Автор Тема: Типы резисторов - это важно?  (Прочитано 17035 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Онлайн Mepk Автор темы

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1780
  • Репутация: +105/-1
  • Еще один соберу - и всё...
    • Мой блог
Типы резисторов - это важно?
« : Декабря 15, 2013, 00:45:24 »
Когда-то на форуме проскакивало упоминание о статье Resistor Types - Does It Matter?
Я собирался сделать ее перевод, но остановился на половине текста. И вот вернулся к нему и постарался его закончить. Что получилось и насколько это полезно - судите сами.


Введение
Обсуждение типов резисторов часто поднимается на форумах по разработке гитарных усилителей. Некоторые люди рекомендуют использование только углекомпозитных резисторов, другие говорят что лучшие – металлопленочные. Кто прав? Ответ зависит от того, какие цели вы преследуете. Вот некоторая информация к размышлению с точки зрения шума резисторов.
Различают три основных типа шума резисторов: тепловой, контактный и дробовой. Тепловой шум, в основном, зависит от температуры, полосы пропускания, сопротивления, в то время как дробовой шум зависит от полосы пропускания и среднего постоянного тока, а контактный шум зависит от среднего постоянного тока, полосы пропускания, геометрии и типа материала.
Проволочные резисторы – самые тихие, подвержены только тепловому шуму, далее следуют металлопленочные, металлооксидные, углепленочные и последние – углекомпозитные.
Далее последует описание каждого типа шума со способами уменьшения его воздействия на схему вместе с некоторыми рекомендациями по разработке усилителей с низким уровнем шума.

Тепловой шум
Тепловой шум резистора равен
Vt = SQRT(4kTBR),
где
Vt – действующее значение шума
k – постоянная Больцмана(1.38∙10-23)
T – температура в градусах Кельвина(300 K – комнатная температура)
B – полоса пропускания шума в Гц(типичная полоса пропускания для аудио оборудования – 20 кГц, типичная полоса пропускания для гитарного усилителя – 5-10 кГц)
R – сопротивление(Ом)
Характеристики теплового шума определяются Гауссовской плотностью распределения вероятности, и шум имеет два различных источника некоррелированного белого шума, общая энергия шума равна сумме отдельных мощностей шума. Если считать отдельные резисторы источниками шума, то выходное напряжение шума равно квадратному корню суммы квадратов значений отдельных источников.
Приведенное выше выражение показывает, что шум находится в прямой зависимости от квадратного корня сопротивления, таким образом, если вы возьмете два резистора одного номинала и возведете их в квадрат, после чего вычислите квадратный корень, то получите то же значение, как если бы вы взяли один резистор вдвое большего номинала. Таким образом, общий шум остался таким же.
В общем, тепловой шум любого соединения пассивных элементов равен тепловому шуму, который является результатом эквивалентного полного сопротивления. Если мы работаем с чистым сопротивлением, тепловой шум равен тепловому шуму эквивалентного сопротивления. Таким образом, тепловой шум углекомпозитного резистора 1 кОм равен шуму металлопленочного резистора сопротивлением 1 кОм и не зависит от материала. Единственный способ снизить шум – уменьшить сопротивление резистора. Поэтому не стоит использовать резисторы 10 МОм во входном каскаде.
Например, при использовании 1 МОм резистора, полосе пропускания 10 кГц и комнатной температуре (300 К) вы получаете напряжение шума около 12,9 мВ. Если этот резистор находится в буфере типичного маршалоида с усилением около 83 дБ (14 125) при 1 кГц с средним положением всех ручек управления и максимальным положении регулятора высоких частот вы получите около 182 мкВ шума при выходном сопротивлении 16 Ом. Это не улучшит звук, а в хайгейновом усилителе значения шума будут расти быстрее. Выручает то, что сопротивление типичного гитарного звукоснимателя меньше, чем 1 МОм, что при параллельном включении  позволяет минимизировать этот источник шума.

Контактный шум
Контактный шум зависит от среднего постоянного тока и размера/материала резистора. Наиболее значительный шум в гитарных усилителях создает использование углекомпозитные резисторы малой мощности. Поскольку шум зависит от размера резистора, то использование резисторов 2 Вт улучшит характеристики по сравнению с 0,5 Вт резисторами. Исследования показали соотношение уровней шума равное  3:1 между резисторами 0,5 Вт и 2 Вт, работающих в одинаковых условиях.
Основным компонентом шума в углекомпозитных, углепленочных, металлооксидных и металлопленочных является контактный шум на низких частотах, т.к. он имеет зависимость 1/f. Проволочные резисторы не подвержены данному шуму, который присутствует только в пленочных и композиционных резисторах. Этот шум напрямую зависит от тока, протекающего через сопротивление, и константы, которая определяется материалом резистора.
Если ток через резистор не течет, то присутствует только тепловой шум. Контактный шум увеличивается пропорционально значению протекающего тока. Следовательно, для снижения шума, ток (как постоянный, так и переменный) должны быть минимальными).
Материал и геометрия резистора напрямую влияют на уровень контактного шума. Поэтому, увеличив расчетную мощность резистора на данном участке цепи, вы уменьшите генерируемый им контактный шум.

Дробовой шум
Дробовой шум зависит от тока, поэтому чем больший постоянный ток течет через резистор, тем выше уровень шума. Для уменьшения данного вида шума следует уменьшить постоянный ток через резистор до минимума. Это лучшее решение для первых каскадов усилителя и каскадов ревербератора, т.к. там уровень шума наиболее критичен. К сожалению, для ламповых усилителей характерны большие токи, поэтому приходится идти на компромисс. Лучшим решением будет использование проволочных или металлопленочных резисторов, однако в усилителях большим значением верхней граничной частоты индуктивность проволочных резисторов может повлиять на звук. В гитарных усилителях это не так критично.

Выводы
Для уменьшения уровня шума следует:
  • Использовать меньшие номиналы резисторов, т.к. тепловой шум растет пропорционально сопротивлению;
  • Проволочные резисторы обладают наименьшим шумом, далее следуют металлопленочные, металлооксидные, углепленочные и углекомпозитные. Однако, проволочные резисторы имеют небольшой ряд номиналов и обладают индуктивностью, что ограничивает их применение. С другой стороны, многим нравится влияние на звук углекомпозитных резисторов, которые «звучат» «теплее», чем пленочные и проволочные. Искажения вызываются модуляцией сигнала контактным шумом. Поскольку шум имеет обратнопропорциональную  зависимость от частоты сигнала, он «звучит» менее раздражающе, чем белый шум. Но хороший шум – тихий шум и, по моему мнению, его следует снизить до минимума. Искажение сигнала является темой отдельного разговора;
  • Используйте резисторы большей мощности (если только они не проволочные), потому что контактный шум уменьшается с увеличением размеров резистора;
  • Старайтесь минимизировать токи, потому что контактный шум прямо пропорционален току, протекающему через резистор;
  • Не забывайте, что потенциометры также являются резистивными элементами и почти всегда они являются углекомпозитными, в особенности большие номиналы (например, номиналом 1М, который часто ставится в цепь регулирования громкости). Они могут быть основным источником шума в гитарном усилителе. Для уменьшения шума следует использовать потенциометры небольших номиналов и большой расчетной мощности;
  • Первый каскад усилителя является наиболее критичным, т.к. оказывает максимальное влияние на отношение сигнал/шум и имеет большое усиление. Он оказывает наибольшее влияние на уровень шума в последующих каскадах усиления. Триоды следует включать параллельно для увеличения отношения сигнал/шум, т.к. шум в этом случае равняется квадратному корню из суммы квадратов уровня шума отдельных триодов и увеличивает отношение сигнал/шум на 3дБ. Входного каскада на пентоде следует избегать, так как он является источником другого рода шума, образующегося из-за добавления сетки на пути тока между катодом и анодом. Если необходимо очень большое усиление, следует использовать каскод с автоматическим смещением, который обладает большим усилением, чем пентод, но не является дополнительным источником шума. Кроме того, каскодное включение не обладает микрофонным эффектом, часто проявляющимся на пентоде EF86. Каскод с автоматическим смещением обладает лучшими характеристиками, чем с фиксированным смещением на сетке, поскольку не обладает зависимостью от напряжения источника питания сетки и имеет более теплый тон.

Несколько практических замечаний:
Поскольку высококачественные металлопленочные резисторы дороже, чем углепленочные, то гитарист может не выказать желания уменьшить уровень шума, заменив все резисторы на металлопленочные. Исходя из имеющейся информации, выработаем несколько общих правил для достижения компромисса:
  • Поскольку шум пропорционален сопротивлению, то резистор утечки сетки номиналом 1М будет являться источником большего уровня шума, чем антизвонный резистор сопротивлением 68К, поскольку его сопротивление в 14,7 раз больше. Поэтому выбор  между металлопленочным и углекомпозитным резистором для номинала 1М более важен, чем для резистора 68К. Однако, когда гитара включена в усилитель, сопротивление и емкость звукоснимателя и кабеля приложены параллельно резистору 1М, поэтому его влияние на шум уменьшается. Когда гитара отключена или ее громкость выкручена в минимальное положение, резистор 68К является основным источником шума. В зависимости от типа лампы и топологии входного каскада шум резистора может быть выше собственного шума лампы. Для уменьшения шума используйте минимально возможное значение антизвонного резистора;
  • Поскольку шум пропорционален току через резистор, то антизвонный резистор номинала 100К будет шуметь меньше, чем анодный резистор 100К, т.к. ток анода обычно равен 1-2 мА, а ток сетки пренебрежимо мал. Поэтому лучше использовать анодный металлопленочный резистор. Исключением из этого правила является делитель напряжения из двух резисторов между анодом одной лампы и сеткой другой. В этом случае, хоть ток и не течет через сетку, следует использовать металлопленочные резисторы;
  • Шум оказывает большее влияние в таких каскадах, как входной, каскад возврата с ревербератора и петли эффектов, чем в анодных резисторах, резисторе утечки сетки и делителях напряжения для сетки, поэтому в этих участках цепи следует использовать металлопленоные резисторы для уменьшения шума. В тех местах, где усиление невелико, можно использовать более шумные резисторы, без значительного увеличения уровня шума, поскольку уровень сигнала в этих цепях значительно выше собственного уровня шума резисторов.
    Еще одно замечание – необходимо знать, на какое напряжение рассчитан резистор. Полуваттные и некоторые одноваттные резисторы обычно рассчитаны на напряжение 250-350 В. Убедитесь, что резистор рассчитан на то напряжение, которое будет в том участке цепи, где он применяется. Я использую резисторы 1 Вт в цепях  с напряжением 500 В и 2 Вт для напряжения 750 В.
« Последнее редактирование: Октября 19, 2014, 09:27:56 от Mepk »
"жена узнает - убьет" - главный страх половины гитарплеера.

Оффлайн oxigen

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1153
  • Репутация: +169/-0
  • Если нельзя, но очень хочется, то можно
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #1 : Декабря 15, 2013, 06:31:25 »
Mepk, Замечательная статейка! (+). Мне как раз нужна теоретическая основа в борьбе с шумком в Hiwatt. Форумчане подсказали практическое решение, но теория тоже не лишняя  :).

Оффлайн Мясников

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1832
  • Репутация: +236/-40
  • http://vk.com/myasnikov_amps
    • https://www.youtube.com/channel/UCHZESeK456yYQQXrzjPVB8g
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #2 : Декабря 15, 2013, 14:33:57 »
отличный перевод! а вообще, читайте господа книги по радиоэлектронике и изучайте , там много интересного!)

Оффлайн Галина Иосифова

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 2
  • Репутация: +0/-0
  • GuitarPlayer.Ru fan!
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #3 : Октября 18, 2014, 21:22:59 »
Вот только автор, или переводчик допустили серьезную ошибку в цифрах, усиление в 83Дб составляет 14125 раз, а не 14,125 раз как можно понять из статьи, и шум резистора равен 12,3 микро вольта, а не мили вольта, что в тысячу раз меньше.

Оффлайн KMG

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 841
  • Репутация: +95/-0
  • completely insane
    • KMG personal page
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #4 : Октября 18, 2014, 21:38:54 »
Галина Иосифова, у "англоязычников" дробная часть отделяется точкой (а не запятой как у нас), а запятой отделяются каждые 3 цифры для простоты восприятия, например миллион у них пишется - 1,000,000.

Оффлайн slkom

  • Частый посетитель
  • **
  • Сообщений: 227
  • Репутация: +12/-1
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #5 : Октября 19, 2014, 00:32:42 »
- Поскольку шум пропорционален сопротивлению, то резистор утечки сетки номиналом 1М будет являться источником большего уровня шума
....

неверно... пример, а если 2M? a 100M? :)
тут ответ:
- Поскольку шум пропорционален току через резистор, то ...

Онлайн Mepk Автор темы

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 1780
  • Репутация: +105/-1
  • Еще один соберу - и всё...
    • Мой блог
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #6 : Октября 19, 2014, 09:32:52 »
Галина Иосифова, у меня, к сожалению, не сохранился оригинал статьи, поэтому нет возможности пересмотреть текст. В новой редакции статьи на сайте этот абзац исключен.
slkom, сверился с текстом статьи. Там написано именно так. Спорить не буду, но оставлю, как в оригинале. Скорее всего, в данном абзаце автор имеет в виду тепловой шум.
"жена узнает - убьет" - главный страх половины гитарплеера.

Оффлайн Тимон

  • Ветеран форума
  • ******
  • Сообщений: 3114
  • Репутация: +144/-5
  • Мохнатый
    • DIYFactory
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #7 : Октября 19, 2014, 09:58:22 »
Жаль, что про звук ничего не сказано)
Ле... Лети!

Оффлайн Sofa_Guitarrero

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 714
  • Репутация: +57/-1
  • Диванщик! Из палаты мер и весов! BMWMotorrad-труЪ!
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #8 : Октября 19, 2014, 10:29:29 »
- Поскольку шум пропорционален сопротивлению, то резистор утечки сетки номиналом 1М будет являться источником большего уровня шума
....

неверно... пример, а если 2M? a 100M? :)
тут ответ:
- Поскольку шум пропорционален току через резистор, то ...

Мейби имелось в виду, что для сеточного тока 68К и 1М включены последовательно (ток через них один и тот же), и 1М естественно шумит больше чем антизвонник? Я такой вывод сделал.

З.Ы. Изучайте кибернетику, посоны! (с)Яцына П. :)
RJ Sentinel SG -> Lionsound12.0, МТ2 -> JCM800 ГУ-17, Plexi ->> Рокнролл!

Оффлайн Guitarwalker

  • Частый посетитель
  • **
  • Сообщений: 215
  • Репутация: +27/-5
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #9 : Октября 19, 2014, 13:18:16 »
Хватит бредятину читать,хрень полная про шумы.про пентоды на входе вобще....Вот держите удовольствие безплатно.

[Вложение удалено администратором в связи с изменением политики хранения файлов на форуме. Приносим свои извинения.]
« Последнее редактирование: Октября 19, 2014, 13:21:48 от Guitarwalker »

Оффлайн concess

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 28
  • Репутация: +0/-3
  • GuitarPlayer.Ru fan!
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #10 : Октября 19, 2014, 20:51:12 »
А мой научный руководитель считает, не без оснований, что считать сумму шумов через корень из суммы квадратов это всё равно что втирать розовые очки. Себе или заказчику - не важно. А вот для создания действительно малошумящих систем, нужно просто суммировать.

Оффлайн Тимон

  • Ветеран форума
  • ******
  • Сообщений: 3114
  • Репутация: +144/-5
  • Мохнатый
    • DIYFactory
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #11 : Октября 19, 2014, 21:00:58 »
Кому-то всерьез мешает тепловой шум ламповых схем на фоне уровня наводок на звучки? :hmmm: Обсуждать влияние типов резисторов на звук смысл имеет, но говорить об уровне теплового шума в гитарном применении по-моему бессмысленно.
Ле... Лети!

Оффлайн AZG

  • Живу на форуме
  • *******
  • Сообщений: 67847
  • Репутация: +4401/-1299
  • Санкт-Петербург
    • AZG CUSTOM
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #12 : Октября 19, 2014, 21:04:38 »
Тимон, Ради интереса сделай толковый хайгейн и замени металлопленку на наши ВС. Посмотрим, будет тебя волновать тепловой шум или нет  8) :crazy:
Производство усилителей AZG CUSTOM
Лампы Sovtek, EH, TungSol, GENALEX, Mullard, SED

E-mail: gishaznr(dog)narod.ru

AZG Custom Guitar,Lepsky Jelani,AlexTurin Baritone 7 str,AlexTurin Tele,Alex Turin PRS-style 7 str,AlexTurin J-style Floyd,Poznysh Starline AZG 7 str,Warwick Fortress One 5 str

Оффлайн Тимон

  • Ветеран форума
  • ******
  • Сообщений: 3114
  • Репутация: +144/-5
  • Мохнатый
    • DIYFactory
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #13 : Октября 19, 2014, 21:42:14 »
AZG, у меня при около 100 дб усиления только четыре металлопленочных резистора на весь усилитель (правда в первом каскаде и виши-дейл, да), остальные угольный композит и углепленка — особо не шумит. Прошлый был целиком на угольном композите и углепленке — ну шипело немного без гитары, но с гитарой уже и не услышать было. Возможно, какая-то старая экзотика и будет шуметь, но все, что сейчас продается, в общем и целом подходит и особых проблем не доставляет ???
Ле... Лети!

Оффлайн AZG

  • Живу на форуме
  • *******
  • Сообщений: 67847
  • Репутация: +4401/-1299
  • Санкт-Петербург
    • AZG CUSTOM
Re: Типы резисторов - это важно?
« Ответ #14 : Октября 19, 2014, 21:45:10 »
Тимон, Это пока ты для себя делаешь...  8)
Производство усилителей AZG CUSTOM
Лампы Sovtek, EH, TungSol, GENALEX, Mullard, SED

E-mail: gishaznr(dog)narod.ru

AZG Custom Guitar,Lepsky Jelani,AlexTurin Baritone 7 str,AlexTurin Tele,Alex Turin PRS-style 7 str,AlexTurin J-style Floyd,Poznysh Starline AZG 7 str,Warwick Fortress One 5 str