Thiết bị âm thanh
Các loại cuộn cảm được sử dụng nhiều cho phân tần loa
Bạn vẫn thường nghe đến cuộn cảm, tuy nhiên đâu phải ai trong bất kỳ chúng ta đều biết được có những loại cuộn cảm gì, hãy cùng Audio Hải Hưng tìm hiểu các loaại cuộn cảm dùng cho phân loa hiện nay.
Xem nhanh
I. Cuộn cảm là gì? Chức năng của cuộn cảm?
Cuộn cảm hay còn gọi là cuộn chặn, cuộn chặn, nó có chức năng chính là để cho tần số thấp đi qua và chặn tần số cao chính vì thế mới có tên là cuộn cảm và được dùng trong các bộ lọc thông thấp, và nó được đặt ở nhánh phân tần trước khi đi vào loa Wooer (Loa Bass) hay loa Mid (loa trung).
Tín hiệu từ Amply vào phân tần sẽ bao gồm từ dải tần số thấp tới dải tấn số cao nhưng muốn loa Wooer thì nó bắt buộc phải đi qua cuộn cảm và chỉ dải tần nhất định tùy thuộc vào độ tự cảm của cuộn cảm mới được phép đi qua và vào loa woofer. Cuộn cảm càng lớn (độ tự cảm càng lớn) thì tần số càng phải thấp mới đi qua được.
Tín hiệu từ Amply vào phân tần sẽ bao gồm từ dải tần số thấp tới dải tấn số cao nhưng muốn loa Wooer thì nó bắt buộc phải đi qua cuộn cảm và chỉ dải tần nhất định tùy thuộc vào độ tự cảm của cuộn cảm mới được phép đi qua và vào loa woofer. Cuộn cảm càng lớn (độ tự cảm càng lớn) thì tần số càng phải thấp mới đi qua được.
II. Các loại cuộn cảm được sử dụng nhiều hiện nay:
Cuộn cảm có rất nhiều loại tùy thuộc vào nhu cầu và các nhà sản xuất sẽ tính toán và sản xuất cuộn cảm sao cho hợp lý và phù hợp, sau đây là một số cuộn cảm được ưa chuộng và sử dụng nhiều.
1. Cuộn cảm của Jantzen:
Đây là cuộn cảm của Jantzen với độ tự cảm là 0.56mH, lõi không khí và có nội trở (DCR) là 0,51 Ohm.
Cuộn cảm của Jantzen
2. Cuộn cảm lá đồng Cross Coil của Jantzen:
Cuộn cảm lá đồng là dòng cuộn cảm cao cấp và có chất lượng nhất. Nguyên lý có phần giống với cuộn cảm Litz trong việc hạn chế các hiệu ứng bề mặt (tần số càng cao thì tín hiệu lan truyền càng có xu hướng di chuyển lên trên bề mặt của dây dẫn thay vì ở lõi của dây và vì thế mà thay vì dây đồng tròn to người ta nghiền nó ra thành các lá đồng mỏng hoặc chia một sợi đồng to thành nhiều sợi đồng nhỏ quấn vào với nhau, bọc lại rồi mới dùng sợi đó quấn tiếp thành cuộn cảm (Litz).
Cũng vì thế mà nội trở của cuộn cảm lá đồng hay cuộn cảm Litz thường nhỏ hơn so với cùng trị số ở các cuộn cảm khác) và hạn chế được hiệu ứng tiếp xúc lân cận giữa các dây (hiệu ứng này xảy ra với các dây dẫn song song và gần nhau, từ trường của từng vòng dây riêng lẻ gần nhau sẽ cảm ứng với dòng eddy có trong dây của cuộn cảm làm cho dòng tập trung hết ở bề mặt gần với dây bên cạnh, hiện tượng này cũng giống như hiệu ứng bề mặt, tức là nó làm giảm hiệu suất dẫn điện của dây đồng và do đó làm tăng nội trở của cuộn cảm lên).
Cũng vì thế mà nội trở của cuộn cảm lá đồng hay cuộn cảm Litz thường nhỏ hơn so với cùng trị số ở các cuộn cảm khác) và hạn chế được hiệu ứng tiếp xúc lân cận giữa các dây (hiệu ứng này xảy ra với các dây dẫn song song và gần nhau, từ trường của từng vòng dây riêng lẻ gần nhau sẽ cảm ứng với dòng eddy có trong dây của cuộn cảm làm cho dòng tập trung hết ở bề mặt gần với dây bên cạnh, hiện tượng này cũng giống như hiệu ứng bề mặt, tức là nó làm giảm hiệu suất dẫn điện của dây đồng và do đó làm tăng nội trở của cuộn cảm lên).
Cuộn cảm lá đồng Cross Coil của Jantzen
3. Loại cuộn cảm có lõi (sắt, ferrite…):
Loại này thì sẽ cần ít vòng dây hơn với cùng một giá trị độ tự cảm L nên chúng thường có kích thước nhỏ và được dùng trong những mạch phân tần mà yêu cầu cuộn cảm lớn (có khi tới 12mH), nếu cùng trị số đó và cùng nội trở đó mà là cuộn cảm lõi không khí hay cuộn cảm lá đồng thì chi phí sẽ rất là cao và kích thước cũng vô cùng lớn.
Các cuộn cảm lõi sắt từ hay ferrite có nhược điểm là thường có xu hướng bão hòa và tạo ra méo hài khi hoạt động với công suất cao. Cũng là dòng cuộn cảm có lõi nhưng cũng có rất nhiều loại và được phân loại theo chất lượng từ cao tới thấp như sau theo tiêu chí về độ tuyến tính (theo điện áp vào), méo và hệ số phẩm chất Q (hệ số này thể hiện phẩm chất hay hiệu suất của cuộn cảm, là tỷ số của cảm kháng/ nội trở của cuộn cảm, hệ số Q càng cao thì càng tốt, tức là nội trở càng bé càng tốt):
Các cuộn cảm lõi sắt từ hay ferrite có nhược điểm là thường có xu hướng bão hòa và tạo ra méo hài khi hoạt động với công suất cao. Cũng là dòng cuộn cảm có lõi nhưng cũng có rất nhiều loại và được phân loại theo chất lượng từ cao tới thấp như sau theo tiêu chí về độ tuyến tính (theo điện áp vào), méo và hệ số phẩm chất Q (hệ số này thể hiện phẩm chất hay hiệu suất của cuộn cảm, là tỷ số của cảm kháng/ nội trở của cuộn cảm, hệ số Q càng cao thì càng tốt, tức là nội trở càng bé càng tốt):
4. Cuộn cảm vòng xuyến MPP toroids (Molypermalloy Powder):
Đây được coi là cuộn cảm chơi loa bass hay nhất (tuyến tính nhất với sự thay đổi của điện áp đầu vào) trong số các loại cuộn cảm có lõi và cũng thuộc vào loại đắt nhất. Trong hình là cuộn cảm C-coil cao cấp của Jantzen thuộc vào dòng cuộn cảm này.
Cuộn cảm vòng xuyến MPP toroids
5. Cuộn cảm bobbin lõi sắt từ:
Đây là dòng cuộn cảm có chi phí thấp nhất trong số các loại cuộn cảm và là dòng cuộn cảm đứng thứ 2 về tính tuyến tính và độ méo.
Cuộn cảm bobbin lõi sắt từ
6. Cuộn cảm lõi sắt tấm (laminate core), kiểu biến áp:
Trong hình là một cuộn cảm lõi sắt tấm của hãng ERSE. Loại cuộn cảm này không phải là loại tốt nhất nhưng lại là loại được các hãng loa sử dụng phổ biến nhất.
Cuộn cảm lõi sắt tấm (laminate core), kiểu biến áp
7. Cuộn cảm lõi ferrite:
Loại này thường có tính tuyến tính thấp hơn và độ méo cao hơn trong số các loại cuộn cảm có lõi trên nhưng chi phí lại rẻ, và trái với những nhược điểm trên, chúng được sử dụng rất phổ biến trong các dòng loa của Anh.
Cuộn cảm lõi ferrite
III. Các công thức sử dụng để làm cuộn cảm:
Công thức tính độ tự cảm:
L=4π.10-7n2V
Đây là công thức tính độ tự cảm dựa vào số lượng vòng dây và tiết diện dây. n là số vòng dây, V là tiết diện của dây. 3 yếu tố này tỷ lệ thuận với nhau, cái này tăng thì cái kia cũng tăng.
Công thức thể hiện sự phụ thuộc của độ tự cảm vào tần số:
L = Xl/(7.28*f)
Còn đây là công thức thể hiện sự phụ thuộc của độ tự cảm vào tần số, tần số càng tăng lên, càng cao thì L càng nhỏ.
Trong đó cái L là độ tự cảm, Xl là cảm kháng, f là tần số mong muốn cần chặn lại. Cảm kháng cần phải bằng với trở kháng của củ loa.
Có rất nhiều loại cuộn cảm; cuộn cảm lõi không khí (air-core inductor) cuộn cảm Litz, cuộn cảm lá đồng, cuộn cảm lõi ferrite, cuộn cảm lõi sắt tấm ghép lại với nhau như máy biến áp, loại vòng xuyến…Vậy loại nào là loại tốt cho mục đích phân tần?
Trong đó cái L là độ tự cảm, Xl là cảm kháng, f là tần số mong muốn cần chặn lại. Cảm kháng cần phải bằng với trở kháng của củ loa.
Có rất nhiều loại cuộn cảm; cuộn cảm lõi không khí (air-core inductor) cuộn cảm Litz, cuộn cảm lá đồng, cuộn cảm lõi ferrite, cuộn cảm lõi sắt tấm ghép lại với nhau như máy biến áp, loại vòng xuyến…Vậy loại nào là loại tốt cho mục đích phân tần?
IV. Tự làm cuộn cảm cho có được không?
Thực ra cuộn cảm lỗi không khí là đơn giản nhất và gần như ai khéo tay một tý cũng có thể quấn được, quan trọng là có công cụ và máy đo. Thế tại sao cuộn cảm của các hãng lại đắt thế? Bỏ qua yếu tố thương hiệu thì là vì sai số nó ít, nội trở thấp và họ còn nhúng cuộn cảm vào các dung dịch đặc biệt như Glyptol giúp giảm tổn hao điện môi, rồi điện dung ký sinh... Còn mình quấn thì sai số lớn, hay bản thân cũng là đồng mà không nguyên chất bằng hãng.
Còn một lưu ý nữa liên quan tới cuộn cảm đó là khoảng cách và hướng đặt của cuộn cảm trên mạch phân tần có nhiều hơn 1 cuộn cảm như thế nào. Nói chung là nên đặt chúng cách nhau càng xa càng tốt và nếu phải đặt gần nhau thì đặt chúng vuông góc với nhau như hình dưới để hạn chế hiện tưởng cộng hưởng từ giữa 2 cuộn dây làm thay đổi độ tự cảm (tăng hoặc giảm) của các cuộn dây. Theo như Vance Dickason thì nên đặt 2 cuộn dây cách nhau tối thiểu là 8cm cùng với các hướng đặt khác nhau.
Còn một lưu ý nữa liên quan tới cuộn cảm đó là khoảng cách và hướng đặt của cuộn cảm trên mạch phân tần có nhiều hơn 1 cuộn cảm như thế nào. Nói chung là nên đặt chúng cách nhau càng xa càng tốt và nếu phải đặt gần nhau thì đặt chúng vuông góc với nhau như hình dưới để hạn chế hiện tưởng cộng hưởng từ giữa 2 cuộn dây làm thay đổi độ tự cảm (tăng hoặc giảm) của các cuộn dây. Theo như Vance Dickason thì nên đặt 2 cuộn dây cách nhau tối thiểu là 8cm cùng với các hướng đặt khác nhau.
