ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ
Одним из основных качественных показателей усилителя 34 является динамический диапазон. Переменное звуковое напряжение, поступающее на вход усилителя, представляет собой ряд гармонических составляющих сигнала с различными амплитудами, величины которых изменяются в соответствии о изменением громкости и тембра передаваемого звука. Максимальная мощность звуковых колебаний, воспринимаемых человеческим ухом, в 1012 раз больше минимальной мощности, определяемой порогом чувствительности уха на средних звуковых частотах, т. е. динамический диапазон мощности, воспри» нимаемой слушателем, составляет:
Д=10 lg (Р m ах /Р min )=120дБ.
Максимальная передаваемая мощность Рmаx ограничена искажениями, возпикающими в усилителях при больших амплитудах сигнала из-за нелинейноети элементов усилителя. Нижний уровень передаваемого динамического диапазона мощностей Pmin ограничивается в усилителе как его собственными шумами, так и всевозможными помехами внешнего и внутреннего происхождения. В идеале, для высококачественного звуковоспроизведения необходимо полностью сохранить динамический диапазон в 120 дБ. На практике это оказывается весьма сложно и степень приближения динамического диапазона к 120 дБ может служить критерием совершенства усилительного устройства. Если достижение максимальной передаваемой мощности Рmax больше определяется схемотехническими решениями, то в достижении минимального значения Pmin большую роль играют как конструктивные решения, так и выбор специального режима работы и типов радиоэлементов, а также правильная организация системы заземления усилителя.
В усилителях 34 основными источниками помех являются; ближние электрические и магнитные поля (сетевые провода, трансформаторы и т. п.); пульсация источников питания (фон с частотой 50, 100, 150 Гц); внешние источники дальнего электромагнитного поля (мощные радиостанции, рентгеновские установки и т. п.); затухающие колебания или самовозбуждение из-за неоптимальных или паразитных обратных связей [связь через общий источник питания, через полное сопротивление заземления); собственные шумы электронных компонентов (в основном входных резисторов и транзисторов).
Если расстояние L от источника помехи до приемника помехи значительно больше Л/2п=Л/6, то компоненты магнитного и электрического поля внешнего электромагнитного поля воздействуют на него комплексно, в случае же, когда 1<Л/6, компоненты поля учитываются порознь. Воздействие электричесского поля рассматривается в виде емкостной связи источник — устройство, с магнитного — в виде связи через взаимную индуктивность.
Следует указать, что единого метода борьбы с помехами не существует. Но можно предложить комплекс мер, позволяющих во многом устранить вредное действие помех на усилитель 34. К ним относятся:
защита проводов;
заземление;
экранирование узлов;
развязка каскадов по питанию и т. д.
Таблица 5
| Источник помехи | |||||||||
Способ уменьшения помех
В табл. 5 приведен перечень основных источников помех и методы их подавления. Там же указана результативность отдельных методов для различных источников помех. Следует отметить, что взаимосвязь между источниками помех и способами их подавления довольно сложная, требующая учете многих факторов. Поэтому в табл. 5 плюсам отмечены те способы, которые наиболее эффективны в подавлении соответствующих помех, звездочкой — слабо подавляющие указанные помехи.
ЗАЩИТА ПРОВОДОВ
Один из основных каналов проникновения помех в усилитель ЗЧ — соединительные провода, в которых возникают разного рода паразитные наводки в помехи. В основном это помехи, создаваемые магнитными полями трансформаторов и проводов питания и емкостными связями между проводами. Поэтому необходимо защищать соединительные провода от воздействия на ни» этих полей.
Существуют три основные способа защиты проводов! экранирование, з«-вемление и соответствующая ориентация проводников.
Воздействие магнитного и электрического полей на проводники, с точки зрения возникновения в них помех, различно. Так, при воздействии магнитного поля напряжение помехи Uп.м, возникающей в проводнике — приемнике, описывается уравнением;
U пм = jwMl 1 ,
где М — коэффициент взаимной индуктивности двух цепей проводника-источника помех и проводника-приемника помех; I1 — ток в проводнике-источнике, создающем помехи.
Наличие угловой частоты w = 2пF указывает на то, что связь между цепями пропорциональна частоте F . Коэффициент М, а соответственно, и значение магнитной помехи Uм.м можно уменьшить, разнося цепи в пространстве, либо применив в них витую пару проводов, либо путем соответствующей ориентации этих цепей. Применение витых пар в цепях источника помех и приемника помех приводит к тому, что магнитные поля взаимно компенсируются.
При воздействии электрического поля наведенное из-за емкостной связи между проводниками напряжение от проводника-источника в проводнике-приемнике UH.Э равно:
U нэ = jwRC 12 U 1 .
Значение наведенной помехи прямо пропорционально частоте источника помех w = 2пF, сопротивлению R цепи-приемника помехи относительно земли, емкости Си между проводниками и напряжению U 1. Так как напряжение U 1и частоту F изменить нельзя, то емкостную связь можно уменьшить шунтированием цепи-приемника малым сопротивлением R и уменьшением емкости Си за счет разнесения и ориентации проводников или их экранирования.
Следует отметить, что уменьшение входного сопротивления приемника помехи в случае магнитной связи не снижает наводки, как это имеет место при связи через электрическое поле.
Для защиты сигнальных цепей от электрических помех экранирующую оп-.летку необходимо заземлять в одной точке, чтобы исключить протекание по ней токов наводки, а для экранировки от магнитных полей оплетку необходимо заземлять в двух точках: непосредственно у источника и у приемника. При этом возвратный ток, текущий по оплетке в обратном направлении, будет компенсировать магнитные наводки. Эти противоречивые требования могут быть разрешены, если применить витые пары проводников (в общем экране). При этом экранирующая оплетка не должна использоваться для передачи сигнала и один из ее концов должен быть изолирован от общего провода. Хорошей разводкой слаботочных сигналов (например, связь между магнитной головкой звукоснимателя и входом предусилителя — корректора) можно считать вариант, показанный на рис. 97. Такой способ экранировки проводников почти полностью исключает электрические помехи и на 70 дБ ослабляет магнитные наводки.
Хороший результат дает соединение экранирующей оплетки и общего провода сигнальных цепей в одной точке, причем в такой, чтобы токи помех не могли проходить с экрана на землю через общий провод сигнальной цепи. Эта точка, как видно из рис. 97, находится на общем проводе усилителей (точка А). Во избежание замыкания экранирующих оплеток вне предусмотренной точки их необходимо изолировать.
Рис. 97. Схема соединения головки звукоснимателя с входом предусилителя-корректора
Разводка слаботочных сигналов в экранированной витой паре также хорошо предохраняет эти цепи от электромагнитных наводок, так как любой ток, протекающий через экран, наводит через взаимную индуктивность в обоих внутренних проводниках равные напряжения, взаимно уничтожающие друг друга. Следует отметить, что эффективность экранирования витой пары растет при увеличении числа витков на единицу длины.
В усилителях 34 для общих проводов сигнальных цепей можно применять два вида заземления: последовательное и радиальное (рис. 98). Последовательное соединение общих проводов сигнальных цепей разных узлов представляет собой самый простой и в то же время наиболее нежелательный вариант. В этом случае появляется перекрестная связь между каскадами в результате протекания возвратных токов через последовательно соединенные полные сопротивления заземляющих проводников, из-за чего потенциалы общего провода в каждом функциональном узле (ФУ) отличны от нуля. Это вызывает проникновение внутренних помех и часто является причиной неустойчивой работы всего устройства. Однако этот вариант простой и поэтому является наиболее распространенным. Для этой системы в ФУ выделяют цепи с очень малым и стабильным потреблением мощности и далее их общие провода включают последовательно. Причем в такой системе наиболее чувствительный каскад (ФУ1) надо располагать как можно ближе к точке первичного заземления, так как она имеет наиболее близкий к нулю потенциал. Общие провода силовых цепей разводят радиально, объединяя их в точке первичного заземления.
Рис. 98. Последовательное (с) и радиальное (б) соединение сигнальной «земли» в одной точке
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Правильное заземление — основной путь уменьшения помех и наводок. Шина «Земля» — это эквипотенциальная поверхность, потенциал которой является опорным уровнем для отсчета напряжения в любом узле или устройстве. Функции шины «Земля» выполняют общие провода сигнальных и сило-зых цепей. Для правильной прокладки общих проводов требуется, во-первых, »-;«шшизировать напряжение помех, возникающих при прохождении токов от двух или более источников через общее сопротивление общих проводов; во-вторых, исключить образование контуров заземления, весьма чувствительных к магнитным полям и разности потенциалов земляных шин.
При решении проблем прокладки общих проводов надо помнить, что все соединительные проводники имеют конечное сопротивление, состоящее из активной и реактивной (емкостной и индуктивной) составляющих (R, L и С) и что разнесенные в пространстве точки заземления практически не имеют одинакового потенциала. Поэтому в усилителях 34 общий провод цепи питания не должен использоваться в качестве общего провода сигнальной цепи. Для высококачественной аппаратуры требуются, как минимум, три раздельные цепи общего провода (рис. 99). Их следует соединять вместе только в одной точке. Она должна быть выбрана близко к наиболее чувствительному узлу зсего устройства.
Способ радиального соединения общих проводов наиболее желательно использовать в усилителях 34, поскольку отсутствует перекрестная связь между каскадами. Однако он механически громоздок и используется в цепях питания з очень большим разбросом потребляемой мощности. Эти сильноточные цепи необходимо отделять от слаботочных. Чтобы заземляющие провода имели низкое сопротивление и не являлись источниками излучений, они должны иметь длину меньше чем 0.05А. На низких частотах это условие всегда удовлетворяется, в связи с чем заземление в нескольких точках, как это часто практикуется, здесь не требуется. Это исключает образование контуров заземления, чувствительных к магнитным помехам и разности потенциалов в точках заземления. При разводке общих цепей питания на печатных платах и общего провода сигнальных цепей надо внимательно следить за тем, чтобы не образовывались замкнутые контуры.
Усилители 34 монтируют на металлических шасси, являющихся несущей частью конструкции. В целях безопасности они должны быть заземлены. Из-за наличия стыков и соединений их сопротивление может оказаться значительным, что приведет к появлению помех. Корпус ни в коем случае нельзя использовать в качестве общего провода силовых и тем более сигнальных цепей. Его соединяют с общим проводом только в одной общей точке. Это соединение должно выполняться лайкой или сваркой, так как резьбовое соединение неустойчиво. Надо обратить внимание ча все стыки в шасси, они должны быть обеспечены надежным соединением.
Рис. 99. Схема выполнения заземления в усилителе ЗЧ
Рис. 100. Схема разводки сигналов с переменным сопротивлением в цепи
Особо надо подчеркнуть способы заземления экранов переменных резисторов: регуляторов громкости, баланса и регулировки тембров. Прежде всего в высококачественной аппаратуре корпуса всех указанных переменных резисторов должны быть изолированы от шасси усилителя. Ручки, устанавливаемые на их оси, должны быть изготовлены из изоляционного материала. Соединения следует выполнять витой парой в общем экране. Экраны резисторов и проводов надо заземлять так, как показано на рис. 100.
Если сигнальная цепь имеет отдельную точку заземления, экраны витых пар следует заземлять в одной точке, которая должна быть подключена к общей точке приемника сигнала (точка 2). Это удается выполнить, если источник сигнала не заземлен. Если же заземлены и источник, и приемник (как показано на рис. 100), то экран надо заземлять с обоих концов. Но при такой экранировке устойчивость к магнитным помехам падает (ослабление составляет 27 против 77 дБ). Если ослабление помех недостаточно, то требуется разорвать контур заземления, используя трансформаторы, оптроны или дифференциальные усилители.
Во всех случаях в диапазоне частот до 1 МГц необходимо стремиться заземлять экран в одной точке. Если это не выполняется, то по экрану будут протекать большие токи с частотой сети и вносить фон в сигнальную цепь, Заземление в одной точке также устраняет контур заземления и связанные в ним магнитные наводки. Поэтому, если к разъему подводится несколько экранированных проводов, то каждый экран присоединяют к отдельному контакту, иначе образуются контуры заземления, и токи, проходящие через экран, будут протекать между экранами различных витых пар. В тех случаях, когда слаботочные цепи экранируют и делают заземление в одной точке, необходима изоляция экрана.
Рис. 101. Схема заземления псевдоквадрафонического усилителя ЗЧ
Во всех случаях проводники, выходящие за пределы экрана, необходимо делать как можно короче.
На рис. 101 приведена схема заземления псевдоквадрафонического усилвтеля 34. Каждый ФУ выполнен в виде модуля на печатной плате, на которой смонтированы два одинаковых устройства (предусилитель-корректор, фильтр, нормирующий усилитель и т. п.). На каждой из них имеются два изолированных общих провода: 1 — в сигнальной цепи, 2 — в цепи питания,
Наиболее чувствительные участки усилителя — пять входных ФУ — заземлены с использованием двух раздельных общих проводов сигнальных цепей (корректоры и фильтры соединены с одним проводом, а нормирующий усилитель, шумоподавитель и темброблок — с другим). Цепи нитания этия узлов и квадрапреобразователя подключены к отдельному общему проводу. Общие провода сигнальных цепей квадрапреобразователя и четырех усилителей мощности объединены в один. Общий провод .цепи питания каждого усилителя мощности отдельный. Особо следует обратить внимание, чтобы вместе с ними в этот жгут не попали слаботочные провода входных цепей. Общие провода измерителей уровня и блоков защиты, как менее чувствительные, объединены и проложены отдельно от других. «Земля» шасси служит для подключения каркаса и кожуха усилителя к внешней шине. Общие провода сигнальных цепей и цепей питания необходимо присоединить к корпусу только в одной точке — в основном источнике питания, т. е. в сетевом выпрямителе. К этой же точке необходимо присоединить экран силового трансформатора.
ЭКРАНИРОВАНИЕ
Функциональный узел, имеющий большой коэффициент усиления (например, предусилитель-корректор), целесообразно поместить в металлический экран, чтобы исключить влияние на него внешних магнитных и электрических полей. Подходящим материалом для экрана в диапазоне звуковых частот является сталь. Следует иметь в виду, что низкочастотные магнитные поля помехи труднее поддаются экранированию, чем электрические. Основные потери для магнитных полей составляют потери на поглощение в материале экрана, поэтому здесь применяются магнитные материалы с низким магнитным сопротивлением, имеющие достаточную толщину. Экран с толщиной, равной глубине скинслоя (например, на частоте 50 Гц, в стали глубина его равна 0,74 мм), обеспечивает уменьшение амплитуды внешнего поля помехи ~9 дБ
(в е раз). Для электрических полей помех звукового диапазона экранирование обусловлено, главным образом, отражением. Поэтому здесь необходимо использовать экран из хорошего проводника (медь, латунь и т. п.). Применение стальных экранов в аппаратуре, работающей в диапазоне звуковых частот, является компромиссным решением.
Рис. 102.Схема подключения экрана к «земляной» шине
Следует иметь в виду, что при не-правильном подключении экрана к земляной шине, паразитные емкости образуют цепь обратной связи с выхода на вход, и каскад (узел, устройство) может самовозбудиться. Единственно правильное подключение экрана, которое исключает эту нежелательную обратную связь, — подключать экран к общему выводу усилителя, даже если эта точка не имеет потенциала земли (рис. 102).
Дата: 2018-09-13, просмотров: 646.
