Принимаем заказы: Пн-Пт с 9:00 до 20:00, Сб-Вс с 10:00 до 18:00
Корзина ждет
Выберите любое предложение

Теория электрооборудования автомобильной аудиосистемы - емкость и индуктивность

03.02.2021

По мере того, как мы приближаемся к концу нашего обсуждения теории электрооборудования автомобильного аудио, нам нужно поговорить о емкости и индуктивности и о том, как характеристики этих явлений взаимодействуют с сигналами переменного и постоянного тока. Нет сомнений в том, что это продвинутые концепции, но даже базовое понимание того, как работают конденсаторы и катушки индуктивности, имеет фундаментальное значение для полного понимания систем мобильной электроники.

Что такое конденсатор?

Конденсатор - это электронный компонент с двумя выводами, который накапливает энергию. Конденсаторы состоят из двух металлических пластин, разделенных электрическим изолятором. Когда мы прикладываем напряжение к одному выводу конденсатора, электроны на одной пластине будут прикладывать силу к противоположной пластине, создавая противоположный заряд. В результате пластины имеют равные и противоположные заряды и, таким образом, поддерживают электрическое поле. Поскольку пластины конденсатора расположены очень близко друг к другу, они могут хранить большое количество энергии для своего общего размера.

Конденсаторы количественно измеряются в фарадах. Фарад определяется как один кулон заряда на каждой пластине, в результате чего на клеммах возникает напряжение в один вольт.

Конденсаторы в цепях постоянного тока

Конденсаторы по своей основной функции представляют собой устройство, которое сохраняет микроскопическое магнитное поле между пластинами. Когда мы прикладываем постоянное напряжение к разряженному конденсатору, это на мгновение проявляется как короткое замыкание, поскольку между его пластинами начинают формироваться магнитные и электрические поля. Когда конденсатор начинает накапливать энергию, его эффективное сопротивление увеличивается, и величина тока, протекающего через устройство, уменьшается. Как только конденсатор выровнялся с питающим напряжением, через устройство почти не проходит ток.

Когда мы снимаем напряжение питания с конденсатора, он будет пытаться поддерживать напряжение на клеммах. Именно эта характеристика делает конденсаторы идеальным решением для уменьшения колебаний напряжения. Конденсаторы устойчивы к перепадам напряжения.

Внутри усилителей в наших автомобильных аудиосистемах конденсаторы используются для хранения большого количества энергии при напряжении шины. Когда возникает внезапная потребность в токе, превышающем возможности источника питания, конденсаторы выделяют энергию для поддержания своего начального напряжения. Эта характеристика помогает стабилизировать напряжение усилителя во время динамических переходных процессов. Эта же концепция применима к «конденсаторам жесткости», используемым в цепи питания 12 В к вашему усилителю. При реализации с использованием высококачественных компонентов добавление большого конденсатора может помочь обеспечить переходный ток в усилитель.

Конденсатор в цепях переменного тока

В цепях переменного тока конденсаторы проявляют интересное явление «виртуального сопротивления». Как мы знаем, конденсаторы не любят изменять напряжение, но сигнал переменного тока определяется как постоянно меняющийся. В зависимости от соотношения между емкостью конденсатора и частотой сигнала переменного тока, некоторое количество тока может проходить через конденсатор.

Если мы попытаемся измерить сопротивление конденсатора с помощью обычного мультиметра, мы обнаружим, что оно показывает чрезвычайно высокое значение. Для сигналов переменного тока мы используем формулу Xc = 1 / (2 x 3,1416 x F x C) для расчета эффективного сопротивления, где F - частота сигнала, а C - значение емкости конденсатора в фарадах. Поскольку это сопротивление отсутствует в сигналах постоянного тока, мы называем его емкостным реактивным сопротивлением.

Если бы мы хотели создать простую схему фильтра, чтобы ограничить количество низкочастотного сигнала, поступающего в динамик, мы могли бы подключить неполяризованный конденсатор последовательно с динамиком. Чтобы вычислить частоту, на которой конденсатор начинает уменьшать басы, идущие в динамик, мы можем изменить приведенное выше уравнение на F = 1 / (2 x 3,1416 x R x C), где R - то же значение, что и сопротивление динамика. Для четырехомного динамикаи конденсатор емкостью 200 мкФ (микрофарад) получаем частоту 198,9 Гц. На этой частоте конденсатор имеет такое же реактивное сопротивление, что и динамик, и сигнал, поступающий в динамик, уменьшается на 50 процентов. Поскольку емкость обратно пропорциональна частоте, импеданс конденсатора увеличивается с уменьшением частоты. При 99 Гц реактивное сопротивление составляет 8 Ом, при 50 Гц - 16 Ом и так далее. Это явление одновременно снижает ток, подаваемый усилителем, и действует как делитель напряжения между крышкой и динамиком.

Конденсатор, включенный последовательно с динамиком, известен как фильтр верхних частот первого порядка. Он снижает выходную мощность динамика со скоростью -6 дБ на октаву по мере удаления от частоты кроссовера, как определено выше. Конденсаторы подходят в качестве фильтров для средне- и высокочастотных драйверов в пассивных конструкциях и в качестве устройств защиты для высокочастотных динамиков в активных конструкциях.

Что такое индуктор?

Проще говоря, индуктор - это катушка с проволокой, которая создает магнитное поле в зависимости от величины тока, протекающего через нее. Многие индукторы имеют железные сердечники для увеличения напряженности магнитного поля. Если конденсатор сопротивляется изменениям напряжения, катушка индуктивности сопротивляется изменениям тока. Из нашей предыдущей статьи о магнетизме мы знаем, что ток, протекающий через проводник, создает магнитное поле вокруг этого проводника. Если мы завернем проводник в петлю, близость петель друг к другу усиливает магнитное поле.

Также из нашей предыдущей статьи мы также знаем, что магнитное поле может накладывать напряжение на проводник. Если ток в катушке индуктивности пытается измениться, магнитное поле пытается создать напряжение на устройстве, чтобы поддерживать ток.

Хорошая аналогия индуктора - маховик на двигателе. После того, как вы установили определенную скорость вращения, потребуется большой объем работы, чтобы увеличить или уменьшить ее скорость. Индукторы работают с током точно так же. Они сопротивляются изменениям тока. Катушки индуктивности рассчитываются в единицах Генри (H). Генри определяется как противодействие электрическому току, протекающему через устройство, которое приводит к появлению электродвижущей силы в один вольт на клеммах.

Индукторы в электрических цепях

В большинстве приложений нам не нужны индукторы в цепи 12 В постоянного тока, потому что они сопротивляются изменениям тока. Для переменной нагрузки, такой как усилитель, большая индуктивность в проводке питания приведет к нестабильному напряжению питания при изменении требований к току.

В некоторых случаях катушки индуктивности используются в сочетании с конденсатором в качестве фильтра шума.

В цепи переменного тока индукторы пропускают низкочастотные сигналы через устройство практически без эффекта. Если мы подключим катушку индуктивности последовательно с динамиком, она будет действовать как фильтр верхних частот. В отличие от конденсатора, в цепи постоянного тока индуктор представляет собой короткое замыкание с очень небольшим сопротивлением. Для сигнала переменного тока мы можем рассчитать реактивную индуктивность конденсатора, используя уравнение Xl = 1 x 3,1416 x F x L, где F - частота, а L - индуктивность в генри.

Если мы хотим использовать катушку индуктивности в качестве фильтра верхних частот, мы можем определить эффективную точку кроссовера, заменив Xl сопротивлением динамика. В этом примере мы будем использовать индуктор со значением 6 мГн (миллигенри) и динамик с номинальным сопротивлением 4 Ом. Здесь точка -3 дБ схемы фильтра будет F = 4 / (2 x 3,1416 x 0,006) или 106,1 Гц. Такое значение индуктивности могло бы стать хорошим фильтром нижних частот для вуфера. Так же, как конденсатор, включенный последовательно с динамиком, катушка индуктивности действует как фильтр первого порядка и снижает выходную мощность со скоростью -12 дБ на октаву по мере увеличения частоты от точки кроссовера.

Другие случаи индуктивности и емкости

Каждый раз, когда два проводника параллельны друг другу и находятся в непосредственной близости, будет определенная емкость. Многие чрезмерно увлеченные энтузиасты говорят о емкости в соединительных кабелях. Хотя это важный фактор, микроскопические изменения (если они действительно заметны) могут быть компенсированы в процессе настройки системы. Когда дело доходит до покупки высококачественных межкомпонентных соединений, вашими главными целями должны быть подавление шума и общая долговечность конструкции.

Емкость

Звуковая катушка обмоткив динамиках, которые мы используем, есть определенная индуктивность. Эта характеристика снижает высокочастотный выход за счет уменьшения тока на высоких частотах. Поскольку динамики динамические, их параметры меняются при перемещении диффузора динамика. Точно так же, как наличие стального сердечника в индукторе увеличивает индуктивность по сравнению с конструкцией с воздушным сердечником, индуктивность звуковой катушки динамика увеличивается, когда узел диффузора перемещается назад в корзину. Тройник в центре динамика увеличивает силу магнитного поля, создаваемого током в звуковой катушке. Точно так же, когда динамик движется вперед, индуктивность уменьшается. Эти искажения индуктивности, зависящие от положения, могут вызвать эффект высокочастотного трели, который может быть вредным для воспроизведения вашей музыки. Одним из решений является реализация конструкции звуковой катушки с подвесом, в которой зазор больше, чем длина обмотки катушки. Недостатком этой конструкции является то, что звуковая катушка часто мала, и ей не хватает мощности. Другой вариант - установить медный полюсный наконечник, чтобы уменьшить магнитное поле и минимизировать искажения. Медный колпачок - дорогой вариант, но он обеспечивает отличные эксплуатационные характеристики.

Теория автомобильной аудиосистемы

На данный момент это конец нашей серии статей по теории электрооборудования автомобилей. Мы надеемся, что вам понравилось изучать физику, лежащую в основе работы вашей автомобильной аудиосистемы. Наша цель - обучить энтузиастов, чтобы они могли делать грамотные покупки и обновлять свою мобильную звуковую систему. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к местному торговому представителю по продаже мобильной электроники. Они могут помочь вам разработать обновление, которое действительно превратит вашу поездку в поездку в приятное впечатление от прослушивания.




Вы хотели бы оставить свой отзыв?

captcha

Контактная информация

  • Рабочие часы: Пн-Пт: 08:00-20:00, Сб-Вс: 10:00-18:00
  • Адрес: г. Саратов

ТехноМаркет64 © 2014 - 2021
ООО "Техно Маркет".


Данный информационный ресурс не является публичной офертой. Наличие и стоимость товаров уточняйте по телефону. Производители оставляют за собой право изменять технические характеристики и внешний вид товаров без предварительного уведомления.Карта сайта