Kondensatory w obwodzie zasilania układu audio

Witam, mam pytanie w sprawie kondensatorów w obwodach zasilania układów audio, oznaczonych na schemacie jako "decoupling capacitors". Otóż jest to układ oparty na wzmacniaczach op. TL072, zasilany napięciem symetrycznym 15/-15V, na schemacie widnieje kilkanaście kondensatorów 100 nF MKT (po dwa dla każdego ze wzmacniaczy op. - między masą a dodatnim i ujemnym zasilaniem). Na co wpływają owe kondensatory w tym układzie? Do redukcji tętnień sieci/szumów pochodzących z układu zasilania tak, by nie było go słychać w obwodzie sygnału audio? Projektuję płytkę PCB i zastanawiam się:

a) czy można zastosować np jedynie jedną parę takich kondensatorów tuż przy wejściu przewodów zasilających i dalej pociągnąć ścieżkami do każdego ze wzmacniaczy op. (wówczas zwiększyć pojemność tych kondensatorów jako 100nF x ilość wzmacniaczy op.? czy pozostawić 100nF bo istotne są tu częstotliwości?)
b) czy trzeba zastosować taką ilość kondensatorów jak ilość wzmacniaczy op. tuż przy wejściu zasilania?
c) czy trzeba zastosować taką ilość kondensatorów jak ilość wzmacniaczy op. tuż przy każdym ze wzmacniaczy op.?

Co może się stać, jeśli te kondensatory zostaną w ogóle pominięte (będzie to słyszalne?)
Dziękuję za informację i pozdrawiam,

Z tego co wiem do tej pory to prawidłowa jest jedynie odpowiedź c).
I to po dwa kondensatory, jeden przy Vcc, drugi przy Vss, jeżeli wzmacniacze zasilasz symetrycznie.
Kondensatory te powinny być umieszczone jak najbliżej nóżek zasilania wzmacniacza operacyjnego. I najlepsze są ceramiczne.
Ich rolą jest "zwieranie" zakłóceń (które są prądem przemiennym) pojawiających się w liniach zasilania do masy.

uzytkownik1999833 wrote:

czy można zastosować np jedynie jedną parę takich kondensatorów tuż przy wejściu przewodów zasilających i dalej pociągnąć ścieżkami do każdego ze wzmacniaczy op.

Nie, to tzw. kondensatory odsprzęgające i powinny być umieszczone jak najbliżej układu.

uzytkownik1999833 wrote:

b) czy trzeba zastosować taką ilość kondensatorów jak ilość wzmacniaczy op. tuż przy wejściu zasilania?

Nie.

uzytkownik1999833 wrote:

c) czy trzeba zastosować taką ilość kondensatorów jak ilość wzmacniaczy op. tuż przy każdym ze wzmacniaczy op.?

Tak.

Dziękuję za odpowiedzi.

Przyglądnąłem się bliżej schematowi i zauważyłem, że przy jednym z układów (na wejściu, zakładam że to input buffer) kondensator 100nF jest zapięty bezpośrednio między dodatnim a ujemnym wejściem zasilania. Czy w tej sytuacji można zastąpić go dwoma kondensatorami podpiętymi do masy czy zostawić tak jak jest?

Te kondensatory poprawiają stabilność napięcia zasilania, nie chodzi tu o filtrację zakłóceń z zewnątrz, ale o prace samych wzmacniaczy, wzmacniacz pobiera prąd zmieniający w zależności od wartości chwilowej sygnału, jeśli obwody zasilania mają dużą impedancję, spowoduje to zmiany napięcia zasilania, które mogą źle wpływać na pracę tego wzmacniacza, oraz innych zasilanych tym samym napięciem.

Dla prądu stałego zasilanie zazwyczaj ma małą rezystancję, ale wraz ze wzrostem częstotliwości indukcyjność przewodów/ścieżek proporcjonalna do ich długości nabiera znaczenia, przez co impedancja rośnie, co możemy poprawić kondensatorami.

Do odsprzęgania zasilania stosuje się zazwyczaj kondensator elektrolityczny kilkadziesiąt do stu uF wystarczy jeden (jedna para) na płytkę, bo te kondensory działają w zakresie niższych częstotliwości, gdzie długość ścieżek nie ma aż takiego znaczenia, oraz kondensatory 100nF przy każdym układzie scalonym.

Kondensatory 100nF muszą być blisko układów scalonych dla częstotliwości liczonych w MHz, choć w układzie audio takie nie występują to należy pamiętać że wzmacniacz operacyjny wzmacnia do kilku MHz i powinien mieć poprawnie zaprojektowany układ w całym zakresie w którym działa, żeby był bardziej odporny na zakłócenia wysokoczęstotliwościowe, żeby się nie wzbudzał na wysokich częstotliwościach, a także żeby nie było nieprzewidzianych sprzężeń miedzy stopniami przez zasilanie.

uzytkownik1999833 wrote:

Co może się stać, jeśli te kondensatory zostaną w ogóle pominięte (będzie to słyszalne?)
Dziękuję za informację i pozdrawiam,

Zastosowanie kondensatorów jest mniej kłopotliwe, niż walka z problemami które mogą wystąpić gdy ich nie ma, dlatego nikt się nie bawi w oszczędności. Zamiast MKT możesz dać ceramiczne, w tej roli sprawdzają się świetnie i zajmują mniej miejsca, choć nie były by dobrym wyborem w torze sygnału.

jarek_lnx wrote:

Zamiast MKT możesz dać ceramiczne, w tej roli sprawdzają się świetnie i zajmują mniej miejsca, choć nie były by dobrym wyborem w torze sygnału

Dokładnie jak jarek pisze. Nie ma co oszczędzać i kombinować. Spotykałem konstrukcje, gdzie obok 100nF było jeszcze 10uF tantalowe. Po prostu wskazane jest, aby każdy układ miał swoją parę kondensatorów odsprzęgających.

Dodam jeszcze obrazek który pokazuje że kilkanaście milimetrów ścieżki (indukcyjność) szeregowo z kondensatorem 100nF obniża częstotliwość rezonansu szeregowego z kilkunastu, do kilku MHz, może nie jest to znaczący problem w układach ze wzmacniaczami operacyjnymi ale w układach cyfrowych już tak - podłączenia kondensatorów odsprzęgających powinny być krótkie, blisko układu scalonego.


I jeszcze porównanie impedancji ceramicznego 100nF z tantalowym 10uF, gdzie widać jak się uzupełniają, chcielibyśmy uzyskać jak najniższą wartość, więc łączymy różne kondensatory które są dobre w różnych zakresach częstotliwości.

W układach audio kondensatory odsprzęgające mniejsze od 100nF nie są użyteczne, w szybkich układach cyfrowych i układach na częstotliwości radiowe są potrzebne.
A poniżej przykład jak wygląda wykres impedancji kilku kondensatorów połączonych równolegle

Każdy wykres trochę z "innej bajki" dla dużo wyższych częstotliwości niż nas interesują - takie znalazłem szukając w internecie czegoś co pozwoli pokazać o czym mówię.

Niektóre wzmacniacze audio wysokiej jakości, jak LME49710 maja pasmo 50MHz co wymaga starannego projektowania płytek, żeby nie zrobić przypadkiem odbiornika/nadajnika radiowego

Sam TL072 nie ma pinu 'masa'; układ może mieć odrębną masę wejściową i wyjściową; kondensatory od +-zasilania wypada łączyć do wyjściowej.

_jta_ ze schematu wynika, że w obrębie całego obwodu jest jedna masa ("GND"). Kanały lewy i prawy mają ich ground spięty razem - i do tej samej masy jest przypięta masa (GND) zasilania. Pomiędzy znakiem uziemienia ("Earth") - czyli jak mniemam obudowy/elementów metalowych - a wspólną masą (GND) jest wpięty kondensator 100nF.

Może mieć to wpływ na pojawienie się jakichś słyszalnych ''artefaktów'' w przesyłanym sygnale? Czy lepiej pozostawić masę sygnału od wejścia do wyjścia osobno (tzn. niepołączoną z tą od zasilania i uziemienia)?

Dziękuję za odpowiedź, pozdrawiam.

A możesz pokazać ten schemat?

Obawiam się, że nie w całości, ale fragment o którym mówię jak najbardziej. Tak wygląda to od strony wejścia sygnału i zasilania.

Wszystkie masy od ścieżek sygnałów (np. przy potencjometrze regulacji głośności, gdzie po prostu jest to regulacja stosunku sygnał/masa) są jakby połączone/stanowią jedność z tą masą od zasilania, stąd moje pytanie jak w poprzednim poście.

Nie wspomniałem o tym, ale występuje tam również wejście/wyjście typu RCA, gdzie masa sygnału (osłona wtyku) jest również połączona z tą "ogólną".

Ta "jedna" masa, to są jakieś połączenia, jakiś przewód, i jest istotna kolejność podłączeń wzdłuż tego przewodu. Kondensatory od zasilania stopnia wzmacniacza powinny być podłączone tam, gdzie jest masa dla wyjścia tego stopnia - dalej powinny być podłączenia masy dla stopnia, który od niego dostaje sygnał... A masa zasilania w okolicy wyjścia ostatniego stopnia wzmocnienia.

Czyli mam rozumieć, że nie można na płytce spiąć masy od zasilania z tą główną od sygnałów? Jedynie w miejscu wyjścia ostatniego stopnia wzmocnienia? Natomiast "poprzednia" masa od wejścia aż do ostatniego stopnia wzmocnienia ma być odseparowana od tej od zasilania?

uzytkownik1999833 wrote:

mam rozumieć, że nie można na płytce spiąć masy od zasilania z tą główną od sygnałów?

_jta_ wrote:

jest istotna kolejność podłączeń wzdłuż tego przewodu.

uzytkownik1999833 wrote:

"poprzednia" masa od wejścia aż do ostatniego stopnia wzmocnienia ma być odseparowana od tej od zasilania?

Kolega wyżej cytowany chyba dostatecznie dokładnie wyjaśnił sprawę łączenia mas. Jeśli nie - Poczytaj na forum o problemach z "pętlą masy".

Chodzi o to, żeby prąd od masy zasilania nie płynął przez masę wejściową. Popatrz, którędy mogą płynąć prądy przez masę.