Помехи в усилителях

Важной конструкцией старта начинающих радиолюбителей являются усилители низкой частоты. В настоящее время электронная промышленность (конечно же, зарубежная) предлагает широкий выбор интегральных микросхем позволяющих при минимальных временных и финансовых затратах изготовить «приличный» усилитель на любой вкус! Кажется, чего проще, пошёл в магазин и купил микросхему. Там же приобрёл печатную плату, детали россыпью, спаял, включил и, вот оно, получай удовольствие! А на практике часто бывает далеко не так. Возникают вопросы: а какая микросхема лучше, а от какого блока питания запитывать (импульсного или обычного), а почему при работе большие помехи и искажения? В этой статье я не буду останавливаться на проблемах выбора схемотехнических решений, остановлюсь лишь на общих рекомендациях по борьбе с помехами и шумами в усилителях.

Шумы усилителя обусловлены собственными шумами активных элементов, таких как лампы и транзисторы. Не малую долю в шумы вносят и пассивные элементы, главным образом резисторы и оксидные конденсаторы. Борьба с шумами усилителя сводится, в основном, к схемотехническим решениям и выбору малошумящих элементов, что в значительной степени способно удорожить конструкцию в целом. Но, всегда, приходится решать многоуровневую задачу: стоимость - качество работы - надёжность - повторяемость…и т. д.

Помехи в усилителях, в отличие от шумов, могут иметь как внутренний, так и внешний характер. Рассмотрю причины этих помех, способы их определения и методы их устранения.

К внутренним помехам, главным образом, следует отнести возбуждение усилителя на частотах ниже 20 Гц и выше 20 кГц, а так же не доработки блока питания и питающих цепей.

- Факт возбуждения усилителя за границами звукового диапазона определить достаточно просто. Для этого необходимо подключить его к эквиваленту нагрузки (это резистор имеющий величину электрического сопротивления и электрическую мощность равную рекомендованной для конкретного усилителя), закоротить вход усилителя и осциллографом проконтролировать форму сигнала на его выходе. В идеале, это прямая линия, на самом деле увидим некоторые колебания. Определяем их амплитуду и частоту. А вот бороться с этим явлением начинающему радиолюбителю будет сложно. В этом случае необходимо рассматривать конкретные схемотехнические решения и, свойственные им, корректирующие цепочки.

- К недоработкам блока питания и его цепей относят просадку выходного напряжения при полной нагрузке и повышенный коэффициент пульсации. Оба этих явления характеризуются повышенным  фоном и могут быть тесно связаны между собой. Просадку напряжения определяем следующим образом: подключаем к усилителю эквивалент нагрузки, и подаём на него максимально допустимый входной сигнал. Вольтметром определяем величину электрического напряжения на выходе блока питания и на дорожках питания самого усилителя. Если просадка обнаружилась уже на выходе блока питания, следовательно, он имеет недостаточную мощность. Анализируем, находим причину, устраняем или меняем слабое звено. Если просадка обнаружилась только на шинах питания самого усилителя, следовательно, применены провода не достаточного сечения. Провода меняем, дорожки на плате дублируем. Помехи, обусловленные пульсациями питающих напряжений, проявляются в усилителях с питанием от сети переменного тока с частотой 50 Гц и частотами высших гармоник (практически не выше пятой). Для ослабления действия пульсаций следует повышать коэффициент сглаживания фильтров питания (увеличивать величину электрической ёмкости фильтрующих конденсаторов), а так же подавать напряжение питания на первые каскады усилителя через развязывающие фильтры с большой постоянной времени Rф Cф. В случае применения импульсного блока питания по шине питания могут возникнуть наводки ВЧ с частотой преобразования. С ними боремся, устанавливая дополнительно керамические конденсаторы на шину питания ёмкостью около 0,1 мкФ, например советские марки КМ.

Помехи, обусловленные наводками от внешних источников помех. Источниками магнитных наводок могут быть электродвигатели, электромагниты, электромагнитные реле, трансформаторы питания и т. п. Способы уменьшения магнитных наводок:

1. правильное расположение источников наводок относительно входных цепей;
2. изготовление шасси усилителя из не магнитных материалов (сплавы алюминия, латунь и др.);
3. свивание входных сигнальных проводов с минимальным шагом (применяют провода с тонкой изоляцией, например марки МГТФ);
4. магнитное экранирование входных цепей.

Электрические наводки обусловлены паразитными ёмкостями монтажа. Источниками электрических наводок являются провода, по которым протекают переменные токи. Для уменьшения электрических наводок на провода и входной разъём, их экранируют, заключая в кожух из материала с высокой электрической проводимостью (медь, латунь, алюминиевые сплавы). Кожух электрически соединяют с шасси усилителя.

Особое внимание следует уделять конструкции кабеля соединяющего вход усилителя на плате с входным гнездом. Гнёзда могут устаревшие, советские, трёх или пяти штырьковые, а так же  современные, так называемые «тюльпаны» и «джеки». Это обусловлено тем, что этот кабель находится внутри шасси усилителя, которое для него не является экраном. Внутри шасси, в непосредственной близости от питающих проводов находится входной кабель. Вот и наводки! На внешний сигнальный кабель, соединяющий усилитель с источником сигнала, наводки от собственного блока питания, незначительны по двум причинам. В первых, шасси, в этом случае, является экраном, а во - вторых, расстояние. Как известно, поля убывают пропорционально квадрату расстояния. Общими рекомендациями могут служить:

1. внутренний входной кабель должен иметь минимально возможную длину;
2. если усилитель двух канальный или стерео,  то каждый канал к входному гнезду следует прокладывать своим отдельным кабелем;
3. входное гнездо не должно быть соединено с шасси усилителя непосредственно, я через оплётку кабеля подключено к массе усилителя на плате;
4. шасси к массе подключается со стороны блока питания;
5. внутренний входной кабель представляет собой витую пару, заключённую в оплётку.

Практически электрическое экранирование входных проводов выполняют следующим образом. На свитые провода натягивают изоляционную трубку (удобно использовать термоусадку), а поверх неё медную лужёную оплётку. Поверх оплётки необходимо надеть изоляционную трубку. Это нужно для того, что бы избежать тресков в динамиках, причиной которых служит трение экрана кабеля о шасси. Оплётку подключают к массе на плате усилителя, а со стороны разъёма оставляют свободной. Входное гнездо подключают к «горячему» и «холодному» сигнальному проводу витой пары, то есть с входом и массой усилителя. Полезно на плате со стороны «горячего» конца устанавливать, для борьбы с ВЧ наводками, резистор, величина электрического сопротивления которого может доходить до 300 Ом.

Автор: Евгений Шишкин

Теги:

• УНЧ