Как экранировать импульсный блок питания в усилителе

Обновлено: 04.07.2024

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:

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

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

Приемопередающая любительская аппаратура работает в достаточно мощных электромагнитных полях. Это и поля рассеяния неэкранированных силовых трансформаторов, установленных, как правило, на шасси аппаратуры, и электромагнитные поля передающих трактов, излучение которых, наведенное на предварительные каскады, вызывает нелинейные эффекты и самовозбуждение, расширяющие спектр выходных сигналов, что чаще всего приводит к появлению помех на диапазоне и к TVI.

Желание использовать красивый, долговечный, легкий по весу и простой в обработке, обладающий большой электропроводностью, не поддающийся коррозии материал для шасси и корпуса аппаратуры вынуждает конструктора применять алюминий и его сплавы. Однако доступность и цена алюминия явно оставляют желать лучшего.
В промышленности давно и успешно используется мягкая сталь. Благодаря технологиям штамповки, гофрирования, точечной сварки и оксидирования (анодирования)из тонких листов стали изготавливаются достаточно прочные шасси и корпуса, а соединения с корпусом осуществляются сваркой или пайкой с использованием специальных флюсов или путем специальных луженых лепестков, прикручиваемых или приклепываемых к шасси.

В аппаратуре самыми уязвимыми для наводок местами являются компоненты с сосредоточенными параметрами, особенно катушки индуктивности, используемые, например, в генераторах. Наведенное на катушку электромагнитное поле вызывает в генераторах паразитную модуляцию выходного сигнала, которую обычными средствами подавить невозможно.

Не пора ли переходить на стальные конструкции? Все ведет к этому: и желание защитить аппаратуру не только от электрических, но и от магнитных наводок (сталь обеспечивает такую защиту), и дефицит алюминия, и высокие цены на него.

Модная опайка СВЧ блоков полосами из посеребренной (луженой) меди (латуни) имеет ту же негативную сторону: хорошо экранирует устройство от электрического поля и не экранирует от магнитного. Более правильным решением здесь было бы применение луженой жести — это дешевле и эффективнее. Кроме того, можно установить второй экран, вдобавок к электрическому—магнитный. Оптимальным решением может стать анодирование стали медью, которую потом можно и посеребрить.

Друзья! Как и обещал в прошлом борт журнале я постараюсь описать, как без затрат избавиться от шумов в колонках на заведенную машину! Если у тебя дружище идет шум то тебе предстоит по любому добираться до задней части мафона, а так же усилителя. Для начала начни как и я, отключи межблочники от усилителя и послушай на заведенную, если шум отался то смотри питание, используй качественные наконечники для соединения, проложи в гофре. Если проблема осталась после этих махинаций с проводами то скатайся на диагностику генератора. Идем дальше, если шум отсутствует при хорошем питании, подключаем AUX с RCA разъемами

к усилителю и к телефону например (любой проигрыватель с линейным выходом) и звук будет чистый продолжаем поиски! Добираемся до мафона, берем дешевые переходники RCA to RCA

и подключаемся к межблочникам, заводим слушаем! Если тишина то поздравляю, а если нет то идем дальше…
А дальше все просто мафон, есть несколько причин не качественного выходного сигнала. Есть одна хитрая махинация) КИНЬТЕ МИНУС МАФОНА НА КУЗОВ! Если не помогло ->> бросай тот же минус кузова на массу межблочных RCA разъемов. Конечно же это все колхоз, но без затрат! Можно конечно же выбросить мафон и поставить за 200-2000$ какой-нибудь мега магнитолу, но мы же любим экономить друг мой)))

С советами мы разобрались теперь перехожу на личные проблемы с шумами. Ранее я уже писал что подключил обычный аукс в тот же день когда появился шум и это оказались межблочные провода RCA to RCA. Так как я порядочный семьянин и немного сумасшедший в плане электрики, вспоминаю 2 рой курс универа, еще тогда нам рассказывали об экране)) Посчитал, по затратам только изолента потребуется 4 рулончика и придётся выкрасть у жены с кухни пищевую фольгу) и так приступим!

Для начала скручиваем отрезками 2 межблочных кабеля каждый и которых имеет по 2 вроде бы экранированного кабеля нашими дорогими Китайцами) Далее наматываем пищевую фольгу. Я наматал 7 слоёв по всей длине.

Далее берем медный либо алюминиевый кабель длиной 40- 50 см снимаем изоляцию на 3/4 и наматываем на фольгу по кругу, оставляем изоляцию такой же длины что и RCA (для подключения к корпусу кузова автомобиля, ЗЕМЛЯ). Заметьте! ЭТО ВАЖНО! Если вы используете медный кабель то обязательно капните моторного масла и промажте всю поверхность покрытия меди с фольгой! Делаем мы это для того чтобы в не далеком будущем медь с алюминием не окислились, может пойти реакция, масло увеличивает токопроводимость, а так же будет препятствовать попаданию влаги на контакт меди с алюминием!

Я использовал масло для домашнего использования, оно смазывает дверные замки, оконные рамы и т.д.

После ложим поверх всей нашей конструкции 2 слоя изоленты, на всю мою длину в 5 метров у меня ушло 4 рулончика и 2 часа времени.
После мучительной прокладки этого кабеля "Франкинштейна" ровно так же как он и лежал ПО ЦЕНТРУ САЛОНА, влючаем, заводим и с криками ОН РАБОТАЕТ, ОН ЖИВ!

выкуриваем 2 подряд от радости и наслаждаемся тишиной на заведенную машину! Кстати говоря если шумы остались после прокладки ТО медный кабель который мы накручивали на фольгу нужно будет прикрутить на минус кузова (к железу кузова). Но я этого не делал, и без этого все заработало)) Лучше обезопасить себя и прикрутить его чем в дальнейшем опять всё разбирать. Надеюсь вам поможет данный пост, старался как мог). Я не супер фанатик автозвука, согласен что колхоз, но зато какой) Успехов тебе во всех начинаниях, помни любая поломка к тюнингу!))

Любительский

Текстом ниже не пытаюсь «открыть Америку» для читателей, просто решил поделиться своим опытом…

Все началось приблизительно, год назад, когда я обратил внимание, что, при прослушивании радио в автомобиле, появились шумы, причем проявлялись они не всегда, а только в определенных точках города, где раньше проблем с приемом никогда не было. В тот момент подумал, что это связанно с работами на радиопередающей вышке, да и сам радиоэфир слушаю редко, все больше музыку с дисков, поэтому особого внимания проблеме не уделял.

Но вот, совсем недавно, в сервисе «Вопрос-ответ» DNS встретил несколько вопросов по проблемам со штатными блоками питания видеорегистраторов и навигаторов и, при активном «гуглении», наткнулся на упоминание некачественной продукции, от которой идут наводки на автомагнитолы при прослушивании радио, и более того, помехи для GPS приемников навигаторов. "Шуметь" может как блок питания, так и устройство к нему подлюченное. Сопоставив данные факты с датой приобретения видеорегистратора Explay DVR-004 (как раз год назад), начали закрадываться подозрения, не он ли источник помех радио.

Покатался по городу, нашел точку, в которой начались помехи, вытащил блок питания видеорегистратора из прикуривателя и …

помехи пропали, радио стало слышно просто отлично!

Проблема локализована, пора заняться ее устранением :-)

Снова изучение форумов, и приблизительный список решений:

* Заменить некачественный блок питания на качественный.
* Убрать импульсный блок питания и поставить стабилизатор на базе кр142ен5 или аналогов.
* Запитать видеорегистратор от отдельного источника питания.
* Экранировать корпус видеорегистратора и провод его питания.
* Поставить на провод питания видеорегистратора ферритовые кольца.
* Поставить сглаживающие фильтры по питанию на вход и/или выход блока питания регистратора.

Первый вариант я для себя отсек сразу, т.к. вскрытие блока питания моего видеорегистратора показало, что, схема, в принципе, достаточно грамотная, по крайней мере, соответствует типовой для микросхемы MC34063.

Второй вариант плох тем, что «кренки» сильно греются и их нужно хорошо охлаждать (радиатор площадью не меньше 10 см2), что достаточно пожароопасно.

Третий вариант для автомобиля совсем не подходит, не возить же с собой два аккумулятора.

Четвертый вариант, особенно в части корпуса видеорегистратора или навигатора, труднореализуем.

Для себя решил пробовать 5 или 6 вариант, т.е. ставить фильтр по питанию.

Под рукой, как раз был неисправный блок питания персонального компьютера, на входе у которого отдельной платкой стоял фильтр по питанию, решил попробовать его.

Замеры шумов при его подключении показали, что они «живее всех живых» :-)

Тогда решил собрать из подручных средств П-образный сглаживающий фильтр, не заморачиваясь его расчетами.

Под рукой, как раз, были необходимые компоненты, а именно:

* Конденсаторы 25V 1000uF (продаются в любом радиомагазине за сущие копейки).
* Дроссель (выпаял из неисправного блока питания).
* Штекер в прикуриватель автомобиля (позаимствован с неисправного автомобильного компрессора).

Первым делом поставил в штекер предохранитель, чтобы, в случае короткого замыкания, не спалить электронику автомобиля или блок питания видеорегистратора. Именно отсутствие предохранителя и стало причиной мучительной смерти компрессора, когда на морозе лопнула оплетка его провода и произошло короткое замыкание. Второй раз на эти грабли решил не вставать.

Для быстрой проверки изготовил «прототип» - распаял схемку «навесом». Получилась такая конструкция.

Первое же испытание «в поле» показало неплохой результат, уровень шумов снизился существенно, небольшие помехи остались, но их можно списать на действительно низкий уровень сигнала в некоторых местах нашего города. Также, не стал ставить ферритовые кольца на провод питания, т.к. их под рукой не оказалось, а полученный эффект меня устроил :-)

Следующим шагом – облагородил схемку в небольшой корпус из под мышки Logitech, уж очень не хотелось снимать часть панели в авто и припаивать получившийся фильтр непосредственно к разъему «прикуривателя».

Для этого разобрал блок питания видеорегистратора

отпаял пружинку и минусовой контакт

Выкинул "потроха" мышки и разместил фильтр и блок питания внутри ее корпуса, закрепив элементы с помощью клеевого термопистолета.

Читайте также: