Главная » Компьютерная электроника
Призовой фонд
на март 2017 г.
1. UNI-T UT-39C
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Долгое воскресное утро, или раздумье о кабелях

Лето, жара… Уже несколько дней стоит безветренная и безоблачная погода, весь город изнывает от духоты и днём и ночью. В полдень солнце такое, что всё вокруг кажется бело-жёлтым и даже самая глубокая тень в подворотнях выглядит серой. Небо белое у горизонта и такое синее над головой, что кажется, что ещё немного и станет чёрным… Да разве так бывает? Это всё жара… Делать ничего не охота, даже ничего не делать неохота... Выспаться бы… Но и в этой «вате» есть свои прекрасные моменты – это когда встаешь утром пораньше, сумерки уже прошли, а солнце ещё не взошло, и так приятно принять холодный душ и почти не вытираясь, прошлёпать босяком по полу в кухню и начать варить кофе… Тишина… Красота… Из окна накатывает лёгкий сквознячок, кофе уже начинает шуметь, мысли бродят одна за другой и тут вспоминается, что ночью не то приснилось что-то в полудрёме, не то показалось, в общем, было что-то интересное… А, вспомнил, точно, было… Какая-то схема измерительного моста с подключенным звуковым кабелем в одном плече. Ну, и зачем мост и кабель?.. Наверное, для измерения каких-то параметров… Ну и что там измерять мостом, чего не померить другими способами… А, стоп, вспомнил, всё не так, всё немного по-другому – это не для измерения, это для сравнения одного кабеля с другим при одинаковых нагрузках для выяснения разницы… Или наоборот, при одном кабеле проверить разные нагрузки… Опа, это уже интересно, проверить бы надо. И кофе как раз подходит, можно идти включать компьютер… Пока жара не накрыла…Поэтому без церемоний, сразу

Принципиальное вступление.

Вообще-то, те, кто не любят читать, могут сразу идти в конец – там и схема большая и некоторые выводы есть. А те, кто разбирается, то, наверное, уже понимают, что мост, в принципе, и не обязателен – он, скорее, нужен для автономного прибора, а для домашних замеров достаточно давно известного метода определения частотнозависимого сопротивления (например, динамика) с помощью двух резисторов, звуковой карты компьютера и программы SpectraPLUS (или SpectraLab). Такая схема (рис.1) была опубликована в журнале AudioXpress №7 за 2001 год (она же была и в дайджесте журнала Радиохобби №4 за 2001 год). После её сборки в программе SpectraPLUS в меню Processing Settings нужно выбрать режим вычисления и отображения сложной функции передачи между двумя каналами (Complex Transfer Function (Right/Left)), включить утилиту генератора белого шума и запустить анализатор спектра. В результате получится график АЧХ модуля полного сопротивления динамика. Как пример, на рисунке 2 показан результат проверки динамика 10ГДШ-1-4, полученный по этой методике.

Рис.1

Рис.2

Естественно, возникает вопрос, а что ещё можно оценивать таким методом? Трансформаторы, скорее всего, можно. Фильтры разные пассивные тоже… Ну, а если попробовать посмотреть входное сопротивление усилителя или, допустим, параметры звукового сигнального кабеля? Или кабеля, подключенного ко входу усилителя НЧ? Не слишком ли это «тонкие измерения» для того, чтобы хоть что-нибудь увидеть? Поэтому сначала

Часть первая, вводная детективная.

Начнём сразу с проверки кабеля – если здесь не будет результатов, то дальше можно не продолжать…

Для пробы была собрана схема по рисунку 3 и использован первый попавшийся под руку звуковой кабель длиной 120 см. «Шнурок» обыкновенный, тонкий, стерео, применяется для подключения усилителя с RCA-разъёмами к компьютерной звуковой карте с разъёмом minijack 3,5”. Эксперимент проводился на одной жиле (левого канала). К штекеру RCA было подключено гнездо, а к нему припаян резистора МЛТ-0,25 сопротивлением 18 кОм в качестве нагрузки (имитация входного сопротивления одного из используемых в данное время усилителей НЧ).

Рис.3

Первая проверка выдала какой-то «неправильный график» (рис.4). Если «завал» высоких частот ещё можно объяснить влиянием кабеля (что, в общем-то, и ожидалось увидеть), то совсем не понятно, откуда взялся «завал» на низких частотах. Получается, что схема видит здесь какую-то разницу. Хотя, в качестве бредовой идеи можно предположить, что это комплексное сопротивление кабеля сначала плавно повышается, а потом немного понижается.

Рис.4

При проверке подобия сигналов на контактах разъёма «J» (рис.5) графики показывают, что разница между каналами есть – если на нижнем (правый канал) виден плавный и достаточно ровный подъём уровня сигнала на участке частот от 10 Гц до 1…2 кГц, то начало верхнего графика имеет совсем другую форму - сначала резкий, а потом более пологий спад до частот 200…300 Гц («стоящие палки» - это наведённые помехи от сетевого напряжения и их гармоники, они не в счёт).

Рис.5

Кабель был убран, а резистор сопротивлением 18 кОм был подпаян напрямую к контактам разъёма «J». Графики почти не изменились (рис.6), а это значит, что кабель здесь ни при чём и, соответственно, идею о плавном повышении комплексного сопротивления кабеля можно отмести как действительно бредовую.

Рис.6

В ходе последующих экспериментов оказалось, что эта неравномерность на НЧ «лечится» увеличением уровня испытательного сигнала. И это, скорее всего, говорит о том, что слишком мало падение напряжения на резисторе R1. Оно соизмеримо с шумами звуковой карты на участке низких частот и поэтому происходит ошибка в расчётах. Чтобы увеличить падение на R1, нужно или повысить уровень сигнала или увеличить сопротивления резисторов R1 и R2. Второй вариант проще сделать – на рисунке 7 показан график, снятый при подпаянном к разъёму резисторе 18 кОм и с увеличенными в 100 раз резисторами R1 и R2. Вот теперь ровная горизонтальная линия говорит об отсутствии частотнозависимого сопротивления у нагрузки.

Рис.7

Затем резистор 18 кОм был отпаян от разъёма и припаян к гнезду RCA на другом конце кабеля, кабель подключен к разъёму «J» и опять были сняты показания (рис.8). На высоких частотах сразу появился «завал» графика, говорящий об уменьшении сопротивления.

Рис.8

Для проверки работы метода были дополнительно проведены ещё несколько экспериментов с разными нагрузками и результаты каждый раз получались чёткие и повторяемые. Выходит, что изменения в комплексных нагрузках увидеть возможно и остаётся только понять, что они означают. Поэтому нужна

Часть следующая, толковая.

Итак, попробуем разобраться или в очередной раз вспомнить и уточнить, что на что влияет при такой схеме включения и от чего появляются «завалы» на высоких частотах. Ну, и если бывают «завалы», то не могут ли появляться какие-нибудь «подъёмы»?

Небольшой экскурс в физику [1] и [2] говорит о том, что любую линию питания можно рассматривать как множество элементарных отрезков линии, каждый из которых обладает своей индуктивностью, ёмкостью, сопротивлением и проводимостью. Суммарность этих отрезков приводит к понятию «удельность», имеющему метровую разрядность (Гн/м, Ф/м, Ом/м и 1/Ом*м ). Сюда же можно отнести и собственные ёмкости отдельных проводников и их взаимоиндуктивность [3] – и это уже будет, скорее всего, понятие «погонности» (хотя точно не уверен). Индуктивность и ёмкость обладают реактивными сопротивлениями, т.е. их влияние на передаваемый сигнала зависит от частоты сигнала. Чем частота выше, тем большее последовательное сопротивление в линии создаёт её индуктивность (будто бы добавляет резисторов в цепь), и тем меньшее параллельное сопротивление создаётся ёмкостью (она шунтирует сигнал через себя и потому является дополнительной нагрузкой для источника сигнала). Формулы для определения индуктивного и емкостного сопротивления известны [4] и достаточно распространены в расчетах, связанных с радиосвязью – XL=2*3.14*f*L и Xc=10^6/(2*3.14*C). Если f – (частота) в МГц, L – (индуктивность) в мкГн и С – (ёмкость) в пФ, то результат получается в Омах. В общем, если проводить эксперименты только сравнивая показания, а не проводить числовых измерений, то расчеты не нужны. Ну, разве что для проверки «относительной правильности» этих показаний, но здесь почти наверняка будет появляться погрешность, так как нужно будет ещё учитывать упомянутые выше собственные ёмкости проводников, их взаимоиндуктивность и другие некоторые их параметры, например, проводимость. В нашем случае её следует рассматривать как проводимость потерь. Она зависит от того, какой диэлектрик окружает проводник и от частоты пропускаемого сигнала [1]. Получается, что проводимость тоже частотнозависима.

Про омическое сопротивление линии передачи всё более-менее понятно – при достаточно большом диаметре проводников оно постоянно во всём звуковом диапазоне частот. Если же диаметр проводников мал, то начинает оказывать своё влияние скин-эффект [5],[6] и сопротивление линии начинает приобретать частотнозависимость, увеличиваясь с частотой. Правда, вместе с этим скин-эффект вызывает уменьшение индуктивности проводника, но насколько это «влиятельно» в звуковом диапазоне, оценить не берусь.

Может быть, я что-то и «не так» вспомнил, но из всего сказанного можно сделать вывод, что если в экспериментах ёмкость в линии «преобладает» над её индуктивностью, то на графиках будет «завал» на ВЧ. Если наоборот, то будет «подъём». Ну, а если «изгибы» просматриваются на других частотах, то и это однозначно говорит об изменениях в сопротивлении нагрузки, которое в любом случае можно определить как уменьшение или увеличение. В общем, этого понимания достаточно, чтобы перейти к экспериментам.

Попробуем «оценить» кабель. Сначала для большей информативности увеличим показания по оси ординат и введём метку уровня на частоте 20 кГц. На рисунке 9 ещё раз показан тот же самый замер, что и на рисунке 8, но вертикальная шкала теперь имеет метки через 1 dB. Горизонтальная часть линии на участке до 1 кГц находится на уровне 26,09 dB. На помеху 50 Гц можно не обращать внимание – глубина этого «провала» зависит от положения кабеля в пространстве и даже от того, как далеко я от него нахожусь.

Рис.9

Если спад говорит об уменьшении сопротивления, то нельзя ли посмотреть, какому сопротивлению соответствует уровень 24,22 dB? Можно. Для этого отключаем кабель, к minijack-у, вставленному в разъём «J» подпаиваем переменный резистор сопротивлением 47 кОм и вращаем его движок до тех пор, пока уровень линии не станет соответствовать метке 24,22 dB (рис.10). Затем выпаиваем резистор, измеряем его сопротивление и получаем значение 14,2 кОм. Выходит, что если источник сигнала будет выдавать сигналы на частотах, допустим, 70 Гц, 1 кГц и 20 кГц, то два первых он будет отдавать на нагрузку 18 кОм, а последний – на 14,2 кОм.

Рис.10

Кстати, небольшой подъём на ВЧ обусловлен, скорее всего, конструктивной индуктивностью резистора и дополнительными 2-х сантиметровыми проводниками, которыми он был подпаян к разъёму. Проверить это можно включением параллельно нагрузке конденсатора ёмкостью 30 пФ и если «подъём» пропадёт, значит индуктивность есть (рис.11) (кстати, следует понимать, что индуктивность никуда не исчезает, просто её влияние компенсируется влиянием конденсатора). И, естественно, понижение уровня линии на рисунке 11 говорит о том, что если бы резистор не обладал индуктивностью, то при проверке с «подменой» его омическое сопротивление было бы немного больше.

Рис.11

Берём другой кабель (№ 2). Есть ещё сохранившийся с советских времён «шнурок» от наушников ТДС-9. Он длиннее первого кабеля на 30 см и у него экранная оплётка настоящая, т.е. оплетающая центральную жилу, а не просто идущая параллельно ей как у первого (рис.12). Диаметры внутренних жил примерно одинаковы, внутренняя изоляция тоже, разъёмы ставим идентичные.

Рис.12

При проверке (рис.13) на частоте 20 кГц сразу виден завал и он на 1,01 dB больше, чем на рисунке 9.

Рис.13

Приносим в жертву 30 см кабеля и ещё раз снимаем показания (рис.14). «Завал» уменьшился на 0,77 dB, но всё равно ещё на 0,24 dB больше. Логично было бы предположить, что если отрезать ещё 10 см, то параметры кабелей примерно сравняются, но и без обрезания можно сказать, что они почти одинаковые.

Рис.14

Возьмём ещё один кабель (№ 3) – некоторое подобие так называемой в аудиофильном мире «антифазы», или, если по учебникам, то четырёхпроводной симметричной линии [1],[7],[8]. Сделан он был, если честно говорить, на скорую руку (рис.15) и очень посредственно – из обыкновенного гибкого сетевого осветительного провода в ПВХ изоляции. Длина примерно 125 см. Для полной идентичности меняем на одном конце RCA-разъём на minijack и проверяем (рис.16). Видно, что даже в таком «неправильном» исполнении и при длине на 5 см больше первого кабеля, отклонение от горизонтальной части графика меньше на 0,62 dB.

Рис.15

Рис.16

Так… Под рукой есть ещё 75-тиомный гибкий тонкий коаксиальный кабель RG-59 (рис.17) с диаметром внутренней изоляции около 2,8 мм. Отрезаем кусок нужной длины, делаем кабель № 4, проверяем (рис.18)… Нет слов…


 
Рис.17

Рис.18

Быстренько ищем в тумбочке коаксиальный кабель посерьёзней, попадается какой-то безымянный, тоже 75-тиомный, похожий на РК-75-4-11, но почему-то со внешней изоляцией странного бледно-розового цвета и внутренней белого (рис.19). Оплётка, конечно, «не айс», но всё же намного лучше, чем у RG-59. Опять отрезаем, паяем кабель № 5, проверяем (рис.20). График выглядит неплохо. Показания примерно такие же, но учитывая, что активное (омическое) сопротивление у него будет намного меньше (оплётка из большего количества проводников, центральная жила большего диаметра), то при работе на более низкоомную нагрузку этот кабель должен быть лучше. Есть ещё куски 50-тиомных кабелей, но проверять не будем, так как уже понятно, что в нашем случае следует отдавать предпочтение кабелям с меньшей погонной ёмкостью, т.е. из самых распространённых это будут кабели с волновым сопротивлением 75 Ом, имеющие ёмкость примерно 60-70 пФ/м (у 50-тиомных ёмкость примерно в полтора раза больше, хотя, есть ещё зависимость ёмкости от типа внутреннего диэлектрика, но дома нет ничего такого со вспененной изоляцией, поэтому проверять нечего).

Рис.19

Рис.20

Проведём ещё такую проверку – снимаем с кабеля РК-75 все разъёмы, одним концом подпаиваем его напрямую к контактам «J», к другому концу припаиваем резистор 18 кОм, включаем и смотрим на рисунок 21. Ну, вот теперь можно оценить влияние разъёмов.

Рис.21

Есть ещё один тип кабелей, который хотелось проверить – это так называемая «косичка» сделанная из компьютерной витой пары 5-ой категории. Делаем кабель №6 (рис.22) и смотрим (рис.23). Неплохо…

Рис.22

Рис.23

Показалось, что слишком плотно свил косы, поэтому попробовал их «распушить» (рис.24) – по теории, из-за того, что проводники будут находиться дальше друг от друга и будут пересекаться под более тупым углом, должна будет уменьшиться погонная ёмкость кабеля. График на рисунке 25 показывает что да, ёмкость уменьшилась. Судя по цифрам, характеристики сравнялись с коаксиальным кабелем, правда при этом физическая длина «косички» стала короче - всего 103 см.

Рис.24

Рис.25

Так… Интересно, а можно ли сделать линию, в которой погонная ёмкость будет «слабее» погонной индуктивности и у графика появится «подъём» на ВЧ? Это, наверное, надо взять два круглых проводника и разнести их на такое расстояние, когда влияние ёмкости будет меньше, чем влияние индуктивности… На куске МДФ подходящего размера делаем рабочий макет линии (№ 7) длиной 120 см из двух проводников ПЭЛ диаметром 0,8 мм, находящихся друг от друга на расстоянии 10 мм (рис.26). На один её конец паяем разъём, на другой – резистор 18 кОм. Смотрим показания (рис.27) и видим, что да, действительно, есть небольшой подъём на ВЧ, говорящий об увеличении реактивного сопротивления линии на этих частотах.

Рис.26

Рис.27

Уменьшаем расстояние между проводниками до 5 мм, меряем (рис.28) – изменения есть, но небольшие. К тому концу линии, где был резистор, припаиваем штекер и гнездо RCA, а уже к гнезду – резистор. Смотрим рисунок 29, видим ещё небольшое уменьшение.

Рис.28

Рис.29

Учитывая, что уровень горизонтальной части линии находится на отметке 26,09 dB, можно считать показания в 26,10 dB достаточно хорошими. Тем более надо помнить, что весь этот контроль параметров кабелей проходит в схеме с выходным сопротивлением более 3,3 кОм. Поэтому возникает вопрос «Ну и что всё это значит?» и начинается

Часть следующая, беспардонная.

Ну, посмотрели мы на эти «весёлые картинки»… Действительно, и что? С какого перепугу кто-нибудь будет ставить на выходе ПКД резистор в 3 кОм чтобы потом жаловаться, что «верхи» завалены? Ну, согласен, бывает слышна замена одного кабеля на другой… Но это ведь нельзя объяснять только очень большим выходным сопротивлением источника сигнала? Наверное и нагрузка как-то задействована. Не стоит ли теперь обратить внимание не только на источник, но и на нагрузку – помниться, кто-то хотел ещё и Rвх усилителя посмотреть...

Как уже было сказано выше, сопротивление резистора в 18 кОм выбиралось исходя из того, что примерно такое входное сопротивление имеет один из усилителей, который будет принимать участие в проверке. Их всего три – два ламповых («Лофтин из ТВ деталей» А.И. Манакова и «Покемон» О. Чернышёва) и один транзисторный («УМЗЧ с глубокой ООС» И.Т. Акулиничева). Входные цепи каждого из них показаны на рисунке 30. Видно, что у всех разные входные сопротивления.


 
Рис.30

Сначала проверяем Лофтин с кабелем №1. Снимаем показания при разных положениях регулятора громкости – в «нулевом», в среднем и в максимальном. Объединяем всё в один рисунок 31, где верхний график – замер при «нулевом» положении. Изменение уровня горизонтальной части линии к значению «27,15» относительно «26,09» на предыдущих рисунках говорит о сопротивлении нагрузки, отличном от 18 кОм. Так оно и есть – при разных положениях движка переменного резистора сопротивление входа будет меняться от 22 кОм до 17 кОм. Минимальное сопротивление будет при параллельном соединении резисторов 22 кОм и 75 кОм – около 17 кОм. Если посчитать разницу между значениями меток (это для контроля изменение уровня на 20 кГц относительно 160 Гц), то при «нулевом» положении регулятора громкости она равна 2,56 dB, при среднем – 2,38 dB, при максимальном – 2,34 dB.

Рис.31

Теперь проверим кабель № 6 – «косичку» (рис.32). Разница в показаниях меток – 0,33 dB, 0,37 dB и 0,74 dB. Обращает на себя внимание нижний график - несмотря на то, что при максимальной громкости Rвх понижается и это должно уменьшать влияние, оказываемое погонной емкость кабеля, разница в «завале» на 20 кГц увеличивается в два раза. Надо полагать, что здесь начинает влиять ещё какая-то ёмкость. Скорее всего, это сумма емкостей – например, монтажной, конструктивной используемых элементов и ёмкости Миллера, зависящей от проходной ёмкости лампы и коэффициента усиления каскада [9]. Для проверки были проведены ещё два таких же измерения – результат одинаковый, с небольшой разницей в + 0,02 dB и -0,03 dB.

Рис.32

Чтобы проверить какое влияние на показания оказывает сопротивление резистора R2, а то, может быть, оно очень большое и всё, что получается – «лажа полная», уменьшаем его номинал до 33 Ом (R1 остаётся 1 кОм). Снимаем графики и совмещаем их в один рисунок 33. Разница между горизонтальным участком и «завалом» – 0,33 dB, 0,39 dB и 0,75 dB. Можно сказать, что предыдущие результаты повторяются. То, что уровни горизонтальных участков остались прежние, несмотря на изменение сопротивления резистора R2, объясняется тем, что звуковая карта в режиме «Complex Transfer Function (Right/Left)» выводит на экран, грубо говоря, расчетную разницу между каналами, а не уровни напряжение в них. Т.е. если разница одинаковая, то и значения будут одинаковые, и сопротивление R2 здесь не критично.

Рис.33

Теперь проверим эти же два кабеля на усилителе «Покемон». В зависимости от положения движка регулятора громкости его активное входное сопротивление меняется от 1,8 кОм до 1,757 кОм. Резистор R2 ставим 3,3 кОм, подключаем кабель №1. Снимаем графики (рис.34). Показания сильно изменились, для большей информативности меняем значения шкалы ординат. В результате видим, что разница между горизонтальным участком и «завалом» очень мала – 0,05 dB, 0,04 dB и 0,06 dB.

Рис.34

Меняем кабель на №6, снимаем показания (рис.35). Вместо «завала» на ВЧ происходит «подъём» и разница с горизонтальной часть составляет 0,03 dB независимо от положения регулятора громкости. Также видим, что изменился общий уровень графиков в сравнении с использованием кабеля №1, что говорит о меньшем сопротивлении кабеля №6 (разница 0,06 dB и 0,04 dB при минимальной и максимальной громкости соответственно).

Рис.35

А проверим ещё кабель №7 – симметричную линию из двух проводников. Выставляем расстояние между ними 10 мм, снимаем показания (рис.36). Разница между горизонтальной частью и 20 кГц сохранилась такой же – 0,03 dB, общий уровень графиков при минимальной и максимальной громкости упал ещё на 0,02 dB. Что не очень понятно, так как это говорит об уменьшении потерь во всём диапазоне частот, что, скорее всего, связано с активным, т.е. омическим сопротивлением, несмотря на то, что в «косичке» в каждой жиле стоит по шесть параллельных проводников диаметром 0,5 мм (суммарное сечение 1,178 кв.мм), а в симметричной линии стоят провода по 0,8 мм (сечение 0,502 кв.мм).

Рис.36

Проверяем подключение кабелей к последнему усилителю – транзисторному с глубокой общей отрицательной обратной связью. Его входное сопротивление меняется от 10 кОм при «нулевом» положении движка регулятора громкости и до 4,28 кОм при максимальной громкости. Сначала кабель №1. Показания объединяем в рисунок 37 и видим, что «завал» на ВЧ меньше, чем у Лофтин-а и больше, чем у «Покемона». Ну, понятно – входное сопротивление находится где-то посредине между ними. Интересен «подъём» графика на НЧ при максимальной громкости. Но, скорее всего, ничего непонятного здесь нет, и всё объясняется ёмкостью входного конденсатора и сопротивлением стоящего последовательно с ним резистора (рис.30). Так как усилитель инвертирующий, то его входное сопротивление равно сопротивлению этого резистора. Вот и получается, что резистор является нагрузкой для сигналов, проходящих через конденсатор, и на частотах ниже 50 Гц начинает сказываться увеличение его реактивного сопротивления. Схема проверки это видит и показывает на графике как увеличение сопротивления нагрузки. А на среднем графике этого не заметно, так как последовательное включение части сопротивления переменного резистора уменьшает это влияние.

Рис.37

Теперь показания, снятые с кабелем №7 (рис.38). По цифровым значениям на двух верхних графиках видно, что увеличение сопротивления на ВЧ имеет то же значение 0,03 dB, просто размерность шкалы другая, поэтому «на глаз» это не так информативно, как было на рисунках выше. А выравнивание этого «подъёма» на нижнем графике связано с тем, что в усилителе после регулятора громкости стоит конденсатор ёмкостью 100 пФ и он при верхнем положении движка регулятора подключается к линии напрямую и понижает её реактивное сопротивление на этой частоте.

Рис.38

И теперь

Часть предпоследняя, выводная банальная.

Наверное, из просмотра всех этих картинок уже можно сделать некоторые выводы. Но сначала хотелось бы напомнить, что «завалы» и «подъёмы» графиков говорят только об изменении сопротивления нагрузки для источника сигнала и не говорят о том, как меняются уровни сигналов на входе усилителя. «Завалы» обычно связаны с ёмкостью в линии или в нагрузке линии и в большинстве случаев приводят к уменьшению уровня ВЧ на входе усилителя. «Подъём» графиков на ВЧ, как бы это не казалось странным, тоже говорит о потерях на этих частотах, так как «подъём» - это увеличение сопротивления в линии, а значит образование Г-звена фильтра НЧ совместно с ёмкостью нагрузки. А ещё можно представить такой вариант, когда уменьшение входного сопротивления усилителя, связанное с его входной ёмкостью, в такой мере компенсируется индуктивной реактивностью подключенного кабеля, что «завал» выравнивается. Это, конечно, редкий случай, но говорящий о том, что всё, что здесь показано, гораздо более относится к источнику сигнала, а не к усилителю.

А также всё здесь показанное не может категорично заявлять о том, какой кабель является лучшим, но может помочь понять в чём заключается «эффект сравнения» одного кабеля с другим.

Но некоторые выводы сделать можно. Первый, самый очевидный – это если уменьшать сопротивление нагрузки на «другом» конце кабеля, то влияние кабеля на передачу сигнала тоже уменьшается. При этом надо учитывать, что источник сигнала тоже должен обладать низким выходным сопротивлением и что омическое сопротивление кабеля и всех контактных соединений должно быть минимальным, иначе получим «делители» на пути звука.

Второй вывод – конструкция кабеля должна подразумевать максимальное уменьшение его реактивного сопротивления – с ёмкостью бороться удалением проводников на большее расстояние друг от друга, с индуктивностью – укорочением проводников и изменением их геометрии (например, делать в виде ленты, т.к. у неё меньше индуктивность). Впрочем, укорочение хорошо и для уменьшения ёмкости кабеля, это и так понятно, поэтому начинается

Часть последняя, элементарно конструктивная.

На самом деле почти все приведенные выше рисунки были сделаны при использовании схемы по рисунку 39. Она принципиально идентична схеме на рисунке 3, но в неё добавлен некоторый сервисные удобства – возможность подключения кабелей как разъёмами minijack 3,5” (гнездо «Х3»), так и с RCA (гнездо «Х4») и введён трёхпозиционный переключатель S1 для оперативного изменения сопротивления резисторов-делителей при контроле нагрузок разного сопротивления. Так же в схему добавлен буферный усилитель на микросхеме LM386 и 12-тивольтовый стабилизатор для её питания. Резисторный делитель сигнала на входе (гнездо «Х1») можно заменить на переменный резистор и тогда получится плавная регулировка уровня сигнала, но как оказалось, достаточно один раз выставить этот уровень движком в меню виндовского микшера.

Рис.39

Конструктивно «большая проверочная схема» выполнена в корпусе от модема ZyXEL Omni 56k (рис.40 и рис.41). Просто при выборе корпуса под разведенную печатную плату, в руки попалось это чудо забугорной техники и, оказывается, на плате модема уже присутствует усилитель на LM386, стоит множество электролитических конденсаторов, разведено место для стабилизатора питания. Осталось только «сдуть» все ненужные компоненты, допаять нужные, закрепить переключатель и установить у задней стенки планки с разъёмами.

Рис.40

Рис.41

Питающее напряжение берётся с трансформаторного блока питания от какой-то офисной техники (не то от принтера, не то от сканера), с выходным выпрямленным напряжением 20 В. Ну, в общем, всё получилось быстро и удобно. Печатная плата не пригодилась, но файл в формате программы Sprint-Layout 5 находится в приложении к статье, разводка сделана со стороны печати, поэтому при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включать режим «зеркально».

Естественно, такая «большая проверочная схема» нужна только для экспериментальных работ, а для проверки одного-двух кабелей достаточно схемы из двух резисторов по рисунку 3. При проведении проверки с подключенным к кабелю усилителем есть один нюанс – очень может быть, что сигнальный и «земляной» контакты разъемов нужно будет поменять местами (на рисунке 39 это видно). Связано это с «протеканием» ВЧ сигналов по питающим шинам (или по заземлению) из компьютера в усилитель (или наоборот). «Протекание» выражается в явной неправильности показаний и легко определяется при смене усилителя на нагрузку в виде резистора .

При конструировании «большой проверочной схемы» можно добавить элементы для оперативной оценки эквивалентного сопротивления нагрузки в Омах – спаренный переключатель S2, спаренную кнопку S3 и два переменных резистора R 220 Ом и R 68 кОм (рис.42). Тогда после снятия графиков можно переключить S2 на резисторы, движками которых выставить такое сопротивление, при котором уровень линии на графике будет соответствовать интересующему значению. Затем вернуть S2 в прежнее положение и нажатием кнопки S3 измерить номиналы резисторов. Кнопка нужна для того, чтобы отключать омметр при подаче сигнала на резисторы и исключить влияние проводов измерительного прибора при замерах.

Рис.42

Поэтому же, при выполнении выходных цепей измерителя и при добавлении дополнительных элементов следует обратить внимание на то, что монтаж следует проводить максимально аккуратно и не привнести дополнительную реактивность к «измерительным» разъёмам.

Литература:
1.   З. Беньковский, Э. Липинский, «Любительские антенны коротких и ультракоротких волн», Москва, «Радио и связь», 1983 г.
2.   Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко, Г.А. Клигер, А.Г. Курашов, «Коротковолновые антенны», Москва, «Радио и связь», 1985 г.
3.   М.Л. Волин, «Паразитные связи и наводки», Москва, «Советское радио», 1965 г.
4.   С.Г. Бунин, Л.П. Яйленко, «Справочник радиолюбителя-коротковолновика», Киев, «Технiка», 1984 г.
5.   Д.В. Сивухин, «Общий курс физики, т. 3. Электричество», Москва, Главная редакция физико-математической литературы, 1983 г.
6.   С.Г. Калашников, «Электричество», Москва, «Физматлит», 2003 г.
7.   Семёнов Н.А. «Техническая электродинамика», Москва, изд «Связь», 1973 г.
8.   Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. «Антенно-фидерные устройства», Москва, изд. «Советское радио», 1974 г.
9.   Г.В. Войшвилло, «Усилители низкой частоты на электронных лампах», Москва, Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1963 г.

   Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, июль-август 2015

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рисунок №39
OP1 Аудио усилитель
LM386
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7812
1 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
9.1 кОм
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R2, R11 Резистор
1 кОм
2 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R3, R9 Резистор
10 Ом
2 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R4 Резистор
100 кОм
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R5 Резистор
220 Ом
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R6 Резистор
33 Ом
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R7 Резистор
330 Ом
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R8 Резистор
3.3 кОм
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
R10 Резистор
100 Ом
1 МЛТ-0,25Поиск в FivelВ блокнот
C1 Конденсатор электролитический22 мкФ1 16 ВПоиск в FivelВ блокнот
C3, C5, C6 Конденсатор электролитический330 мкФ3 16 ВПоиск в FivelВ блокнот
C2, C7, C8 Конденсатор100 нФ3 дисковый керамическийПоиск в FivelВ блокнот
C4 Конденсатор47 нФ1 дисковый керамическийПоиск в FivelВ блокнот
C9 Конденсатор электролитический1000 мкФ1 25 ВПоиск в FivelВ блокнот
X1, X2, X3 Гнездоminijack 3,5”3 Поиск в FivelВ блокнот
X4 ГнездоRCA1 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.7 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (15) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
GRoza #
Интересная статья, вот это измерение
Ответить
0
redimer #
А завал на высоких случайно не объясняется тем же ростом шума, но который в проводе наводится из окружающего пространства? Такой шум как раз растет с ростом частоты, и он будет меньше с ростом экранирующей способности провода
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Хм-м-м... Всё может быть... Как проверять будем? Логически или экспериментально?
Ответить
0
redimer #
Подумал что в этом случае ваша двухпроводная линия показала бы еще больший провал АЧХ, но нет. Кроме того учитывая выходное сопротивление источника вашей схеме, и емкость кабеля (~50пФ/м для толстого РК-75, в десятки раз больше - у тонких шнурков) - влияние на АЧХ в таких условиях элементарно считается в уме.
Впрочем, просто сравнить уровень шума все равно не помешает, мало-ли. Да и все таки, это не последняя по важности функция кабеля - экранировать от помех.
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Да, почти согласен с Вами. Но всё же при сравнении открытой симметричной линии и любого экранированного провода стоит, наверное, учитывать условия их подключений к источнику и нагрузке. Т.е. при самом "утрированном взгляде" на симметричную линию с нагрузкой, при условии, что нагрузка никак не связанна с источником по питанию, видно, что помеха наводимая на линию, наводится на оба провода сразу и почти одинаковая по величине, а значит, между проводниками почти нет разницы потенциалов и, соответственно, на нагрузке эта помеха не выделяется. А у экранированного провода наоборот - помеха наводится только на экран и, в случае наличия некоторого выходного сопротивления у источника, между экраном и центральной жилой появляется разница, которая и "падает" на нагрузке. Вроде так... Хотя, конечно же, могут быть варианты...
Ответить
0
misterzu #
Гм, я тут измерил емкость имеющегося метрового безымянного китайского rca-rca - 180пФ тестер показал. Округлил ее до 200пФ и закинул в микрокап - таких косяков в АЧХ никак получиться не может при R2=33. А вот при R2=3.3k может.
Эксперимента ради соединил этим кабелем вход-выход звуковухи EMU0404 USB - как и ожидалось увидел в RMAA идеально ровную ачх, такую же как видел много раз до этого при других измерениях. У EMU кстати выходное сопротивление (то самое R2) - 600 Ом.
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
А Вы точно контролировали Complex Transfer Function между каналами? RMAA это тоже умеет?
Ну, и как предположение прямизны графика - чем меньше сопротивление нагрузки, тем меньше влияние кабеля.
Ответить
0
misterzu #
Нет не умеет, я просто контролировал АЧХ. Complex transfer function - это вообще что такое? Входное сопротивление карты достаточно высокое. В данном случае намного бОльшее значение имеет ее выходное сопротивление.
Прямизна графика объясняется тем что емкость кабеля - 180пФ, а выходное сопротивление - 600Ом. См приаттаченную симуляцию.
Прикрепленный файл: transfer.png
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Контроль АЧХ сигнала, прошедшего через кабель - это совсем не то, что описано в тексте... И на скринах там не АЧХ проходящего к нагрузке сигнала...
Там же в начале всё объяснено... Ну, или попробуйте прочитать первый абзац в Части предпоследней, выводной банальной.
Если другими словами объяснять - то это описание метода сравнения параметров разных кабелей.
Отредактирован 25.08.2015 12:08
Ответить
0
redimer #
Если считать что complex transfer function - это что-то типа ачх, то симулировать так как на рисунке.
Правда я не уверен что результаты этого эксперимента имеют хоть какую-то практическую пользу.
Прикрепленный файл: cableanal.png
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Да, теперь на рисунке уже что-то похожее, но в описании Спектралаба режим Complex Transfer Function (Right/Left) – это «вычисление и отображение сложной функции передачи между двумя каналами». В журнале Радиохобби №4 за 2001 год это формулируется как «режим измерения спектра частного от деления напряжения правого канала на напряжение левого канала». В обоих случаях речь идёт об отношении напряжений в двух каналах и всё это ещё относительно «земли». Т.е. у Вас на рисунке должно быть две точки «out» (вторая точка – место соединения R1,R2 и иC1) и потом данные из этих точек должны проходить обработку «Complex Transfer Function».
В принципе, можете просто попробовать посмотреть отношение уровней, не привязывая результат к «земле». Скорее всего, искривление линии будет близким по форме, может быть, только общий наклон длинной «горизонтальной» части появится.
Ну, а если программа не покажет функцию, то можно просто визуально посмотреть АЧХ в точках «out» и представить, что на что влияет. Вот только что посмотрел АЧХ цепи как на Вашем рисунке в программе RFSim99…
Прикрепленный файл: Симуляция в RFSim99.jpg
Ответить
0
redimer #
Там еще что-то про комплексные числа написано. Впрочем если просто поделить правый канал на левый, то спектр просто переворачивается, а если еще и логарифмический масштаб по частоте сделать, то картинка совсем точь-в-точь выходит
Прикрепленный файл: cableanal2.png
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
redimer, спасибо, вот мы и разобрались (тут смайлик)...
Ответить
0
Egor #
Если разобрать кабель от VGA монитора, можно заиметь три тонких коаксиальных кабеля. Может они на что-то сгодятся?
Ответить
0

[Автор]
r9o-11 #
Да, есть там такие. И некоторые бывают с внутренней изоляцией, похожей на вспененную, что косвенно говорит о малой погонной ёмкости. Но обычно у них центральный проводник слишком тонкий (он, кажется из семи жилок состоит). Сейчас померил тестером - полутораметровый кусок имеет сопротивление около 0,2 Ом. Не великовато ли?
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

USB-реле (2 канала)
USB-реле (2 канала)
Набор для сборки - LED лампа Ручной фен 450 Вт с регулировкой температуры
вверх