22

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2001

Sprawa wydaje siê

prosta. Radioodtwarzacz

nale¿y do³¹czyæ

do instalacji elektrycznej

samochodu

i po k³opocie.

Jednak rzeczywistoϾ

bywa bardziej

skomplikowana, o czym

mowa w artykule.

C

oraz wiêcej u¿ytkowników chce

s³uchaæ w samochodzie muzyki

odtwarzanej z tak dobr¹ jakoœci¹,

jak¹ oferuj¹ domowe zestawy hi-

fi. Niestety, jakoœæ dŸwiêku w samocho-

dzie jest znacznie gorsza. Ma³a objêtoœæ

kabiny pasa¿erskiej, powierzchnie foteli

i œcian poch³aniaj¹ce dŸwiêk, ha³as we-

wn¹trz i na zewn¹trz pojazdu, brak miejsca

dla g³oœników o wiêkszych wymiarach,

ograniczenia w zasilaniu, to czynniki pogar-

szaj¹ce jakoœæ dŸwiêku. Wp³yw ka¿dego

z tych czynników mo¿na skutecznie ogra-

niczaæ. W tym artykule omówiono proble-

my zasilania i sposób ich rozwi¹zywania.

¯ród³a energii w samochodzie

W domowych instalacjach hi-fi nie ma prak-

tycznie ograniczeñ w dostarczaniu mocy

z sieci elektrycznej. W samochodzie

Ÿród³em energii jest alternator wspoma-

gany akumulatorem, a instalacja ma napiê-

cie nominalne 12 V. Do uzyskania takiej

samej mocy, z instalacji samochodowej

trzeba pobraæ pr¹d o natê¿eniu ok. 15 ra-

zy wiêkszym ni¿ z sieci 220 V. Temu w³a-

œnie problemowi _ zasilaniu urz¹dzeñ car

audio o wiêkszej mocy, warto poœwiêciæ

wiêcej uwagi.

Ze wzglêdu na swoj¹ du¿¹ indukcyjnoœæ,

alternator wnosi tylko ograniczony wk³ad do

pr¹du zasilania samochodowych urz¹dzeñ

audio. Nie jest on w stanie dostarczaæ,

charakterystycznych dla odtwarzania mu-

zyki, bardzo krótkich impulsów pr¹dowych

o du¿ej amplitudzie, poniewa¿ ma zbyt du-

¿¹ wewnêtrzn¹ impedancjê. Z drugiej stro-

ny, akumulator ma rezystancjê wewnêtrz-

n¹ rzêdu 40 milionów. Do wspomnianych

impedancji samochodowych Ÿróde³ pr¹du

trzeba dodaæ rezystancje z³¹cz i zestyków

oraz impedancjê przewodów doprowadza-

j¹cych pr¹d do radioodtwarzacza i ewen-

tualnie wspó³pracuj¹cych z nim dodatko-

wych wzmacniaczy. Równie¿ pr¹d ”zwrot-

ny”, p³yn¹cy przez nadwozie i podwozie sa-

mochodu do ujemnego bieguna akumula-

tora, napotyka na swojej drodze na pewn¹

rezystancjê. Wszystkie wartoœci z tego ³añ-

cucha, zsumowane, tworz¹ impedancjê

Ÿród³a energii.

Wzmacniacze audio zwiêkszaj¹ moc sy-

gna³ów pr¹du zmiennego z du¿¹ zawarto-

œci¹ przebiegów impulsowych, w zwi¹zku

z czym natê¿enie pr¹du pobieranego ze

Ÿród³a zasilania gwa³townie siê zmienia _

ma tak¿e charakter impulsowy. Do prawi-

d³owego odtwarzania basów, ze wzglêdu

na wysokie amplitudy dŸwiêku, potrzebne

s¹ impulsy pr¹dowe o bardzo du¿ej ampli-

tudzie.

Impedancja Ÿród³a zasilania w samocho-

dzie zazwyczaj jest wiêksza ni¿ 300 milio-

nów, a nierzadko przekracza 1

Ω

. W samo-

chodowych systemach audio z dodatkowy-

mi wzmacniaczami, nierzadko s¹ spoty-

kane moce wyjœciowe 200

÷

500 W. Nie s¹

to moce nadmierne, je¿eli chce siê uzyskaæ

niezniekszta³cone odtwarzanie silnych

dŸwiêków basowych. Bior¹c pod uwagê

napiêcie zasilania 12 V i ograniczon¹

sprawnoœæ energetyczn¹ wzmacniaczy,

amplitudy impulsów mog¹ mieæ 30, 60

a nawet wiêcej amperów. Takiego pr¹du,

Ÿród³o o impedancji 300 miliomów, lub wiê-

cej, nie bêdzie w stanie dostarczaæ.

Rozpatrywano tu problem zwi¹zany ze

zmieniaj¹cym siê w bardzo szerokich gra-

nicach poborze pr¹du przez urz¹dzenia

car audio. Istnieje natomiast jeszcze je-

den problem dotycz¹cy zasilania tych urz¹-

dzeñ. Chodzi o bilans energii elektrycznej

samochodu. Odbiorniki energii elektrycznej

znajduj¹ce siê w samochodzie, takie jak

œwiat³a, urz¹dzenie zap³onowe, ogrzewa-

nie tylnej szyby, klimatyzacja, mog¹ po-

bieraæ do 50 amperów. Co wiêcej, alterna-

tor jest zaprojektowany na œrednie zu¿y-

cie energii plus ok. 20%. Istnieje wobec te-

go realne niebezpieczeñstwo, ¿e podczas

jazdy w trudnych warunkach atmosferycz-

nych, gdy s¹ w³¹czone g³ówne odbiorniki

energii: d³ugie œwiat³a, ogrzewanie tylnej

szyby, wycieraczki itd., po w³¹czeniu roz-

budowanej instalacji car audio, mo¿e nie

wystarczyæ pr¹du z alternatora i zacznie siê

roz³adowywaæ akumulator, a po pewnym

czasie samochód po prostu stanie.

Jest jeszcze jedno niepo¿¹dane zjawisko:

akumulator bêdzie obci¹¿any przez

wzmacniacze krótkimi impulsami pr¹du

o du¿ej amplitudzie, ze szkod¹ dla jego

trwa³oœci.

”Po¿yczanie” energii

dla wzmacniacza

Z przedstawionego rozwa¿ania wynika je-

den wa¿ny wniosek: napiêcie zasilania

wzmacniaczy mocy nie mo¿e ”siadaæ” pod

wp³ywem gwa³townych impulsów baso-

wych. To znaczy, ¿e Ÿród³o zasilaj¹ce mu-

si byæ zdolne do dostarczania krótkotrwa-

³ych impulsów pr¹dowych.

Ten warunek ³atwo spe³niaæ w sieciowych

zasilaczach domowych zestawów hi-fi. Sto-

suje siê w nich odpowiednio du¿e napiêcia

zasilania, co zmniejsza zapotrzebowanie

ZASILANIE SAMOCHODOWEGO

SPRZÊTU AUDIO

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 1. Wyprowadzenia w kondensatorach

buforowych

a _ samochodowy kondensator Brax z wieloma

po³¹czeniami ok³adek, b _ gorszy kondensator

z pojedynczymi po³¹czeniami

a)

b)

Rys. 2. Charakterystyki impedancji w funkcji

czêstotliwoœci

Akumulator

Kondensator

elektrolityczny

Kondensator Brax

Z

[m

Ω

]

f

[kHz]

1000

100

10

1

0,01 0,1 1 10 100

na pr¹d. Energii potrzebnej do ”impulsowe-

go” zasilania wzmacniaczy mocy dostar-

czaj¹ w³¹czone w obwód zasilania buforo-

we kondensatory elektrolityczne o pojem-

noœci rzêdu tysiêcy mikrofaradów. Takie

kondensatory maj¹ niewielk¹ impedancjê

wewnêtrzn¹.

Kondensatory buforowe s¹ wykorzystywa-

ne równie¿ do zasilania wzmacniaczy du-

¿ej mocy w systemach car audio. Jednak

wymagania stawiane tym kondensatorom

s¹ znacznie wiêksze. Musz¹ one wyrówny-

waæ impulsy pr¹dowe o du¿o wiêkszej am-

plitudzie, a wiêc mieæ znacznie wiêksz¹

pojemnoœæ rzêdu miliona mikrofaradów,

to znaczy jednego farada, przy bardzo ma-

³ej impedancji w szerokim zakresie czê-

stotliwoœci, od kilku herców do kilkudziesiê-

ciu kiloherców.

Jest to warunek, który musi byæ spe³niony,

aby kondensator buforowy skutecznie spe³-

nia³ swoj¹ funkcjê w ca³ym pasmie czêsto-

tliwoœci przenoszonych przez wzmacniacz.

Zwyk³e kondensatory elektrolityczne nie

nadaj¹ siê w tym przypadku, poniewa¿

maj¹ zbyt du¿¹ w³asn¹ indukcyjnoœæ.

Znana w œrodowisku fanów car audio nie-

miecka firma Audiotec Fischer, produkuj¹-

ca najwy¿szej klasy podzespo³y marki Brax

i Helix, opracowa³a specjalne buforowe

kondensatory elektrolityczne. Zarówno spe-

cjalna technologia produkcji tych konden-

satorów, jak i uzyskane wyniki, zas³uguj¹

na szersze omówienie.

Klasyczny kondensator elektrolityczny o du-

¿ej pojemnoœci ma wiele zwojów cienkiej

aluminiowej folii, a wiêc du¿¹ indukcyjnoœæ

oraz impedancjê. W kondensatorach Brax

zredukowano indukcyjnoϾ folii do mini-

mum, zwielokrotniaj¹c po³¹czenia folii z za-

ciskami kondensatora. W zwyk³ych kon-

densatorach elektrolitycznych kaŸda ok³ad-

ka (folia) ma przymocowane jedno wypro-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 7/2000

wadzenie do zewnêtrznej koñcówki kon-

densatora. Kondensatory Brax maj¹ tych

wyprowadzeñ kilkanaœcie z ka¿dej ok³ad-

ki. Ró¿nicê w konstrukcji widaæ wyraŸnie na

rys. 1. Ponadto w kondensatorach Brax

wyprowadzenia s¹ zgrzewane z foli¹, na

zimno ultradŸwiêkami, co zapewnia ich

du¿¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹ i ma³¹

wra¿liwoœæ na ró¿nego rodzaju drgania

charakterystyczne dla samochodów.

Patrz¹c na rys. 2 ³atwo sprawdziæ, jak du-

¿e korzyœci przynosi w³¹czenie buforowe-

go kondensatora Brax w obwód zasilania

instalacji car audio. Na przyk³ad, przy czê-

stotliwoœci do 10 kHz wewnêtrzna rezy-

stancja akumulatora wynosi ok. 300 m

Ω

,

impedancja zwyk³ego kondensatora elek-

trolitycznego ok. 50 m

Ω

, a kondensatora

Brax zaledwie ok. 3 m

Ω

.

Wygl¹dem zewnêtrznym samochodowy

kondensator buforowy (rys. 3) nie przypo-

mina zwyk³ego kondensatora elektrolitycz-

nego. Wyró¿niaj¹ go przede wszystkim

solidna obudowa i masywne zaciski mocu-

j¹ce przewody doprowadzaj¹ce. W kon-

densatorach tego rodzaju s¹ montowane

zazwyczaj uk³ady zabezpieczaj¹ce i mie-

rz¹ce napiêcie. SJ.

n

Na podstawie materia³ów informacyjnych firmy Audio-
tec Fischer.

Rys. 3. Samochodowy
kondensator buforowy
Brax o pojemnoœci
1 000 000

µµ

F