У розробці пасивних розділових фільтрів важливу роль відіграє їх конструкція, а також вибір типу конкретних елементів - котушок індуктивності, конденсаторів, резисторів. Зокрема, великий вплив на характеристики АС з фільтрами надає взаємне розміщення котушок індуктивності. При невдалому розташуванні, внаслідок взаємного зв'язку, можливі наводки сигналу між близько розташованими котушками.
Зв'язки котушок. Котушки індуктивності є одним з найважливіших компонентів пасивних розділових фільтрів. В даний час багато закордонних фірм застосовують котушки індуктивності на сердечниках з магнітних матеріалів, що забезпечує великий динамічний діапазон, низький рівень нелінійних спотворень і малих габаритів. Однак конструювання котушок з магнітними сердечниками пов'язано із застосуванням спеціальних матеріалів, тому багато розробників застосовують котушки з повітряним сердечником, основні недоліки яких - великі габарити за умови малих втрат (особливо в фільтрі низькочастотного каналу), а також велика витрата міді; гідності - пренебрежимо малі нелінійні спотворення [1]. Конфігурація циліндричної котушки з повітряним сердечником зображена на рис. 1.
Мал. 1. Конструкція циліндричної котушки індуктивності з повітряним сердечником: D - середній діаметр котушки; d - внутрішній діаметр котушки; b - висота намотування; h - ширина намотування; O - геометричний центр.
Навколо котушки, через яку протікає змінний електричний струм, утворюється змінне магнітне поле. Якщо поруч з такою котушкою встановити ще одну котушку, то частина силових ліній магнітного поля першої котушки потраплять на витки другої котушки, перетинаючи їх. Чим ближче котушки один до одного, тим більше перетинів силових ліній з витками котушки. В результаті на другий котушці індукується електрорушійна сила (ЕРС), тобто на висновках другої котушки з'явитися змінну напругу. Зв'язок близько розташованих котушок можна простежити за допомогою доступних підручних пристроїв - генератора звукової частоти і мультимера, використовуючи схему на рис. 2. Одну з котушок (L1) приєднують до генератора, іншу (L2) до мультимера, включеного в режимі вольтметра. Як генератор використовують персональний комп'ютер з відповідною програмою і підсилювач НЧ. Котушку L1 до підсилювача слід підключати через резистор R1. Сумарний опір резистора і котушки індуктивності має відповідати вихідному опору підсилювача. Генератор подає на котушку L1 сигнал потрібної частоти і амплітуди (вимірюють вольтметром в точках А, Б на схемі). Навідні на котушці L2 ЕРС показує мультимера. Величина показань змінюється в залежності від віддаленості котушок і їх взаємного розташування. Якщо замість мультимера підключити динамік, то ЕРС індукції котушки L2 можна ще і почути.
Мал. 2. Схема вимірювання ЕРС індукції котушки
Результати тестування при різних взаємних положеннях котушок індуктивності L1 1,8 мГн підключеної до генератора, і котушки L2 0,43 мГн, підключеної до мультимера, відображені в таблиці 1.
Таблиця 1. Залежність величини ЕРС індукції від взаємного розташування котушок
Параметри сигналу, що подається на котушку L1
Як видно з таблиці, найвірнішим взаємним розташуванням котушок є позиція 4 - ортогонально циліндричними (бічними) поверхнями. Трохи гірший результат показало розміщення котушок в позиції 3 - взаємно. У позиції 2 належить розміщувати котушки не ближче 100 мм, а в позиції 1 - понад 100 мм. Слід зауважити, що в позиції 3 вимірювання проводилися при положенні геометричного центру O котушки I на осі симетрії котушки II. При зміщенні центру з осі ЕРС значно зростає і досягає свого максимуму, коли проекція центру котушки I знаходиться на лінії середнього діаметра D (рис. 1) котушки II. В інших випадках збільшення ЕРС в результаті змішень котушок не простежується, а навпаки - зменшується. Величина індукованої ЕРС залежить від числа силових ліній, що перетинаються витки котушки.
Виходячи з отриманих даних, проект плати майбутнього фільтра для акустичної системи починають з вибору взаємного розташування котушок індуктивності. Якщо в фільтрі дві котушки, все просто, мають у своєму розпорядженні в положенні 4. Але якщо більше, 5, 6 котушок, необхідно підходити комплексно. Правильно підбирати не тільки взаємне положення котушок, але відстані між ними.
Плати. Реалізація схеми фільтра модернізованої акустичної системи 35АС-012 "S-90", наведеної на рис. 14 у другій частині статті, виявилася дуже скрутній на рідній фанерною платі через нестачу місця для нових компонентів. Тому виготовляють нову плату більшого розміру на фольгирования стеклотекстолите. Це дозволить помістити котушки індуктивності з мінімальним взаємним впливом, упорядкувати монтаж інших компонентів, позбутися від великої кількості сполучних проводів і перемичок, що, в свою чергу, полегшить роботи з підключення, обслуговування та ремонту фільтра в майбутньому.
Найбільш підходяще в корпусі АС місце для підстави фільтра - внутрішня нижня площину. На ній поміщається плата розмірами 205х195 мм. Саме таких розмірів вирізують заготовку для основної друкованої плати - рис. 3, а. Конструкція має ще одну, додаткову, плату, розмірами 155х90 мм - рис. 3, б. На основній платі розташовуються друковані провідники СЧ і ВЧ ланок фільтра, на додатковій - НЧ ланки. Підготовку малюнка друкованого монтажу виконують на комп'ютері, оснащеному спеціальною програмою Sprint-Layout. Яких-небудь особливих вимог до плати не пред'являється: провідники повинні бути максимально короткими і широкими; не допускають вигинів струмопровідних доріжок під прямим кутом; елементи схеми з умовним позначенням "загальний провід" з'єднують в одному місці. Після орієнтування котушок, визначаються з іншими компонентами - конденсаторами, резисторами. Для зручності підключення фільтра передбачають місця і під ножові клеми. При проектуванні в програмі використовують опцію двосторонньої друкованої плати, т. Е. На одному малюнку розміщують проекти основної та додаткової плат. Обидва малюнки окремо роздруковують на лазерному принтері на крейдованому папері або глянсової для принтерного фотодруку. Для основної плати малюнок повинен бути в дзеркальному зображенні.
На металізовані боку заготовок, попередньо відшліфовані наждачним папером нульовий зернистості, прикладають малюнки і переводять за допомогою праски. Після папір відмочують. Плати готові до травленню. Для травлення площі в 100 см2 найбільш придатний для побутових умов розчин: 100 мл тривідсоткового розчину перекису водню, 50 - 75 г лимонної кислоти, 15 г кухонної солі. Після травлення видаляють принтерний тонер, свердлять отвори, ретельно облужівают провідники. Якщо є можливість виготовити плати більш прогресивним способом, скористайтеся ним.
Правильно виготовлені плати повинні накладатися один на одного, вільними від провідників поверхнями, як показано на малюнку 3, ст.
Мал. 3. Друковані плати фільтра АС: а - основна; б - додаткова; в - взаємне розташування; г - розміщення елементів на основній платі; д - розміщення елементів на додатковій платі. Умовні позначення: Jmp1 - до контакту 9 подільника; Jmp2 - до негативного проводу СЧ головки; Jmp3 - до контакту 1 подільника; Jmp4 - до негативного проводу ВЧ головки; Jmp5 - до позитивних проводам СЧ і ВЧ головок, негативної клеми К4; Jmp6 - до негативного проводу НЧ головки; Jmp7 - до позитивної клеми К1; Jmp7 - до позитивного проводу НЧ головки, негативної клеми К2; R '' - резистор включений в точці А.
Монтаж. Котушки індуктивності (рис. 4) слід оглянути і, по можливості, провести вимірювання індуктивності. При виявленні поганий щільності намотування або великого невідповідності фактичної величини індуктивності із заявленою, котушки перемотують. Конструкція каркасів котушок індуктивності СЧ, ВЧ ланок має отвір для кріплення в центрі одного з підстав. Гвинт або шуруп з магнітного матеріалу, по суті, є осердям, збільшує її індуктивність на 2 ... 3 мГн, а з немагнітного (латуні) - навпаки, знижує. Тому застосування таких кріпильних елементів дає позитивний ефект, якщо реальна величина індуктивності котушки на 2 ... 3 мГн менше (більше) зазначеної у схемі. А взагалі не рекомендується кріпити такі котушки на металеві гвинти. Намотувальні дані котушок індуктивності фільтра "S-90" від заводу виробника наведені в таблиці 2 [27].
Мал. 4. Котушки індуктивності фільтра АС.
Схема доповнена котушками номіналами 0,22 мГн і 0,43 мГн. Їх розраховують виходячи з розмірів каркаса і товщини обмотувального дроту. Для розрахунку котушок існує багато програм. З практики відомо, не кожна програма дає вірний результат. Слід намотувати на 5-10 витків більше розрахункових. Після чого заданий номінал котушки встановлюють відмотування витків, піддаючи її вимірах. Вимірювати індуктивність за допомогою приставок до мультимера не бажано. У них не враховується опір котушки, як результат - велика похибка у вимірах. Щодо точно розрахувати котушку можна за допомогою комп'ютерної програми CoilCalc 1.02b.
Таблиця 2. Намотувальні дані котушок фільтрів 35АС-012.
Конденсатори і резистори піддають вимірам їх номіналів, оскільки вони мають якийсь допустимий розкид параметрів. За результатами замірів їх сортують на близькі за характеристиками пари. Кожну пару розбивають на дві групи гранично підібрані по номіналах для одного і другого фільтра. Результуючі схеми двох фільтрів повинні бути максимально схожі один на одного.
З висновків конденсаторів МГБО-2 отпаивают підводять пелюстки - рис. 5, а. Потім закріплюють їх на основній платі. Зверху прикладають додаткову плату, просмикуючи висновками через отвори - рис. 5, б. Обидві плати скріплюють різьбовими шпильками або муфтами - рис. 5, ст. Різьбове з'єднання має жорстко поєднувати обидві плати і забезпечувати зазор між ними 55,5 мм - відстань від скляного ізолятора конденсатора до його нижнього габариту.
Мал. 5. Монтаж конденсаторів МБГО-2: а - відпаювання підводить пелюстки; б - розміщення на платі; в - різьбова шпилька.
Всі конденсатори для СЧ і ВЧ ланок фільтра встановлюють лавсанові серії К73-16 робочою напругою 160 і 250 В. Стандартами передбачені певні ряди значень номіналів радіоелементів (конденсаторів, резисторів), не завжди збігаються із зазначеними в схемі. Конденсатори К73-16 з робочою напругою 250В випускаються найбільшою ємністю 10 мкФ, а робочому напругою 160В - 6,8 мкФ. Найбільш близький до 4 мкФ - 3,9, до 6,6 мкФ - 6,8, і т. Д. Тому, для набору необхідної ємності конденсатори збирають в паралель. Наприклад: 30 мкФ - три по 10 мкФ; 6,6 мкФ - три по 2,2 мкФ; 4 мкФ - 2,2 мкФ і 1,8 мкФ. При паралельному з'єднанні конденсаторів знижується такий важливий параметр як еквівалентний послідовний опір.
Резистори серії ПЕВ замінюють на С5-16В або, ще краще, на ОСС5-16В, призначені для роботи в ланцюгах постійного, змінного, пульсуючого і імпульсного струму напругою до 300В, або декількома паралельно або послідовно включеними плівковими (металлоокісние). Кількість резисторів підбирають виходячи з необхідної потужності розсіювання. Наприклад, потужність розсіювання резистора R1 на 75 Ом визначають за формулою: Рр = U2 / R, де Рр - потужність розсіювання резистора, U - підводиться напруга, R - опір резистора, 112/75 = 1,61 Вт. Рекомендується встановлювати резистори потужність в 1,5 ... 2 рази вище розрахункової. Оскільки звуковий сигнал носить імпульсний характер, резистора потужністю на 2 Вт цілком достатньо. Наприклад, в акустичній системі 35АС-212 "S-90" встановлений резистор R1 типу ОМЛТ номіналом 100 Ом і потужністю 2 Вт. Плівкові резистори мають набагато меншу паразитную індуктивність, порівняно з ПЕВ і С5-16В, і більш придатні для застосування в звукових ланцюгах. А якщо застосовувати кілька паралельно включених резисторів, паразитная індуктивність знижується в стільки разів, скільки встановлено резисторів.
Елементи кросовера працюють в умовах впливів вібрацій і підвищеного звукового тиску. Щоб уникнути виникнення призвуків, або ще гірше, відшаровування струмопровідних елементів плати, обламування висновків масивних деталей, рекомендується зміцнювати їх на платі за допомогою герметики, клею (силіконовий, акриловий), стяжок і т. П. Після складання плату (рис. 6) оглядають , перевіряють, гвинтові з'єднання і доріжки покривають цапон-лаком. Фільтр встановлюють на передбачене місце в корпусі АС. Монтажні дроти закріплюють стяжками.
Мал. 6. Фільтр акустичної системи 35АС-012 "S-90"