Аз і буки радіоелектроніки

Передмова.

Без резисторів нам ніяк. Резистори є в кожному пристрої, і їх багато. Резистор має електричним опором, тобто ускладнює проходження струму по ланцюгу. Навіщо він потрібен? Щоб зрозуміти це, для початку потрібно вивчити Закон Ома, основу основ електроніки.

Закон Ома говорить:

Сила струму в однорідному ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі, що додається до ділянки, і обернено пропорційна електричному опору цієї ділянки.

Тобто, все більш ніж логічно. Докладаємо більшу напругу до резистору, і через нього починає текти більший струм. Чим сильніше резистор пручається току, тим менший струм через нього протече. Уявіть резистор як водопровідний кран - чим більший натиск створюється станцією, тим швидше потече вода через відкритий кран. Закриєте кран (опір одно нескінченності) - і вода не тече.

До речі, можна дуже швидко запам'ятати цей закон. Ось вам хитра трикутна діаграма. Потрібно закрити шукану величину, і два інших символу дадуть формулу для її обчислення. Спасибі Вікіпедії.

Тепер потрібно зрозуміти, що таке падіння напруги.

Якщо через резистор тече струм, то на його кінцях присутній певна напруга. Подивіться на цю схему:

Три однакових резистора по одному Ому, з'єднані послідовно. Опір всього ланцюжка дорівнює сумі опорів цих резисторів, тобто 3 Ома. Напруга, прикладена до неї - 3 В. Як випливає з закону Ома, через цю ділянку ланцюга тече струм в 1 Ампер. Тепер розіб'ємо цю ділянку на два: перший ділянку з першим резистором, і другий з другим і третім резисторами. Як ми пам'ятаємо, через ланцюг тече струм 1 А. Він буде однаковим по всьому ланцюгу. Висловимо з закону Ома напруга:

Підставами в формулу опір першої ділянки і струм, і отримаємо, що напруга на його кінцях дорівнює 1 В. Якщо підставимо опір другої ділянки, отримаємо 2 В. Ці числа рівні падіння напруги на цих ділянках. Тобто на першій ділянці падає 1 В, і другого «залишається» тільки два. І навпаки, на другій ділянці падає 2 В, першому залишається 1 В. А яке падіння напруги на кожному з резисторів? Правильно, 1 В. Зверніть увагу, в сумі завжди вийде 3 В. І для кожного з цих ділянок виконається відношення:

Ось вам і перше застосування - дільник напруги. Подивіться на схему. На ній з'явилася «земля». Грубо кажучи, це точка відліку в схемі. Всі напруги на схемі вказуються саме щодо цієї точки.

Подамо на вхід схеми напруга. Нехай його рівень дорівнює U. Через резистори в «землю» тече струм. Напруга ж на виході цього ланцюжка, тобто напруга падіння на R2, так само:

Підставте туди значення по 1 Ом, і отримаєте, що напруга послаблюється в 2 рази.

Хочу зауважити, що дільник - це окремий випадок суматора напруг з одним «входом». Крім того, дільник напруги лежить в основі каскадів і частотних фільтрів. При цьому один або обидва резистори замінюються на транзистори, конденсатори, індуктивності і т.д. Але про це пізніше.

Як дізнатися опір послідовної ланцюжка резисторів - я вже говорив. Потрібно просто скласти опору резисторів.

При паралельному з'єднанні інший підхід:

Резистори мають всього 2 параметри - опір і потужність. Мається на увазі гранична потужність, яка може виділятися на нагреваемом струмом резистори, не завдаючи йому шкоди.

Конденсатор.

Конденсатор - друге за популярністю пристрій. Він складається з двох електродів і діелектрика між ними. Володіє ємністю (С), яка вимірюється в Фарадах. Спрощено принцип дії можна уявити так. На кожній обкладанні є запас електронів. Якщо прикласти до обкладкам різниця потенціалів, то з однієї обкладки частина електронів піде, на інший же обкладанні з'явиться надлишок електронів. Тобто перша зарядиться позитивно, а друга негативно. Між обкладками з'явиться електростатичне поле, в вигляді якого і зберігається енергія. Варто замкнути обкладки провідником, і надлишок електронів кинеться на позитивно заряджену обкладку.

Як випливає з конструкції, конденсатор не може проводити постійний струм, адже він по суті є розривом в ланцюзі. Зате він прекрасно проводить змінну напругу. І чим вище частота, тим менший опір він чинить. Це опір називається реактивним і порахувати його можна за такою формулою:

Підставами конденсатор в дільник напруги замість одного з резисторів.

При високій частоті, реактивне опір конденсатора мало, і утворюється дільник значно послаблює рівень сигналу. Зате низькі частоти пропускаються майже без змін. Це фільтр низьких частот (ФНЧ). Приватний його випадок використовується для фільтрації харчування. При цьому, ємність велика, а опір резистора дуже мало або він взагалі відсутній. Пульсації харчування при цьому йдуть прямо в землю.

Тепер фільтр пропустить високі частоти, і відфільтрує низькі. Це фільтр високих частот (ФВЧ). Приватний його випадок - розділовий конденсатор: ємність конденсатора мала, опір резистора навпаки велике. Дуже часто роль резистора виконує вхідний опір наступного каскаду. Цей каскад зрізає тільки найнижчі частоти, що не несуть корисної інформації (інфразвук), і позбавляє від постійної складової. Хоча, іноді він використовується одночасно і для зрізу басів, наприклад, перед обмежувальним каскадом. Постійна складова на виході ланцюжка буде дорівнює напрузі в точці, до якої підключений резистор, в даному випадку нуль (напруга «землі»).

Частота зрізу цих фільтрів обчислюється за формулою:

Якщо зрозумієте цей принцип, то зможете розібратися в роботі практично будь-якого темброблока. Потрібно лише знати три речі:

• формулу реактивного опору конденсатора XC;
• конденсатори замінюються резисторами опором XC;
• закон Ома.

Крім того, існує багато різновидів фільтрів - Т-міст, подвійний Т-міст, міст Вина і т.д. Всі ці фільтри вважаються пасивними, оскільки не мають в складі активних компонентів.

У той час, як опір резисторів ми частіше вважаємо в кілоомах, ємність частіше вимірюється в нанофарадах. Ємність в один Фарад воістину величезна, і на практиці ви з ними не зіткнетеся.

Конструкції конденсаторів різні. Найпростіша - коли електроди робляться зі смужок фольги, між смужками прокладається діелектрик, і все це згортається в щільний рулет. В якості діелектрика використовується папір (металопаперові конденсатори) або плівка з різних сортів пластика (плівкові). Останні користуються пошаною і повагою за низькі спотворення і часто використовуються в аудіотехніки.

Керамічні конденсатори мають багатошарову конструкцію. У них чергуються тонкі керамічні пластинки і пластинки діелектриків. Вони можуть мати як дуже малу (одиниці пикофарад), так і дуже велику ємність, на даний момент рекордсмен - 100 микрофарад в корпусі приблизно 3х5х1 мм. На жаль, такі конденсатори часто мікрофон і спотворюють сигнал. Рекомендуються до застосування в цифровій електроніці, але не в аудіо сфері, крім деяких випадків. Наприклад, вони непогано фільтрують високочастотні перешкоди, і ними можна шунтировать електролітичний конденсатор, що фільтрує харчування.

Якщо потрібна висока ємність, то застосовуються електролітичні конденсатори.

В електролітичних конденсаторах два електроди, виготовлені з фольги, занурені в провідну рідину, електроліт. Роль діелектрика виконує найтонший оксидний шар на одному з електродів. Саме його товщина дозволяє домогтися високої ємності. На жаль, пара метал-оксид є напівпровідником, і пропускає струм в одному напрямку. Тому електролітичні конденсатори полярні, за винятком спеціальних моделей. Є також танталові електролітичні конденсатори. У них покритий оксидною плівкою пористий танталовий електрод, який має велику площу поверхні при скромних розмірах. Пори заповнені другим електродом. До речі, електролітичні конденсатори є найбільш ненадійними елементами, поступаючись лише з'єднувальним роз'ємів і потенціометрів. Найбільш часта причина поломки комп'ютерної техніки - як раз надувся конденсатор.

Це ті типи конденсаторів, з якими доведеться зіткнутися, працюючи зі звуковим обладнанням. Насправді їх набагато більше. Рекомендую прочитати корисну статтю на цю тему.

Конденсатори володіють двома характеристиками: ємність і напруга пробою. При цьому напрузі пробивається шар діелектрика, і конденсатор виходить з ладу. Це може спричинити за собою сумні наслідки. Наприклад, якщо в ламповому преампі пробивається один з прохідних конденсаторів, на сітку однієї з ламп відразу надходить значна напруга можливо, безпосередньо з анода попередньої. Формується дуже гучний хлопок, підсилювач або динамік можуть бути пошкоджені, не кажучи вже про ваших вухах. Якщо пробивається вхідний розділовий конденсатор, висока напруга надходить в зворотному напрямку - в гітару або вашу улюблену Край Бебі за двісті доларів. Нарешті, високовольтні електролітичні конденсатори просто ефектно вибухають, знищуючи лампи, пальці, очі, що опинилися поблизу. При першому включенні підсилювачів, що використовують високу напругу, рекомендується триматися від них подалі.

Індуктивність.

Вона ж котушка індуктивності або дросель. Використовується рідко, тому згадаю лише те, що вона є повною протилежністю конденсатора. Котушка пропускає низькі частоти, але чинить опір високих частотах. Одиниця виміру індуктивності - Генрі. Формула реактивного опору:

Як бачите, це лише перевернута формула реактивного опору конденсатора.

Індуктивності застосовуються в основному для фільтрації харчування. Дуже рідко, але все ж зустрічається в Темброблок. Найбільш відоме застосування - в якості одного з елементів жаб, наприклад Dunlop Cry Baby.

На сьогодні це все. Сподіваюся, мої однодумці розвинуть тему далі.