|
Про пассивные компоненты
|
|
| Symmcat | Дата: Понедельник, 26.05.2014, 11:07 | Сообщение # 1 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Введение:
В этой теме вкратце пройдусь по общим принципам, затем телеграфно по типам часто применяемых сейчас пассивных компонентов.
Будет и про артефакты прошлого, конечно, куда без этого.
Тема "живая", будет постоянно обновляться и дополняться, по мере появления умных и не очень мыслей.
Оглавление:
1. Базовые принципы.
2. Резисторы.
3.1. Конденсаторы.
3.2. Конденсаторы электролитические
...
To be continued...
|
| |
| |
| Symmcat | Дата: Понедельник, 26.05.2014, 12:55 | Сообщение # 2 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Начну с базовых принципов. КО представляет.
1: Необходимость.
Первое и единственное, что хотят знать начинающие аудиотехники - насколько хорош тот или иной компонент. Основывается это на убеждении, что от замены хорошего на лучшее все только выиграют. Разумно, на первый взгляд - как минимум хуже не станет. На практике-же, многое зависит от конкретных параметров - перьевой ручкой Montblanc хорошо писать в блокноте, а при помощи валика с побелкой изображать Тома Сойера у забора. Наоборот тоже можно, но и процесс, и результат будут немного отличаться. Тем не менее, никого это не останавливает - всем непременно нужен "Монблан".
2: Достаточность.
Палка о двух концах. С одной стороны, если нет разницы, то зачем платить больше. С другой, тысяча тех-же прецизионных резисторов всегда оказывается дешевле, чем 990 нужных прецизионных и отдельно - десять "дешевых-разумно-достаточных". Так-что не стоит думать, что применение компонентов избыточного качества в некритичных цепях есть проявление дотошности и внимания к деталям.
3: Среда обитания.
Компоненты не работают внутри герметичного сейфа, вокруг всегда есть свет, тепло, звук, радиоволны, рентгеновское излучение - в общем, помехи широчайшего спектра. И любой компонент или его часть по сути представляет из себя антенну. Антенный эффект зависит от размеров и особенностей конструкции - при прочих равных большие габариты, наличие выводов для монтажа в отверстие, магнитный материал резисторов, эластичный диэлектрик конденсаторов - это всегда лишние сущности, которые нужно обязательно принимать во внимание. Где-то они влияют сильно, где-то не влияют вообще - но голову забивают при любом раскладе.
4: Соседи.
Как любая антенна может работать в разных направлениях, так и любой компонент не только принимает, но и излучает (неважно, активный он, пассивный или вообще печатный проводник). И как следствие предыдущего пункта, производные сигнала, появляются на терминалах рядом расположенных компонентов. Тут размер и расположение выводов играют роль не только сами по себе, но и как часть трассировки печатной платы, позволяя разместить компоненты так, чтобы взаимодействие было минимальным.
|
| |
| |
| Symmcat | Дата: Вторник, 27.05.2014, 11:25 | Сообщение # 3 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Резисторы.
В высоколинейных аналоговых схемах нужно применять только немагнитные тонкопленочные или металлопленочные в MELF-корпусе. Первые лучше там, где выше частота и ниже мощность, вторые, соответственно, наоборот. Смысла применять компоненты с проволочными выводами никакого - лишняя индуктивность только.
Там где нужен сверхнизкий токовый шум на постоянном токе, можно взять металлофольговые, или проволочные. Подойдут выводные, на постоянном токе это неважно. Сверхнизкий шум, имеется в виду от -140дБ и вниз, вдруг захочется кому-то.
Размеры. Чем выше размер - тем выше допустимая мощность. Плюс, при сопротивлениях уже порядка 10кОм в малых габаритах (0402 и около того) у тонкопленочных резисторов начинает проявляться дробовой шум - сечение резистивного элемента уменьшается настолько, что становится заметна дискретность носителей заряда. Но за увеличение размера приходится платить увеличением индуктивности и увеличением паразитной емкости контактных площадок. Истина, как обычно, где-то посередине: 0603-0805(0102MLF)-1206(0204MLF).
Точность. Точность - параметр комплексный, и главная его часть не допуск (скажем, 1%), а температурный коэффициент сопротивления (например 25ppm). Поэтому попытка подобрать резисторы вручную, обречена на провал - номиналы все-равно уплывут. А у техпроцесса с хорошим ТКС - и точность выше априори. Для несимметричной схемы указанные в скобках номиналы вполне достаточны. А создатель грамотной дифференциальной схемы сам должен знать, какая точность ему нужна - это далеко не самое сложное в вопросе.
Кстати, из-за этого все взаимозависимые резисторы (как и все пассивные компоненты) должны быть одного типа и располагаться симметрично относительно источника тепла.
Сопротивление еще зависит от напряжения, но этот важный коэффициент нормируется достаточно редко. Интересно, что при высоких напряжениях флуктуации становятся непропорционально больше, поэтому последовательное включение резисторов достаточно распространенный прием при разработке линейных систем.
Шум. Даже если резистор будет идеальным - он будет шуметь. Это тепловой, или Джонсоновский шум - он зависит только от сопротивления и температуры. А какой уровень шума на какой частоте какому номиналу будет соответствовать можно уже посчитать даже в онлайн-калькуляторах.
Общий посыл здесь простой: чем выше сопротивление, тем сильнее влияние всяческих неоднородностей и паразитных эффектов. Камень в огород любителей чудо-проводочков - чтобы при сопротивлении порядка одного Ома внести заметные изменения в сигнал они должны быть либо стальные (то-есть ферромагнитные) либо окислиться (превратиться в металлоксидный резистор). А бескислородность меди и гладкость поверхности проводника влияют только на стоимость.
Оговорюсь, на частотах скин-эффекта влияние уже можно заметить - когда толщина скин-слоя становится сравнима с размером неоднородности, но высоколинейные аналоговые схемы редко работают в диапазоне десятков мегагерц.
В следующий раз коснусь любимой темы всех аудиофилов - конденсаторов.
|
| |
| |
| Symmcat | Дата: Среда, 28.05.2014, 16:54 | Сообщение # 4 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Итак, третья часть Марлезонского балета.
Конденсаторы.
На самом деле вопрос о конденсаторах поднимается с завидной регулярностью и уступает по частоте только выбору "волшебных операционных усилителей". Не знаю, почему так происходит, и почему таких-же жарких дебатов не вызывает материал паяльной маски, но это факт. А еще здесь собралась наверное самая большая куча легендарных артефактов.
Сразу оговорюсь, что не буду рассматривать экстремальные применения - конденсаторы для высоковольтных коммутационных аппаратов, солнечных батарей метеорологических спутников, частотозадающих цепей РЛС "Дон" и разрядные конденсаторы ускорителя Лоренца лучше изучать углубленно, по специальной литературе.
Итак.
Бумажные конденсаторы.
Забыть, как страшный сон.
Слюдяные, они-же mica.
Прецизионные ВЧ конденсаторы старых лет. Сейчас полностью заменены NP0/C0G керамикой, которая равномерно лучше абсолютно по всем параметрам без исключения.
Пленочные долгое время держали букет из пальм первенства. Сейчас их активно теснит разного рода керамика.
Большая часть пленочных - выводные, так сложилось исторически. Применяются они в основном там, где требуется сочетание высокой линейности с достаточно большой емкостью - и не важна индуктивность, например как разделительные в аудиотехнике, и в кроссоверах АС. Это прежде всего полистирол, полипропилен, полифениленсульфид и затесавшийся в их ряды лавсан. Иногда фторопласт. Наилучшие результаты на ВЧ и наименьший шум у металлофольговых. А вот металлопленочные версии замечательно работают в цепях распределения сетевого питания - при пробое изоляции обкладки у них не свариваются, а выгорают участками, без протекания большого тока КЗ.
За последний десяток лет появились и компактные SMD варианты, которые проигрывают NP0 керамике либо по стоимости монтажа (Acrylic), либо по габаритам и индуктивности (PPS), либо просто проигрывают (PET). Они, однако, прекрасно работают в УВХ из-за очень низкого тока утечки - при соответствующих требованиях к печатной плате, конечно. А еще - прекрасно собирают разнообразные жидкости: флюс при пайке, отмывочную жидкость, даже воду из воздуха. Из-за чего их замечательные параметры заметно деградируют.
Керамические бывает очень разная. Можно разделить на три группы:
Термостабильные. Это прежде всего NP0/C0G, ну и некоторые другие. Производятся всеми, кому не лень, качество стабильное, имеют прекрасную линейность (от 25 вольт), практически нулевой микрофонный эффект, да и вообще хорошее сочетание характеристик. Достаточно недорогие, нетребовательны к монтажу. В диапазоне до сотен мегагерц, кроме SMD PPS, конкурентов в подавляющем большинстве применений им нет. Хорошо подходят для сигнальных цепей и питания каскадов, работающих без отсечки.
Конденсаторы на основе титаната бария. Здесь наиболее интересные X5R и X7R/X8R. Линейность этой группы все еще достаточно высока, примерно на три и на два порядка хуже NP0 - а вот удельная емкость при этом выше на те-же три/два порядка. Потому и применяются они чаще всего в цепях с большим переменным током потребления. Нужно только иметь в виду, что у конденсаторов этой группы присутствует тензоэффект, и емкость заметно меняется в зависимости от температуры и приложенного напряжения. С первым еще можно бороться механическим демпфированием и контролем взаимной ориентации, а флуктуации емкости просто нужно иметь в виду, и использовать детали типоразмером 1206 и больше, где это важно.
Остальные Y5V и им подобные пригодны только для блокировки некритичных цепей, поэтому мне даже рассказывать про эту группу неинтересно. Единственная задача - изображать конденсатор там, где важно только его наличие.
Из общего для керамики нужно отметить прекрасные частотные свойства и низкие ESR и ESL, что очень хорошо само по себе, но резко увеличивает чувствительность к индуктивности разводки. Однако при грамотной трассировке и правильном применении показывают в большинстве реальных схем лучшие результаты, чем любая пленка.
Осталось самое-самое - электролитические конденсаторы разных видов, но у меня уже пальцы квадратные, поэтому до следующего раза.
|
| |
| |
| Symmcat | Дата: Суббота, 31.05.2014, 23:27 | Сообщение # 5 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Итак, электролитические конденсаторы. Это группа конденсаторов, у которых в роли положительного электрода выступает электролит, а тонкий слой диэлектрика образован оксидной пленкой на поверхности отрицательного электрода (отсюда второе название - оксидные). Благодаря такому хитрому строению их удельная емкость намного выше, чем у всех остальных, но из-за него-же они склонны к целой куче паразитных эффектов. Вкратце по типам.
Алюминиевые, с жидким электролитом.
Когда говорят "электролитические" - это чаще всего про них. Жидкий электролит для снижения микрофонного эффекта пропитывает целлюлозный сепаратор, и все это скручено в рулон, как туалетная бумага, только бутербродом с алюминиевой фольгой. Бывают "обычные", низкоимпедасные и "аудио". Особняком стоят неполярные электролиты - это просто два полярных, включенных встречно еще до скручивания в рулон. Низкоимпедансные ничем особенно не выделяются: немного другой состав электролита, длина и форма внутренних проводников выводов. Этого, однако, уже достаточно, чтобы вплотную догнать по частотным свойствам выводную пленку больших номиналов. Аудиосерии представляют из себя те-же самые низкоимпедансные конденсаторы с другой маркировкой, иногда с какими-нибудь маркетинговыми заморочками, например сепаратор не бумажный, а композитный. Тут производители развлекаются как могут, встречается: горелая бумага ("с добавлением угольной крошки", BlackGate), бумага с шелковым волокном (а-ля обои, Elna Silmic) и даже сорт гипсокартона (бумага с керамическим наполнителем, Elna Cerafine). У всех ровнее ESR в звуковой полосе - ну и искажения немного пониже, чем у у других полярных оксидников. Правда линейность последовательного сопротивления в питании заметна только для каскадов с очень плохим подавлением пульсаций, и работающих без отсечки по току при этом. А в качестве разделительных неполярные все-равно лучше в большинстве случаев, впрочем они дороже и заметно больше размером. Юмор ситуации заключается в том, что искажения всем известных неполярных BlackGate по факту выше искажений самых обычных "не аудио" неполярных конденсаторов - но исключительно уровнем второй консонансной гармоники. Такой вот теплый ламповый "Черный Ход".
Алюминиевые с полимерным электролитом.
Они отличаются строением - вместо сепаратора, пропитанного жидким электролитом у них твердый проводящий органический полимер. Благодаря этому заметно снизился тензоэффект, увеличился срок службы (электролит не высыхает), а самое главное - рабочая частота составляет сотни мегагерц (ESR, впрочем, все-равно выше, чем у керамики). Отрицательный момент - у них заметно ниже линейность и выше требования к монтажу, как и у любой ВЧ-схемы (так при длине проводников более 5 мм их индуктивность становится выше, чем индуктивность самого полимерного конденсатора и смысл в его применении теряется). Первым исторически были Sanyo Oscon - это название уже нарицательным стало. Для того времени обладал выдающимися свойствами, поэтому был активно впихуем во всю хайфай технику. Когда появились последователи, обладающие подчас лучшими характеристиками, на базе оскона сделали первые "полимерные аудио конденсаторы", установив выводы из бескислородной меди. Потом все-таки поняли, что это перебор - и оперативно свернули серию.
Танталовые.
Излюбленная цель для битья в аудиофильских кругах, ибо не дают сдачи, как доски. Построены вокруг танталового катода, который торчит в банке с электролитом, как карандаш в стакане (даром, что электролит чаще всего твердый). Не смотря на такую примитивную конструкцию, рекордсмены по удельной емкости, а заодно и по цене. Обычно обладают невысокой линейностью, на уровне "осконов", не самым низким ESR и частотными свойствами как у низкоимпедансных электролитов. Кроме того, очень критичны к разрядному току и, соответственно импульсному перенапряжению, в случае чего красиво взрываются. У большинства есть интересная особенность - нелинейное возрастание импеданса на НЧ, из-за чего использовать их для блокировки питания немного сложнее, чем алюминиевые. Но по большому счету, ничего критичного.
В последний десяток лет появились варианты с улучшенной линейностью, и на их базе конечно же радостно выпустили несколько серий "for audio", которые вообще ничем, кроме названия не отличались. Даже ценой, что в высшей степени странно. Планировались они к использованию в роли разделительных в разнообразных айподах, но по совокупности параметров лучше всего подходят для блокировок по питанию цепей с небольшой амплитудой переменного тока потребления, в качестве готовых снабберов.
Тантал-полимерные.
Здесь все аналогично, изменения от замены материала электролита ровно те-же самые. Единственное отличие, что в этой группе появляются конденсаторы, состоящие из нескольких параллельных блоков - их отличает очень низкое последовательное сопротивление, порядка нескольких миллиом. Из-за этого нужно быть аккуратным при проектировании - параллельно включенные керамические конденсаторы запросто образуют с ними высокодобротный резонансный контур.
И в заключение про "прогрев". Про него ходит огромное количество мифов, но это единственный случай, когда они недалеки от истины. Для конденсаторов с жидким электролитом, во всяком случае. Сразу после производства, после длительного (год-два и выше) хранения или нагрева при пайке, прежде чем выйти на номинальные параметры они должны некоторое время проработать. Отличие от мифов только в том, что это занимает всего от минуты до получаса, а не 10-20 суток. И тут опять выделились BG, которые формуются в течении 10-20 минут после каждого включения.
В конденсаторах с твердым электролитом ничего подобного естественно не происходит, как и в любых других компонентах.
И впереди последняя серия, в которой напишу про индуктивности и всякую мелочевку.
|
| |
| |
| Symmcat | Дата: Вторник, 17.06.2014, 10:35 | Сообщение # 6 |
|
Jack of all trades
Группа: Администраторы
Сообщений: 61
Статус: Offline
| Писать пока не буду, ибо лень. Будут вопросы - тогда подумаю.
|
| |
| |
