнике, создает относительно небольшое магнитное поле, так как почти весь магнитный поток концентрируется внутри сердечника. Для защиты катушек от внешних магнитных полей на звуковых частотах применяют экраны из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Чтобы разделить сигнальные цепи по постоянному току, применяют трансформаторы. Однако между его обмотками всегда есть паразитная емкость, через которую могут передаваться электрические помехи. Для устранения этого канала проникания помех между об­мотками помещают электростатический экран (в простейшем случае изолированную однослойную обмотку). С общим проводом этот экран необходимо соединять в точке подключения нагрузки (а не с первичной обмоткой).

Резисторы по виду проводящего (резистивного) элемента постоянные резисторы делятся на проволочные и непроволочные, среди которых можно выделить две большие группы: пленочные и композиционные. Для большинства резисторов пригодна эквивалентная схема, изображенная на рис. 1,6.

В композиционных резисторах шунтирующая емкость С обычно составляет примерно 0,1…0,5 пФ. Индуктивность L непроволочных резисторов определяется в основном выводами, а проволочных — обмоткой из высокоомного провода, являющейся, по сути дела, катушкой. Из-за малой величины индуктивностью резисторов обычно пренебрегают (это не относится к проволочным резисторам малого сопротивления). Шунтирующая емкость С существенна у высокоомных резисторов. Например, модуль полного сопротивления углеродистого резистора активным сопротивлением 1 МОм на частоте 100 кГц не превышает 860 кОм, а фазовый сдвиг достигает 16°.

Конденсаторы различают по виду диэлектрика. Помимо емкости, реальный конденсатор обладает сопротивлением и индуктивностью. Эквивалентная схема конденсатора показана на рис. 1,в. Здесь С — индуктивность выводов конденсатора, R1 — его эффективное последовательное сопротивление, зависящее от тангенса угла диэлектрических потерь, R2 — сопротивление так назы­ваемой параллельной утечки.

Максимальная частота, на которой конденсатор еще работает нормально, ограничивается обычно индуктивностью L, образующей совместно с емкостью С последовательный колебательный контур с резонансной частотой fр. На частотах выше fр конденсатор имеет индуктивное сопротивление и его использовать нельзя. Наибольшее применение в аппаратуре звукового диапазона частот находят электролитические конденсаторы, у которых емкость, приходящаяся на единицу объема, максимальна и, следовательно, габариты по сравнению с конденсаторами других типов минимальны.

Выбор резисторов и конденсаторов для тракта 3Ч. Большое разнообразие и недостаточное освещение эксплуатационных особенностей резисторов и конденсаторов в справочной литературе нередко приводят к неправильному их выбору и применению. Статистика показывает, что до 30…40 % всех отказов этих элементов радиоаппаратуры связано с их неправильным применением.

Для облегчения выбора резисторов н конденсаторов и режимов их работы в трактах 3Ч ниже приводятся таблицы сравнительных характеристик и рекомендации по применению современных резисторов и конденсаторов в звуковоспроизводящей аппаратуре.

В таблицах 1 и 2 приведены справочные данные постоянных и переменных резисторов. При выборе типа резистора необходимо принимать во внимание следующее:

– наличие нужного номинала (пределы номинальных сопротивлений, ряд номиналов Е);

         – допускаемое отклонение сопротивления от номинала;

         – уровень собственных шумов;

         – номинальную мощность рассеяния и предельное рабочее напряжение;

         – рабочие интервалы температур, влажности;

         – срок службы;

         – размеры, способ монтажа и т.п.;

         – стоимость.

элементы тракта ЗЧ-ldsound_ru (2)

Номиналы резисторов и конденсаторов установлены стандартом СЭВ 1076—78 и имеют 7 рядов: ЕЗ, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Цифры после буквы Е указывают число номинальных значений сопротивлений или емкости в каждом десятичном интервале (декаде). Например, ряд Е6 состоит из шести номинальных, значений, соответствующих 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7 и 6,8 или числам, полученным умножением или делением их на 10n, где n — целое положительное или отрицательное число; ряд Е12 — из двенадцати (к указанным числам добавлены промежуточные: 1,2; 1,8; 2,7; 3,9; 5.6 и 8.2) и т. д. В бытовой аппаратуре обычно используют резисторы с номиналами из рядов Е6, Е12 и Е24 с допускаемыми отклонениями ±5 и ±10 %.

 элементы тракта ЗЧ-ldsound_ru (3)

1. В зависимости от рассеиваемой мощности.

2. Одинарные со сплошным (СП2 6а) и полым валом (СШ-66), сдвоенные с концентрическими валами (СП2-6в).

3. С одним дополнительным выводом.

4. С двумя дополнительными выводами.

5. Сдвоенные резисторы.

6. В зависимости от сопротивления.

7. Для печатного монтажа.

8. СПЗ-4аМ, СПЗ-4вМ – для навесного. СШ-4ЛМ. СПЗ-4гМ — для печатного монтажа (резисторы с индексами в и г – с выключателями.

9. Сдвоенные резисторы.

10. СПЗ-ЮаМ — сдвоенные с концентрическими валами, СПЗ-106М одинарные с двухполюсным выключателем СПЭ-ШвМ сдвоенные с концентрическими валами и двухполюсным выключателем.

11. СП312а, СПЗ-12Л. СПЗ-)2в одинарные соответственно без дополнительных выводов, с одним и двумя дополнительными выводами: СПЗ-12г, СПЗ-12Д. СПЗ-12е – то же, но сдвоенные; СП312н сдвоенные с концентрическими валами, СПЗ-12л — то же. С двухполюсным выключателем, СПЗ-12к одинарные с двухполюсным выключателем.

12. Одинарные и сдвоенные с линейным перемещением движка, для навесного и печатного монтажа, с фиксацией и без фиксации движка в среднем положении, с одним и двумя дополнительными выводами.

13. Сдвоенные с концентрическими валами.

14. В зависимости от функциональной характеристики.

15. Одинарные и сдвоенные с одним и двумя дополнительными выводами и без них. Сдвоенные с концентрическими валами, одинарные с двухполюсным выключателем.

 

Собственные шумы резистора складываются из тепловых и токовых. Первые из них обусловлены тепловым движением электронов в веществе, из которого изготовлен резистивный элемент и зависят от температуры и сопротивления, вторые (возникают при включении резистора под нагрузку) обусловлены флуктуацией контактных сопротивлений между проводящими частицами. При заданном сопротивлении и определенном постоянном напряжении они зависят от материала и конструкции резистивного элемента и наиболее характерны для непроволочных резисторов. Частотные спектры обоих видов шумов непрерывные, однако, если у первых энергия распределена равномерно вплоть до очень высоких частот, то у вторых она спадает, уже начиная примерно с 10 МГц. Следует отметить, что токовые шумы непроволочных резисторов существенно больше тепловых.

Шумы резистора характеризуются уровнем шума D, представляющим собой отношение действующего значения переменной составляющей напряжения шумов Еш (в микровольтах) к приложенному постоянному напряжению U (в вольтах), т.е. D = Еш / U. Уровень собственных шумов резистора тем выше, чем выше температура и приложенное напряжение. Для непроволочных резисторов D = 0,1…10 мкВ/В.

Переменные резисторы генерируют те же шумы, что и постоянные, но им, кроме того, присуши шумы, возникающие в месте контакта движка с резистивным слоем. Эти дополнительные шумы прямо пропорциональны току через резистор и его сопротивлению, по­этому для уменьшения шумов их следует выбирать минимальными, а постоянную составляющую тока вообще исключить.

Условия эксплуатации влияют на стабильность и надежность работы резистора. Наибольшее влияние оказывают повышенные электрическая нагрузка и окружающая температура (происходит тепловое старение). Среди непроволочных резисторов наиболее устойчивы к воздействию этих факторов углеродистые (ВС, С1-4 и т. п.). металлодиэлектрические (МЛТ, МТ, С2-33) и металлоокисные (С2-26) резисторы. При работе в облегченном режиме их сопротивление имеет тенденцию к уменьшению. Повышенная влажность приводит, как правило, к возрастанию сопротивления. Наибольшей нестабильностью отличаются композиционные резисторы с проводящим элементом на органической основе (КИМ, КЛМ, СП и т. п.).

В качестве основных резисторов для трактов 3Ч можно рекомендовать резисторы С2-33 (или МЛТ), для входных цепей предусилителей-корректоров и микрофонных усилителей — малошумящие резисторы С2-26, а для регулировок — резисторы СПЗ-4, СПЗ-10, СПЗ-12, СП4-1.

 

Д. Атаев, В. Болотников, г. Москва

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *