O NAPAJANJU AUDIO UREĐAJA
(8 March 2007)
U člancima o mrežnim kabelima, izradi mrežnih filtara i kondicionera bilo je riječi, između ostaloga, i o određenim problemima napajanja audio uređaja te načinima njihova rješavanja ili barem ublažavanja. Ovim člankom želio bih upotpuniti i zaokružiti tu priču o napajanju, raščistiti neke popularne zablude i dati vam pokoji, nadam se koristan, savjet za poputbinu.
Problem petlji masa
U ranijim člancima govorio sam o električnoj mreži i smetnjama u njoj te načinima na koji se one mogu smanjiti ili potpuno potisnuti uporabom filtara i odgovarajućih kabela. Sada je vrijeme da se dotaknem i drugog važnog čimbenika za optimalan dizajn napajanja uređaja, a to je izvedba spoja audio masa i uzemljenja uređaja.
Spojevi audio masa i uzemljenja uređaja u audio sustavu mogu se izvesti na različite načine, ovisno o proizvođaču te tipu i namjeni uređaja. Izvedba spojeva ovisi i o tome kako je u uređaju izvedena zaštita od potencijalno smrtonosnog mrežnog napona u samom uređaju i na njegovom kućištu. U načelu se koriste dva načina zaštite, normiranih klasa I i II.
Kod uređaja sa zaštitom izvedenom u klasi I, svi metalni dijelovi uređaja izloženi ljudskom dodiru moraju biti električki spojeni na uzemljenje napajanja. Pojava mrežnog-linijskog napona na tim dijelovima (uslijed kvara i sl.) dovodi do kratkog spoja napajanja i pregorijevanja zaštitnih osigurača. Takve uređaje prepoznajemo po kabelu za napajanje ili ulaznom mrežnom konektoru, koji ima tri žice tj. kontakta: linijski, nulti i zaštitni vod (kontakt). Audio masa kod takvih uređaja u pravilu je spojena na zaštitni vod dolaznog kabela napajanja, i to u jednoj točki.
Kod uređaja čije je zaštita izvedena u klasi II postoji dvostruka izolacija onih dijelova uređaja na kojima je prisutan linijski napon. Radi se uglavnom o mrežnom transformatoru, koji je napravljen tako da se u slučaju kvara transformatora spriječi pojava linijskog napona na ostalim metalnim dijelovima audio uređaja. Uređaji koji imaju tako izvedenu zaštitu napajaju se pomoću dvožilnih kabela i na svojoj stražnjoj strani imaju otisnut znak dvostruke izolacije (slika 1). Kod takvih je uređaja audio masa u pravilu spojena na više točaka na kućištu uređaja (mase ulaznih konektora sa slike 2, točke masa na tiskanoj pločici itd.).
 |
 |
Slika 1 |
Slika 2 |
Problem spoja audio masa i uzemljenja pojasnit ću na primjeru dva zamišljena sustava, koji se sastoje od CD reproduktora, pretpojačala i izlaznog pojačala. U prvom primjeru pretpostavit ćemo da su uređaji zaštićeni u klasi I, a u drugom u klasi II. Skica prvog sustava prikazana je na slici ispod.
Svi uređaji spojeni su euro kabelima na jednu strujnu razvodnu letvicu te su međusobno spojeni cinch konektorima. Na skici se mogu vidjeti dvije petlje masa, koje čine mase interkonekcijskih kabela i vodovi uzemljenja euro kabela za napajanje. Prikazane petlje masa mogu izazvati pojavu zujanja i šuma u audio sustavu. Ako, primjerice, u CD-u postoji mrežni filtar s Y2 kodenzatorima za odvodnju HF signala iz linijskog i nultog vodiča u vod uzemljenja, struja tog signala će do strujne letvice teći kroz tri strujna kruga, koja su na gornjoj skici označena s i1 do i3. Struje i2 i i3, koje teku kroz audio mase interkonekata, izravno će negativno utjecati na kvalitetu rada audio sustava. Njihova će vrijednost ovisiti o otporima vodiča uzemljenja svakog pojedinog kabela za napajanje, s time da će struje i2 i i3 biti to manje što je otpor vodiča uzemljenja kabela napajanja kojim je spojen CD manji (a struja i1 veća). Iz ove činjenice proizlazi zaključak da je poželjno da kabeli napajanja budu što deblji (odnosno, da imaju što manji otpor) kako bi tokovi struja i2 i i3 bili što manji. Dakle, očigledno je da kabel napajanja može utjecati na tokove struja kroz interkonekte, a time i na ukupnu kvalitetu audio sustava!
Drugi zaključak, koji se sam po sebi nameće, je da na neki način treba prekinuti tokove struja i2 i i3. Spoj uzemljenja euro kabela ne smije se prekidati, no zato se u uređajima može prekinuti spoj audio mase s kućištem (točke A, B i C na slici) i uzemljenjem uređaja ili se taj spoj može izvesti na neki drugi način. Uređaji (osobito profesionalni) nerijetko imaju tzv. "ground lift" sklopku, koja služi upravo za odspajanje audio mase od mase uređaja. Govoreći iz vlastitog iskustva, optimalno je rješenje da samo pojačalo ima spoj audio mase i mase uzemljenja (točka D na slici), dok bi kod drugih uređaja u lancu ta veza trebala biti odspojena.
Kao treće, štetne HF struje/napone valja smanjiti na najmanju moguću mjeru prije nego uopće uđu u uređaje, što ćemo postići korištenjem strujnih filtara i odvojnih transformatora na samom dolazu napajanja.
Četvrti zaključak odnosi se na one koji zagovaraju ideju da za pojačalo treba dovesti poseban vod napajanja s razvodne ploče, za razliku od ostalih uređaja. Takvim spojem bespotrebno se fizički povećavaju duljine vodiča koji aktivno sudjeluju u stvaranju petlji masa pa je i veća vjerojatnost indukcije napona smetnje u vodiče masa uređaja i audio masa.
Skica drugog pokaznog sustava prikazana je na slici lijevo.
U ovom sustavu ne može doći do zatvaranja petlje masa. Dapače, mase uređaja nisu nigdje spojene s masom napajanja, što može dovesti do novih problema. U uređajima mogu biti instalirani strujni filtri s odvodima štetnih struja prema zajedničkoj audio masi (primjeri na slikama 3 i 4), koja je u odnosu na linijski i nulti vodič mrežnog napajanja na nedefiniranom potencijalu. Ovakve nedefinirane, lutajuće struje mogu protjecati kroz mase interkonekata uređaja i tako utjecati na kvalitetu audio sustava. Jednako tako, kabeli napajanja kod ovakvih uređaja često su malog promjera i fiksno su spojeni na uređaj te se ne mogu mijenjati bez ozbiljnije intervencije na uređaju. Jedan od najčešćih "tweakova" na ovakvim uređajima upravo je zamjena kabela debljim i/ili ugradnja euro/IEC priključnice za prihvat standardnog euro kabela. Izvodi li se ovakav zahvat na više uređaja, valja imati na umu da je audio masa uređaja spojena s masom kućišta pa dovođenje voda mase putem euro konektora može dovesti do pojave petlje mase prikazane u prvom sustavu.
Slika 3 |
Slika 4 |
Slika 5 |
Osobito negativan i kontraproduktivan rezultat dobivamo kada se u ovakve uređaje ugrađuju euro/IEC konektori s mrežnim filtrom (slika 5) jer će isfiltrirana štetna struja izravno ući u strujne krugove audio masa. Ako se već izvodi ovakva transformacija napajanja, kontakte uzemljenja na euro/IEC konektoru u uređajima treba svugdje ostaviti odspojene, osim na jednom uređaju tj. izlaznom pojačalu.
Balansirano napajanje
Katkada je teško ili čak nemoguće bez intervencije u same uređaje prekinuti petlje masa koje nastaju spajanjem euro kabela za napajanje (klasa I uređaja iz prethodnog odjeljka). U tim slučajevima, može se koristiti balansirano napajanje s odvojnim transformatorom (vidi projekte Gridmox1 i Gridmox2). Odvojni transformator služi za pretvorbu napona napajanja od 230V u dva jednaka, ali protufazna, napona od 115V. Uzemljenje se na sekundaru uzima sa srednjeg priključka (slika lijevo). Balansiranjem napona napajanja, struje inducirane filtrima unutar uređaja bit će jednake, no budući da su u protufazi, poništavat će se. Vodičem uzemljenja neće teći nikakva struja tijekom normalnog rada pa stoga niti neće biti ikakvog utjecaja na audio mase. Nedostatak ovakvog sustava napajanja je nužnost korištenja transformatora velike snage (Gridmox2) u slučaju kada balansiranim napajanjem želimo napajati iole snažnije pojačalo. Međutim, balansirano napajanje može se primijeniti i parcijalno, primjerice samo za izvor napajanja i pretpojačalo (Gridmox1), čime se također smanjuje moguć utjecaj smetnji na audio sustav putem audio masa. Pri dizajnu ovakvih transformatora poželjno je izvesti nekoliko otcjepa na primaru tako da se sekundarni napon može u određenoj mjeri mijenjati i namjestiti na nominalnu vrijednost. Osim toga, poželjno je izvesti i zaštitni namotaj između primara i sekundara, koji se spaja na masu uzemljenja. Na taj se način dobiva još bolja izolacija od HF smetnji koje se nalaze u mreži.
Problem nedefiniranosti linijskog i nultog priključka
Utikač euro kabela (koji se koriste u našoj zemlji) može se u mrežnu utičnicu uključiti dvojako, zakretanjem utikača za 180 stupnjeva. Zakretanjem utikača mijenja se priključak u euro kabelu na koji u uređaj dolazi linijski napon. U pravilu, linijski se napon treba kabelom spojiti na lijevi priključak euro konektora na uređaju, a nulti napon na desni priključak (slika lijevo). Proizvođači uređaja uglavnom predviđaju takav način spajanja, što znači da se u lijevi priključak umeću osigurač i preklopnik za uključenje uređaja, ako je on jednostruke izvedbe (slika 6). Takav način spajanja važan je radi sigurnosti uređaja i okoline (gornji dijagram na slici 6). U obrnutom slučaju (donji dijagram na slici 6), tj. ako se osigurač i preklopnik nalaze u grani nultog potencijala, u slučaju kvara (primjerice. proboja transformatora) može doći do kratkog spoja linijskog vodiča i uzemljenja, a da pritom ne dođe do izgaranja zaštitnog osigurača.
Osim toga, neki proizvođači transformatora za linijski priključak na primaru transformatora uzimaju onaj kraj namota koji je najudaljeniji (gledajući slojeve namatanja) od sekundarnog namotaja (slika 7). Na taj se način dobiju parazitni kondenzatori Cp između nultog vodiča primara i sekundara pa se prolaz HF smetnje s primara na sekundar smanjuje na najmanju moguću mjeru (HF smetnja ima daleko veću razinu u linijskom nego u nultom vodiču).
 |
 |
Slika 6 |
Slika 7 |
Dakle, prilikom izvedbe sustava napajanja valja pravilno dovesti linijske i nulte vodiče na uređaje. Nije svejedno kako ćete okrenuti utikač pri spajanju na mrežnu utičnicu, zbog čega bi bilo pametno pravilno označiti linijske priključke na razvodnoj letvi i euro kabelima. Neke razvodne letve, primjerice, imaju spojenu tinjalicu između nultog vodiča i uzemljenja za detekciju pravilnosti spoja. Kada prilikom uključenja letve u zidnu utičnicu tinjalica zasvijetli, to znači da je konektor uključen naopako i da ga treba zakrenuti za 180 stupnjeva.
Zaključak
Zamislite audio sustav i mrežno napajanje kao dva, u pravilu, odvojena svijeta koja se dotiču u samo jednoj točki. Kroz tu točku u audio sustav mora dolaziti čisti napon od 230V/50Hz, lišen smetnji i harmonika. Da bismo to postigli, to mjesto moramo pravilno spojiti koristeći, po potrebi, filtre i balansirane transformatore. Pri tome moramo paziti da što manje ili nimalo ne povećamo priključnu impedanciju mreže (prolazni otpor i induktiviteti filtera!) i time smanjimo maksimalnu impulsnu struju koju pojačalo može dobiti. Uz to, moramo spriječiti i pojavu štetnih petlja masa u audio sustavu te povesti računa da spojevi uređaja kabelima za napajanje budu što kraći i što manjeg prolaznog otpora-impedancije.
Eto, privedosmo priču kraju. Nadam se da ste ponešto naučili i da možebitni filozofi-namjernici među vama neće otići previše razočarani autorovim posvemašnjim ignoriranjem kriogenih tretmana, ultranaprednih svemirskih tehnologija vanzemaljskog podrijetla i supertajnih formula onkraj znanosti (i onkraj pameti) raznih superjunaka audio današnjice. Istina, kada čovjek bolje promisli, ove "male tajne velikih meštara" zapravo i nisu nešto posebno nedokučive, zar ne?
Povezani članci: |
|||
|
|
||
|
|
||
COPYRIGHT NOTICE
This material is not public domain. It is provided for your personal use only and may not be reproduced, re-distributed, re-transmitted, copied or otherwise used in any form without the express written permission of the author. You may not upload this material to any public server, on-line service, network or bulletin board without the prior written permission of the author.
The use or copying of the contents of this page, in whole or in part, for any commercial purpose is expressly prohibited.