Перейти к содержанию

Какой ёмкости нужен разделительный конденсатор на входе усилителя?

Обновлено Редакция GAW

Разделительный конденсатор пропускает звуковой сигнал и не пропускает постоянное напряжение. Вместе с входным сопротивлением усилителя он образует RC-фильтр верхних частот: чем ниже частота, тем больше реактивное сопротивление конденсатора XC = 1/(2πfC) и тем большая часть сигнала остаётся на нём, а не доходит до входа.

Расчёт

Частота среза — та, на которой выход падает до 70,7 % (Kuphaldt, гл. 8). Из неё ёмкость:

fc=12πRC⇒C=12πRfc.f_c = \frac{1}{2\pi R C} \quad\Rightarrow\quad C = \frac{1}{2\pi R f_c}.
УсилительR (вход)Нужная fcC по формуле (наш расчёт)Ставятfc с ним
LM38650 кОм20 Гц0,16 мкФ0,47 мкФ6,8 Гц
LM38650 кОм20 Гц0,16 мкФ1 мкФ3,2 Гц
PAM8403, RI = 18 кОм18 кОм100 Гц88 нФ0,1 мкФ88 Гц
PAM8403, RI = 18 кОм18 кОм20 Гц0,44 мкФ1 мкФ8,8 Гц

Запас по ёмкости в 3–5 раз делают потому, что фильтр первого порядка спадает плавно, и на частоте среза уже теряется 3 дБ. Подобрать значение по графику удобно на номограмме реактивных сопротивлений, а частоту среза для любых R и C считает калькулятор RC-фильтра.

Когда большая ёмкость вредит

Diodes в даташите PAM8403 прямо предупреждает: маленькие динамики почти не воспроизводят частоты ниже 100–150 Гц, и большая ёмкость на входе звук не улучшит. Зато при включении конденсатор должен зарядиться до постоянного уровня входа, около половины питания, и чем он больше, тем громче щелчок. Для встроенного динамика разумно выбирать fc около 100 Гц, для колонок с хорошим басом — 10–20 Гц.

Если перед усилителем стоит регулятор громкости, R в формуле зависит от того, где стоит конденсатор (наш вывод по схеме делителя; выходное сопротивление источника не учтено):

  • Между движком и входом усилителя: R = Rвх + Rдв, где Rдв = Rверх ∥ Rниз — выходное сопротивление делителя, от нуля в крайних положениях до четверти номинала в середине. Худший случай — R = Rвх.
  • Перед потенциометром, на его верхнем выводе: R = Rверх + (Rниз ∥ Rвх). Худший случай — движок вверху: R = Rпот ∥ Rвх; для потенциометра 10 кОм и LM386 это 8,3 кОм, и для 20 Гц нужно уже около 1 мкФ.

О выборе номинала потенциометра — ответ «Какой потенциометр нужен для громкости». Входы и типовые схемы LM386 и PAM8403 собраны на странице «LM386 и PAM8403».

Похожие вопросы

Электролитический или плёночный?

Для 0,47–1 мкФ подходят оба. Электролитический полярен: плюс ставят в сторону более высокого постоянного потенциала — обычно к входу усилителя, если вход смещён к половине питания. Плёночный или керамический без полярности проще, если постоянное напряжение по обе стороны неизвестно.

Нужен ли конденсатор, если источник — выход ЦАП или телефон?

Если на выходе источника есть постоянная составляющая или вход усилителя смещён, как у PAM8403 к половине питания, — нужен, иначе постоянный ток пойдёт через источник и регулятор громкости. Если оба конца сигнала имеют нулевой постоянный уровень, конденсатор не обязателен.

Почему на частоте среза звук тише, а не пропадает?

Фильтр первого порядка не обрезает частоты резко: на частоте среза выход составляет 70,7 % входного, то есть −3 дБ, а ниже спадает постепенно, по мере роста реактивного сопротивления конденсатора.

Источники

  1. Diodes Incorporated. PAM8403 Filterless 3W Class-D Stereo Audio Amplifier (Document number DS36439 Rev. 2-3, September 2020) — Application Information, Input Capacitor (CI): входной конденсатор и входное сопротивление RI образуют фильтр верхних частот, fc = 1/(2π·RI·CI); динамики портативных устройств плохо воспроизводят частоты ниже 100–150 Гц, поэтому большой входной конденсатор может не улучшить звук; чем больше CI, тем больше заряда нужно до постоянного уровня около VDD/2 и тем сильнее щелчок при включении; Maximum Gain: RF не больше 142 кОм, RI не меньше 18 кОм
  2. Texas Instruments. LM386 Low Voltage Audio Power Amplifier (SNAS545D, May 2004, revised August 2023) — табл. 6.5: входное сопротивление RIN 50 кОм; упрощённая схема — входы соединены с общим проводом через 50 кОм
  3. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. II — AC, 6th ed. (CC BY) — гл. 4: реактивное сопротивление конденсатора XC = 1/(2πfC); гл. 8 «Filters», разд. 8.2–8.3: частота среза RC-фильтра f = 1/(2πRC), на ней выходное напряжение составляет 70,7 % входного; фильтр верхних частот — конденсатор последовательно с нагрузкой

Нашли ошибку?

Смотрите также