Hiệu ứng bề mặt không chịu được mối quan hệ hời hợt

Trong bài viết này, tôi muốn tập trung sự chú ý của các audiophiles vào hiệu ứng mà gần đây người ta gọi là "bóng bán dẫn", một số người đã chiến đấu chống lại nó trong công nghệ vi sóng và tần số cao, một số trong quá trình xử lý nó tạo ra cáp kết nối và cáp âm có giá lên tới vài nghìn người Mỹ đô la, một số người đang cố gắng tưởng tượng hiệu ứng này chẳng khác gì ... ảo giác của những người mê âm thanh! Dưới đây tôi sẽ cho bạn biết làm thế nào để tạo ra một cáp âm thanh tuyệt vời (nghĩa là hoàn toàn trung tính trong dải tần số rộng) không thua kém về chất lượng so với các tiêu chuẩn tốt nhất thế giới trong một vài buổi tối tại nhà từ các vật liệu ngẫu hứng. Nhưng trước tiên, để mọi thứ rơi đúng vị trí, tôi sẽ nói như sau: tất cả các thiết bị vô tuyến âm thanh và tần số cao được thiết kế không chính xác! Sau đây là những câu hỏi có thể xảy ra của bạn.

Từ lâu, chúng tôi đã nghi ngờ điều này mà không có bạn. Chà, thỏa thuận là gì?

Được biết, với sự đi qua của dòng điện xoay chiều qua lớp dẫn của một dây dẫn hoặc chất bán dẫn, cái gọi là 'hiệu ứng bề mặt' '(hiệu ứng da) diễn ra. Trong trường hợp này, hầu hết các điện tích chuyển động do cảm ứng điện từ được đặt gần bề mặt của lớp dẫn điện. Tác động tiêu cực của hiệu ứng da được thể hiện ở chỗ một phần trung tâm lớn của lớp dẫn điện không tham gia vào việc truyền điện tích, làm tăng điện trở của dây dẫn đối với dòng điện. Ngoài ra, hiệu ứng da trong dây kim loại và trong các bản tụ điện dẫn đến sự phân phối lại chậm của các điện thoại di động từ trung tâm lên bề mặt, do đó phát sinh các hiệu ứng trực tiếp và kết nối không mong muốn của cáp và hiệu ứng 'bộ nhớ' được tăng cường trong các tụ điện. Tác động tiêu cực của hiệu ứng da đối với dây cáp và dây điện càng trở nên trầm trọng hơn bởi thực tế là các hợp chất hóa học của kim loại của lớp dẫn điện với oxy và nitơ của không khí hình thành trên bề mặt dây dẫn đến sự ăn mòn có tính chất điện môi và chất bán dẫn, dẫn đến sự gia tăng tổn thất và chất bán dẫn. biến dạng. Người ta biết rằng mức độ biểu hiện của hiệu ứng da phụ thuộc vào tần số của dòng điện. Chính xác hơn, từ tần số hiện tại tức thời. Với tần số tăng dần, độ dày của lớp bề mặt mà qua đó dòng chảy giảm. Trong trường hợp tín hiệu băng thông rộng, trong đó tần số tức thời khó mô tả, hiệu ứng da gây ra sự lộn xộn hoàn toàn trong việc đặt các electron di động trên mặt cắt ngang của dây dẫn. Hậu quả của điều này là phi tuyến, xuyên điều chế và biến dạng pha tần số của tín hiệu băng rộng điện, đi qua một dây dẫn hoặc chất bán dẫn. Trong các thiết bị âm thanh gia đình và chuyên nghiệp, hiệu ứng da của việc kết nối các dây âm thanh giữa các đơn vị và âm thanh dẫn đến sự biến dạng đáng chú ý của các tín hiệu, làm xấu đi chất lượng tái tạo âm thanh. Trong các máy thu radio, các hiệu ứng của hiệu ứng da (ví dụ, trong cáp kết nối ăng-ten với đầu vào của máy thu radio) do méo tín hiệu điều chế của tín hiệu băng thông rộng được tạo ra, dẫn đến giảm độ chọn lọc, giảm tỷ lệ nhiễu tín hiệu và giảm độ nhạy thực. Được biết, khi một dòng điện xoay chiều đi qua một dây dẫn, sóng điện từ chính (hữu ích) lan truyền dọc theo dây dẫn theo một đường thẳng giữa các điểm có tiềm năng khác nhau. Do hiệu ứng da, ngoài sóng hữu ích, một sóng điện từ giả không mong muốn phát sinh, hướng từ trục trung tâm của phần tử dẫn đến bề mặt của nó, vuông góc với hướng của sóng hữu ích, gây ra sự biến dạng pha của tín hiệu truyền đi. Trong các thiết bị xung kỹ thuật số, chẳng hạn như máy tính, do hiệu ứng da trong dây dẫn đồng của bảng mạch và đầu nối in, hình dạng của các xung ngắn bị biến dạng, dẫn đến lỗi đồng bộ hóa và trục trặc trong quá trình đăng ký xung. Đây là trở ngại chính để tăng tần số xung nhịp trong bo mạch chủ và đầu nối máy tính. Ở tần số siêu cao, hiệu ứng da làm giảm mạnh yếu tố chất lượng của các yếu tố phản ứng - tụ điện và cuộn cảm. Do đó, ở tần số trên 1 GHz, hiệu ứng da là yếu tố chính hạn chế việc thu nhỏ các sản phẩm điện tử, chẳng hạn như microcircuits. Đó là hiệu ứng da chịu trách nhiệm cho cái gọi là 'hiệu ứng bóng bán dẫn' nghe có vẻ Trong các bóng bán dẫn, diện tích ngang của tinh thể nhỏ hơn nhiều so với diện tích mặt cắt của đám mây điện tử, cũng như các khu vực của cực âm và cực dương trong đèn. Ngoài ra, các miếng tiếp xúc trên bề mặt tinh thể của bóng bán dẫn được kết nối bằng các dây nhỏ (bất kỳ ai đã từng nhìn thấy bóng bán dẫn mà không có vỏ máy đều biết điều này), trong đó hiệu ứng da sống rất thoải mái.

- Có thể làm gì để chống lại hiện tượng này?

Tôi có thể đề xuất một cách rẻ tiền và hiệu quả để trung hòa hiệu ứng da. Nó dựa trên thực tế là vật liệu của phần lớn các chất dẫn (đồng, bạc, nhôm, đồng thau) và các chất bán dẫn (silicon, gecmani) có chỉ số thấm từ tương đối m từ 0,9999 đến 1,0001, tức là về sự thống nhất. Bề mặt của phần tử dẫn điện 1 được phủ một lớp vỏ từ tính 2 (xem hình.), Và lớp vỏ không phải vừa khít, một số khe hở nhỏ là có thể. Vỏ được chế tạo dưới dạng một hoặc nhiều lớp vật liệu từ tính rắn lớn hơn 1 vật liệu điện môi (điện từ), có chỉ số thấm từ tương đối m ở cấp vĩ mô, cao hơn nhiều lần so với độ thấm của phần tử dẫn điện, độ dẫn điện thấp, cũng như tổn thất nhỏ khi đảo chiều từ hóa (vòng trễ). Trong hình Để rõ ràng, hai lớp vỏ được hiển thị: lớp 3 và lớp 4. Lớp vỏ phải được cố định bất động so với phần tử dẫn điện trên bề mặt của nó; trong trường hợp khe hở, chiều rộng của nó không được vượt quá một nửa bước sóng của dòng điện xoay chiều trong phần tử dẫn điện.

Và nó mang lại những gì?

Dòng điện xoay chiều chạy trong phần tử dẫn 1 vuông góc với mặt phẳng của mẫu tạo ra trường điện từ ngang không mong muốn của hiệu ứng da bên trong lớp dẫn của phần tử 1. Các dòng lực 6 của trường này tác dụng lên các điện tích chuyển động cơ bản 5 bên trong phần tử dẫn điện 1 và được hướng từ tâm của lớp dẫn lên bề mặt của nó. Đồng thời, dòng điện xoay chiều chính (hữu ích) của tín hiệu chạy qua phần tử dẫn 1 tạo ra từ trường đối lập ở lớp 3 và 4 của lớp vỏ thuận từ 2, các dòng của lực 7 được dẫn từ bề mặt của phần tử dẫn 1 đến trung tâm của nó điện tích 5 bên trong dây dẫn 1. Cường độ của cả hai trường tăng khi cường độ dòng điện tăng và tần số tăng. Do đó, sự bù cho tác động của trường ngang ký sinh và sự phân bố đồng đều của dòng điện trên toàn bộ mặt cắt ngang của lớp dẫn điện là đạt được. Đối với hầu hết các phần tử dẫn dòng điện thấp, để đạt được hiệu ứng tích cực, lớp vỏ từ tính có thể được chế tạo bằng vật liệu có chỉ số thấm từ tương đối từ 1,5 đến 20 với độ dày vài chục micron trở lên. Đối với các phần tử dẫn điện, với kích thước nhỏ của dây dẫn, cũng như đối với các thiết bị tần số thấp, vỏ bọc có thể có độ dày tương tự với giá trị m từ 1,5 đến 50. Nếu vật liệu vỏ có chỉ số m lớn hơn 50 và chiều dài của phần tử dẫn là đáng kể (vài mét), thì chiều dài của phần tử dẫn là đáng kể (vài mét), sau đó cùng với sóng ngang giả, sóng hữu ích cũng sẽ bị triệt tiêu, Độ tự cảm và tổn thất của cáp cáp trong vỏ bọc sẽ tăng lên và tín hiệu truyền đi sẽ nhận được sự dịch pha. Để rõ ràng, nguyên tắc dựa trên phương pháp chống lại hiệu ứng da này có thể được so sánh với sự tập trung từ tính hoặc điện từ của một chùm electron trong ống tia catốt, ví dụ, ống hình ảnh truyền hình. Trong kinescope, dòng electron di chuyển với gia tốc trong chân không dưới tác động của điện áp cực dương cao từ cực âm đến cực dương (màn hình). Trong trường hợp này, do tác động đẩy lùi, sự cố chùm tia điện tử trên màn hình tạo thành một đốm mờ. Do đó, việc tập trung chùm tia cưỡng bức là cần thiết, trong đó các cuộn dây được sử dụng để tạo ra trường điện từ tròn xung quanh chùm electron. Điều này đạt được sự tập trung và pha trộn. dựa trên phương pháp chống lại hiệu ứng da này, có thể so sánh với sự tập trung từ tính hoặc điện từ của chùm electron trong ống tia catốt, ví dụ, ống hình ảnh truyền hình. Trong kinescope, dòng electron di chuyển với gia tốc trong chân không dưới tác động của điện áp cực dương cao từ cực âm đến cực dương (màn hình). Trong trường hợp này, do tác động đẩy lùi, sự cố chùm tia điện tử trên màn hình tạo thành một đốm mờ. Do đó, việc tập trung chùm tia cưỡng bức là cần thiết, trong đó các cuộn dây được sử dụng để tạo ra trường điện từ tròn xung quanh chùm electron. Điều này đạt được sự tập trung và pha trộn. dựa trên phương pháp chống lại hiệu ứng da này, có thể so sánh với sự tập trung từ tính hoặc điện từ của chùm electron trong ống tia catốt, ví dụ, ống hình ảnh truyền hình. Trong kinescope, dòng electron di chuyển với gia tốc trong chân không dưới tác động của điện áp cực dương cao từ cực âm đến cực dương (màn hình). Trong trường hợp này, do tác động đẩy lùi, sự cố chùm tia điện tử trên màn hình tạo thành một đốm mờ. Do đó, việc tập trung chùm tia cưỡng bức là cần thiết, trong đó các cuộn dây được sử dụng để tạo ra trường điện từ tròn xung quanh chùm electron. Điều này đạt được sự tập trung và pha trộn. Trong kinescope, dòng electron di chuyển với gia tốc trong chân không dưới tác động của điện áp cực dương cao từ cực âm đến cực dương (màn hình). Trong trường hợp này, do tác động đẩy lùi, sự cố chùm tia điện tử trên màn hình tạo thành một đốm mờ. Do đó, việc tập trung chùm tia cưỡng bức là cần thiết, trong đó các cuộn dây được sử dụng để tạo ra trường điện từ tròn xung quanh chùm electron. Điều này đạt được sự tập trung và pha trộn. Trong kinescope, dòng electron di chuyển với gia tốc trong chân không dưới tác động của điện áp cực dương cao từ cực âm đến cực dương (màn hình). Trong trường hợp này, do tác động đẩy lùi, sự cố chùm tia điện tử trên màn hình tạo thành một đốm mờ. Do đó, việc tập trung chùm tia cưỡng bức là cần thiết, trong đó các cuộn dây được sử dụng để tạo ra trường điện từ tròn xung quanh chùm electron. Điều này đạt được sự tập trung và pha trộn.

Tôi đề nghị sử dụng hỗn hợp chất điện môi (ví dụ, vecni, nhựa hoặc polyvinyl clorua) với bột vật liệu mềm có tính dẫn điện (ví dụ, permalloy hoặc oxyfer mặt đất) cho lớp vỏ từ tính. Tỷ lệ thể tích của điện môi so với vật liệu từ tính được chọn sao cho độ dẫn điện của hỗn hợp của chúng không đáng kể so với độ dẫn điện của phần tử dẫn điện. Tôi cũng đề xuất sử dụng hỗn hợp polymer điện môi với bột các chất như crom dioxide CrO2, oxit sắt gamma Fe2O3, oxit coban-gamma-sắt CoFe2O3. Những vật liệu từ tính này có chỉ số thấm từ tương đối từ 1,5 đến 2,0 và có thời gian đảo ngược từ hóa ngắn. Chúng được sản xuất bởi ngành công nghiệp cho băng âm thanh và video, chi phí của họ thấp. Mặc dù các vật liệu này có lực cưỡng bức tương đối cao trong từ trường mạnh, nhưng cường độ dòng điện đi qua chúng không đủ cao trong hầu hết các yếu tố điện tử vô tuyến để hiển thị các đặc tính cứng từ tính của các vật liệu này. Do đó, trong trường hợp này, tổn thất trễ trong vỏ là nhỏ, cho phép đạt được hiệu ứng tích cực. Trong sản xuất một chất lượng cao linh hoạt (audiophilic, như bây giờ là thời trang) cáp kết nối hoặc cáp âm không được che chở (tác giả đã sử dụng băng video chrome-dioxide thông thường với chiều rộng 12,7 mm trên cơ sở mylar). Băng được quấn với 6 đến 10 lớp trên lõi dẫn kim loại chính (đồng hoặc bạc). Kết quả của một hoạt động như vậy, các biến dạng phi tuyến được giới thiệu bởi cáp đã giảm mạnh, và tần số truyền cáp trên tăng từ 30 MHz lên 120 - 250 MHz và cao hơn, tùy thuộc vào độ dày của dây. Trong trường hợp này, cáp được chế tạo dưới dạng ba dây dẫn bện (giống như Kimber Kable).

Ngoài việc sản xuất dây cáp, phương pháp mô tả chống lại hiệu ứng da có thể được áp dụng ở cấp độ công nghiệp cho các phần tử dẫn có hình dạng và loại được làm từ dây dẫn, chất siêu dẫn và chất bán dẫn có chỉ số thấm từ tương đối khoảng một, được thiết kế để truyền dòng điện và điều khiển dòng điện rộng. phạm vi công suất và tần số. Phương pháp đã nêu có thể được áp dụng, ví dụ, trong sản xuất dây cáp thông tin, dây và dây kết nối, bóng bán dẫn, điốt, mạch tích hợp, thiết bị tiếp xúc, đầu nối, điện trở, tụ điện và cuộn cảm tần số cao.

- Và chúng ta sẽ nhận được gì khi áp dụng phương pháp bạn đề xuất?