Zaloguj się
Wszystkie
15 stycznia 2025
185
Żyła sygnałowa, otulona elastycznym dielektrykiem, a dookoła – metalowa warstwa przewodząca. Oto najprostszy opis kabla koncentrycznego, który od wielu lat służy do transmisji sygnałów o najrozmaitszym charakterze – od wrażliwych na zakłócenia informacji z analogowych czujników, poprzez sygnały wielkiej częstotliwości odebrane przez antenę telewizyjną, po fidery transmitujące wielką moc do anten nadawczych. Ich szczegółowa budowa różni się w zależności od zastosowania, ale ogólny kształt jest zawsze taki sam.
Ponieważ żyła sygnałowa jest „otulona” warstwą przewodzącą, tworzy się wokół niej klatka Faradaya o bardzo dobrych właściwościach ekranujących ją przed wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego, głównie przed składową elektryczną. Tworzy to również wyśmienite warunki do propagacji fal wewnątrz takiego kabla, gdyż zewnętrzna warstwa ekranująca stanowi dobrą drogę powrotną dla prądu transmitowanego przez umieszczoną w środku żyłę.
Ale, ale, nie ma tak dobrze… Dwie warstwy przewodzące przedzielone najprzedniejszym dielektrykiem toż to przepis na pojemność! I to nie byle jaką, bo wykazującą (z reguły) wysoką stałość w funkcji częstotliwości. Odcinek kabla koncentrycznego możemy traktować jako pojemność, mimo że jest to podzespół o stałych rozłożonych, a nie skupionych. Nikt tam przecież na siłę kondensatorów nie wciska! Zaś skutki istnienia tej pojemności odczuć możemy jak najbardziej. W połączeniu z niezerową impedancją wyjściową stopnia zasilającego ów kabel tworzy ona bowiem filtr dolnoprzepustowy, w najprostszym wypadku jednobiegunowy. To ogranicza pasmo przenoszenia i wydłuża odpowiedź impulsową, na szczęście jednak nie demoluje charakterystyki fazowej, bowiem opóźnienie wprowadzane przez taki człon RC jest stałe w szerokim przedziale częstotliwości.
Z jakimi wartościami liczbowymi możemy mieć do czynienia? Proszę bardzo, pierwszy z brzegu przewód koncentryczny TASKER C195 ma pojemność wynoszącą 130 pF/m. Jaką może mieć długość połączenie między lampowym przedwzmacniaczem a końcówką mocy?
Przyjęcie wartości dwóch metrów (choć to nadmierny zapas) daje pojemność o wartości 260 pF. Celowo jako przykład wybrałem przedwzmacniacz lampowy, gdyż jego rezystancja wyjściowa może być znacznie wyższa niż w przypadku urządzeń tranzystorowych (choć nie jest to reguła obowiązująca w 100% sytuacji) – 20 kΩ w przypadku prostych przedwzmacniaczy, pozbawionych dodatkowych wtórników wyjściowych, nikogo mocno nie zdziwi.
Pojemność 260 pF i rezystancja 20 kΩ tworzą nam filtr dolnoprzepustowy o trzydecybelowej częstotliwości odcięcia wynoszącej nieco ponad 30 kHz. To nie jest jakaś kosmicznie wysoka wartość, oddziaływanie takiego filtru nachodzi już bowiem na pasmo akustyczne.
Ciekawszy jest inny parametr, czyli stała czasowa takiego tworu RC, wynosząca τ=5,2 μs. Będzie ona wpływała na czas narastania sygnału w torze audio, bowiem wydłuży go o 2,2τ, czyli do ponad 11 μs. Niby niewiele, ale w systemach audio wysokiej jakości ten parametr podaje się równorzędnie z pasmem przenoszenia, dla przykładu: wzmacniacz Audio Research GSi75 ma ten parametr równy 40 μs. W ostatnich latach coraz częściej mówi się o konieczności przejścia do analizy systemów audio w dziedzinie czasu, bo dziedzina częstotliwości nie oddaje wszystkich niuansów związanych z analizą brzmienia, ale to temat na oddzielny artykuł.
Mamy więc dodatkowy, niepożądany człon jednobiegunowy o czasie narastania wynoszącym 11 μs i częstotliwości odcięcia 30 kHz, co może dawać pewne tłumienie w zakresie wysokich częstotliwości. Dlatego warto dążyć do dwóch rzeczy: zmniejszenia pojemności kabla oraz zmniejszenia rezystancji, która nim steruje. Pierwszy parametr można w pewnym zakresie regulować, dobierając grubość i materiał dielektryka, przez co da się uzyskać kilkukrotną redukcję jego wartości. Z drugim parametrem jest jeszcze prościej, gdyż rezystancję wyjściową można kształtować w bardzo szerokim zakresie, zwłaszcza w przypadku urządzeń półprzewodnikowych. Nie należy jednak przesadzać w drugą stronę, gdyż może to doprowadzić do utraty stabilności, o czym pisałem w artykule „Wzmacniaczu operacyjny, nie wzbudzaj się!”, opublikowanym w „Elektronice Praktycznej” 09/2023.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
