Servis elektronike

Članci
Projekti

Author: eaudiors

  • Prekidačka pojačala (D klasa)

    Šta je pojačalo klase D?

    Iako bi odgovor mogao stati u samo jednu rečenicu – prekidačko pojačalo, mi ćemo se pozabaviti detaljima. Za razliku od klasičnih linearnih pojačavača (npr klasa A, A/B) gde tranzistori rade u linearnom režimu, kod prekidačkih pojačala (D klasa) se koriste MOSFETi koji rade kao prekidači.

    Zašto prekidačko, kada je zvuk “loš”?

    Jedna od nesuglasica koja se često javlja kod audiofila – loše zvuči. To je donekle i istina koja ne važi za svaku D klasu, već za one sa najjeftinijom izradom. Zašto smo se mi opredelili za projekat – prekidačko pojačalo? Odgovor može stati u jednu reč a to je – efikasnost. Prilikom merenja ustanovili smo da su neke klase pojačavača efikasne svega 5%. Šta to u prevodu znači – da na 10W kojih uzmemo iz utičnice, 9.5W ide na toplotu a 0,5W ide u zvucnik. To i nije problem na maloj snazi, jer toplotu od 9,5W možemo disipirati u okolinu. Ali ako nam je cilj da isporučimo što veću snagu, na 1000W kojih uzmemo iz utičnice 950W ide na toplotu a 50W ide u zvučnik. Opet ćemo imati relativno glasan zvučnik (50Wrms je dosta, ako pričamo o visoko-osetljivom zvučniku) ali ćemo pored toga imati i grejalicu od 950W.

    Cilj ovog projekta je da napravimo prekidačku D klasu I da izvučemo što veću moguću efikasnost iz sistema, na što manjoj površini PCB. Da ako uzmemo 10W, na primer 8W damo zvučniku a ne samo 0,5W. Time smanjujemo toplotnu disipaciju, rizike od pregrevanja i dobijamo više korisne snage na samim zvučnicima.

    Osnove pojačala klase D

    Pojačalo D klase radi u prekidačkom režimu. To znači da izlazni tranzistori rade u režimu uključeno-isključeno, i to je razlog zbog koga dobijamo visoku efikasnost (nisu u linearnom kao kod klase A/B). Ulazni signal se konvertuje u pravougaoni signal modulisanog širinom impulsa pomoću komparatora. U osnovi to znači da se ulaz kodira u radni ciklus pravougaonih impulsa. Nakon toga se pravougaoni signal pojačava a zatim se koristi niskopropusni filter da vrati originalni analogni signal veće snage.

    Uopšteno objašnjenje – ulazni signal se pretvori u “kod”, nakon toga se taj “kod” pojača, i nakon toga se dekodira nazad i prosledi na zvučnik. Hajde da to i realizujemo.

    Modulacija širine impulsa

    Ulazni signal je naizmenični AC signal. Potrebno je da ga transformišemo u pravougaoni signal da bi smo izvršili pojačanje. Na koji način to realizujemo? Ulazni signal (promenljiva sinusoida) se transformiše u pravougaoni konstantnim upoređivanjem sa trougaonim signalom.

    Na pozitivnom vrhu sinusnog signala, radni ciklus pravougaonog impulsa je 100%. Na negativnom vrhu sinusnog signala radni ciklus pravougaonog impulsa je 0%. Učestalost (frekvencija) trouglastog signala je velika (u kHz opsegu) kako bismo mogli da “vratimo” naš izvorni signal kasnije. Želimo da trougaoni signal ima frekvenciju najmanje 10 puta veću od maksimalnog opsega koji ljudsko uho može da čuje. Dakle 20kHz x 10 = min 200kHz.

    Sprovodimo realizaciju projekta “prekidački pojačavač – D klasa” u najjednostavnijoj izvedbi. Koristimo single-supply napajanje, iz razloga jer su mnogo jednostavnija i učestalija.

    Kreirali smo trougaoni impuls frekvencije 183kHz koristeći oscilator. Na osciloskopu prikaz signala izgleda ovako. Sada trebamo dovesti ulazni signal – sinus (pesmu) i porediti ga sa ovim signalom. Međutim, imamo problem. Kakav problem? Ulazni signal treba da se poredi sa trougaonim signalom. Ali trougaoni signal osciluje između 2V i 8V (oko 5V) dok ulazni signal osciluje od +1V do -1V. Slika u nastavku:

    Na slici vidimo da nam ulazni signal osciluje od +0.75V do -0.75V oko nule. Dakle nije moguće da poredimo dva signala koja osciluju oko dve različite ose. Obzirom da koristimo single-supply napajanje (jednostruko), to znači da nemamo negativni spektar (napajanje 0-12V npr, nema ispod nule) i to znači da od dva rešenja: da podignemo sinus u pozitivan spektar ili da spustimo trougao oko nule biramo ovo prvo – da podignemo ulazni signal na offset 5V kako bi mogao da se poredi.

    Uspešno smo podigli ulazni signal da osciluje oko 5V ose i sada imamo dva uporediva signala. Trougao 2-8V i ulazni sinus 4-6V. Namerno je stavljeno da ulazni sinus bude slabiji od trougla, zbog duty-cycle-a, o tome više reči u daljem tekstu.

    Nakon što smo poravnali oba signala na 5V osu, red je da ih dovedemo na komparator i uporedimo međusobno – pretvorimo u naš “kod”.

    Nakon poređenja, izlaz sa komparatora izgleda ovako. Imamo “kod”, tačnije naša pesma je pretvorena u pravougaoni impuls frekvencije 193kHz na napajanju 0-12Vdc. I sada se verovatno pitate dobro ali kako taj kod nosi moju pesmu? To je vezano za duty-cycle koji je promenljiv. Kada signal ne postoji (miruje, ravna linija, offset 5Vdc) duty cycle je 50%. Kada pustimo sinusni signal određene frekvencije duty cycle počinje da se menja (0-100%). Koliko brzo – zavisi od ulazne frekvencije.

    Sada dolazimo do glavnog razloga zašto kupovne D klase zvuče šuplje, a razlog je jer proizvođači jeftinih modula koriste jeftina napajanja sa lošom filtracijom, i nisku frekvenciju prekidanja. Upravo to se i desilo prilikom naših testiranja.

    Dakle prilikom svakog uključenja komparatora koristeći loše filtrirano napajanje, a i zbog EMI smetnji samog kola, dobijamo da ulazni signal izgleda zaprljano. Ako takav signal šaljemo dalje na izlazne tranzistore, oni su osuđeni da u jednom trenutku pregore zbog tih oscilacija. Ulazni signal mora da bude perfektan, ravan, i bez ringing-a. To rešavamo (za sada) kvalitetnim ulaznim napajanjem.

    Pojačanje signala

    Nakon kodiranja ulaznog signala sledi glavna stvar – pojačanje. Taj ulazni signal moramo pojačati, pa dekodirati i poslati na zvučnik. Kako se realizuje pojačanje? Komparator je slab da “vozi” izlazne tranzistore i iz tog razloga koristimo “drajver” – čip koji u suštini prosledi isti signal na baze izlaznih tranzistora, samo je sposoban da isporuči veću struju.

    Slikovni prikaz dešavanja u kolu na izlazu iz komparatora. Morali smo da pređemo na jači osciloskop, koji može da meri dva signala istovremeno. Dakle izlaza iz komparatora imamo dva – jedan je neinvertujući, drugi je invertujući. Oba izlaza prosleđujemo na sam drajver, koji prosleđuje taj isti signal na baze izlaznih tranzistora. Izlazni signal izgleda kao na slici. Na prvi pogled čovek bi rekao da je savršen signal – jedan tranzistor se isključi, drugi uključi i to sve funkcioniše super. Međutim… Kada smo to povezali i pustili pod napon, izlazni tranzistori su se u trenutku pretvorili u oblak dima, iako je sve izvođeno u strogo kontrolisanim uslovima i u CC režimu rada napajanja sa ograničenjem na 1A. Zašto?

    Dead-Time

    Prebacivanje mosfeta se ne vrši trenutno.Vreme uključivanja tranzistora se može preklopiti stvarajući vezu niske impedanse između pozitivnih i negativnih šina napajanja. To uzrokuje pojavu impulsa velike struje kroz same mosfet-e što uglavnom dovodi do kvara.

    Da bismo ovo sprečili potrebno je da ubacimo Dead-time između dva signala tj. između dva MOSFETa visoke i niske strane kako bi ih sprečili da se uključe istovremeno.

    Ali sve izgleda normalno na osciloskopu?

    Izgleda dok se signal ne uveliča dovoljno. Kada uveličamo signal dovoljno vidimo da postoji jedan jako jako mali deo između isključenja prvog i uključenja drugog tranzistora. Tačnije prvi se još nije isključio, a drugi kreće da se uključi i na taj način kratkospaja plus I minus napajanja. Iako je frekvencija signala 200 kHz dakle 200 hiljada puta u sekundi, period 5 mikrosekundi, a ovaj trenutak je jedan deo perioda, dakle nanosekundu se oni spoje. Dovoljno da izazove spaljivanje izlaznih mosfeta.

    Pokušali smo na razne načine da uradimo dead time, I na kraju smo uspeli. Iako izgleda na signalu da se i dalje po malo preklapaju, izlazni tranzistori nisu spaljeni jer je struja kroz njih ovaj put kontrolisana. Ivice su postepeno uključivanje a naglo isključivanje, za razliku od prethodnih naglih isključivanja.

    Kada smo uskladili Dead-time na pristojan nivo, izlazni tranzistori su ostali hladni pri uključenju. Dakle sve mirno, stiže lep napon na baze, dovodimo napajanje za same tranzistore. Koristili smo jake drajver čipove koji mogu da tolerišu ulazni napon 0-600Vdc. Testiranje vršimo sa 12Vdc i postepenim pojačavanjem napona, da vidimo kako se pojačavač ponaša u različitim uslovima.

    Pokrenuli smo pojačavač, i počeo je da svira pesmu na izlazu. Ovoga puta nešto duže nego prethodnog i opet se pretvorilo u oblak dima. Zašto sada kada je Dead-time kontrola normalna?

    Zbog fluktuacija u samom napajanju. Prekidačko pojačalo mora imati na sebi zaštitu od visoko-frekventnih impulsa koje pravi i šalje ostatku sistema. Mi nismo koristili EMI zaštitu već ga spajali direktno na napajanje. Njegovi interni kondenzatori nisu uspeli da ispeglaju napon na bazama, pa je ringing izazvao pregrevanje u izlaznim tranzistorima. Nakon stabilizacije dodatnim kondenzatorima izlaz je opet miran, samo ovoga puta miran, hladan, stabilan, a još svira.

    Nakon korišćenja LC filtera na izlazu i dekodovanja samog pojačanog signala vidimo da je izlazni signal čist sinus, pojačan, spreman za zvučnik. Međutim… Pošto koristimo jednostruko napajanje 0-12Vdc sinus nam osciluje između 0 i 12Vdc (sredina 6Vdc). To znači kada zakačimo zvučnik, membrana se fiksno pomeri u jednu stranu i onda svira. To stvara problem jer DC napon kroz zavojnicu zvučnika izaziva struju da teče kroz nju, a zvučnik se ne pomera, dakle grejanje zavojnice. Par sati rada u tom položaju i više nemamo zvučnik. Potrebno i neophodno je podesiti offset 0Vdc na izlazu samog pojačala. Na koji način to možemo uraditi?

    • Koristeći dualno napajanje sa center tap transformatorom gde je offset 0Vdc, ali to menja topologiju izrade samog pojačavača – već smo ga izradili na jednostrukom (ulazni offset 5Vdc);
    • Koristeći LC skretnicu na izlazu gde kondenzator uguši jednosmernu komponentu, ali istovremeno i odseče niske tonove. Može se koristiti za visokotonce, ali opet nije optimalno resenje. Obzirom da mi pravimo pojačalo velike snage za subwoofer, i ta opcija otpada;
    • Koristeći BTL topologiju (2 x half bridge) gde se zvučnik ne spaja između izlaza jednog para tranzistora i mase već između dva para izlaznih tranzistora. Na taj način zvučnik vidi diferencijalni izlaz i dobijamo offset 0Vdc, a dodatno rasterećujemo termalno ova dva tranzistora dodavanjem druga dva.

    iIzlazni PWM spušten sa pozitivnog spektra na pozitivno-negativni spektar, offset 0Vdc. Sledi faza povećavanja napona, da vidimo koliko maksimalno snage možemo izvući iz našeg prekidačkog pojačala, to jest dok tranzistori fizički mogu da izdrže taj napon.

    Nakon što smo uspešno testirali sa naponom do 60Vdc (diferencijalni izlaz na zvučnicima +-60Vdc, dakle na 4oma zvučniku maksimalna izlazna snaga 900W) prelazimo na jače tranzistore koji mogu da izdrže veći napon, veću struju, za veću izlaznu snagu. I… Dolazimo do novih problema.

    Stavljeni novi izlazni tranzistori, koji mogu da trpe napon do 600Vdc i prilikom napajanja od 15Vdc vidimo rupe u signalu. Zbog čega se javljaju te “rupe”? Specifikacije izlaznih tranzistora moraju tačno odgovarati specifikacijama kola. Nije moguće uzeti bilo koji jači tranzistor i staviti jer će se desiti ova situacija. Samim tim grejanje i spaljivanje pri većem naponu. Moramo uskladiti Ciss (ulaznu kapacitivnost), Coss (izlaznu kapacitivnost), Qg (gate charge) kao i brzinu preklapanja samog kola kako ne bi dolazilo do ovoga.

    Izlazni LC filter

    Nakon što smo izabrali odgovarajuće tranzistore sa kojima nemamo Dead-Time Short-Rail delove, prelazimo na poslednji deo izgradnje – montaža tranzistora na aluminijumski hladnjak, i izgradnja LC filtera za pretvaranje nazad PWM impulsa u audio format.

    Izabrali smo kalem i kondenzator odgovarajućih induktivnosti i kapacitivnosti i dobili lep zvuk na izlazu. Ali izlazni kalem je dostizao za par minuta temperaturu od preko 100°C, i nismo uspeli da izvučemo veliku struju na samom zvučniku zbog histerezisnih gubitaka. Sledi testiranje sa većim kalemom i jačim feritom.

    Članak je u procesu izrade. Molimo Vas za strpljenje.

    Fotografija izrađenog pojačala na pločici 50x100mm.

    Zabranjeno kopiranje i umnožavanje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.

  • FID sklopka (ZUDS)

    Šta je ZUDS?

    Zaštitni uređaj diferencijalne struje je električni zaštitni uređaj koji detektuje curenje struje i automatski prekida napajanje kako bi sprečio električni udar.

    Funkcioniše tako što meri razliku između faznog provodnika i neutralnog provodnika. Ukoliko postoji curenje struje koje nije u krugu faza-nula, znači da struja teče putanjom koja nije za to predviđena i uređaj reaguje i isključuje napajanje.

    Primer: Čovek koji radi na pokvarenoj mešalici i stoji na zemlji (uzemljen) a izolacija na faznom provodniku se istopila i dodiruje kućište pa je cela mešalica pod naponom. Uz to, električar nije povezao uzemljenje (ili u instalaciji nije ispravno) i osigurač ne može da odreaguje jer struja nema gde da se vrati. Radnik to ne zna, dodirne mešalicu koja je pod naponom (a on nije znao) i u tom trenutku krene da protiče struja između ruke sa kojom se uhvatio i noge kojom stoji na zemlji. Tada ukoliko u instalaciji ima ZUDS – on registruje curenje struje koje ide kroz fazu a ne vraća se kroz nulu (već kroz radnika ka zemlji)i isključuje napajanje kako bi se sačuvao život. Nećemo pisati šta će se desiti ukoliko u instalaciji nema ZUDS jer onda nema šta da odreaguje da isključi napajanje osim osigurača od 16 ili 25A.

    Mnogi ljudi izbegavaju ugradnju ZUDS iz finansijskih razloga, jer je sama sklopka skupa, a instalacija može raditi i bez nje. Mi preporučujemo da ugradite ZUDS što manje osetljivosti na vreme, jer nudi sigurnost za nepredviđene situacije.

    Zato je važno da sklopke budu ispravne i da se testiraju s vremena na vreme koristeći test prekidač Jedna nesvakidašnja situacija gde sklopka ne reaguje na test prekidač i korisnik se odlučio da je baci – jer je kako kaže – neispravna.

    Mi smo se odlučili da testiramo samu sklopku iako ona ne reaguje na sam prekidač. Na koji način?

    Obzirom da je sklopka trofazna ima priključke za tri faze i za nulu. Umesto da spajamo tri fazna provodnika i nulti, testiraćemo je na monofaznoj utičnici. Kako na monofaznoj kad je trofazna?

    Unutar svake sklopke postoji transformator koji prati koliko struje teče kroz svaki vod i registruje nesklad. Test prekidač je tu da napravi veštački nesklad da proveri ispravnost sklopke. Obzirom da ona ne reaguje na test prekidač, mi ćemo napraviti nesklad i testirati da li isključuje i na kojoj struji. Na koji način?

    Na priključke 1,3,5 se dovode fazni provodnici a na 7 nulti vod. Mi dovodimo fazu na 5 a nulu na 7, jednu fazu umesto tri. Na izlazu iz same sklopke ćemo izvući fazu na pinu broj 6, iz koje ćemo povlačiti struju. Sklopka očekuje da se struja vrati nazad kroz pin 8 (nulti vod) ali mi ćemo namerno napraviti nesklad i nećemo vratiti kroz pin 8 već direktno kroz nulu u utičnici. Moramo napomenuti da moramo znati koja žica je fazni vod a koja nulti, ne smemo ih pomešati.

    Prilikom uključivanja faznog voda, sijalica je zasijala na kratko i sklopka je odmah izbacila. Dakle transformator na faznom provodniku (pinovi 5-6) je ispravan. Sada radimo isti test sa pomeranjem faze na pinove 1-2, pa na pinove 3-4.

    Kada smo ispitali sva tri transformatora (na sve tri faze), ostalo je još da proverimo transformator za nulu (pinovi 7-8) tako što ćemo fazu dovesti direktno na sijalicu a napraviti nesklad da se struja vraća kroz nulti vod nazad.

    Testiranje je urađeno, sklopka reaguje u svakom od navedenih slučajeva što je znak da je potpuno spravna. Izmerili smo i koliku struju pusti pre nego što odreaguje i dobili vrednosti između 50-100mA a sklopka je napravljena da isključuje na 30mA. Naravno tu treba uzeti u obzir i preciznost mernog instrumenta da u milisekundi izmeri koliko stvarno struje protekne.

    Zašto ne radi test prekidač?

    Ukratko – zato što je sklopka namenjena da se koristi u trofaznim sistemima i sam test otpornik je spojen između pinova 2 i 5 što je i prikazano šematski na samoj sklopki, a to znači između dve faze. Kada je koristimo na jednoj fazi, ne možemo inicirati protok struje kroz test otpornik između dve faze kad ih – nema. To je i bio razlog zašto nije radila ni pre – jer je bila spojena na jednoj fazi, a obzirom da nije reagovala na test prekidač to je ukazivalo na to da je neispravna.

    Molimo čitaoce da ne ponavljaju ovakav vid testiranja, jer je sve što je urađeno – urađeno u kontrolisanim uslovima. Ukoliko se ipak opredelite da radite testiranje na ovaj način, radite ga na sopstvenu odgovornost. Igranje sa naponom od 230V AC može biti smrtonosno.

    *Zabranjeno kopiranje i postavljanje tekstova i fotografija na druge lokacije.

  • Pasivne skretnice kod zvučnika

    Šta je skretnica?

    Pasivna skretnica je filter koji razdvaja frekvencijske opsege i koristi samo pasivne elektronske komponente. Ne zahteva dodatno napajanje jer su svi elementi pasivni, i koristi se često u audio svetu.

    Primer SAL HVS-14 skretnice za niskotonac koja koristi induktivnost od 6.2mH i kapacitivnost od 195uF. Rezonantna frekvencija LC kola: Fcut=1/(2•π•√(L•C)), samim tim daje Fcut=144,7Hz pri strmini sečenja od -12dB/oct jer je skretnica drugog reda (kalem+kondenzator).

    Da li moj zvučnik ima skretnicu?

    Najčešće je odgovor da, čak i ako se radi o jeftinijim modelima.

    Zvučne kutije koje su aktivne – imaju implementirane aktivne skretnice u predpojačavačkom delu, o njima više reči u drugom tekstu.

    Zvučne kutije koje su pasivne – imaju implementirane pasivne skretnice koje služe da razdvoje frekvencijske opsege koje idu na različite drajvere kako ne bi došlo do oštećenja istih.

    Elementi koji se koriste za izradu pasivnih skretnica

    Elementi koji se koriste u pasivnim skretnicama su:

    • R – Otpornici (Ohm);
    • L – Kalemovi (Henri);
    • C – Kondenzatori (Farad).

    Načini filtriranja

    Low Pass Filter (LPF)– Filter koji propušta niske frekvencije a prigušuje visoke;

    High Pass Filter (HPF) – Filter koji propušta visoke frekvencije a prigušuje niske;

    Band Pass Filter (BPF) – Filter koji prigušuje i niske i visoke frekvencije, dok propušta određene frekvencije. Kombinacija LPF i HPF.

    Band Stop Filter (BSF) – Filter koji propušta i niske i visoke frekvencije, dok prigušuje određene frekvencije. Kombinacija LPF i HPF.

    Notch Filter (NF) – Filter koji blokira tačno proračunatu frekvenciju. Uža verzija Band Stop Filtera.

    Tipovi pasivnih skretnica

    Prvog reda (-6 dB/oktava)

    Brzina prigušenja signala: -6dB/oct. Koriste jedan kondenzator ili jedan induktor i imaju blago prigušenje frekvencija.

    Drugog reda (-12 dB/oktava)

    Brzina prigušenja signala: -12dB/oct. Koriste kombinaciju induktora i kondenzatora za preciznije filtriranje. Strmiji pad, bolja separacija zvuka.

    Trećeg reda (-18 dB/oktava)

    Brzina prigušenja signala: -18dB/oct. Još jedna LC sekcija i filtracija.

    Četvrtog reda (-24 dB/oktava)

    Brzina prigušenja signala: -24dB/oct. Koristi dve LC sekcije za ekstremno precizno sečenje.

    Kako radi skretnica?

    Na ulazu imamo signal koji je pokriven frekvencijama od 20 Hz do 20kHz. Zadatak skretnice je da odvoji frekvencije tako da samo određeni opseg ide na određeni zvučnik, kako ne bi došlo do oštećenja.

    LPF -6dB/oct:To znači da se signal smanjuje za 6 dB svaki put kada se frekvencija udvostruči na gore. Ukoliko je Fcut=500Hz, to znači da će signal na 500Hz biti 0dB, na 1kHz biti na -6dB, na 2kHz biti na -12dB itd.

    HPF -6dB/oct: To znači da se signal smanjuje za 6dB svaki put kada se frekvencija udvostruči na dole. Ukoliko je Fcut=500Hz, to znači da će signal na 500Hz biti 0dB, na 250Hz biti na -6dB, na 125Hz biti na -12dB itd.

    Primeri – LPF:

    Kako bismo napravili skretnicu prvog reda (-6dB/oct) koristeći pasivne elektronske komponente, moramo znati za početak vrednosti.

    Primer 1: LPF samo sa kalemom

    • Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kalem;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.

    Induktor u seriji blokira visoke frekvencije iznad Fcut.

    Induktivna reaktansa induktora se izvodi po formuli Z=2•π•F•L.

    Obzirom da tražimo induktivnost L, ona se dobija po formuli L=Z/(2•π•F).

    Ubacivanjem vrednosti u formulu dobijamo da nam je potreban kalem vrednosti L = 10.6mH.

    Primer 2: LPF samo sa kondenzatorom: PROBLEM

    • Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kondenzator;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.

    LPF prvog reda sa samo paralelnim kondenzatorom ne funkcioniše kako treba. LPF prvog reda uvek koristi induktor u seriji, jer induktivna reaktansa prigušuje visoke frekvencije. Kondenzator sam po sebi ne formira LPF već deluje kao visokofrekventni bajpas.

    Kondenzator paralelno nije neophodan za osnovnu LPF funkciju, ali može se koristiti opciono kao dodatni element, kako bi poboljšao odziv.

    Primer 3: LPF sa kalemom i kondenzatorom

    • Način filtriranja: LPF (-12dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kalem + kondenzator;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 120 Hz.

    Induktor u seriji blokira visoke frekvencije. Kondenzator paralelno sa zvučnikom dodatno prigušuje neželjene frekvencije. Rezultat je strmiji pad (-12dB/oct) u poređenju sa skretnicama prvog reda (-6dB/oct).

    Formula za kalem: L=Z/(2•π•F);

    Rezonantna frekvencija LC kola: F=1/(2•π•√(L•C)) a nama je potrebno C= 1/(4•π•π•F•F•L).

    Iz navedenih formula izračunamo L=10.61mH, a potom C=165.8uF.

    Primeri – HPF:

    Primer 4: HPF samo sa kondenzatorom

    • Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kondenzator;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 2 kHz.

    Serijski povezan kondenzator blokira niske frekvencije ispod Fcut. Visoke prolaze neometano dok se niske prigušuju -6dB po oktavi.

    Formula za kondenzator: Z = 1/(2•π•F•C).

    Za naše parametre koristimo kondenzator vrednosti C=1/(2•π•F•Z)=9,95uF

    Primer 5: HPF samo sa kalemom: PROBLEM

    • Način filtriranja: LPF (-6dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kalem;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 2 kHz.

    HPF prvog reda sa samo paralelnim kalemom ne funkcioniše kako treba. HPF prvog reda uvek koristi kondenzator u seriji, jer blokira DC komponentu i niske frekvencije. Kalem sam po sebi ne formira HPF već umesto HPF-a dobijamo impedansni korektor koji utiče na frekvencijski odziv ali ne blokira niske frekvencije.

    Kalem paralelno nije neophodan za osnovnu HPF funkciju, ali može se koristiti opciono kao dodatni element, kako bi poboljšao odziv.

    Primer 6: HPF sa kalemom i kondenzatorom

    • Način filtriranja: HPF (-12dB/oct);
    • Elementi koji se koriste: Kondenzator + kalem;
    • Impedansa zvučnika (Z): 8 Ohm;
    • Cutoff frekvencija (F): 2 kHz;

    Kondenzator u seriji sa zvučnikom za blokiranje niskih frekvencija i induktor paralelno sa zvučnikom da dodatno priguši neželjene frekvencije ispod Fcut.

    Formula za kondenzator: Z = 1/(2•π•F•C).

    Za naše parametre koristimo kondenzator vrednosti C=1/(2•π•F•Z)=9,95uF

    Formula za kalem: L=Z/(2•π•F);

    Rezonantna frekvencija LC kola: F=1/(2•π•√(L•C)) a nama je potrebno L= 1/(4•π•π•F•F•C) = 636uH.

    Iz navedenih formula izračunamo C=9.95uF, a potom L=636uH.

    *Zabranjeno kopiranje fotografija i tekstova i postavljanje na druge lokacije.

  • Magneti kod zvučnika

    U prethodnom tekstu smo pisali o različitim membranama kod drajvera (Membrane kod zvučnika). U današnjem tekstu nešto više o tipovima samih magneta kod zvučnika.

    Postoje dva glavna različita tipa magneta kod drajvera i to su:

    • Feritni magneti;
    • Neodimijumski magneti;
    • Ostali tipovi (aluminijum nikl kobalt itd).

    Primer feritnog magneta kod visokotonca SAL DTF-12.

    Feritni ili keramički magneti su najčešći tip trajnog magneta napravljeni od ferita (jedinjenje gvožđa, stroncijuma ili barijuma) i najpopularniji su. Koriste se u zvučnicima, motorima, RF antenama itd. uglavnom zbog niske cene. Mogu da izdrže veliku količinu snage, otporni su na visoke temperature ali imaju manju gustinu magnetnog polja od neodimijumskih magneta. Veći su i teži u odnosu na njih. Otporni su na koroziju za razliku od neodimijuma.

    Primer neodimijumskog magneta kod niskotonca na RCF310A aktivnoj zvučnoj kutiji.

    Neodimijumski magneti su najmoćniji trajni magneti, mnogo jači od feritnih magneta – neodimijumski magnet manjih dimenzija može proizvesti istu snagu kao feritni magnet većih dimenzija. Izuzetno jako polje, lakši su i kompaktniji u odnosu na ferite. Osetljiviji su na visoke temperature, pa se mora obratiti pažnja prilikom integracije u sistem. Takođe moraju imati zaštitni premaz protiv oksidacije.

    *Zabranjeno umnožavanje tekstova i fotografija na druge lokacije.

  • Membrane kod zvučnika

    Od različitih membrana zavisi frekvencijska kriva kod zvučnika.

    Kako membrana utiče na frekvencijski odziv?

    • Fleksibilniji materijali (Svila, Mylar, Fenol) – Topliji zvuk, ograničen odziv – do 10kHz;
    • Rigidniji materijali (Titanijum, Aluminijum, Berilijum) – Oštar zvuk, bolji odziv u ultra visokim frekvencijama;
    • Papirne membrane – prirodan zvuk, zavisi od impregnacije;
    • Kompozitne membrane (Kevlar, karbon vlakna) – snažna kontrola rezonancije, dobar balans rigidnosti i odziva.

    U nastavku par slika vezano za vizuelni način prepoznavanja različitog tipa membrana:

    Primer svilene membrane kod visokotonca SAL DTF-12.

    Fleksibilna zavojnica od nežnog materijala sa toplim zvukom. Najčešće se nalazi kod visokotonaca, omogućava glatku i detaljnu reprodukciju visokih frekvencija. Prirodno gube odziv iznad 10kHz jer materijal ima prirodno prigušenje. Najčešće se koriste u Hi-Fi zvučnicima i u studijskim monitorima.

    Primer fenolne membrane kod kompresionog drajvera RCF Unita TW101.

    Poznate po toplom i glatkom zvuku ali imaju veoma striktno ograničenje u visokim frekvencijama – ne preko 6-7 kHz. Fenolna smola otporna je na visoke temperature, pa zbog toga imaju jako dobru otpornost na snagu. Koriste se u kompresionim drajverima i PA sistemima gde je potrebna glasnoća bez preterane oštrine.

    Primer aluminijumske membrane kod visokotonca Elac CD 10 serija.

    Izuzetna rigidnost, veoma čvrst materijal. Može precizno reprodukovati visoke frekvencije bez deformacija do 20kHz. Oštar, detaljan zvuk, bolji odziv i efikasnost u ultra visokim frekvencijama. Ukoliko ne postoji dobar damping zvuk može delovati previše metalno. Koriste se u Hi-Fi zvučnicima i PA sistemima za izuzetno jasne visoke frekvencije.

    *Zabranjeno kopiranje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.

  • LC Power 1800 – Cable management

    Modifikacija izlaznih konektora na LC1800 napajanju. Uklanjanje starih konektora namenjenih za grafičke kartice i ugradnja bakarnih stopica.

    Samo napajanje dolazi sa jako velikom količinom izlaznih konektora – jer je prvenstveno namenjeno za mining i za povezivanje velikog broja grafičkih kartica. Mi ga koristimo za drugu namenu gde nam je potrebno da izvučemo što više “čistih” ampera na +12V grani, bez značajnog pada napona na kablovima. To možemo postići na način da spojimo više provodnika paralelno i na taj način smanjimo njihovu otpornost i smanjimo i pad napona. Ovako izgleda napajanje sa svim konektorima:

    Na početku smo otvorili napajanje i razdvojili kablove:

    Nakon sređivanja kablova to izgleda ovako: +12V DC (žuti provodnik), GND (crni provodnik), +5V DC (crveni provodnik), +3.3V DC (narandžasti provodnik). Ima tu i 5VSB, PG i ostalih manje značajnih provodnika za nas, koje takođe nećemo koristiti.

    Nakon što smo isekli sve nepotrebne konektore – 3.3V, 5V, 5VSB, PG, -12V to izgleda ovako:

    Stvar na koju moramo obratiti pažnju je PS/ON provodnik koji nam uključuje celo napajanje, koji spajamo direktno na GND. Na ovaj način napajanje se uključuje direktnim uključenjem na 230V AC, ali to ne predstavlja problem jer postoji prekidač na samom kućištu koji sada – uključuje i isključuje celo napajanje.

    Sada na redu malo estetike za same provodnike, tekstilni bužir i sklapanje kućišta:

    Nakon toga sečenje svih provodnika da budu iste dužine, blankiranje svih provodnika i spajanje bakarnim stopicima:

    Nakon odrađenog krimpovanja stopice kabla 50mm2. Nije korišćen hidraulični alat već direktno stezanje sa sigurnosnim zubom na sredini. Iako ne izgleda kao najlepše rešenje (kao sa hidraulikom), spoj je dovoljno jak da ne može ručno da se razdvoji.

    Termoskupljajući bužir, tekstilni bužir i ponovo termoskupljajući bužir:

    Finalni proizvod:

    Šta mislite, da li je na ovaj način provodnik sposoban da isporuči navedenih 142A bez značajnog pada napona? Pišite nam u komentarima.

    *Zabranjeno kopiranje i umnožavanje tekstova i fotografija.

  • LC Power 1800 – NTC

    Modifikacija NTC otpornika na LC1800 napajanju. Uklanjanje starog NTC otpornika i zamena novom sondom veće osetljivosti.

    Prilikom korišćenja samog napajanja primetili smo da ventilatori ostaju na minimumu. Što je lepa implementacija jer su nečujni. Prilikom opterećenja samog napajanja i velikih izlaznih struja primetili smo da se hladnjaci polako zagrevaju a ventilatori i dalje rade na minimumu.

    Vidimo da postoji NTC 103 termički otpornik od 10k koji je namenjen za regulaciju brzine ventilatora i protoka vazduha. Redosled je sledeći:

    • Kako mi opteretimo više napajanje:
    • Tako je veća izlazna struja;
    • Tako se više greje hladnjak koji je na izlazu;
    • Tako NTC registruje da je temperatura hladnjaka veća;
    • Tada NTC smanji otpornost i poveća brzinu ventilatorima…

    Međutim..

    Nakon otvaranja vidimo da je kao i kod većine napajanja taj senzor van aluminijumskog hladnjaka. Postoje dva ishoda:

    • Senzor je zaliven lepkom i ne oseća ni temperaturu hladnjaka ni ambijentalnu temperaturu, samim tim ventilatori uvek rade na minimumu, jer je njemu sve vreme “hladno” – meri nižu lažnu temperaturu. Napajanje u ovom slučaju pri većem opterećenju nažalost trpi temperaturno jer ventilatori ne rade brzinom kojom bi trebalo.
    • Senzor nije zaliven lepkom ali nije ni prislonjen na aluminijum, pa samim tim ventilatori uvek rade na povećanoj snazi i postaju bučni iako možda za tim nema razloga – meri višu lažnu temperaturu Napajanje je u ovom slučaju u boljoj poziciji nego u prvom, jer ventilatori sve vreme rade daleko iznad minimuma, pa ga hlade i kada je potrebno i kada nije potrebno.

    Modifikacija

    Umesto malog zelenog NTC 103 otpornika: stavljamo duplo veću sondu (isto 10k) koja je sada direktno između aluminijumskih rešetki hladnjaka i meri trenutnu temperaturu hladnjaka na najvišoj tački.

    Naravno, ako zanemarimo činjenicu da je najtoplija tačka na samom poluprovodniku a pritom vodimo računa o estetici (ne bi bilo baš najlepše zalepiti sondu na hladnjak ili bušiti hladnjak) ovo je jedno od praktičnih a funkcionalnih rešenja.

    Sondu smo naravno prvo testirali upaljačem na jednu sekundu. Ventilatori povećaju brzinu na svoj maksimum, tako da je taj deo ploče ispravan.

    Šta Vi mislite o ovoj modifikaciji? Da li će sada napajanje raditi bolje jer ima detaljan uvid u temperaturu izlaznog hladnjaka i u zavisnosti od opterećenja menja brzinu ventilatorima? Pišite nam u komentarima.

    *Zabranjeno kopiranje i umnožavanje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.

  • LC Power 1800

    Recenzija napajanja

    Kao jedno od trenutno najjačih ATX napajanja na tržištu, rešili smo da napišemo recenziju i detaljno pogledamo šta se to krije unutar kućišta ove “zveri”.

    Prilikom samog otvaranja vidimo da je samo kućište izrađeno u većim dimenzijama (21x15x82mm) od klasičnog ATX napajanja (14x15x85mm) jer je namenjeno pre svega za mining kako proizvođač navodi.

    Osigurač:

    Napajanje radi samo na 230V AC ulaznog napona i može povući struju do 10A kako proizvođač navodi na nalepnici, što bi značilo 2300W ulaznih, a 1800W izlaznih, na maksimumu.

    Ulazni osigurač je stavljen na 230V 15A što znači 3450W pre nego što ostanemo bez izlaznog napona.

    EMI:

    Ulazni EMI filter sačinjen je od kvalitetnih induktiviteta, za razliku od klasičnih ATX gde je to samo formalnost, a negde čak i samo kratkospojnik umesto filtera.

    APFC:

    Tu je i aktivni PFC koji koristi GP100S50X tranzistor u kombinaciji sa BYC15-600 diodom. Na ploči je ostavljeno mesto za dva paralelna tranzistora, ali se proizvođač opredelio da stavi jedan jači. Na internetu nismo uspeli da pronađemo datasheet za ovaj model, ali pretpostavljamo da se radi o 500V i 100A čipu.

    Ulazni ispravljač:

    Ulazna kapacitivnost: Dva kondenzatora od 420V/330uF, temperaturno do 105°C što je lepo za videti u odnosu na 85°C. Ukupno 660uF i diodni most koji je montiran na sam hladnjak.

    Switch:

    Dva tranzistora OSC65R099HZ kao glavni switch.

    Izlazni ispravljač:

    Ovde dolazimo do glavne razlike u odnosu na većinu standardnih napajanja gde vidimo da na izlazu stoje montirani PIP04N04N tranzistori (8 komada) na hladnjak, umesto klasičnih dioda. Ako pretpostavimo da napajanje daje veliku struju na izlazu to je odlična odluka proizvođača, jer bi sa tom izlaznom strujom pad napona na diodama bio značajan a samim tim i disipacija toplote ogromna. Za 5VSB postoji jedna MOSPEC S20C60C.dioda koja je predviđena za struje do 2A i radi u kontinuitetu zbog standby napona.

    DC/DC:

    Na kraju za +3.3V i +5V granu su stavljena dva EM5301 DC/DC konvertera sa maksimalnom strujom od 15A po pločici.

    Hlađenje:

    Dva ventilatora od 80mm, u kombinaciji sa NTC senzorom temperature menjaju napon na samim ventilatorima i u zavisnosti od temperature hladnjaka.

    Šta Vi mislite o komponentama koje su korišćene za izradu ovog napajanja i da li biste radili neke modifikacije na njemu?

    Pišite nam u komentarima.

    *Sve fotografije su fotografisane u laboratoriji prilikom analize napajanja. Zabranjeno je umnožavanje tekstova i fotografija i postavljanje na druge lokacije.