Источники и цепи питания постоянного тока ФУ усилительного устройства являются общими. Поэтому надо обратить самое серьезное внимание-на проектирование системы питания, чтобы исключить связи между ФУ через общий источник питания. Любой сигнал переменного тока, возникающий в ФУ или нагрузке, не должен присутствовать на шинах питания и не создавать падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.
В идеальном случае источник питания должен быть генератором ЭДС с нулевым внутренним сопротивлением. Однако реальный источник имеет конечное внутреннее сопротивление Ri , следовательно, через это сопротивление источника могут образовываться связи между ФУ. Причем эта нежелательная обратная связь усиливается из-за сопротивления соединительных проводников цепей питания. Одновременно они, как и сигнальные проводники, подвержены воздействию электрических и магнитных помех. И здесь применимы те же методы борьбы, которые рассматривались ранее.
В статическом режиме (в режиме постоянного тока) напряжение UH, передаваемое на нагрузку,
U н = U х.х — I н max ( Ri + R л max ),
где Ux.x — выходное напряжение ненагруженного источника (холостого хода); Iн max — максимальный ток нагрузки; Rл max — сопротивление соединительной линии.
Чтобы улучшить работу источника при медленном изменении тока нагрузки, необходимо улучшить стабилизирующие свойства источника (уменьшить Ri ) и соединительные провода брать достаточного сечения. При резком изменении тока нагрузки на ДIн (режим усиления звуковых сигналов — динамический режим) возникают напряжения переходных помех, и результирующее-изменение напряжения на нагрузке оказывается функцией волнового сопротивления Z0 линии передачи, Мгновенное напряжение помехи на нагрузке
тде Lл и Сл — соответственно индуктивность и емкость линии передачи питания.
Волновое сопротивление линии передачи может служить хорошим критерием качества для сравнения различных систем разводки питания. Чтобы подучить хорошую развязку в динамическом режиме, волновое сопротивление линий передачи должно составлять не более нескольких Ом. Для этого необходимо увеличить Сл и уменьшить Lл . Это достигается использованием плоских шин питания, расположенных как можно ближе, между которыми устанавливается изолирующая прокладка с большой диэлектрической постоянной. Например, два провода круглого сечения с тефлоновой изоляцией, разнесенных на 1,5 диаметра, имеют Z0=80 Ом. Однако если два плоских проводника шириной H=10 мм расположить один над другим и разделить тонкой (толщиной h ==100 мкм) полиуретановой пленкой (е = 7), то волновое сопротивление такой шины будет:
На практике сделать шины передачи с малым zq довольно сложно и дорого, что вынуждает подключать к нагрузке между шинами питания и земли развязывающий керамический конденсатор емкостью от 0,1 до 1,0 мкФ [19] для обеспечения малого комплексного сопротивления шин питания. Чтобы исключить динамические помехи через источник и дополнительно сгладить пульсации питающего напряжения, применяют развязывающие фильтры.
Для развязки слаботочных и чувствительных узлов по цепи питания ис-яользуются резистивно-емкостные и реже индуктивно-емкостные фильтры.
Итак, для улучшения характеристик системы питания, цепи разводки необходимо выполнять плоскими шинами; для развязки паразитного сопротивления шины питания, непосредственно на зажимах нагрузки устанавливается керамический конденсатор (с малой собственной индуктивностью) развязки писания; а для развязки отдельных каскадов усилителя устанавливаются RC фильтры.
ВНУТРЕННИЕ ИСТОЧНИКИ ШУМОВ
Если даже исключены все внешние связи ФУ по помехам, все же имеется минимальный уровень собственных {внутренних) шумов. Собственные шумы имеются у всех электронных компонентов, на которых рассеивается иощность. Основными видами собственных шумов являются: тепловые, дробовые, контактные, импульсные.
Тепловые шумы возникают в результате теплового движения электронов в веществе резистора и определяют нижний уровень шумов, достижимый в ФУ. Действующее значение напряжения тепловых шумов Uт, в разомкнутой цепи, обусловленное наличием в ней сопротивления R ,
где k — 1,38*10-23 Дж/К - постоянная Больцмана: Т — абсолютная темпера-тура, К; AF — полоса пропускания шумов, Гц; R — сопротивление, Ом. При комнатной температуре (290° К или 17'С): 4kT=1.6*10-20 Вт/Гц,
Мощность тепловых шумов имеет равномерную частотную характеристику и в любой части спектра при одинаковой полосе имеет одинаковое значение, независимо от R:
P ш = U 2 т / R =4 kT Д F .
Для уменьшения напряжения тепловых шумов необходимо минимизировать сопротивление и полосу пропускания системы.
Дробовой шум связан с прохождением тока через потенциальный барьер. Он возникает из-за флуктуации среднего значения тока при хаотн-ческой диффузии носителей через базу транзистора и из-за случайного характера генерации и рекомбинации пар электрон — дырка.
Действующее значение тока этого шума
где q=1,6-10-19 Кл — заряд электрона; 70 — среднее значение постоянного тока, А; ДF — полоса пропускания, Гц;
т. е. плотность дробового шума зависит только от значения проходящего тока и не зависит от частоты.
Контактные шумы вызываются флуктуацией проводимости вследствие несовершенства контакта между двумя материалами. Они встречаются в композиционных резисторах, угольных микрофонах, транзисторах и диодах, и т. п., которые содержат множество сплавленных между собой частиц. В силу специфичной частотной зависимости их называют низкочастотными или 1/f шумами. Контактный шум If:
где А — постоянная, зависящая от вида материала контакта и его конфигу-рации; Т0 — среднее значение постоянного тока, A; f — центральная частота полосы пропускания, Гц; ДF — полоса пропускания, Гц.
«Вес» контактных шумов из-за характеристики 1/f на низких частотах может быть очень большой. При исследованиях шумы 1/f наблюдаются даже при сигнале, имеющем период несколько часов. Контактные шумы — главный источник помех в низкочастотных цепях.
Импульсные шумы обусловлены производственными дефектами и их можно устранить, улучшив процессы производства. Эти шумы вызываются дефектами в переходе полупроводникового прибора (обычно в виде металлических примесей). Импульсные шумы проявляются как резкие всплески и сопровождаются дискретным изменением уровня. Длительность шумовых импульсов колеблется от микросекунд до секунд, их амплитуда превышает амплитуду тепловых шумов в 2... 100 раз, частотный диапазон составляет 0,01... ... 100 Гц. Так как этот шум связан с наличием тока, то наибольшее напряжение шумов наблюдается в высокоомных цепях, например, во входной цепи ОУ. Для исключения импульсных помех необходимо обнаружить шумящий элемент и заменить его.
Учитывая, что все рассмотренные здесь источники шумов являются некоррелированными, то они суммируются на основе правил сложения мощносей, следовательно, суммарное напряжение теплового, дробового, контактного и импульсного шумов определяется как
Для измерения напряжения шумов лучше всего пользоваться широкополосным осциллографом. Основное преимущество осциллографа перед различными вольтметрами в том, что на осциллографе можно наблюдать форму измеряемого сигнала. При этом можно быть уверенным, что измеряются именно случайные шумы, а не наводки или фон сети частотой 50 Гц.
Действующее значение белого шума равно 1/8 (предполагается, что отношение амплитуды к действующему значению шумов составляет 4:1, при этом точность измерений не хуже 1,5%) двойного амплитудного значения сигнала, измеряемого на экране осциллографа. (При определении двойной амп« литуды на экране осциллографа один-два пика, которые будут значительно выше всей кривой сигнала, в расчет брать не следует.) Для количественной оценки шумов, вносимых отдельными электронными устройствами, используют коэффициент шума:
Коэффициент шума Кш можно определить также как
K щ = A ВХ / A ВЫХ ,
где АВХ=РС.ВХ/РШ.ВХ, Aвых = Рс.вых/Рш.вых; т. е. Kш показывает, во сколько раз отношение сигнал-шум на входе устройства больше отношения сигнал-шум на его выходе. Коэффициент шума многокаскадного усилителя определяется следующим выражением:
где Kш1 и KP1 — коэффициенты шума и усиления по .мощности первого каскада; Kш2 и Kр2 — те же коэффициенты для второго каскада и т. д.
Из этого уравнения следует, что при достаточном коэффициенте усиления первого каскада суммарный коэффициент шума определяется коэффициентов шума первого каскада.
Для уменьшения уровня помех и шумов в общей системе необходимо ограничивать полосу пропускания усилителя до значения, соответствующего полосе слышимых звуковых сигналов. Поэтому в начале тракта необходимо устанавливать фильтры, ограничивающие полосу слышимых частот. Полоса пропускания последующих ФУ выбирается из условия обеспечения высокого качества их динамических характеристик (линейность фазо-частотной характеристики, высокая крутизна переходной характеристики и т. п.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атаев Д. И., Болотников В. А. Унификация в радиолюбительских конструкциях. — Радио, 1983, № 12, с. 32 — 35.
2. Пикерсгиль А., Беспалов И. Феномен «транзисторного звучания». — Радио, 1981, № 12, с. 36 — 38.
3. Банк М. У. Параметры бытовой приемно-усилительной аппаратуры и методы их измерения. — М.: Радио и связь, 1982. — 136 с.
4. Лихницкий А. М., Школьников Р. М. Применение метода компенсации для измерения параметров усилителя низкой частоты. — Техника средств связи. Сер. ТРПА, 1981, № 1, с. 25 — 34.
5. Атаев Д. И., Болотников В. А. Подавление помех и шумов в усилителях 34. — Радио, 1984, № 4, с. 43 — 45, № 5, с. 35 — 36.
6. Атаев Д. И., Болотников В. А. Предусилители-корректоры для магнитного звукоснимателя. — Радио, 1982, № 4, с. 38 — 40.
7. Эфруси М. М. Микрофоны и их применение. — М.: Энергия, 1974. — 88 с.
8. Терехов А. О регулировании громкости. — Радио, 1982, № 9, с. 42 — 43.
9. Орлов П., Приходько А. О регулировании громкости в стереофонических усилителях. — Радио, 1980, № 6, с. 44 — 45.
10. Кинг Г. Руководство по звукотехнике: Пер. с англ. — Л.: Энергия 1980 — 384 с.
11. Изаксон И., Николаенко А., Смирнов В. Динамический фильтр «Маяк». — Радио, 1982, № 12, с. 34 — 36.
12. Боздех И. Конструирование дополнительных устройств к магнитофонам: Пер. с чешск./Под ред. Б. Я. Меерзона. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 304 с.
13. Кононович Л. М., Ковалгин Ю. А. Стереофоническое воспроизведение звука. — М.: Радио и связь, 1981. — 184 с.
14. Берендюков Ю., Ковалгин Ю., Синицын А., Егоров А. Квадрафония или система ABC? — Радио, 1982, № 9, с. 44 — 48.
15. ГОСТ 21185 — 75. Измерители уровня квазипиковые. Типы и основные параметры. Методы испытаний.
16. Никонов А. В., Папернов Л. 3. Измерители уровня звуковых сигналов — М.: Радио и связь, 1981. — 112 с.
17. Рачев Д. Вопросы любительского высококачественного звуковоспроизведения: Пер. с болг. — Л.: Энергоатомиздат, 1981. — 184 с.
18. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ — Изд 2-е — М.: Мир, 1984. — 598 с.
19. Атаев Д. И., Болотников В. А. Выбор пассивных элементов для тракта 34. — Радио, 1985, № 6, с. 44 — 46, № 7, с, 38 — 39.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Основные технические показатели и характеристики усилителей звуковоспроизведения
Общие сведения
Показатели качества
Селекторы входных сигналов
Предусилители-корректоры для магнитного звукоснимателя
Микрофонные усилители
Фильтры
Регуляторы громкости, баланса и режима «Интим»
Нормирующие усилители
Шумоподавнтели
Регуляторы тембра, эквалайзеры
Квадрапреобразователи
Усилители мощности звуковой частоты
Узлы контроля уровня выходных сигналов
Узлы защиты звуковых колонок
Источники питания
Практические способы подавления помех и шумов в усилителях ЗЧ .
Источники помех
Защита проводов
Заземление
Экранирование
Развязка каскадов по питанию
Внутренние источники шумов
Список литературы
ББК 32.871
А 92
УДК 681.842:64
Редакционная коллегия:
Б. Г. Белкин, В. М. Бондаренко, В. Г. Борисов, Е. Н. Геништа, А.В.Гороховский С А. Ельяшкевич, И. П. Жеребцов, В. Г. Корольков,А. Д Смирнов, Ф. И. Тарасов, Ю. Л. Хотунцев, Н. И. Чистяков
Дата: 2018-09-13, просмотров: 543.
