Proračun pasivnih frekvencijskih skretnica u paralelnom spoju
tip: Butterworth
 

Butterworth filtri u paralelnom spoju, nalaze se u sredini po pitanju dobrih i loših karakteristika kao što su: frekvencijski odziv, dobra fazna i tranzijentna karakteristika, strmo odvajanje frekvencijskih pojaseva. Daju najbolji kompromis traženih karakteristika u odnosu na druge tipove filtera: Bessel, Chebychev, Elliptic, te je iz tih razloga dat njihov proračun, pri kraju ovog prikaza. 

KONDENZATORI
Standardne vrednosti kondenzatora [µF]: 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; 10; 15; 22; 33; 47; 68. Naponi [Vdc]: 63; 100; 160; 250; 400 i 630. Kondenzator od 100 Vdc dovoljan je za kutiju od 150 W/8 ohm ili 300 W/4 ohm. Kondenzatori treba da imaju što manje gubitke, odnosno da imaju dobru izolaciju kao što su: MKP(polipropilen); MKT(poliester), dok se elektrolitski, bipolarni i papirni kondenzatori ne koriste.
Prvo izračunajte kondenzator, a onda promenite preklopnu frekvenciju da bi ste dobili standardnu vrednost kondenzatora.
OTPORNICI
Otpornicima se putem delitelja napona izjednačava viša vrednost osetljivosti [dB SPL] zvučnika u odnosu na najnižu vrednost osetljivosti zvučnika u kutiji, kako bi svi imali ujednačen zvučni pritisak i ravnomerno zvučali. Koriste se keramički, grafitni ili žičani neinduktivni otpornici, snage 2, 5, 10 i 20 W
Oznacavanje_otpornika_bojama
KALEMOVI

Kalemovi treba da zadovolje sledeće zahteve:

1) TRAJNA VREDNOST INDUKTIVNOSTI
Kalemovima sa jezgrom, korišćenjem feromagnetnih materijala (meki čelik, trafo lim, magnetodielektrik, ferit) kao jezgra, vrednost induktivnosti vremenom se smanjuje. Kalemovi na vazduhu poseduju trajnu vrednost induktivnosti. Kalemove postaviti kao na slici 1 ili slici 2 da ne bi došlo do međusobne induktivnosti i promene induktivnosti samih kalemova. Rastojanja su dobijena eksperimentom gde se merenjem ustanovilo da nije došlo do promene induktivnosti kalemova. Redno ili paralelno vezivanje kalemova u jedan ne raditi, jer će se javiti međusobna induktivnost i promena induktivnosti samih kalemova.

2) MINIMALNI GUBICI ENERGIJE
Kalem sa otpornošću pri jednosmernoj struji Ro=0,4 (0,8) ohm (10% od otpornosti zvučnika), spojen redno sa zvučnikom, unosi gubitak od 1 dB u skretnici impedance 4 (8) ohm. Kondenzatore, otpornike i druge delove udaljiti od kalema jer unose dodatne gubitke. 
Otpornost kalema i struja kroz njega menjaju se sa frekvencijom. Kalem na vazduhu motan bakarnom lak žicom unosi sledeće gubitke:  Ro - otpornost pri jednosmernoj struji;  Rs - otpornost usled skin efekta;  Rb - otpornost usled efekta blizine;   Rd - dielektrični gubici. Sve ukupno, ti gubici za kalem od 6 mH kod 10.000 Hz iznose oko 20 ohm realnog dela kompleksne impedanse.
Kalem sa jezgrom pored već navedenih gubitaka u bakru, ima i gubitke u jezgru kao što su: Rh - histerezisni gubici;  Rr - remanentni gubici;  Rv - gubici usled vihornih struja. Sve ukupno, ti gubici za kalem od 6 mH kod 10.000 Hz iznose od 40-100 ohm realnog dela kompleksne impedanse.
Kalemovi sa jezgrom nisu za Hi-Fi i vernu reprodukciju tonskih frekvencija.

3) MINIMALNA IZOBLIČENJA SIGNALA
Kalem na vazduhu nema izobličenja kao što ih ima kalem sa jezgrom. Prolaskom struje kroz kalem sa jezgrom, menja se magnetno polje, a samim tim i indukcija u jezgru u skladu sa frekvencijom. Prekoračenjem kritične vrednosti jačine struje, jezgro prelazi u saturaciju (indukcija zasićenja-magnetno polje ne prati promene frekvencije već radi po svome) što uslovljava drastično povećanje izobličenja i stvaranje novih tonova kojih ranije nije bilo (koloracija). Ako je jezgro vruće, treba smanjiti struju ili povećati jezgro. Feritna jezgra nisu podesna za struje veće od 3-4 A kod tonskih frekvencija, jer to stvara; indukciju na kojima feriti nisu predviđeni da rade i velika izobličenja. Fabrike su nekada koristile kalemove sa jezgrom kao jeftinije rešenje, jer im je draža niža cena koštanja proizvoda nego kvalitet.
Kalemovi sa jezgrom nisu za Hi-Fi i vernu reprodukciju tonskih frekvencija.

4) ODSUSTVO MIKROFONIJE
Vibracije namotaja i jezgra u rezonansi sa radnim frekvencijama pri većim snagama, koje oduzimaju energiju od korisnog signala, rešavaju se impregnacijom sa elektroizolacionim lakovima ili zalivanje termostabilnim smolama.

5) PRENOS ODGOVARAJUĆE SNAGE
Kalem na vazduhu sa žicom od 1 (1,2) [1,4] mm dovoljan je za zvučnu kutiju od 150 (300) [450] W pri 8 ohm (za 4 ohm prepoloviti snagu), a da se ne zagreje preko 80° celzijusa. Ova temperatura odabrana je prema preporukama Društva inženjera Nemačke - VDE , premda lak izolacija bakarne žice može izdržati temperature 160, 180 i 200° celzijusa. Prigušni materijal (konac,vuna) nemojte naslanjati na kalem zbog požara. Kalemovi sa jezgrom ograničeni su visinom struje saturacije jezgra za neku radnu frekvenciju, ako je to negde i napisano? Za trafo-kalemove vrednost struje saturacije daje se pri 50 Hz, što je i u skladu sa njihovom namenom - za energetske transformatore, a ne za frekvencijsku skretnicu. Porastom frekvencije mora se smanjivati struja saturacije odnosno smanjivati snaga koja treba da se prenese.

Raspored kalemova
OSTALO

- Elementi upotrebljeni u skretnici trebalo bi da su upareni i da imaju što manja dozvoljena odstupanja, od +/-1% kao najpovoljnija vrednost pa do maksimalnih +/-5% kao gornja granica.              - Ako zvučnici imaju različite osetljivosti, mora se uraditi Ujednačavanje osetljivosti zvučnika.
- Poštovanjem šeme frekvencijske skretnice i isti red skretnice u svim smerovima, ostvaruje se pravilna fazna karakteristika skretnice. Mešanjem redova u skretnici remeti se fazna karakteristika (ugaoni i vremenski pomak signala/zvuka).                                                                                                                                                                                                                                                         - Gubici energije u skretnici trebalo bi da budu što manji, tako da vrednost gubitka od 1 dB predstavlja gornju granicu koju ne treba preći.

OMOV ZAKON
omov_zakon-krug
 
LINEARNOST KARAKTERISTIKE IMPEDANCE - Zobel filter 

Porast impedance na višim frekvencijama zbog induktivnosti kretnog kalema zvučnika, eliminiše se korekcijom sa Zobel filterom, ali se remeti fazni odziv zvučnika. Ova korekcija je dobra ako se želi proširiti prenosno područje zvučnika u onom delu frekventnog raspona gde bi povećana impedanca zvučnika ometala pravilan rad pojačala, uz malo žrtvovanje kvaliteta zvuka.

Zobel filter
PRIGUŠENJE REZONANTNOG UZDIGNUĆA - Notch filter
Rezonantno uzdignuće na nižim, srednjim i višim frekvencijama zbog mehaničke rezonance zvučnika, eliminiše se korekcijom sa Notch filterom, ali se remeti fazni odziv zvučnika. Postoje dve konfiguracije ovog filtera: jedna je redna veza R+L+C rezonantnog kola spojena paralelno sa zvučnikom, za šta je ovde dat proračun, a druga je paralelna veza R II L II C antirezonantnog kola spojena redno sa zvučnikom. Ova korekcija je dobra ako postoji znatna čujna rezonancija zvučnika prilikom slušne probe.                                                                                                            
Ko nema mernu opremu za merenje rezonantne frekvencije samog zvučnika ili zvučnika ugrađenog u kutiju, rezonantna frekvencija zvučnika može se pročitati sa dijagrama impedance zvučnika, i ako je u prenosnom opsegu zvučnika, uneti u proračun kao fs. Tako proračunato kolo ugraditi u skretnicu i vršiti slušne probe zvučne kutije. Ako se čuje rezonancija (šuplja tutnjava), vrednost otpornika Rn u Notch filteru povećavati u koracima od 0,5 ohm, dok se ne dođe do zadovoljavajućeg rezultata.
Notch_impedanca
Šeme frekvencijskih skretnica i formule za njihov proračun su iz knjige o zvučnicima univerzitetskog profesora elektrotehničkog fakulteta nekadašnje Jugoslavije.
- Koristite tačku ( . ) u proračunu -
Proračun pasivnih frekvencijskih skretnica u paralelnom spoju - tip: Butterworth
Dvosmerna Trosmerna
Skretnica 1. reda (- 6 dB/okt) - dvosmerna Skretnica 1. reda (- 6 dB/okt) - trosmerna
Skretnica 2. reda (- 12 dB/okt) - dvosmerna Skretnica 2. reda (- 12 dB/okt) - trosmerna
Skretnica 3. reda (- 18 dB/okt) - dvosmerna Skretnica 3. reda (- 18 dB/okt) - trosmerna
Skretnica 4. reda (- 24 dB/okt) - dvosmerna Skretnica 4. reda (- 24 dB/okt) - trosmerna
Ostali proračuni
Određivanje namene niskotonskog zvučnika
Osetljivost i efikasnost zvučnika
Ujednačavanje osetljivosti zvučnika
Linearnost karakteristike impedance - Zobel filter
Prigušenje rezonantnog uzdignuća - Notch filter
Gubitak dinamike na kalemu
Talasna dužina
Otpornost provodnika
Označavanje otpornika bojama
Napon, struja, snaga i otpor u električnom kolu
Redna i paralelna veza otpornika i kondenzatora
Pretvaranje zvučnih vrednosti u nivoe
 
     
    www.fininamotaji.in.rs