DIY síťové filtry: jak vyrobit 220 V filtr pro potlačení hluku pro audio zařízení podle schématu? Návod na sestavení filtru z dostupných dílů

Dnes má téměř každá domácnost věc, kterou většina z nás nazývá jednoduše prodlužovací kabel. I když jeho správný název zní přepěťová ochrana. Tato položka nám umožňuje připojit různé typy zařízení k elektrické zásuvce, kterou z nějakého důvodu nemůžeme přiblížit ke zdroji napájení a nativní kabel zařízení prostě není dostatečně dlouhý. V tomto článku se pokusíme zjistit, jak vytvořit jednoduchý síťový filtr vlastníma rukama.

Zařízení

Pokud mluvíme o návrhu takové věci, jako je síťový filtr, pak je třeba říci, že může patřit do jedné ze 2 kategorií:

• stacionární vícekanálový;
• vestavěný.

Obecně platí, že schéma zapojení běžného síťového filtru určeného pro napětí 220 V bude standardní a v závislosti na typu zařízení se může lišit jen nepatrně.

Pokud mluvíme o vestavěných modelech, jejich zvláštností je, že kontaktní desky takových filtrů budou součástí vnitřní struktury elektronického zařízení.

Takové desky má i další zařízení, které spadá do kategorie komplexní. Takové desky se obvykle skládají z následujících součástí:

• aditivní kondenzátory;
• indukční cívky;
• toroidní tlumivka;
• varistor;
• tepelná pojistka;
• VHF kondenzátor.

Varistor je rezistor s proměnným odporem. Pokud je překročen standardní práh napětí 280 voltů, jeho odpor klesá. Navíc se může snížit více než desetkrát. Varistor je v podstatě zařízení na ochranu proti přepětí. Stacionární modely se obvykle liší tím, že mají několik zásuvek. To umožňuje připojit k elektrické síti několik modelů elektrických zařízení přes síťový filtr.

Všechny síťové filtry jsou navíc vybaveny LC filtry. Taková řešení se používají pro audio zařízení. To znamená, že takový filtr potlačuje šum, což bude pro zvuk a práci s ním nesmírně důležité. Síťové filtry jsou také někdy vybaveny tepelnými pojistkami, které pomáhají předcházet napěťovým rázům. Někdy některé modely používají jednorázové tavné pojistky.

Jak to udělat?

Chcete-li vytvořit co nejjednodušší síťový filtr, budete potřebovat nejběžnější prodlužovací kabel pro několik zásuvek se síťovým kabelem. Výrobek je vyroben velmi jednoduše. Chcete-li to provést, budete muset otevřít prodlužovací kryt a poté připájet odpor požadované hodnoty v závislosti na modelu rozšíření a indukční cívce. Poté musí být obě větve spojeny pomocí kondenzátoru a rezistoru. A mezi zásuvky musí být instalován speciální kondenzátor – síťový. Tento prvek mimochodem není povinný.

Instaluje se do těla zařízení pouze tehdy, když je k tomu dostatek místa.

Z dvojice vinutí je také možné vyrobit model síťového filtru s tlumivkou. Takové zařízení bude použito pro zařízení s vysokou citlivostí. Například pro audio zařízení, která poměrně silně reagují i ​​na sebemenší rušení v elektrické síti. Výsledkem je, že reproduktory produkují zkreslený zvuk a také cizí hluk na pozadí. Síťový filtr tohoto typu umožňuje tento problém vyřešit. Lepší by bylo sestavit zařízení do pohodlného pouzdra na desce s plošnými spoji. Provádí se takto:

• k navíjení tlumivky by měl být použit kroužek z feritu třídy NM, jehož propustnost je v rozmezí 400-3000;
• nyní by mělo být jeho jádro izolováno tkaninou a poté potaženo lakem;
• pro navíjení byste měli použít kabel PEV, jehož průměr bude záviset na výkonu zátěže, pro začátek je vhodný kabel v rozmezí 0,25 – 0,35 milimetrů;
• vinutí by mělo být provedeno současně se 2 kabely v různých směrech, každá cívka se bude skládat z 12 závitů;
• Při vytváření takového filtru byste měli používat nádoby s provozním napětím asi 400 voltů.

Zde je třeba dodat, že vinutí tlumivky jsou zapojena do série, což vede k vzájemné absorpci magnetických polí.

Při průchodu vysokofrekvenčního proudu tlumivkou se zvyšuje její odpor a kondenzátory pohlcují a zkratují nežádoucí impulsy. Teď už zbývá jen nainstalujte desku plošných spojů do kovového pouzdra. Pokud se rozhodnete použít pouzdro vyrobené z plastu, budete do něj muset vložit kovové desky, které umožní vyhnout se zbytečnému rušení.

Je také možné vyrobit speciální síťový filtr pro napájení rádiových zařízení. Takové modely jsou potřebné pro zařízení, která mají pulzní napájecí zdroje, které jsou extrémně citlivé na výskyt různých typů jevů v elektrické síti. Takové zařízení může být například poškozeno, když blesk udeří do elektrické sítě 0,4 kV. V tomto případě bude obvod téměř standardní, ale úroveň odrušení sítě bude vyšší. Zde bude muset být elektrické vedení vyrobeno z měděného drátu s PVC izolací o průřezu 1 milimetr čtvereční.

V tomto případě můžete použít běžné odpory MLT. Zde je také nutné použít speciální kondenzátory.

Jeden by měl být dimenzován na 3 kV DC a mít kapacitu asi 0,01 μF a druhý by měl být dimenzován na 250 V AC se stejnou kapacitou. Bude zde i 2-vinutí tlumivka, která by měla být vyrobena na feritovém jádru o propustnosti 600 a průměru 8 milimetrů a délce asi 7 centimetrů. Každé vinutí by mělo mít 12 závitů a zbývající tlumivky by měly být vyrobeny na pancéřových jádrech, z nichž každé bude mít 30 závitů kabelu.. Jako jiskřiště lze použít varistor s napětím 910 V.

Bezpečnostní opatření

Pokud mluvíme o bezpečnostních opatřeních, pak bychom si měli především pamatovat, že domácí síťový filtr, který chcete sestavit z dostupných dílů, je poměrně složité technické zařízení. A bez znalostí v oblasti elektroniky, a to poměrně rozsáhlých znalostí, to prostě nejde udělat správně. Kromě, veškeré práce na vytvoření nebo úpravě stávajícího zařízení musí být prováděny výhradně při dodržení všech bezpečnostních opatření. V opačném případě hrozí vysoké riziko úrazu elektrickým proudem, který může být nejen nebezpečný, ale i smrtelný.

Zde je třeba připomenout, že kondenzátory používané k vytvoření síťových filtrů jsou navrženy pro poměrně vysoké napětí.

To jim umožňuje vytvářet zbytkovou akumulaci náboje. Z tohoto důvodu může člověk dostat elektrický šok i po úplném odpojení zařízení od elektrické sítě. Proto při práci Musí existovat paralelní odpor. Dalším důležitým bodem je, že před prací s páječkou byste se měli ujistit, že všechny prvky síťového filtru jsou v dobrém stavu. K tomu byste měli použít tester, kteří potřebují změřit hlavní charakteristiky a porovnat je s deklarovanými hodnotami.

Poslední důležitý bod, který stojí za zmínku, je ten Vyhněte se křížení kabelů, zejména v oblastech, kde může být velmi vysoké potenciální nahromadění tepla. Mluvíme například o exponovaných kontaktech a také o rezistorech linkových filtrů. A nebylo by na škodu se před připojením zařízení k síti ujistit, že nedojde ke zkratům. To lze provést prozvoněním testerem. Jak vidíte, je možné vytvořit síťový filtr vlastníma rukama. K tomu byste však měli jasně vědět, jaké činnosti provádíte, a mít určité znalosti v oblasti elektroniky.

Níže se dozvíte, jak zabudovat přepěťovou ochranu do běžné prodlužovací šňůry.

Nedávno jsem pro pokusy potřeboval napětí 220 V s fázovou izolací. Prohrabal jsem svůj „noční stolek“ – žádné hotové řešení neexistovalo. Je tam hardware z TS-180. Je možné navinout transformátor 1:1. A chystal jsem se to udělat, když jsem narazil na záložní zdroje Back-UPS CS-500 (model BK500EI) povalující se nevyužité (pic.1). V měniči ale mají docela výkonné transformátory – proč nezkusit napětí na jednom snížit a na druhém zase zvednout? Požadovaného výsledku bude dosaženo.
obr. 1 Transformátory v měničích jsou provedeny celkem dobře – desky jsou na dvou místech svařeny, vinutí jsou vyplněna něčím podobným epoxidovému lepidlu, ale průhlednějším. Síťové vinutí je navinuto nahoře. Tloušťka izolace drátu je 0,5 mm. Vstupní vodiče (bílý a černý) provedou dvě otáčky feritovým kroužkem (pic.2).
Obr.2 Existují dvě sekundární vinutí (pic.3). Jeden z nich, silnoproudý, má odbočku ze středu a je navinutý drátem o průměru 1,6 mm (na izolaci). Jedná se o červené, černé a bílé špendlíky. Druhé sekundární vinutí je vyrobeno z drátu o průměru izolace 0,5 mm. Jeho terminály jsou hnědé a modré.
Obr
Při kontrole proudu naprázdno transformátorů se ukázalo, že se mírně liší. Jeden má proud asi 55 mA, druhý má 42 mA. Výstupní napětí se také lišila asi o 0,15-0,2 V. Nejprve se obvod sestavoval podle obrázek 4. Při přivedení 225 V na vstup bylo výstupní napětí 221 V. Při připojení zátěže (220 V/60 W žárovka) výstupní napětí klesne na 212 V. Při poklesu zátěže na 40 W stoupne na 215 V. Transformátory se při dlouhodobém provozu zahřejí na cca 50-60 stupňů. Celkově je vše docela dobré.
Obr. 4 Pak jsem se rozhodl ověřit, jak se takový měnič chová jako filtr harmonických síťových napětí a všech druhů odpadků v něm přítomných. Na vstupní a výstupní obvody byly připojeny odporové děliče R1R2 a R3R4 (pic.5), jehož signál byl přiveden na zvukovou kartu počítače a zpracován programem SpectraPLUS.
Obr. 5 Spektrální charakteristiky odebrané ve frekvenčním pásmu 10 Hz – 23 kHz jsou uvedeny na Obr obrázek 6. Od této chvíle v textu je horní graf (levý kanál) vstupní napětí sítě, dolní graf (pravý kanál) je výstupní napětí. „Klacek“ stojící v obou kanálech na frekvenci 17,7 kHz je vnitřní problém počítače, toto rušení je přítomno vždy, mění se pouze jeho úroveň. Vysoká úroveň a počet harmonických u síťového napětí je způsobena zkresleným tvarem sinusovky – vrcholy půlvln jsou odříznuty. Obecně je jasné, že mezi vstupními a výstupními signály není žádný zvláštní rozdíl ve frekvenční odezvě. To svědčí o dostatečné, v tomto případě až přílišné, širokopásmové šíři transformátorů v audio rozsahu. Vysokofrekvenční signály indukované na vodičích sítě s největší pravděpodobností také procházejí ze vstupu na výstup, ale ne transformací, ale kapacitní vazbou mezi primárním a sekundárním vinutím. Feritové kroužky na svorkách primárních vinutí s největší pravděpodobností začnou efektivně pracovat při frekvencích 5-10 MHz.
Obr. 6 Pokusil jsem se paralelně s nízkonapěťovými vinutími zařadit fóliové polypropylenové kondenzátory C1 a C2 o kapacitě 150 nF (pic.7) a posoudit jejich dopad.
Obr.7 Na spodním grafu obrázek 8 Některé změny jsou viditelné při frekvencích nad 10 kHz. To je ale příliš málo na to, aby se tomu dalo říkat „filtr“. Může potlačit vysoké frekvence, ale stále propustí všechny nízké frekvence.
Obr. 8 Do vysokonapěťových obvodů jsem nainstaloval standardní LC filtry počítačové sítě a do nízkonapěťových obvodů tlumivky L2 a L3 (pic.9 (odpory děličů zde a níže v zapojení nejsou znázorněny, ale jsou vždy na vstupu a výstupu obvodů)). Na spodním grafu obrázek 10 strmější roll-off se stal patrným při frekvencích nad 1,5 kHz.
Obr
Obr.10 Je ale také patrné mírné zvýšení harmonických úrovní na frekvencích od 650 Hz do 1550 Hz. Je možné, že je to způsobeno tokem silných proudů přes tlumivky L2 a L3, navinuté na feritových kroužcích odebraných z počítačových zdrojů (pic.11). Prsteny mají rozměr 27x14x11 a jsou natřeny žlutou barvou. Vinutí se skládá z 20 závitů smaltovaného drátu o průměru 1,5 mm.
Obr.11 Ale obecně byly charakteristiky obvodu uspokojivé, byl sestaven a úspěšně splnil svůj úkol. A nedávno jsem se rozhodl sestavit stejný oddělovací filtr, ale s důrazem na filtrování, a napájet přes něj starý CD přehrávač. Myslel jsem, že jelikož je PKD již zcela „hustý“, filtr do něj nebude moci zasahovat. Schéma prošlo mírnou úpravou (pic.12). Ukázalo se, že celý „důraz na filtrování“ spočíval v tom, že stačilo odstranit tlumivky navinuté na počítačových feritových kroužcích a na jejich místo umístit jeden standardní D-165U. Podle referenční knihy [1] je stejná tlumivka, ale bez písmene „U“, navinutá na železe ШЛМ25х25, má indukčnost 1,2 mH s magnetizačním proudem 18 A. Odpor vinutí je 0 Ohm. Kapacity kondenzátorů C0212 a C5 byly vybrány z velkého množství všech druhů MBG, K6-73, K11-73 a K16-77. Kondenzátor C1 spolu s L5 plní funkci filtrování rušení generovaného napájecím zdrojem zátěže. Polypropylenové kondenzátory C2 a C4 řady PPN jsou v obvodu ponechány, protože mají nízkou indukčnost a měly by dobře tlumit vysokofrekvenční rušení.
Obr.12 Vstupní a výstupní LC filtry (pic.13) byly použity stejné jako na obrázku na obrázek 9. Pokud oddělovací filtr pracuje v třívodičové síti, mohou být připojovací body kondenzátorů C1C3 a C8C10 připojeny k zemi (pro každý filtr samostatný vodič).
Obr.13 Je třeba říci, že kapacita kondenzátorů C5 a C6 na 30-40 μF je již dostatečná pro běžné filtrování, ale měl jsem v pouzdře několik extra nízkonapěťových kondenzátorů a prostor pro ně, což mi umožnilo nešetřit a získat frekvenční odezvu na výstupu znázorněném na Obr. obrázek 14. Rozdíl při použití 30 μF kondenzátorů je malý – asi 2-3 dB ve frekvenčním rozsahu od 500 Hz do 2 kHz (snímek obrazovky se bohužel neuložil).
Obr. 14 Všechna výše uvedená spektra byla pořízena s 60W žárovkou připojenou jako zátěž. Je vidět, že při frekvenci 550 Hz je harmonická potlačena téměř o 10 dB, při frekvencích od 1050 Hz do 5 kHz – přibližně o 20 dB. Vyšší frekvence jsou harmonické úrovně v síti tak malé, že je lze ignorovat. To ale neznamená, že tam filtr nefunguje. Nyní o frekvenční odezvě při připojení k filtru CD přehrávače “Vega-122S”. Jeho spotřeba je podle informací na zadním panelu 15 W. Napájecí zdroj transformátoru. Napětí produkované filtrem při připojení PKD je asi 214-216 voltů, v závislosti na provozním režimu. Protože tento test byl proveden v jiný den, podívejme se nejprve na stav sítě bez připojeného filtru a zátěže (pic.15). Některé rozdíly jsou viditelné ve srovnání s obrázek 14.
Obr.15 Dále na obrázek 16, graf se zobrazí s PCD připojeným přímo k síti v režimu „Přehrávání“. Navzdory tomu, že síť 220 V má nízký vnitřní odpor, je stále patrný mírný nárůst harmonických úrovní v oblasti 2-3 kHz. Odkud pocházejí, bude uvedeno níže.
Obr.16 Zapnuto obrázek 17 Při připojení PCD přes filtr se zobrazí snímek obrazovky.
17 Je vidět, že harmonické úrovně na grafu síťového napětí se přiblížily stavu sítě bez připojeného PKD (pic.15). Výskyt sudých harmonických ve výstupním napětí a zvýšení úrovně lichých harmonických je spojeno s provozem diodových usměrňovačů v napájecí jednotce PKD a zvýšením vnitřního odporu zdroje energie pro PKD. Ty samé, které se objevily na obrázek 16 harmonické jsou spojeny s okamžiky dobíjení elektrolytických kondenzátorů při otevírání a zavírání usměrňovacích diod. Některé harmonické na výstupu filtru lze snížit změnou kapacity kondenzátoru C9 (číslovaném obrázek 12), ale protože je připojen paralelně k vysokonapěťovému vinutí Tr2 a primárnímu vinutí zátěžového transformátoru, tvoří s nimi obvod a může vstupovat do rezonance při některých harmonických. Pokud kapacita kondenzátoru C9 překročí 5-10 μF, je možná rezonance i při základní frekvenci 50 Hz, což v důsledku toho způsobí silné zvýšení výstupního napětí. Proto při použití C9 s kapacitou větší než 0,1-0,2 μF a změně zatížení filtru může být nutné zkontrolovat výstupní napětí a provést úpravy, pokud je překročena norma. Abychom porozuměli procesům vyskytujícím se v napájení transformátoru a způsobujícím výskyt rušení, bylo sestaveno schéma zapojení obrázek 18. Použitý transformátor byl stejný jako u výše popsaných filtrů. Napětí na kondenzátoru C1 a podle toho i na zatěžovacím odporu Rload bylo asi 20 V (měřeno multimetrem BP-11A). Odpor Rload – 100 Ohm (rezistor značky PEV-10). Ukazuje se, že stejnosměrný proud, který jím protéká, je 200 mA. Rezistor R1 je snímač dobíjecího proudu kondenzátoru. Úbytek napětí z něj byl přiveden na zvukovou kartu počítače. Vstup karty je uzavřen na stejnosměrný proud, tzn. signál prochází kondenzátorem, takže pomalé procesy jsou zobrazeny s chybami a osy grafu jsou posunuty vzhledem k nule, ale v tomto případě to není kritické.
Rýže. 18 Po připojení zdroje do sítě a navázání napětí 1 V na kondenzátoru C20 procházejí impulsy proudovým snímačem R1, jehož tvar je znázorněn na Obr. obrázek 19. Vznikají při otevírání můstkových diod. Diody se začnou otevírat a procházet jimi proud teprve tehdy, když úroveň půlvlny vycházející z transformátoru Tr1 překročí o 1,5 V (přibližně) úroveň potenciálu přítomného na kondenzátoru C1. Kondenzátor se začne dobíjet a R1 začne protékat proud. Na obrázku je to přední (vlevo), plošší přední část pulzu. Strmý pokles proudového pulzu (vpravo) je způsoben tím, že se diody sepnuly ​​(a R1 neprotéká žádný proud) poté, co úroveň půlvlny, která prošla krajním bodem, byla menší než napětí akumulované kondenzátorem C1 plus 1,5 V (přibližně). Dále v čase, až do okamžiku, kdy znovu začne nabíjení, kondenzátor odevzdává akumulovanou energii zátěži. Zmíněných 1,5 V je úbytek napětí na dvou diodách umístěných v protilehlých ramenech můstku. Záleží především na značce diod a proudu, který jimi protéká. Proto píšu “přibližně”.
Obr.19 Takže dál obrázek 19 jsou viditelné pulzy s amplitudou asi 110 mV. To znamená, že R1 protéká proud 1,1 A Podle prvního Kirchhoffova pravidla jde 200 mA do zatěžovacího odporu Rload a 900 mA jde do dobíjení kondenzátoru. Na obrázek 20 poklesy napětí na R1 jsou zobrazeny při Rload = 300 Ohm. Zde je celkový proud cca 500 mA, tzn. Zatěžovací rezistor má 67 mA a kondenzátor 433 mA.
Obr.20 Uvedené příklady výpočtů platí v případě, kdy je mezi diodovým můstkem a filtračním (paměťovým) kondenzátorem obvod s odporem přesně 0,1 Ohm (např. tenké drátky). Pokud je tento odpor menší, pak se nabíjecí proud kondenzátoru zvýší. To znamená, že silné a poměrně krátké proudové impulsy přítomné ve všech obvodech až po kondenzátor C1 včetně (v sekundárním vinutí transformátoru, ve všech vodičích vedoucích k diodám, v samotných diodách) mají širokou škálu produktů zkreslení, které jsou aktualizovány při frekvenci 100 Hz. Tyto produkty jsou tím, co odlišuje spodní frekvenční odezvu od horní. obrázek 17. Také část úlomků přítomných v síti 220 V přechází ze sekundárního vinutí transformátoru přímo do kondenzátoru C1 v těch okamžicích, kdy jsou diody otevřené. Uvedu dvě spektra, pro která byly signály převzaty ze zatěžovacího rezistoru, tzn. vstup zvukové karty se jednoduše připojí ke svorkám Rload (pic.18). První spektrum, zapnuto obrázek 21 – zdroj je sestaven přesně podle schématu, bez jakýchkoliv úprav. Všechny propojovací vodiče jsou vyrobeny z vícežilového drátu z počítačových zdrojů o průměru mědi cca 1 mm a délce 50 až 150 mm. Zatěžovací odpor je připojen k C1. Za druhé, na obrázek 22 – stejný napájecí zdroj, ale vyrobený v souladu s určitými pravidly, tzn. s tlumiči as přídavnými tlumícími kondenzátory na vstupu a výstupu diodového můstku procházejí vodiče před a za můstkem feritovými kroužky (4 kroužky s 10 závity). Tyto vodiče mají maximální možný průměr (asi 2,5 mm) a minimální délku. Místo jednoho kondenzátoru C1 “ROE Elko rauh IIA DIN 41250” s kapacitou 68000 μF 25 V je zde 10 levných čínských “Jamicon” 6800 μF 25 V (zapojených paralelně s měděnými sběrnicemi 200x8x0,5 mm) a každý je 73 μF a 11Ka1 mi nF s co nejkratšími svody. Na samém konci kondenzátorové baterie je připojen zatěžovací odpor 10 ohmů. Proudové čidlo R100 je přítomno v obou obvodech, diodový můstek je PBL 1. A vypadá to, že byl zachycen jinými diodami – soudě podle obrázek 19, při vysokých proudech bude mít jedna půlvlna menší amplitudu. Možná její nahrazení “rychlými” nebo “ultrarychlými” jednoduchými diodami by přineslo lepší hodnoty. Ale přesto je výsledek ve druhé verzi, jak se říká, viditelný pouhým okem – dokonce i padesáti a stohertzové pulzace se snížily. Zvýšená celková úroveň rozvrhu na obrázek 21 naznačuje, že první verze měla širokopásmový šum, pravděpodobně spojený s kondenzátorem “ROE”. Přestože má ESR menší než 0,05 Ohm a kapacitu více než 50000 XNUMX μF (více zařízení nenaměří), je stále velmi staré a málo používané.
Obr
Obr.22 Pozor! Při konstrukci síťového filtru a zvláště při experimentování s ním byste měli být opatrní a dodržovat bezpečnostní opatření při práci s vysokým napětím! Literatura:
1. Sidorov I.N., Mukoseev V.V., Khristinin A.A. “Malé transformátory a tlumivky”, příručka, Moskva, “Rádio a komunikace”, 1985. Andrey Goltsov, r9o-11, Iskitim, léto 2014.

Seznam radioprvků

Tagy:

r9o-11 Zveřejněno: 24.08.2014 0

Odměna, kterou jsem nasbíral 0 5