Вопросы правильного питания звукоусилительной техники

Материал из GTwiki
Перейти к: навигация, поиск

Cкажи какoй у тeбя БП, я cкажу какoй у тeбя уcилoк

"Собирал ХотБокс, Солдану, Шарп, Пивик - всё не то, чего-то не хватает... то ли плотности, то ли жыра, <нужное вписать>. Чего бы ещё такого собрать?"

"Все мои самоделки звучат как-то жёстко, колюче, хочется меньше песка и больше певучести. Эквалайзер (ТБ) не помогает, спикерсим не труъ.. Может нужно поменять 10" динамик на каб 4х12" ? Или раскошелиться на волшебные лампы и чудо-конденсаторы?"

"На записях моего кумира гитара прямо сама поёт, а у меня звук совсем не такой, он какой-то "плоский", хотя играю через ламповый усилок. Наверное у Великих волшебные гитары и усилители?"

Если вам знакомы эти вопросы, значит скорее всего вы собираете не музыкальные усилители, а модуляторы сетевых помех :)

Хочется нам того или нет, но если наша питающая сеть представляет из себя не персональную электростанцию в пустыне, а обычную розетку в городском здании, то в этой розетке, к сожалению, далеко не то, о чём пишут в учебниках физики. Да, на заре электрификации страны, когда потребителями были лампы накаливания, всяческие обогреватели, асинхронные двигатели, да немногочисленные ламповые усилители с кенотронными выпрямителями, в сети наверное был практически девственный синус. Позже человечество начало изобретать всякие гадкие девайсы: сварочные аппараты, холодильники, массовую электронику с полупроводниковыми выпрямителями, импульсные источники питания, радиотелефоны и т.п. В результате то, что мы имеем сейчас в Сети - это жуть, а не чистый синус ~220в 50Гц. Обилие "гадящих" в эфир устройств (сотовые телефоны, домашние радиотелефоны, беспроводные компьютерные сети и т.п.) создают ощутимую синфазную помеху (действует между проводами питающей Сети и землёй), которая беспрепятственно проникает через низкочастотные БП в усилители и детектируясь на разных участках схемы вкупе с помехами собственных преобразователей питания создаёт отвратительные условия для работы усилительных каскадов. Другой тип помех, т.н. противофазные (действуют между "фазным" и "нулевым" проводами питающей Сети, т.е. образуют непосредственную "добавку" к питающему напряжению Сети), обусловлены импульсным характером потребления энергии большинством современной техники. Помехи данного типа по своему характеру имеют меньшую "пробивную" способность, но гораздо бόльшую мощность, чем синфазные радиочастотные. Отдельного рассмотрения заслуживают помехи от работы выпрямителей БП наших конструкций, здесь тоже всё не так просто, как пишут в учебниках физики :)

В результате, на усилитель действуют одновременно помехи всех трёх типов, и интермоды этих помех (между собой и с полезным сигналом) прекрасно попадают в звуковой диапазон. С одной стороны после выпрямителя обычно стоят фильтрующие ёмкости, а в некоторых конструкциях ещё и стабилизаторы, и по картинкам на осциллогафе вроде бы всё хорошо (при отсутствии реального, а не идеального тестового входного сигнала ;) ), но с другой стороны наше ухо, как более чуствительный прибор, слышит гадость в питании (при сложном музыкальном сигнале). Идеальный усилитель должен звучать прозрачно, не должно чувствоваться, что инструмент/исполнитель "звучит через усилитель". В реале такого не бывает, т.к. в любом усилителе имеют место нелинейные искажения и грязь от питания в том числе, которая тоже в итоге приводит к искажениям. С нелинейными искажениями активных усилительных элементов несколько проще, т.к. они вполне стабильны и их можно "пощупать" измерительными приборами с помощью тестовых сигналов. Помехи из Сети, их взаимодействие с реальным музыкальным сигналом, их интермоды - вещи настолько нестабильные, что их обнаружить с помощью измерительной техники крайне сложно, и к тому же непонятно как обнаруживать. А наше ухо слышит, видимо потому что в акустической природе нет такого вида искажений, и ухо слышит фальш. Для нас конечная цель не увидеть и измерить искажения, а избавиться от них насколько это возможно. Ниже, не вдаваясь в нудные математические подробности и формулы, привожу способы устранения (а точнее - уменьшения) всех трёх, обозначенных выше, видов помех. Итак, поехали...

1) Синфазные (радиочастотные) помехи. Сетевая проводка представляет для радиочастотных (широкополосных) сигналов огромную антенну, помеха наводится одновременно на оба провода питания и ищет путь "слиться" на землю (и обязательно находит именно наш преамп подлключенный к честно заземлённому усилку, без вариантов :) ). Есть два способа сильно ослабить такую помеху: поставить на её пути катушку индуктивности (для ВЧ-токов оказывает большое сопротивление) и "слить" на землю через конденсатор (для ВЧ-токов оказывает малое сопротивление). Как разновидность последнего - экранирующая обмотка на землю в силовом трансформаторе между первичкой и вторичкой. На практике очень желательно применять оба способа одновременно: розетка - дроссели в разрывы обоих проводов - конденсаторы на землю (честную!) с каждого провода.
Для этих целей промышленность выпускает специальные помехоподавляющие дроссели (EMI suppressor):

EMI choke.jpg

Конструктивно они выполнены в виде двух катушек, намотанных хитрым образом на общем ферритовом сердечние. Отмечу, что дроссель выполняет свою функцию даже без наличия заземления. "Сливающие" РЧ-помехи конденсаторы работают только при наличии честного заземления, их ёмкость обычно принято ограничивать (в целях безопасности здоровья в случае прикосновения к незаземлённому корпусу прибора) номиналом 2,2 нф, но для помехоподавления чем больше, тем лучше (имхо, от 10 до 100нф, не меньше), но без фанатизма (встречал на одном сайте 1 мкф). Для себя я сделал отдельный сетевой фильтр для питания звуковой аппаратуры, там я поставил два конденсатора по 100нф до дросселя и два таких же после, чтоб наверняка :)

2) Противофазные помехи. Огромное кол-во импульсных потребителей и коммутируемых мощных нагрузок искривляют форму напряжения/тока в Сети, т.о. между "фазой" и "нулём" у нас далеко не чистый синус, а промодулированный с частотой 50 Гц ужас. При этом стандартные схемы БП (транс - диодный мостик - конденсатор) в основном рассчитаны на девственные 50/100 Гц, кои там были разве что при царе Горохе :) Способ борьбы - помехоподавляющий конденсатор (X2) между питающими проводами. Я ставлю конденсатор до дросселя (для слаботочных конструкций номинал от 100 до 220нф, для сильноточных зависит от потребляемой мощности, номинал ёмкости - сколько не страшно мкф :) ), конденсатор после дросселя (преды - 470нф, мощники - 2,2..4,7мкф). В случае усилков работающих в классе "А" идеально было бы подобрать ёмкость так, чтобы с индуктивностью первички транса получался резонанс на основной гармонике питающей Сети, т.е. 50 Гц, но это надо что-то считать, мерять... ну, вы меня поняли :) Что приятно - для работы этих конденсаторов не требуется наличия заземления.

3) Помехи от работы выпрямителей (переключательные). Все наши звукоусилительные конструкции питаются от постоянки, а Сеть нам даёт переменку, следовательно без выпрямления не обходится ни одна конструкция. Как работает выпрямитель вроде бы все читали в учебнике физики :) Предлагаю провести небольшой эксперимент на себе! Берём силовой трансформатор или любой прибор содержащий таковой в своём БП, берёмся пальцами одной руки за выводы первички (или вилки прибора), а второй рукой подсоединяем к этим контактам на первый взгляд безобидную 9-вольтовую батарейку "Крона", затем, не убирая пальцы с контактов, отсоединяем батарейку. Результат - на лице :) Вот примерно то же происходит при коммутации диодами выпрямителя электролитов фильтра ко вторичке силового трансформатора. На самом деле процессы гораздо сложнее и ещё и обусловлены неидеальностью работы диодов (заинтересовавшихся отсылаю курить тему про параметр выпрямительных диодов - Trr). Когда нет сигнала на входе усилителя, при отсутствии потребления (класс "Б" и наверное сюда же "АБ") или при постоянном среднем потреблении (класс "А") большую часть времени наш девайс питается от конденсатора(ов) фильтра, на пиках сетевого напряжения с частотой 50 Гц (ОППВ) или 100 Гц (ДППВ) к нам подключается трансик, который подзаряжает конденсатор(ы) фильтра, также для нашего усилка меняется Rвнутр источника питания, т.к. к конденсатору параллелится вторичка транса, которая к тому же подкидывает в питание порцию вышеописанных всепроникающих помех. Зарядка ёмкости - это приличный бросок тока, коммутация диодов - это добавка широкополосной помехи от переходных процессов в самих диодах. Коммутация зарядного тока фильтрующих "банок" порождает мощную ЭМ-помеху от силового трансформатора (вспоминаем батарейку "Крона", ага :) ), которая через другие вторичные обмотки этого же транса и через эфир попадает в звуковой тракт. Весь этот ужас с частотой коммутации диодов выпрямителя обрушивается на наши нежные и чувствительные усилительные каскады :) Данная тема обширна, поэтому не буду вдаваться в подробности, а перейду сразу к делу. Идеальные диоды для выпрямителя - диоды Шоттки. К сожалению, в силу физики их устройста они не могут быть высоковольтными (обычно максимум 60..100в), поэтому в анодку ламповых конструкций они не годятся, здесь следует применять так называемые HEXFRED-диоды (например, серия HFA..), в крайнем случае ультра-фаст диоды (например, серия UF400x). В низковольтные цепи - только Шоттки. Для избавления от широкополосной помехи коммутации выпрямительные диоды обязательно должны шунтироваться конденсаторами: десятки Нф для слаботочных (преампы, анодка) и сотни Нф для сильнотоковых цепей (каменные УМ, цепи накала радиоламп, релейной коммутации). Шунтировать следует не напрямую, а через демпфирующий резистор, чтобы ослабить добротность паразитного LC-контура: паразитная индуктивность диода и шунтирующей ёмкости - собственно шунтирующая ёмкость.

На закуску привожу схему БП, которую я использую в своих напольных ламповых конструкциях -
S PSU.gif