Ремонт компьютерного блока питания ATX
Вчера сидел испытывал Зарядное устройство на микроконтроллере, сделанный на основе ATX все работало пока не начал он пищать и резко без всяких признаком погиб смертью храбрых. При первом осмотре не смог обнаружить неисправность и тут я полез у googlа спрашивать и вот что он мне выдал.
Проверка высоковольтной части блока питания ATX
Для начала проверяем: предохранитель, защитный терморезистор, катушки, диодный мост, электролиты высокого напряжения, силовые транзисторы Т2, Т4, первичную обмотку трансформатора, элементы управления в базовой цепи силовых транзисторов. Первыми обычно сгорают силовые транзисторы. Лучше заменить на аналогичные: 2SC4242, 2SC3039, КТ8127(А1-В1), КТ8108(А1-В1) и т.п. Элементы в базовой цепи силовых транзисторов.(проверить резисторы на обрыв). Как правило, если сгорает диодный мост (диоды звонятся накоротко), то соответственно от поступившего в схему переменного тока вылетают электролиты высокого напряжения. Обычно мост – это RS205 (2А 500В) или хуже. Рекомендуемый – RS507 (5А 700В) или аналог. Ну и последним всегда горит предохранитель. И так: все нерабочие элементы заменены. Можно приступить к безопасным испытаниям силовой части блока. Для этого понадобится трансформатор с вторичной обмоткой на 36В. Подключаем как показано на Рис.2. На выходе диодного моста должно быть напряжение 50..52В. Соответственно на каждом электролите высокого напряжения будет половина от 50..52В. Между эмиттером и коллектером каждого силового транзистора также должна быть половина от 50..52В.
Проверка источника дежурного питания
Источник дежурного питания служит для питания TL494CN и +5VSB. Как правило выходят из строя Т11, D22, D23, C30. Также следует проверить первичные и вторичную обмотки трансформатора.
Проверка схемы управления
Для этого понадобится стабилизированный блок питания 12В. Подключаем к схеме испытуемого ИБП как показано на схеме рис.1 и смотрим наличае осциллограмм на соответсвующих выводах. Показания осциллографа снимать относительно общего провода.
Проверка силовых транзисторов
Проверку режимов работы в принципе можно и не делать. Если первые два пункта пройдены, то на 99% можно считать БП исправным. Однако, если силовые транзисторы были заменены на другие аналоги или если вы решили заменить биполярные транзисторы на полевые (напрмер КП948А, цоколёвка совпадает), то необходимо проверить как транзистор держит переходные процессы. Для этого необходимо подключить испытуемый блок как показано на рис.2. Осциллограф отключить от общего провода! Осциллограммы на коллекторе силового транзистора измерять относительно его эмиттера (как показано на рис.5, напряжение будет меняться от 0 до 51В). При этом процесс перехода от низкого уровня к высокому должен быть мгновенным (ну или почти мгновенным) то во многом зависит от частотных харрактеристик транзистора и демпферных диодов (на рис.5 FR155. аналог 2Д253, 2Д254). Если переходной процесс происходит плавно (присутствует небольшой наклон), то скорее всего уже через несколько минут радиатор силовых транзисторов очень сильно нагреется. (при нормальной работе – радиатор длжен быть холодный).
Проверка выходных параметров блока питания
После всех вышеперечисленных работ необходимо проверить выходные напряжения блока. Нестабильность напряжения при динамической нагрузке, собственные пульсации и т.п. Можно на свой страх и риск воткнуть испытуемый блок в рабочую системную плату или собрать схему рис. 6.
Данная схема собирается из резисторов ПЭВ-10. Резисторы монтировать на алюминиевый радиатор (для этих целей очень хорошо подходит швеллер 20х25х20). Блок питания без вентилятора не включать! Также желательно обдувать резисторы. Пульсации смотреть осциллографом непосредственно на нагрузке (от пика до пика должно быть не более 100 мВ, в худшем случае 300 мВ). Вообще не рекомендуется нагружать БП более 1/2 заявленной мощности (например: если указано, что БП 200 Ватт, то нагружать не более 100 Ватт).
В дополнение ко всему выше написаному предлагаю скачать отличную подборку принципиальных схем компьютерных блоков питания ATX. Более 35 схем находятся в архиве. Многие производители копируют друг у друга блоки питания, поэтому есть шанс наткнуться на ту схему, которую вы ищете. Принципиальные схемы БП таких фирм как: Codegen, Microlab, InWIN, Power Link, JNC, Sunny, и много других. Так же в архиве Вы найдете информацию по ремонту компьютерных БП.
Построение цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой
Вступление издалека
Недавно передо мной встала достаточно интересная задача, с которой я раньше никогда не сталкивался — борьба с шумом. Мы принимали сигнал с датчиков на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) А так как данная тема для меня была (хотя и сейчас есть кое-где) темным лесом, я пошел мучить вопросами гугл, мне показалось освещена эта тема не очень подробно и доступно, поэтому решил написать статью с примером разработки и готовым исходником.
Ближе к делу
Цифровые фильтры могут быть двух видов – с конечной и с бесконечной импульсной характеристикой (КИХ и БИХ). Для решения моей задачи подходит КИХ-фильтр, поэтому про него и расскажу. Для начала посмотрим как же он работает:
Здесь показан пример фильтра нижних частот, как видно на рисунке, этот фильтр пропускает нижние частоты, а все остальные старается отсечь (подавление), или хотя бы ослабить (переход). Отклонения в полосе пропускания и полосе подавления выбираются в зависимости от принимаемого сигнала, но при использовании различных весовых функций, на них могут накладываться определенные ограничения. Например, если используется весовая функция Хэмминга, то эти отклонения будут равны между собой. Ширина полосы перехода ∆F зависит от длины фильтра и от весовой функции (для функции Блэкмена ∆F=5,5|N).
Работает фильтр довольно просто: фильтр получает значения, с помощью коэффициентов преобразует их и выдаёт выходную последовательность, тогда с формулой самого фильтра всё понятно:
Она реализуется через цикл, но постойте, а где же взять нужные коэффициенты? Вот тут-то как раз и зарыта собака (и не одна).
Параметры фильтра
Естественно для разных фильтров нужны разные коэффициенты, и для этого нужно определиться с параметрами фильтра, это обычно сначала делается теоретически (с умным видом прикидываем какая у нашего сигнала частота, потом частоты, которые надо отсеивать), а потом изучаем АЧХ реальных измерений (и осознаем, как сильно мы ошибались). По этим АЧХ мы определяемся с идеальной частотной характеристикой (какие частоты проходят свободно, какие мы убираем и как сильно), теперь нам нужна идеальная импульсная характеристика её можно посчитать как Фурье-образ от идеальной частотной: где H_D(w) – идеальная характеристика.
Но можно пойти и по более простому пути – есть уже заранее вычисленные идеальные импульсные характеристики, например для фильтра нижних частот формула выглядит следующим образом:
где fc и wc – частота среза.
Итак, осталось уже немного идеал идеалом, а мы имеем дело с практикой, и нам нужна «реальная» импульсная характеристика. Для её расчета нам понадобится весовая функция w(n), их есть несколько разновидностей, в зависимости от требований к фильтру (Хэмминга, Хеннинга, Блэкмена, Кайзера, о них не говорю, ибо статья и так большая), в нашем случае я использую функцию Блэкмена:
где N – длина фильтра, т.е. количество коэффициентов.
Теперь надо перемножить идеальную импульсную характеристику и весовую функцию:
Финишная прямая
Теперь мы готовы рассчитать выходные значения, по формуле фильтра, она самая первая в этой статье, ну вот и всё, в завершение привожу исходный код фильтра: void Filter (const double in[], double out[], int sizeIn) { const int N = 20; //Длина фильтра long double Fd = 2000; //Частота дискретизации входных данных long double Fs = 20; //Частота полосы пропускания long double Fx = 50; //Частота полосы затухания long double H = {0}; //Импульсная характеристика фильтра long double H_id = {0}; //Идеальная импульсная характеристика long double W = {0}; //Весовая функция //Расчет импульсной характеристики фильтра double Fc = (Fs + Fx) / (2 * Fd); for (int i=0;i=0) out+= H*in; } }При подготовке статьи использовались: Основные характеристики и параметры фильтров. analogiu.ru/6/6-5-2.html Айфичер Э. Джервис Б. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. 2-е издание
Подход «локального усреднения»
Применяемый подход к анализу процессов в ШИМ-инверторах основан на двух широко распространенных методах расчета. Его можно трактовать как конкретизацию метода основной гармоники для данного типа преобразователей и как некую «модернизацию» метода переключающих функций .
Временные функции в данном случае искажены пульсацией, но имеют либо явно выраженную синусоидальную основу выходной частоты (токи фильтра), либо почти синусоидальные (выходное напряжение). Анализ фильтра выполняется по следующей общей схеме: определяются напряжения и токи элементов основной частоты; интегрально рассчитываются пульсации токов, а по ним — пульсация и коэффициент несинусоидальности выходного напряжения; «наложением» отдельных составляющих определяются полные токи и напряжения компонентов, а по ним — токи дросселя, конденсатора и проч.
На рис. 2а приведена схема фильтра, возбуждаемого эквивалентным источником ШИМ-напряжения v(t), причем в токах и напряжениях элементов доминируют гармоники основной (выходной) частоты. Это позволяет представить временные функции fi(t) в виде суммы основной и пульсационной составляющих:
Сущность подхода «локального усреднения» заключается в следующем. Если в пределах периода несущей частоты напряжение нагрузки считать постоянным, то можно определить параметры пульсации токов фильтра, имеющей треугольную форму. Эти параметры зависят от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и меняются от такта к такту. При сравнительно больших отношениях несущей и выходной частот, что обычно имеет место на практике, среднее значение ШИМ-импульса упрощенно представляется синусоидальной функцией выходной частоты и амплитудой, пропорциональной глубине модуляции М. Тем самым пульсации тока дросселя (конденсатора) фильтра «приписывается» модуляционная огибающая, и удается записать конечное и достаточно точное выражение в виде функции от М. В итоге получаются замкнутые аналитические выражения для результирующих токов элементов фильтра. Далее расчет ведется оперированием ими.
Многозвенные сглаживающие фильтры
Если с помощью индуктивно-емкостного фильтра необходимо обеспечить коэффициент сглаживания пульсаций более 40…50, то вместо однозвенного фильтра целесообразнее использовать двухзвенный сглаживающий фильтр.
Фильтры с тремя и более звеньями на практике применяются редко. В общем случае коэффициент сглаживания многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев: q = q’q’’q’’’ …
Сглаживающие индуктивно-емкостные фильтры достаточно просты и эффективны в выпрямительных устройствах средней и большой мощностей. Однако масса и габариты таких фильтров весьма значительны, коэффициент сглаживания снижается с ростом тока нагрузки, фильтры малоэффективны при появлении медленных изменений сетевого напряжения. Индуктивные элементы фильтра являются источниками магнитных полей рассеяния, а совместно с паразитными емкостными элементами создают колебательные контуры, способствующие появлению переходных процессов.
Измерение излучаемых помех
Метод измерения излучаемых помех частотой выше 30 МГц описан в базовом стандарте IEC CISPR16–2-3. Для измерений такого рода, как правило, используется безэховая комната с проводящим полом или безэховая камера. И в этом случае испытуемое устройство помещается на непроводящий стол (для переносных или настольных устройств) или на пол. Чтобы иметь возможность во время измерений поворачивать испытуемое устройство вокруг его собственной оси в исходном состоянии, оно помещается на поворотный стол (рис. 10). В сравнительно больших безэховых помещениях приемная антенна устанавливается на расстоянии 10 м от испытуемого устройства на высоте, которая соответствует максимальной величине электрического поля на каждой частоте измерения. Кроме того, ориентация этой антенны меняется, что обеспечивает горизонтальную и вертикальную поляризацию. В небольших безэховых камерах расстояние между антенной и испытуемым устройством составляет 3 м. Высота антенны должна быть фиксированной, а пол между испытуемым устройством и антенной покрыт поглощающим материалом.
Рис. 10. Установка для измерения излучаемых помех в безэховых комнатах или камерах
Lc-фильтр
Узкополосный LC-фильтр представляет, по сути, разновидность инвертирующего масштабного усилителя с частотно-зависимой ООС.
LC-фильтры низких частот становятся очень громоздкими, когда их частота среза лежит в области звуковых частот. При этом, если конденсаторы имеют небольшую емкость ( например, 0 01 мкФ), катушки становятся несоразмерно большими и массивными. Поэтому для фильтрации крайне низких частот целесообразно применять такие фильтры, которые не содержали бы катушек. Этому требованию удовлетворяют активные фильтры.
|
Включение Дросселя с компенсационной обмоткой.| График для расчета перенапряжений На сглаживающем фильтре. |
Применять двухзвенный LC-фильтр выгодно, когда. При больших значениях q во избежание наводок на фильтр дроссель второго звена нужно располагать вдали от силовых трансформаторов и других источников переменных магнитных полей.
Для LC-фильтров, так же как и для активных фильтров, существуют различные методы анализа, различные характеристики. Например, можно использовать классические фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя в качестве фильтров низких частот, высоких частот, полосовых и заграждающих фильтров. Оказывается, что проще всего разработать фильтр Баттерворта и на одной-двух страницах можно изложить всю информацию, необходимую для разработки НЧ — и ВЧ — LC-фильтров Баттерворта и даже привести примеры. Для получения более полной информации мы рекомендуем прекрасное руководство Зверева, указанное в библиографии. В табл. 3.1 приведены значения нормализованных индуктивностей и емкостей для фильтров НЧ различного порядка. С помощью этой таблицы определяют действительные значения емкостей и индуктивностей по формулам для соответствующих фильтров.
|
Схема активного фильтра нижних ( а и верхних ( б частот. |
Применение LC-фильтров на частотах ниже 1000 гц приводит к увеличению габаритных размеров и веса усилителей при малой эффективности фильтров. Использование С-фильтров в транзисторных усилителях затруднено низкими входными сопротивлениями каскадов и, следовательно, большим затуханием в фильтрах, что ухудшает их избирательные свойства.
Недостатками LC-фильтра являются его относительно большие размеры, вес и наличие магнитных полей рассеяния вокруг дросселя.
Применение LC-фильтров в диапазоне инфразвуковых и низших звуковых частот встречает трудности из-за увеличения габаритов и веса индуктивностей, а также из-за сложности экранирования от непосредственного воздействия внешних магнитных полей. Для уменьшения влияния этих факторов катушку индуктивности обычно выполняют на тороидальном сердечнике из магнитомягкого материала с относительно высокой магнитной проницаемостью и достаточно хорошей стабильностью. В табл. 2 — 1 приведены основные параметры отечественных марганец-цинковых ферритов, которые рекомендуются использовать в качестве сердечника индуктивности в диапазоне низких частот.
|
Схемы фильтров. |
Применение LC-фильтра целесообразно в том случае, когда при малом сопротивлении нагрузки требуется хорошая фильтрация выходного напряжения при малых потерях напряжения в фильтре. Наличие фильтров на выходе усилителя переменного тока существенно снижает верхний предел полосы пропускания усилителя, поэтому в каждом конкретном случае параметры фильтра должны быть минимальными. Следует также отметить, что включение обратной связи после фильтра существенно улучшает реакцию усилителя на отработку сигнала, так как создает форсировку и расширяет полосу пропускания усилителя.
|
Амплитудно-частотные характеристики фильтров.| Частотная характеристика третьоктавного фильтра. |
Преимуществом LC-фильтров является простота, надежность, недостатком — относительно большие размеры и масса. Преимуществом активных С-фильтров являются малые габариты и масса, возможность микроминиатюризации.
Вместо LC-фильтров сосредоточенной селекции в последние годы начали применять пьезокерамическне фильтры; они дают возможность улучшить избира.
|
Активно-емкостные фильтры. а — Г — образный, б — П — образный. |
Одноэлементные фильтры
Как вы поняли из названия, одноэлементные фильтры состоят из одного радиоэлемента. Это может быть либо конденсатор, либо катушка индуктивности. Сами по себе катушка и конденсатор не являются фильтрами – это ведь по сути просто радиоэлементы. А вот вместе с выходным сопротивлением генератора и с сопротивлением нагрузки их уже можно рассматривать как фильтры. Здесь все просто. Реактивное сопротивление конденсатора и катушки зависят от частоты. Подробнее про реактивное сопротивление вы можете прочитать в этой статье.
В основном одноэлементные фильтры применяются в аудиотехнике. В этом случае для фильтрации используется либо катушка, либо конденсатор, в зависимости от того, какие частоты надо выделить. Для ВЧ-динамика (пищалки), мы последовательно с динамиком соединяем конденсатор, который будет пропускать через себя ВЧ-сигнал почти без потерь, а низкие частоты будет глушить.
Для сабвуферного динамика нам нужно выделить низкие частоты (НЧ), поэтому последовательно с сабвуфером соединяем катушку индуктивности.
Номиналы одиночных радиоэлементов можно, конечно, рассчитать, но в основном подбирают на слух.
Для тех, кто не желает заморачиваться, трудолюбивые китайцы создают готовые фильтры для пищалок и сабвуфера. Вот один из примеров:
На плате мы видим 3 клеммника: входной клеммник (INPUT), выходной под басы (BASS) и клеммник под пищалку (TREBLE).
Краткое описание полосового фильтра
Простой пассивный полосовой фильтр может быть изготовлен путем каскадного соединения одного фильтра низких частот с фильтром высоких частот. Диапазон частот в герцах между нижней и верхней точками среза по уровню -3 дБ комбинации RC называется «полосой пропускания» фильтра.
Ширина или частотный диапазон полосы пропускания фильтра может быть очень маленькой и селективной или очень широкой и неселективной в зависимости от используемых значений R и C.
Точка центральной или резонансной частоты является средним геометрическим нижнего и верхнего срезов. На этой центральной частоте выходной сигнал максимален, а фазовый сдвиг выходного сигнала такой же, как и входного.
Амплитуда выходного сигнала полосового фильтра или любого другого пассивного RC-фильтра всегда будет меньше амплитуды входного сигнала. Другими словами, пассивный фильтр также является аттенюатором, дающим коэффициент усиления по напряжению менее 1 (Единство). Чтобы обеспечить выходной сигнал с коэффициентом усиления по напряжению больше единицы, в конструкции схемы требуется некоторая форма усиления.
Пассивный полосовой фильтр классифицируется как фильтр второго порядка, поскольку в его конструкции есть два реактивных компонента — конденсаторы. Он состоит из двух отдельных фильтрующих RC-цепей, которые сами являются фильтрами первого порядка.
При каскадном соединении нескольких фильтров результирующая схема будет называться фильтром «n-го порядка», где «n» означает количество отдельных реактивных компонентов и, следовательно, полюсов в цепи фильтра. Например, фильтры могут быть 2-го порядка, 4-го порядка, 10-го порядка и т.д.
Чем выше порядок фильтра, тем круче будет наклон при n раз -20 дБ/декада. Однако один конденсатор, полученный путем объединения двух или более отдельных конденсаторов, все равно остается одним конденсатором.
Наш пример выше показывает кривую выходной частотной характеристики для «идеального» полосового фильтра с постоянным коэффициентом усиления в полосе пропускания и нулевым коэффициентом усиления в полосе останова. На практике частотная характеристика этой схемы полосового фильтра не будет такой же, поскольку входное реактивное сопротивление цепи высоких частот будет влиять на частотную характеристику цепи низких частот (компоненты подключены последовательно или параллельно) и наоборот. Один из способов преодоления этой проблемы — обеспечить электрическую развязку между двумя цепями фильтра, как показано ниже.
Возможно, вам также будет интересно
О чем же, собственно, пойдет речь? В техническую литературу и журнальные статьи прокралась калька с английского языка regulated output, и DC/DC-преобразователи стали разделять на просто DC/DC-преобразователи и «регулируемые» DC/DC-преобразователи, или DC/DC-преобразователи «с регулируемым выходом» (в буквальном переводе). Так вот, под ошибочно используемым термином «регулируемые» скрываются DC/DC-преобразователи с петлей, или, правильнее, с контуром регулирующей обратной связи,
Введение Производительная, безопасная и эффективная работа технологических промышленных установок, в том числе и индукционных для нагрева металлов, требует применения современного оборудования, к которому относятся, прежде всего, полупроводниковые преобразователи частоты (ППЧ) и станции оборотного водяного охлаждения (СО). Технология индукционного нагрева металлов требует большого расхода воды для охлаждения индукционных установок, в составе которых обычно рассматривают не только
Компания TDK-Lambda расширяет семейство конфигурируемых AC/DC источников питания NV-Power.
Как сделать фильтр LC
Значение конденсатора и индуктора изменяет резонансную частоту. Это позволяет более эффективно подавлять шум, если вы знаете частоту шума. Но если вы не знаете частоту шума, то можно использовать любой конденсатор с индуктором и все равно будет определенная степень фильтрации, так что не все так страшно.
Если вы знаете, какая необходима емкость конденсаторов и индуктивность катушки — то все ок, если же нет, то мы не строим ракету и не нужно слишком уж заморачиваться.
Схема подключения конденсатора и индуктора:
При выборе конденсатора убедитесь, что номинальное напряжение соответствует вашим требованиям, например, если вы подключаете LC-фильтр непосредственно к батарее LiPo, он должен поддерживать напряжение вашего LiPo аккумулятора. Что касается емкости, чем больше, тем лучше, мы рекомендуем хороший диапазон от 100uF до 2000uF.
Индуктор можно тоже купить или сделать самому. Делается он из ферритового кольца (тороида) и проводов в качестве обмотки. Толщину и длину провода выбирать следует тщательно, так как в идеале нужно будет сделать минимум 5 витков, и проводка должна быть достаточной толщины, чтобы поддерживать ток.
Наматывая проволоку на ферритовое кольцо, не выводите конец проволоки на ту же сторону, с какой начали, нужно выводить на противоположную сторону!
Конденсатор можно взять из старой техники или просто сходить в магазин. Лучше всего подходят low ESR конденсаторы (с низким ESR). Обязательно устанавливайте конденсаторы на выход видеопередатчика и камеры.
Расчет пульсационных составляющих при ШИМ-2
При двухуровневой ШИМ (ШИМ-2) на входе фильтра формируется двуполярное импульсное напряжение v(t), принимающее значения ±Vm. Эти импульсы модулированы по ширине, так что напряжение v(t) можно представить произведением Vm на некую переключающую функцию F(t), т. е.:
Вид последней показан на рис. 3а. Она, в свою очередь, может представляться суммой основной и пульсационной составляющих:
Рис. 3. Диаграммы переключающих функций F(t):
а) при ШИМ-2;
б) при ШИМ-3
Если в k-м такте UН считать неизменным, то пульсация тока дросселя (рис. 4а) принимает треугольную форму с амплитудой
где γk = αk/h — коэффициент заполнения импульса в k-м такте.
Рис. 4. Временные диаграммы фильтра:
а) при ШИМ-2;
б) при ШИМ-3
Наибольшее значение амплитуды достигается при γ = 0,5:
или же, в относительных единицах,
«Текущая» амплитуда связана с максимальной зависимостью
От такта к такту меняется γk, а вместе с ним и амплитуда ILПmk и уровень выходного напряжения. Последний определяется как среднее начение ШИМ-импульса за такт, т. е.
В следящей системе с ШИМ от такта к такту UHk меняется по синусоиде, и в итоге формируется основная гармоника напряжения, равная ûH = UHmsinϑ. Основная гармоника входного напряжения фильтра, согласно рис. 2б, опережает его на угол β, т. е. v̂ = F̂Vm.
Связь между Vm и V1m выражается через максимальную глубину модуляции М:
так что F̂(ϑ) можно приближенно представить функцией
Последняя позволяет записать конечные выражения для многих временных переменных в функции от М. Заполнению γ можно также присвоить временную функцию:
Тогда с учетом (8), (9) и (13) для основной составляющей пульсации тока дросселя получим
Для относительного эффективного значения этой пульсации легко получить
На практике М обычно берется в пределах 0,85–0,95 и ĪLП ≈ (0,3665–0,3972) ĪLПm.
Разбор фильтра с Алиэкспресс
Для того, чтобы вы уловили предыдущую мысль, мы разберем простой пример от наших узкоглазых братьев. На Алиэкпрессе продаются различные фильтры для сабвуфера. Рассмотрим один из них.
Как вы заметили, на нем написаны характеристики фильтра: данный тип фильтра рассчитан на сабвуфер мощностью 300 Ватт, наклон его характеристики 12 дБ/октаву. Если соединять к выходу фильтра саб с сопротивлением катушки в 4 Ома, то частота среза составит 150 Гц. Если же сопротивление катушки саба 8 Ом, то частота среза составит 300 Гц.
Для полных чайников продавец даже привел схему в описании товара. Выглядит она вот так:
Далее мы собираем эту схему в Proteus. Так как при параллельном соединении конденсаторов номиналы суммируются, я сразу заменил 4 конденсатора одним.
Чаще всего можно увидеть прямо на динамиках значение сопротивления катушки на постоянном токе: 2 Ω, 4 Ω, 8 Ω. Реже 16 Ω. Значок Ω после цифр обозначает Омы. Также не забывайте, что катушка в динамике обладает индуктивностью.
Как ведет себя катушка индуктивности на разных частотах?
Как вы видите, на постоянном токе катушка динамика обладает активным сопротивлением, так как она намотана из медного провода. На низких частотах в дело вступает реактивное сопротивление катушки, которое вычисляется по формуле:
где
ХL — сопротивление катушки, Ом
П — постоянная и равна приблизительно 3,14
F — частота, Гц
L — индуктивность, Гн
Так как сабвуфер предназначен именно для низких частот, значит, последовательно с активным сопротивлением самой катушки добавляется реактивное сопротивление этой же самой катушки. Но в нашем опыте мы это учитывать не будем, так как не знаем индуктивность нашего воображаемого динамика. Поэтому, все расчеты в опыте берем с приличной погрешностью.
Как утверждает китаец, при нагрузке на фильтр динамика в 4 Ома, его полоса пропускания будет доходить до 150 Герц. Проверяем так ли это:
Его АЧХ
Как вы видите, частота среза на уровне в -3 дБ составила почти 150 Герц.
Нагружаем наш фильтр динамиком в 8 Ом
Частота среза составила 213 Гц.
В описании на товар утверждалось, что частота среза на 8-омный саб составит 300 Гц. Думаю, можно поверить китайцам, так как во-первых, все данные приближенные, а во-вторых, симуляция в программах далека от реальности. Но суть опыта была не в этом. Как мы видим на АЧХ, нагружая фильтр сопротивлением большего номинала, частота среза сдвигается в большую сторону. Это также надо учитывать при проектировании фильтров.
Пример измерения напряжения шума
В этом разделе мы посмотрим на практическом примере, как измеряется напряжение шума с помощью макетной платы силового модуля MagI3C от Wurth Elektronik и понижающего преобразователя 171 020 601.
Уже на предварительном этапе следует измерить с помощью осциллографа ВЧ-составляющую напряжения на входе силового модуля. Расчетный спектр помехи можно проанализировать во временной области в самом начале проектирования фильтра.
На рис. 11 показана импульсная составляющая сигнала напряжения величиной 80 мВ, измеренная на входе силового модуля 7,5 В при среднем входном токе 1,2 А и среднем нагрузочном токе 2 А. Поскольку входной ток нарастает при уменьшении входного напряжения, возникает эффект отрицательного входного напряжения импульсного преобразователя. По этой причине напряжение шума измеряется для случая наихудших условий — при минимальном входном напряжении и максимальном токе.
Рис. 11. Сигнал во временной области с широкополосным спектральным составом
Однако определяющим фактором в анализе этого типа излучаемого шума остается измерение напряжения шума, которое выполняется в испытательной лаборатории технических средств по требованиям ЭМС. На рис. 12 представлен результат измерения напряжения шума без входного фильтра.
Рис. 12. Анализ напряжения шума без входного фильтра
Этот силовой модуль работает на тактовой частоте 370 кГц. В спектре помех можно измерить максимальную амплитуду величиной 68 дБмкВ (пик красного цвета). Амплитудная плотность напряжения шума уменьшается приблизительно со скоростью 40 дБ/декаду. Это значит, что выше 15-й гармоники шум очень мал. Однако только начиная с 9-й гармоники и выше уровень шума опускается ниже предельного значения более чем на 10 дБ для детектора среднеквадратичных значений (темно-синяя кривая).
Для расчета подходящего LC-фильтра воспользуемся уравнением (2). Поскольку коммутационная частота сравнительно мала, выбираем дроссель с низкой частотой собственных колебаний и катушку индуктивности на 4,7 мкГн, после чего рассчитываем емкость фильтра:
У выбранного конденсатора фильтра емкость выше – 10 мкФ. Максимальный входной ток рассчитывается с помощью уравнения (6). Для расчета требуется знать КПД макетной платы, который определяется путем измерения. В данном случае он равен 91%:
На основе расчетов индуктивности фильтра и входного тока выбирается соответствующий дроссель. Таковым оказался неэкранированный дроссель серии PD2 от Wurth Elektronik типоразмера 5820. На рис. 13 показаны результаты измерения напряжения шума с согласованным фильтром.
Рис. 13. Анализ напряжения шума с входным фильтром
Уровень измеренных помех на коммутационной частоте 370 кГц составил 30 дБмкВ. Уровни всех гармоник ниже 20 дБмкВ, т. е. они стали значительно меньше. Среднеквадратичный уровень на частоте 370 кГц соответствует пиковому значению и на 18 дБ ниже предельного среднеквадратичного значения 47 дБмкВ. При измерении таких кондуктивных помех вполне достаточно исходить из отношения сигнала к шуму, чтобы подтвердить адекватность этого измерения. Цель измерения шумового напряжения состоит в том, чтобы убедиться в полезности анализа возможных помех во временной области. При этом анализ в частотной области по-прежнему незаменим.
Наконец, воспользовавшись приведенными выше уравнениями для расчета ослабляющего сопротивления, получим:
Чем больше величина сопротивления аттенюатора, тем лучше подавляется резонанс фильтра. В данном случае выбирается 1 Ом — ближайшее большее значение резистора серии E12. Для ослабляющего конденсатора выбирается емкость величиной 47 мкФ. Эти компонентом вполне может оказаться керамический конденсатор eiCap серии WCAP-CSGP от Wurth Elektronik.
Eмкостной сглаживающий фильтр
Емкостной сглаживающий фильтр
состоит из конденсатора Сф, подключённого параллельно сопротивлению нагрузки Rн. Принцип действия заключается в накоплении электрической энергии конденсатором фильтра и последующей отдачи этой энергии в нагрузку. Заряд и разряд конденсатора фильтра происходит с частотой пульсаций fп выпрямленного напряжения.
Для расчёта ёмкости конденсатора сглаживающего фильтра
можно воспользоваться следующей формулой
, где
результируещее значение ёмкости выражено в микрофарадах, SOH – коэффициент пульсаций в процентах, %; RH – сопротивление нагрузки в омах, Ом; fc – частота сети в герцах, Гц; m – число используемых при выпрямлении полупериодов за период напряжения сети,m = 1 – для однополупериодных, m = 2 – для двухполупериодных.
Емкостной фильтр целесообразней всего применять совместно с однофазными и маломощными схемами выпрямления.
