Какую частоту имеет фон переменного тока

Какую частоту имеет фон переменного тока

Усилители Music Angel

Ламповый усилитель XD500MKIII: EL34, 2х50 Вт Ламповый усилитель XD800MKIII: KT88, 2х65 Вт Ламповый усилитель XD845MKIII: 845, 2х20 Вт Ламповый усилитель XD850MKIII: 300B, 2х9 Вт Ламповый усилитель XD8502AIII: 300B, 2х9 Вт Предварительный ламповый усилитель XD900MKIII: 12AU7, 12AX7

Ламповый усилитель MINI 6: KT88, 2х60 Вт Ламповый усилитель MINIP1: 6AQ5, 2х10 Вт Ламповый усилитель MINIL3: EL34, 2х35 Вт Ламповый усилитель MINIP14: 6P14, 2х10 Вт

Ламповые усилители LACONIC HA-02,03B/B2/M: 6N6P, 2х1,2 Вт на 300 Ом

Акустическая система Music Angel One: 20 — 100 Вт, 38 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel 2.5: 20 — 200 Вт, 20 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel TK-10: 10 — 250 Вт, 45 Гц — 22 кГц, 8 Ом, 97 дБ/Вт/м Акустическая система DIVA 5.2: 10 — 150 Вт, 36 Гц — 20 кГц, 90 дБ/Вт/м

КТ 88: Filament Voltage 6.3 V Filament Current 1.6 A Plate Voltage (max) 800 V Plate Current (max) 230 mA Plate Dissipation (max) 40 W 845: D.C. Plate Voltage 1250 D.C. Grid Voltage -98 Peak A.F. Grid Voltage 93 D.C. Plate Current (ma.) 95 Power Output (watts) 15 21 300B: Filament Voltage 5 V Filament Current 1.2 A Plate Voltage (max) 450 V Plate Current (max) 100 mA Plate Dissipation (max) 40 W

Зарубежные и международные стандарты и определения.

Из числа собственных шумов усилителя наиболее опасным и нежелательным является фон переменного тока с частотой 50 и 100 Гц. Прочие шумы бывают заметны только в очень чувствительных усилителях, с которыми радиолюбитель, как правило, не сталкивается. Если усилитель собран без ошибок и тем не менее имеет значительный уровень фона, то прежде всего следует выяснить, по какой причине этот фон возник. Фон может создаваться накальными цепями, выпрямителем и наводками со стороны сети переменного тока. Чтобы выяснить, какая из причин наиболее существенна, нужно поочередно устранять или ослаблять каждую из них. Исследование цепи накала и выпрямителя производится при замкнутом накоротко входе усилителя. Влияние сети исследуется как при замкнутом, так и при разомкнутом входе.
Снижение уровня фона лучше всего начинать с проверки влияния цепи накала. Для этого нужно отсоединить от трансформатора питания один из проводов накала, а именно тот, который не соединен с шасси. Если в первый момент после отсоединения провода, когда катоды ламп еще не успевают остыть, фон резко снижается, значит, его причиной является цепь накала. В этом случае нужно кратковременно отсоединить один из накальных проводов от панельки первой лампы. Если фон пропадает, то достаточно принять меры по питанию накала только этой лампы. Иногда (очень редко) приходится принимать меры по уменьшению фона от накальных цепей двух первых ламп. Предположим, что отсоединение провода накала первой лампы дало удовлетворительный результат. В этом случае остается еще выяснить, каким образом накал этой лампы создает фон. Одна из возможных причин заключается в том, что анодный ток образуется электронами, вылетающими не только из катода, но и из нити накала, температуру которой (а следовательно, и эмиссионный ток) колеблется значительно сильнее, чем у катода. За счет-этого создается пульсация анодного тока, вызывающая появление фона. Чтобы электроны, вылетающие из нити накала, не попадали на анод, нужно сообщить катоду отрицательный потенциал по отношению к нити накала. Практически это достигается за счет подачи на нить накала положительного потенциала относительно шасси величиной 20-30 В. В этом случае соединение цепи накала с шасси производится через конденсатор большой емкости. Лучше всего применять электролитический конденсатор емкостью около 10-20 мкф с рабочим напряжением не менее 30 В. Постоянное напряжение для цепи накала снимается с делителя напряжения, подключаемого к источнику анодного напряжения (рис. 1). Второй причиной фона от накальной цепи первой лампы могут быть наводки со стороны проводов накала в цепь катода или сетки. Для уменьшения наводок в цепи катода желательно применять конденсатор Ск возможно большей емкости (до 100 мкф). Чтобы уменьшить наводки в сеточной цепи, сопротивление Ro должно быть настолько малым, насколько это позволяет характер источника входного напряжения. Кроме того, нужно попытаться уменьшить фон за счет отсоединения от шасси одного накального провода и присоединения другого. Если все эти меры не дают желаемого результата, то оба провода отключаются от шасси и между ними включается потенциометр сопротивлением порядка 100 Ом. С шасси соединяется движок потенциометра. Это соединение может быть непосредственным или через конденсатор в случае подачи положительного потенциала в накальную цепь. Оба варианта уменьшения фона показаны на рис. 2.
При включении потенциометра переменные потенциалы накальных проводов по отношению к шасси оказываются противоположными по фазе. Поэтому наводимые этими проводами напряжения взаимно ослабляются. Положение движка потенциометра подбирается по минимуму фона. В тех случаях, когда принятие всех перечисленных мер не дает желаемого результата, питание цепи накала первой лампы нужно производить постоянным током. Для этой цели делается низковольтный выпрямитель. Возможная схема его показана рис. 3. На трансформатор питания наматывается отдельная обмотка, дающая напряжение около 10 В. Число витков этой обмотки почти в два раза больше, чем накальной. Конденсатор фильтра должны иметь емкость 500-1000 мкф при рабочем напряжении 12-20 В. Сопротивление фильтра проволочное, такой величины, чтобы на лампе, питаемой постоянным током, было напряжение 5,7—6,3 В. Диоды выбираются в соответствии с током накала лампы и с учетом обратного напряжения. Для большинства ламп достаточно четырех любых диодов серии Д7, например Д7Г, Д7Ж и др. В усилителях с не очень высокой чувствительностью (около 0,2 в) к питанию нити накала постоянным током прибегать не приходится.
Рассмотрим теперь случай, когда повышенный уровень фона вызывается выпрямителем. Для установления причины параллельно выходу выпрямителя нужно подключить дополнительную емкость порядка 40 мкф, которая улучшает фильтрацию. Если фон уменьшается, значит причиной его является плохая фильтрация. Тогда дополнительная емкость подключается поочередно в развязывающую цепь первого, второго и последующих каскадов, чтобы установить, в каком из них нужно улучшить фильтрацию. Нужно также проверить дроссель фильтра и электролитические конденсаторы, так как фон может вызываться недостаточной фильтрацией выпрямленного напряжения. Для уменьшения фона, создаваемого сетью переменного тока, выключатель сети в усилителе не нужно располагать вместе с регулятором громкости. Лучше использовать для этой цели потенциометр, регулирующий низкие частоты, который менее подвержен наводкам, или даже поставить отдельный тумблер. Сетевые провода, идущие к выключателю, должны быть свиты и экранированы общей оплеткой. Для уменьшения фона полезно также каждый из сетевых проводов соединить с шасси через конденсатор емкостью примерно 5000 пф с рабочим напряжением не ниже 400-600 В.
——

В- Частотные искажения и частотная характеристика. Диапазон частот

В процессе усиления устройство не должно изменять формы кривой сигнала. Однако по разным причи­нам форма кривой колебаний на выходе усилителя может отличаться от формы кривой на входе, т.е. усилитель вносит искажения сигнала. При воспроизведении звука эти искажения влияют на его тембр и час­тоту, в телевизионных устройствах искажается изображение и т.д.

В зависимости от причины появления искажений их делят на линейные (частотны и фазовые, обусловленные реактивными элементами сопротивлениями) и нелинейные.

Вносимые усилителем частотные искажения оценивают по ампли­тудно-частотной характеристике (АЧХ).

Амплитудно-частотной характеристикой называется зависи­мость модуля коэффициента усиления от частоты. Для простоты её называют частотной характеристику. Она представляет собой графическое изображение зависимости коэффициента усиления от час­тоты входного сигнала. На оси ординат частотной характеристики откладывают значение коэффициента усиления в линейном масштабе, а на оси абсцисс — значение частоты входного сигнала в логарифмическом масштабе, так как диапазон частот входного сигнала часто оказывается очень широким.

На рисунке 1.5, а прямой линией 1 показана идеальная частотная характеристика усилителя, не вносящего частотных искажений; кри­вой 2 — реальная характеристика усилителя, ослабляющего (срезающего) нижние и верхние частоты заданного диапазона.

Количественно частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений М, который является отношением коэффициента усиления на средних частотах К_ср. к коэффициенту усиления на за­данной частоте K_f.

Рисунок 1.5 — Амплитудно — частотная характеристики усилителя ( АЧХ )

В усилителях звуковой частоты за среднюю частоту обычно прини­мают 400Гц или 1000 Гц.

Общий коэффициент частотных искажений многокаскадного уси­лителя равен произведению частотных искажений отдельных каскадов:

Коэффициент частотных искажений может быть выражен также и в логарифмических единицах:

Для многокаскадного усилителя общий коэффициент частотных искажений в логарифмических единицах

Рабочим диапазоном частот, или полосой пропускания, называется область частот от f_H до f_B в пределах, которой частотные искажения не превышает допустимой величины.

В области средних частот, коэффициент частотных искажений М=1, на других частотах, на которых усиление меньше, чем на средних, М>1 (спад частотной характеристики). На частотах подъёма частот­ной характеристики М<1.

Допустимая величина частотных искажений определяется назначением усилителя. Так, например, в усилителях звуковых частот высше­го класса М не должен превышать 2 дБ при частотах от 30 Гц до 20 кГц. Если к усилителю не предъявляются какие-либо специальные требования, то рабочий диапазон частот определяют на уровне 3 дБ., т.е. границами полосы пропускания являются частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается не более чем в √2=l,41 раза.

г- Фазовая характеристика усилителя. Зависимость угла сдвига по фазе между выходным и входным напряжением усилителя от частоты называется фазово-частотные (ФЧХ) или фазовой Фазовые сдвиги в усилителе возникают в результате наличия в нем реактивных элементах (индуктивностей, ёмкостей).

В идеальном усилителе все составляющие независимо от частоты их сдвигаются на одно и то же время. При этом взаимное расположение синусоид различных частот не изменяется. Поэтому и форма выходного сигнала не изменяется. В этом случае фазовая характеристика, выражающая прямую пропорциональную зависимость угла фазового сдви­га φ от частоты f, представляет собой прямую линию 1, как показало на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6- Фазовая характеристика усилителя

В реальном усилителе значение угла сдвига по фазе зависит от частоты. И составляющая сигнала, имеющие разные частоты, оказыва­ются сдвинутыми на разные углы. Это искажает форму сигнала на выходе.

Фазово-частотная характеристика реального усилителя на рисунке 1.6 показана 2. При положительных значениях угла сдвига фазы выходной сигнал опережает входной, при отрицательных — выходной сигнал отстаёт от входного. Искажения формы выходного сигнала, вызываемого различным фазовым сдвигом

различных по частоте составляющих сигнала, назы­ваются фазовыми искажениями.

В усилителях сигналов звуковой частоты фазовые искажения не учитываются, так как на слух они практически не воспринимаются.

д – Переходная характеристика. В усилителях импульс­ных сигналов форма выходного напряжения зависит от переходных процессов установления токов и напряжений в цепях, содержащих реактивные элементы. Для оценки линейных искажений, называемых в импульсных переходными, удобно пользоваться переходной харак­теристикой.

Переходной характеристикой усилителя называют зависимость мгновенного значения напряжения или тока на его выходе от време­ни U_вых= f(t) при подаче на вход единичного скачкообразного изме­нения напряжения или тока (единичной функции).

Наиболее часто на вход усилителя воздействует импульс прямо­угольной формы конечной длительности, как показано на рисунке 1.7

Рисунок 1.7 — Переходная характеристика усилителя

При подаче на вход усилителя прямоугольного импульса напряжение на выходе будет иметь искаженную форму на рисунке 1.7.

Переходные искажения разделяют на искажения фронта импуль­са и искажения плоской вершины импульса. Искажения фронта характеризуются:

— временем установления t_yc . т.е. временем нарастания импульса от 0,1 Um до 0,9U_макс;

— выбросом фронта импульса δ, определяемым отношением нап­ряжения выброса ?U к напряжению в установившемся режиме U.

Допустимая величина переходных искажений определяется назна­чением усилителя.

е – Нелинейные искажения. Нелинейные искажения вызывают изменения формы кривой сигнала, вызванные нелинейностью характеристик элементов схемы усилителя ( транзисторов, ламп, диодов, трансфор­маторов).

При нелинейных характеристиках нет прямой пропорциональности между током и напряжениями, вследствие чего при синусоидальном сигнале на входе, выходной сигнал получается несинусоидальным. Чем больше нелинейность используемого участка характеристики, т.е. больше отклонение её от прямой линии, тем сильнее искажается сиг­нал.

Появление нелинейных искажений в усилителях иллюстрируется графиком рисунок 1.8. При подаче синусоидального напряжения на базу транзистора в первый полупериод используется участок характеристики РБ, имею­щий большую крутизну; поэтому кривая тока имеет большую амплиту­ду. Во второй полупериод используется участок РА, крутизна которого уменьшается с уменьшением напряжения базы; поэтому кривая входно­го тока получается притупленной.

Получающуюся вследствие нелинейных искажений несинусоидаль­ную кривую выходного сигнала можно разложить гармонические сос­тавляющие, или иначе, гармоники.

Рисунок 1.8 — Искажения формы выходного сигнала

Общий уровень нелинейных искажений количественно оценивается коэффициентом нелинейных искажений (коэффициентом

где — U_m1,U_m2,иU_m3-амплитуды 1-й,2-й,3-й и т.д. гармоник выходного сигнала.

Практически имеют значение только вторая и третья гармоники, так они имеют наибольшую амплитуду сигнала, остальные гармоники имеют небольшие по величине амплитуды.

Ещё один вид нелинейных искажений обусловлен появлением в вы­ходном сигнале комбинационных частот, т.е. частот, получающихся как сумма или разность между любыми ( в т.ч. и первыми) гармоника­ми различных сигналов, присутствующих на входе усилителя. Такие искажения принято называть интермодуляционными искажениями. На практике имею значения интермодуляционные искажения второго и третьего порядков (если f₁ и f₂ — частоты, присутствующие на входе, то интермодуляционные искажения второго порядка обусловлены нали­чием на выходе усилителя сигналов с частотами f₁± f₂, а интермодуля­ционные искажения третьего порядка- с частотами 2f₁±f₂ и 2f₂±f₁).

Коэффициентом интермодуляции называется отношение мощности интермодуляционных составляющих на выходе усилителя к минимально возможной выходной мощности полезного сигнала, превыша­ющий уровень собственных шумов усилителя.

Нелинейный искажения на слух практически незаметны, если коэффициент гармоник не превышает 0,2. 0,3%.

В усилителях многоканальной связи линейность должна быть высокой, чтобы гармоники и комбинационные частоты не попадали из одного канала в другой, т.е. чтобы не было перекрёстных искажений. В таких усилителях нелинейность оценивается затуханием а или же, затуханием нелинейности второй а₂ или а₃ гармоник:

ж- Коэффициент шума. Помехами называют посторонние, не связанные с сигналом и не зависящие от него напряжения на выходе включенного усилителя Помехи возникают в цепях усилителя по раз­ным причинам. Обычно их делят на тепловые шумы резисторов и про­водников, шумы усилительных элементов, шумы микрофонного эффек­та, фон переменного тока от источника электропитания и наводки от посторонних источников.

Тепловой шум активных сопротивлений создается хаотическим тепловым движением свободных электронов, которые можно рассматривать как ток, беспорядочно изменяющийся по величине и направле­нию при отсутствии внешнего напряжения.

Шумы усилительных элементов создаются из-за неравномерной эмиссии или инжекции носителей заряда, неравномерного распределе­ния тока между электродами, теплового шума и других причин, зависящих от свойств и физических процессов при работе усилительного элемента.

Шумы микрофонного эффекта возникают при механических воздействиях на элементы усилителя вибраций, звуковых волн, толчков, которые приводят к изменению расстояний между соединительными проводами во входных цепях или между электродами лампы и вызыва­ют изменения тока и появление на выходе напряжения шума. Транзисторы и печатный монтаж практически не обладают микрофонным эф­фектом; ему подвержены соединительные шланги, входные трансфор­маторы с пермаллоевым сердечником и монтаж, выполненный проводни­ками.

Помехи в виде фона переменного тока представляют собой колеба­ния с частотой, кратной частоте питающей сети ( 50, 100, 150Гц), и прослушиваются в громкоговорителе как гудение.

Наводками называют помехи, возникающие из-за наведения напряжения в цепях усилителя за счёт влияния внешних электрических и магнитных полей, токов утечки, гальванических связей.

Количественной оценкой шумовых свойств усилителя является коэффициент шума. Поэтому коэффициент шума определяется по формуле К_ш=1+Р_{ш.собст}./(Р_ш.вх.·К_р), ( 1.24)

где- Р_{ш.собст}. — собственная мощность шумов (мощ­ность добавляемых в сигнал шумов);

Р_ш.вх.- мощность шумов на входе усилителя;
К_р — коэффициент усиления по мощности.

Коэффициент шума всегда больше единицы. Для нормального усиления напряжения сигнала должно превышать напряжение шума в 2..3 раза. Коэффициент К_ш не определяет однозначно абсолютный уровень шумов на выходе. Поэтому для оценки усилителей высокого класса важным параметром является отношение сигнал / шум, пред­ставляющее собой отношение выходного напряжения сигнала (при номинальной выходной мощности усилителя Р_н.ном.) к суммарно­му напряжению шумов на выходе. В усилителях высокого класса отношение сигнал/шум составляет 60. 100 дБ (1000 и более раз).

з – Амплитудная характеристика усилителя представляет собой зависимость установившегося значения выходного напряже­ния сигнал от входа. Так как коэффициент усиления идеального уси­лителя, постоянная величина, не зависящая от величины входного сиг­нала, то его амплитудная характеристика — прямая, проходящая через начало координат, под углом, определяемым коэффициентом усиления усилителя (пунктирная линия на рисунке 1.9).

Амплитудная характеристика реального усилителя не проходит через начало координат, а изгибается при малых входных напряжениях, пересекая вертикальную ось в точке U_п, так как в отсутствие входно­го сигнала выходное напряжение усилителя равно напряжению собственных шумов в его выходной цепи U_п.

Рисунок 1.9 — Амплитудная характеристика усилителя

При слишком больших входных напряжениях реальная амплитудная характеристика также расходится с идеальной, искривляясь из-за перегрузки усилительных элементов, содержащихся в схеме уси­лителя. Из рисунка 1.9 видно, что реальный усилитель может усили­вать подводимые к его входу сигналы с напряжением не ниже U_вх.мин., так как более слабые сигналы будут заглушаться напряжени­ем собственных шумов усилителя U_п и не выше U_{вх.макс}., иначе усилитель будет вносить большие нелинейные искажения.

Отношение U_вx.макс/ _Uвx.мин. характеризуется диапазон напряжений сигнала, усиливаемых данных усилителем без чрезмерных помех и искажений, и называется динамическим диапазоном усилителя D_yс.

Для того чтобы при усиления минимального и максимального сигна­лов не возникло чрезмерных искажений, динамический диапазон уси­лителя должен быть не меньше динамического диапазона сигнала. В тех случаях, когда это условие выполнить не удается, диапазон сигнала сжимают с помощью ручной или автоматической регулировки усиления. Динамический диапазон магнитной фонограммы 40-50 дБ, студийных микрофонов и магнитофонов высокого качества — 60 дБ.

Как устранить фон в усилителе ЗЧ?

При максимальном усилении в месте с полезным сигналом, так же усиливается и фоновый. Усилители звуковой частоты, вновь создаваемые, готовые или ремонтируемые иногда становятся источником головной боли из-за возникающего сильного фона .

Как же звук сделать чище? В статье, ниже пойдёт речь о том, как устранить источники шума и правильно подобрать радиокомпоненты для усилителя.

Как устранить фон с частотой 50 Гц?

Как правило, усилители питаются от сети переменного тока и очень часто фон бывает с частотой 50Гц. Если такое происходит, то первым делом следует проверить: соединительный провод, разъём, правильно ли подключен микрофон или другой источник звука к предварительному усилителю — общий провод устройства должен быть соединен с оплеткой-экраном шнура. Также проверяем правильно ли подключен выход ПУ и вход усилителя мощности (УМ). Дело в том, что иногда в одном устройстве применяются два усилителя (предварительный и УМ), имеющие разную полярность общего провода. В усилительной схемотехнике такое включение не является проблемой, главное для качественного усилителя совместимость входного сопротивления и собственный уровень шумов усилителя. Однако неправильное (некорректное) подключение усилителей между собой и предварительного усилителя к источнику звука (например, к микрофону) зачастую является причиной фона с частотой 50 Гц.

Для устранения этой проблемы существует простой способ, касающийся включения источников звука к предварительному усилителю (это может быть не только микрофон, но и иной источник с небольшим уровнем сигнала до 10 мВ). Разберем данный способ на основе примера с подключением микрофона.

Центральный проводник в оплетке микрофонного шнура подключается на вход ПУ, как правило, к разделительному конденсатору, ограничительному резистору или делителю напряжения. Оплетка (экран) подключается не к общему проводу напрямую, а последовательно с RC-цепью (параллельно подключенные резистор со¬противлением 2кОм (±20%) и оксидный конденсатор емкостью 10 мкФ с таким же допуском по возможному отклонению от номинала). Здесь сопротивление резистора и конденсатора рассчитано для устройств с напряжением источника питания в диапазоне 6-20 В.

Положительная обкладка оксидного конденсатора в данном случае включается сообразно полюсовке источника питания так, что если общий провод подсоединен к «минусу» источника питания, то оксидный конденсатор подключается к общему проводу отрицательной обкладкой, и наоборот.

Такой метод позволяет устранить фон в большинстве усилителей с различным общим проводом источника питания, в том числе в старых ламповых усилителях, где фильтрация выпрямленного напряжения оставляет желать лучшего.

В большинстве случаев таким способом удавалось решить проблему фона с частотой 50 Гц в динамических головках, возникающую после замены штатного микрофона другим (с близкими электрическими характеристиками).

При создании новых усилителей нужно обратить внимание на разводку печатной платы. Она должна быть разведена так, чтобы дорожки питания сходились к одной точке — на конденсаторах большой ёмкости (фильтрах питания). Также шины или дорожки питания должны быть толстыми. Корпусные дорожки желательно должны покрывать пустые участки платы.

Как подобрать пассивные радиоэлектронные компоненты?

Если проанализировать работу в течение 3-5 лет любых аудио- и видеоусилителей, собранных на дискретных компонентах или с применением таковых, окажется, что шумовые помехообразующие свойства данных усилителей (без исключения, самодельного и промышленного производства), в разной степени неудовлетворительны для требовательного слуха меломана или просто внимательного слушателя, привыкшего к комфорту.

Одним из основных требований, предъявляемым к усилителям, является минимальный шум на выходе. В паспортных данных промышленно изготовленного усилителя, как правило, поставленного на конвейерную сборку, присутствует такой параметр, как отношение сигнал/шум.

Чем ниже этот показатель — тем качественнее усилитель. Наверное, радиолюбители замечали, что сразу после приобретения нового усилителя среднего класса А или В его шумовые характеристики практически удовлетворительны, то есть в динамиках трудно зафиксировать на слух шум самого усилителя.

В процессе эксплуатации этот параметр постепенно ухудшается и вот уже на полной громкости усилителя слышен то ли «шум камыша», то ли иной постоянный шорох.

Как правило, бывший в ремонте усилитель имеет худшие качественные параметры, относительно нового. Объяснений тому может быть несколько — от установки в виде замены тех элементов, что есть в наличие, а не тех, которые необходимы по заданным параметрам (это касается всех радиоэлементов), и целым комплексом других причин. После повторной пайки усилители (как показывает практика) начинают больше шуметь даже с установленными высококачественными элементами. Основное усиление в усилителях прямого преобразова¬ния осуществляется на низких частотах. Поэтому особо важно при сборке усилителя применять те компоненты, которые впоследствии дадут меньше шумовых эффектов.

Источники шумов

По источнику возникновения шумы усилителей можно разделить на внешние и внутренние. С помехами и наводками, вызванными внешними причинами, можно успешно бороться известными способами — с помощью оптимального расположения элементов, экранирования корпуса устройства, фильтрами и фильтрующими оксидными конденсаторами по питанию.

Внутренние шумы усилителя

От внутренних шумов, возникающих в процессе усиления сигнала, избавиться не просто. Внутренние шумы усилителя зависят от схемотехники усилителя (совмести транзисторов и целых каскадов) и возникают при прохождении тока через пассивные (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) и активные (транзисторы) элементы схемы.

При разработке или повторении высококачественного усилителя звуковой частоты, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов усилителя.

В каждом усилителе источником внутренних шумов являются тепловые и токовые шумы постоянных и переменных резисторов, фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов, флуктуационные шумы активных элементов, вибрационные и контактные шумы.

Контактные шумы возникают при некачественной пайке, произведенной с нарушением температурного режима, в местах соединения разъемов и отслоений контактных площадок печатного монтажа. Количество все-возможных разъемов в усилительной аппаратуре должно быть сведено к минимуму.

Вибрационные шумы — это разновидность контактных шумов. Они могут проявляться при эксплуатации усилителя на подвижных объектах, с вибрацией почвы (основания), в автомобиле и при неоправданно близком расположении мощных динамических головок к конструкции усилителя.

Такие шумы возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, на которые воздействует приложенное напряжение. Особенно подвержены данному недостатку керамические конденсаторы с емкостью более 0,01 мкФ, установленные во входных цепях усилителя и выполняющие роль разделительных. Спектр помехи находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с этим явлением желательно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах такие помехи не возникают.

Например, звуковой эффект эхо-сигнала — когда в динамических головках (учитывая стереоэффект) отчетливо слышно повторение сигнала. Для некоторых меломанов такой эффект даже приятен и необычен, но по сути, это является недостатком усилителя, хотя бы потому что его невозможно выключить (устранить).

При прямом прохождении тока собственные шумы диодов минимальны. Небольшой уровень шумов все же имеет место — при действии обратного напряжения об¬разуется ток утечки, и чем он меньше — тем меньше шумовые свойства прибора.

Стабилитроны и стабисторы дают больший шумовой эффект (с помощью таких полупроводников даже строят устройства со специальными эффектами — имитаторами шума прибоя, генераторы «белого» и «розового» шума). Чем большее сопротивление имеет ограничительный резистор в цепи стабилитрона (работа на малых токах), тем больше вероятность проявления внутренних шумов стабилитрона.

Рассмотрим шумы, возникающие от пассивных элементов: резисторов и конденсаторов.

Шумы резисторов

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопроводящем слое, из которого частично состоит резистор.

Такие шумы увеличиваются с увеличением температуры нагрева резистора, и даже температуры окружающей среды.

Частотный спектр тепловых и токовых шумов имеет непрерывный характер. Между тепловым и токовым шумами есть различия. Спектр теплового шума равномерно распределен по всей полосе частот, а у токового шума спадает с примерно 10 МГц. Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому у резисторов с низким сопротивлением шумовые качества менее значимы. Кроме того, определяющее значение имеет материал, из которого изготовлены резисторы.

Есть несколько способов борьбы с шумами резисторов. Применение тех типов резисторов, в которых за счет технологии изготовления шумовые свойства менее значимы. У непроволочных резисторов токовые шумы значительно больше тепловых. Общий уровень шума для разных типов сопротивлений находится в диапазоне 0,1-100 мкВ/В.

Подстроечные и переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому их лучше применять с небольшими номиналами или вообще исключить. Тепловые шумы можно значительно сократить, если применять резистор большей мощности рассеяния, чем это технологически требуется.

Тот же эффект достигается принудительным охлаждением резисторов, например, с помощью установленного непосредственно рядом с элементами вентилятора, или помещением всей монтажной платы в холодильник. Параллельное или последовательное включение резисторов для этой цели дает ощутимо меньший эффект, так как возрастает количество контактных соединений, что приводит к увеличению влияния контактных шумов.

Наиболее эффективно использовать в высококачественном малошумящем усилителе звуковой частоты резисторы типов С2-26, С2-29В, С2-33 и резисторы в чип-исполнении (бескорпусные) С1-4. Как наиболее шумовые из популярных резисторов, кроме переменных и подстроечных, показали себя популярные и распространенные типы МЛТ, ОМЛТ.

Резисторы, применяемые в колебательных контурах, усилителях высокой частоты должны обладать только активным сопротивлением, то есть не изменять свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Пограничная частота, на которой будет эффективно работать резистор, зависит от его сопротивления и собственной емкости.

Шумы конденсаторов

Для переменного тока конденсатор представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты. В конденсаторах источником фликкер-шумов является ток утечки.

Наибольший ток утечки у оксидных конденсаторов большой емкости.
Замечено, что утечка увеличивается с увеличением емкости и снижается с увеличением допустимого рабочего напряжения.

Оксидные конденсаторы, установленные на входе и выходе усилителя в качестве разделительных (не пропускают постоянную составляющую напряжения и уменьшают влияние нагрузки или выходных каскадов предварительного усилителя на работу основного усилителя) существенно увеличивают внутренние шумы усилителя. Поэтому желательно вместо них применять пленочные конденсаторы (например, К10-17, К10-28, К10-23, КТ4-23, К73-3, К73-9, К73-17, К76-3, К10У-5, КД-1, К76-П2, КМ-5, КМ-6, из импортных-KWC), хотя это, во-первых, приведет к существенному увеличению размеров конструкции, а во-вторых, выходные конденсаторы таким образом заменить не удастся из-за относительно больших емкостей.

Оксидные конденсаторы вообще являются значительным источником фликкер-шумов, которые образуются в усилителе с течением времени. По этой же причине желательно избегать их применения в цепях прохождения сигнала.

При выборе компонентов для высококачественного усилителя необходимо принимать во внимание, кроме электрических параметров, срок изготовления и фирму-производителя. Как правило, производитель гарантирует паспортные параметры в течение ограниченного срока 3-8 лет. При длительном периоде хранения оксидных конденсаторов до введения их в рабочий режим, их токи утечки заметно возрастают.

Выбор оксидного конденсатора для электронного устройства

При выборе оксидного конденсатора для выходных каскадов УЗЧ необходимо стремиться к тому, чтобы ток утечки не превышал значения 0,1 мА/1 мкФ. Рабочее напряжение такого конденсатора должно в два раза превышать максимальное расчетное напряжение в действующей цепи. Подача напряжения обратной полярности недопустима. Несоблюдение полярности алюминиевых оксидных конденсаторов (К50-29, К50-20, К50-24, К50-35 и аналогичные) приводит к короткому замыканию цепи и нередко заканчивается взрывом конденсатора, если он находится под напряжением!

Для предотвращения несчастных случаев, которые возможны при несоблюдении полярности конденсатора, желательно использовать конденсаторы с предохранительными отверстиями на корпусе. В цепях с переменной полярностью желательно использовать керамические неполярные конденсаторы.

При эксплуатации оксидных конденсаторов в качестве разделительных при малых напряжениях учитывают наличие у них собственной ЭДС с действующим значением до 1 В. Это значение может совпадать или не совпадать с полярностью конденсатора.

Не допускайте, чтобы оксидный конденсатор находился под напряжением, превышающим его рабочее напряжение (допустимо только кратковременное перенапряжение, несколько секунд).

При прохождении через конденсатор импульсного тока обращают внимание на максимальное напряжение на конденсаторе (сумма постоянного напряжения и напряжения пульсаций — если конденсатор включен в электрическую цепь как сглаживающий пульсации фильтр), чтобы оно не превышало номинального значения. В противном случае этот приводит к преждевременному отклонению электрических характеристик конденсаторов (особенно оксидных) от номинальных.

Перспектива развития пассивных радиокомпонентов

Электронные компоненты на основе так называемых «твердых элементов» начинают вытеснять традиционные, производимые на основе сегодняшних технологий. Японские и американские технологи почти одновременно получили особый «твердый электролит», созданный из порошковой смеси различных металлов и специальных полимеров, модификации, которого применяют в гальванических элементах и оксидных конденсаторах (ионисторах) сверхбольших емкостей.

Гальванический элемент из такого материала при толщине 1 микрон дает напряжение до 0,5 В. Батарея из таких элементов толщиной 0,1 мм и площадью два квадратных сантиметра дает напряжение до 70 В.

Применение «твердых электролитов» для производства новых типов конденсаторов, удельная емкость которых в тысячи раз превосходит существующие. Электронным компонентам, созданным по новой технологии, можно придавать любую геометрическую форму, что позволит «вписывать» их в печатные платы, а также размещать их поверх других компонентов, увеличивая в десятки раз плотность монтажа.

Переменное напряжение и его параметры

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказал, как рассчитать индуктивность катушки выполненной на разомкнутом сердечнике (например, ферритовой антенны, контурных катушек радиоприёмников, катушек с построечными сердечниками и т. д.). Сегодняшняя статья посвящена переменному напряжению и параметрам, которые его характеризуют.

Что такое переменное напряжение?

Как известно электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, которое возникает под действием разности потенциалов или напряжения. Одной из основных характеристик любого типа напряжения является его зависимость от времени. В зависимости от данной характеристики различают постоянной напряжение, значение которого с течением времени практически не изменяется и переменное напряжение, изменяющееся во времени.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Переменное напряжение в свою очередь бывает периодическим и непериодическим. Периодическим называется такое напряжение, значения которого повторяются через равные промежутки времени. Непериодическое напряжение может изменять своё значение в любой период времени. Данная статья посвящена периодическому переменному напряжению.

Постоянное (слева), периодическое (в центре) и непериодическое (справа) переменное напряжение.

Минимальное время, за которое значение переменного напряжения повторяется, называется периодом. Любое периодическое переменное напряжение можно описать какой-либо функциональной зависимостью. Если время обозначить через t, то такая зависимость будет иметь вид F(t), тогда в любой период времени зависимость будет иметь вид

Величина обратная периоду Т, называется частотой f. Единицей измерения частоты является Герц, а единицей измерения периода является Секунда

Наиболее часто встречающаяся функциональная зависимость периодического переменного напряжения является синусоидальная зависимость, график которой представлен ниже

Синусоидальное переменное напряжение.

Из математики известно, что синусоида является простейшей периодической функцией, и все другие периодические функции, возможно, представить в виде некоторого количества таких синусоид, имеющих кратные частоты. Поэтому необходимо изначально рассмотреть особенности синусоидального напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение в любой момент времени, мгновенное напряжение, описывается следующим выражением

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла),

φ – начальная фаза, определяемая смещением синусоиды относительно начала координат, определяется точкой перехода отрицательной полуволны в положительную полуволну.

Величина (ωt + φ) называется фазой, характеризующая значение напряжения в данный момент времени.

Таким образом, амплитуда U_m, угловая частота ω и начальная фаза φ являются основными параметрами переменного напряжения и определяют его значение в каждый момент времени.

Обычно, при рассмотрении синусоидального напряжения считают, что начальная фаза равна нулю, тогда

В практической деятельности, довольно часто, используют ещё ряд параметров переменного напряжения, такие как, действующее напряжение, среднее напряжение и коэффициент формы, которые мы рассмотрим ниже.

Что такое действующее напряжение переменного тока?

Как я писал выше, одним из основных параметров переменного напряжения является амплитуда U_m, однако использовать в расчётах данную величину не удобно, так как временной интервал в течение, которого значение напряжения u равно амплитудному U_m ничтожно мал, по сравнению с периодом Т напряжения. Использовать мгновенное значение напряжения u, также не очень удобно, вследствие больших объёмов расчётов. Тогда возникает вопрос, какое значение переменного напряжения использовать при расчётах?

Для решения данного вопроса необходимо обратиться к энергии, которая выделяется под воздействием переменного напряжения, и сравнить её с энергией, которая выделяется под воздействием постоянного напряжения. Для решения данного вопроса обратимся к закону Джоуля – Ленца для постоянного напряжения

Для переменного напряжения мгновенное значение выделяемой энергии составит

где u – мгновенное значение напряжения

Тогда количество энергии за полный период от t₀ = 0 до t₁ = T составит

Приравняв выражения для количества энергии при переменном напряжении и постоянном напряжении и выразив полученное выражение через постоянное напряжение, получим действующее значение переменного напряжения

Получившееся выражение, позволяет вычислить действующее значение напряжение U для периодического переменного напряжения любой формы. Из выше изложенного можно сделать вывод, что действующее значение переменного напряжения называется такое постоянное напряжение, которое за такое же время и на таком же сопротивлении выделяет такую же энергию, которая выделяется данным переменным напряжением.

Действующее значение синусоидального напряжения.

Вычислим действующее значение синусоидального напряжения

Стоит отметить, все напряжения электротехнических устройств определяются, как правило, действующим значением напряжения.

Для определения амплитудного значения синусоидального напряжения необходимо преобразовать полученное выражение

Таким образом если в розетке у нас U = 230 В, следовательно, амплитудное значение данного напряжения

Действующее напряжение также имеет название эффективного напряжения и среднеквадратичного напряжения.

С действующим напряжением разобрались, теперь рассмотрим среднее значение напряжение.

Что такое среднее значение переменного напряжения?

Ещё одним параметром переменного напряжения, который его характеризует, является средним значением переменного напряжения. В отличие от действующего значения переменного напряжения, которое характеризует работу переменного напряжения, среднее значение напряжения характеризует количество электричества, которое перемещается из одной точки цепи в другую, под действием переменного напряжения. Среднее значение напряжения за период определяется следующим выражением

где Т – период переменного напряжения,

f_u(t) – функциональная зависимость напряжения от времени.

Таким образом, среднее значение переменного напряжения численно будет равно высоте прямоугольника с основанием T, площадь которого равна площади, ограниченной функцией f_u(t) и осью Ox за период Т.

Среднее значение переменного напряжения.

В случае синусоидальной функции, можно говорить только о среднем значении за полупериод, так как в течение всего периода положительная полуволна компенсируется отрицательной полуволной, и тогда среднее за период напряжение будет равно нулю.

Таким образом, среднее за полупериод Т/2 значение переменного напряжения синусоидальной формы будет равно

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла).

Какие коэффициенты, характеризуют переменное напряжение?

Иногда возникает необходимость охарактеризовать форму переменного напряжения. Для этой цели существует ряд параметров данного переменного напряжения:

1. Коэффициент формы переменного напряжения k_ф – показывает как относится действующее значение переменного напряжения U к его среднему значению U_cp.

Так для синусоидального напряжения коэффициент формы составит

2. Коэффициент амплитуды переменного напряжения k_а – показывает как относится амплитудное значение переменного напряжения U_m к его действующему значению U

Так для синусоидального напряжения коэффициент амплитуды составит

На сегодня всё, в следующей статье я рассмотрю прохождение переменного напряжения через сопротивление, индуктивность и емкость.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ