Egyik nagy kedvencem az Allo Allo sorozat, amiben találkozhattunk a francia ellenállással. De most itt nem erről lesz szó, hanem az ellenállás termikus modulációs torzításának vizsgálatáról.
A "Linear Audio Volume1"-ben megjelent inspiráló cikk után határoztam el, hogy készülő projektjeimbe keresek megfelelő, de nem túl drága SMD ellenállást. Első körben 5 db különböző, de fizikai méretükben (0805) és elektromos ellenállást illetően (2 kOhm) azonos típust terveztem összehasonlítani mérésekkel, aztán látva a szignifikáns eltéréseket bővítettem további 5 típussal a mezőnyt, +1 db 0805 és +4 db 1206 2 kOhm ellenállással. A tesztelt ellenállások közé tudatosan került vékony- és vastagréteg típus is, alacsonyabb és magasabb hőmérsékleti tényezővel rendelkező úgyszintén, hogy egy teljesebb képet kapjak a mezőnyről.
A mérési elv nagyon egyszerű, a vizsgálni kívánt ellenállásokból építünk egy teljesen kiegyenlített hidat, ahol az egyik átellenes karban az 1-1 darab ellenállás helyett 9-9 db szerepel, aminek eredője úgyszintén 2 kOhm lesz. Ez garantálja a híd kiegyenlítettségét, és így a külső gerjesztő jel ideális esetben nem jelenik meg a kimeneten. A valóság persze nem ez mutatja, mivel a beépített ellenállások értékei szórnak nem lesz tökéletesen kiegyenlítve a bal és jobb oldal, ezért a kettő között valamennyi gerjesztő jel (alap harmonikus) kiszökhet a kimenetre. De ez igazán nem is probléma, mert kellő mértékű elnyomást biztosít már az 1% tűrésű ellenállás is és az analizátorra kerülő alap harmonikus szintje kellően alacsony szinten marad ahhoz, hogy ne forszírozza az analizátor bemenetének nemlineáris torzítását.
A mérés +21 dBu (~8,7 Veff, -3 dBFS) szintű és 200 Hz frekvenciájú szinusz gerjesztő jellel történt, amiből fele jut a félhíd alsó és felső felére. Az 1db ellenállásra cirka 9 mW, a 9 db-ból álló blokkban lévőkre pedig egyenként kb. 1-1 mW teljesítmény jut. Ezzel így csupán 8 mW! fűtőteljesítmény különbséget tudunk racionalizálni, ami nem tűnik soknak, de mint látni fogjuk elégséges a különböző ellenállás típusok közötti eltérések kimutatására. Azt érdemes még megemlíteni, hogy a fenti 3x3:1 ellenállás arányból felépített verzió felezi a disszipáció okozta hibát (levezetéstől most eltekintenék, egyébként könnyen belátható), viszont +50%-kal nagyobb a hiba válasza a 2x2:1 felálláshoz képest. Az ellenállások számának további növelésével, pld. 4x4 esetén a nyereség már nem számottevő, viszont a szükséges ellenállások száma drasztikusan megugrik. Csak összehasonlítási alapként, egy 0805 ellenállások névleges terhelhetősége 125 mW (Susumu estében csak 100 mW), 1206 méretnél pedig 250 mW.
Eddig a híd kiegyenlítettségéről esett szó, de valójában a disszipációk különbözősége, az eltérő melegedések és az ellenállások hőmérséklet függésük miatt, az ellenállások értékei kismértékben, de modulációt szenvednek el és ezt a hibát a 3. felharmonikus személyében visszamérjük.
Mindegyik ellenállás érték kapott egy ugyanolyan teszt panelt, így bármikor ki- és beforrasztás nélkül a teszt megismételhető, illetve későbbiekben egyéb más jellegű tesztek is végezhetőek (már tervben van egy idő tartománybeli vizsgálat).
Az alábbi két spektrumon a tesztgyőztes és az utolsó mérése látható. Míg a felső ábrán a 2., 3. és a 4. felharmonikusok is hasonló -140 dBFS szinttel szerepelnek, addig a vastag réteg ellenállás esetében a 3. erősen kiugrik.
A teszt eredménye (legjobb fent, leggyengébb alul):
A számok láttán rögtön felmerülhet bennünk az a kérdés, hogy valójában kell-e az ellenállások termikus torzításával foglalkozni?
Tudjuk hogy -3 dBFS volt a gerjesztő jelünk, a mérési összeállításunk 6 dB csillapítással reagál. A legrosszabb mért értékünk -119 dBFS volt. Amennyiben az ellenállások specifikált aximális teljesítményét kihasználnánk, akkor a 8 mW helyett a 125 mW disszipáció +24 dB-vel magasabb torzítást eredményezne (mivel a termikus torzítás a teljesítménnyel arányos).
Számoljunk kicsit: -119 dB - (-3 dB) + 6 dB + 24 dB = -86 dB (0,005%), ami még mindig nem egy vészesen nagy torzítást jelent, viszont már nem el elhanyagolható tételről beszélünk, hiszen ennél nagyságrenddel jobb képességű erősítők is léteznek.
Összegzés:
- Nem meglepő módon, a vékony réteg ellenállások kerültek a lista élére és a vizsgált 4 db vastag réteg utolsóként végzett.
- Az is elvárható volt, hogy a kisebb hőmérsékleti együtthatóval specifikált ellenállások előnyt élveznek
- A fizikai méretüket illetően a nagyobb (1206) ellenállások megelőzték (0805) kisöccseiket
- Nem feltétlen a legdrágább a legjobb, pld. a Lomexben kapható Viking gyártmányú vastag réteg szignifikánsabb jobb a Panasonic ERJ-nél.
- 0.5% tűrésű alkatrész bőségesen elegendő audio alkalmazásba, így a Susumu RR1220P-202-D komolyan megfontolandó a maga 11Ft/db árával, különösen, ha többet is kötünk sorba a disszipációk csökkentése és az együtt futásuk kihasználása végett. -> Én ezt választom☺