Особенности построения трансформаторного БП УМЗЧ

[Falconist]

Столкнулся я как-то с такой проблемой. Сваял УМЗЧ на 20 Вт. Питание - нестабилизорованное. БП - обычный трансформаторный с 2-мя обмотками, каждая имела отдельные выводы.

Когда я подсоединял "общие" выводы обмоток с точкой соединения конденсторов фильтра через дорожку на плате, длиной около 70 мм и шириной порядка 3 мм (жирная линия в варианте "А"), усилитель довольно слышно "фонил". При соединении "общих" выводов обмоток непосредственно возле конденсаторов фильтра (две жирные линии в варианте "В"), фона НЕ БЫЛО ВООБЩЕ.

Кстати, на демонстрации этого феномена выиграл ящик пива у профессиональных элекроников. Но объяснить его ни я, ни они, ни кто другой (я раньше выкладывал подобное сообщение на форуме) так и не смогли.

По долгом размышлении IMHO пришел к гипотезе, что это можно было бы объяснить неодинаковым порогом открывания диодов выпрямительного моста. При этом при каждой полуволне на общем проводнике ("А"), обладающем хоть и малым, но все-таки конечным сопротивлением, выделяется помеха, вызванная тем, что один диод плеча уже открылся, а другой - еще нет.

Повторяю, что это - всего лишь гипотеза, выносимая на общее обсуждение.

С другой стороны, не исключено, что во многих случаях фона в УМЗЧ, его причиной может быть именно этот феномен. Отсюда - практические выводы:
1) Обмотки трансформатора для УМЗЧ выводить только на отдельные лепестки и ни в коем случае - не на один общий для обоих обмоток.
2) "Общую точку" формировать не на самОм трансформаторе, а вести отдельными проводниками, которые соединять в точке соединения конденсаторов фильтра питания.

Буду благодарен за обсуждение данного вопроса и его анализ.

-- Прилагается рисунок: --

[tauP10]

Уважаемый Falconist,
а Вы можете проверить кое-что, или остались только воспоминания об этих экспериментах?

1) Если закоротить возле трансформатора общие провода, чтобы схема B стала похожей на схему А - фон появляется как и в варианте А ????

2) для варианта А Вы не пробовали диоды моста шунтировать конденсаторами 10-20 nF ? Какие диоды стояли?

3) не могли бы схематично набросать конструкцию как расположен трансформатор, как шли провода от него , на кАком расстоянии провода друг от друга, где стоит мостик и где электролиты фильтра. Для обоих вариантов А и В.

4)на выходе УНЧ характер фона был чисто синусоидальный 50 гц? пилообразный 100Гц? или импульсный с частотой 100 гц (верхушки синусоид)? или другой.

Эта информация очень помогла бы анализу.

[Falconist]

Уважаемый tauP10,

Это было лет 10 назад. Усилитель имел еще примитивный микшер на 1 линейный + 1 микрофонный вход. Он ушел в школу и - с концами. Схема и рисунок печатки утеряны.

Корпус был размерами порядка 150х150 мм плюс/минус пару десятков мм. Компоновка УМЗЧ - достаточно компактная (чтобы перепаять концы обмотки, его приходилось нехило разбирать).

Трансформатор был на тороидальном железе мощностью около 30 Вт.

Диоды ничем не шунтировались. Навскидку по памяти - 4хКД202.

Фон я не осциллоскопировал, но частота была точно 100 Гц (тон - уже привычный на слух).

Повторяю: ВСЕ изменения заключались ТОЛЬКО в изменении места подпайки концов обмоток, которые в обоих случаях не укорачивались/удлинялись (это были собственно выводы обмоточных проводов длиной около 12...15 см.).

[tauP10]

не как гипотезу а как некоторый опыт выскажу следующее:
1)При закрытии выпрямительных диодов возникает колебательный процесс в контуре образованном индуктивностью рассеяния вторичной обмотки и паразитной емкости диода/диодов при запирании. Это можно легко наблюдать осциллографом. Частота этих колебаний находится обычно в полосе 1...20 мГц.
Амплитуда этих колебаний может быть от 10 до 90% от амлитуды подводимого питающего напряжения к диоду, если не приняты меры по гашению этих колебаний.

2) Этих колебания могут вызывать наводки , в том числе во входных и чувствительных каскадах , которые эти наводки детектируют (на нелинейности переходов транзисторов) как амплитудную модуляцию ВЧ колебаний и далее продвигают как "фон" на пример в УМЗЧ для дальнейшего "усиления".

3) широкораспространенный способ борьбы с паразитными колебаниями в выпрямителях - шунтирование диодов заведомо бОльшими на порядок-два емкостями чем паразитная, тем самым снижается добротность паразитного контура (sqrt(L/C)/R ) , частота колебаний уменьшается и спектр помехи становится более узкополосным.

ЧТо касается случая описанного автором (это гипотеза)- считаю что изменив точку подключения общих проводов ближе к конденсаторам он уменьшил индуктивность паразитного контура , снизив во первых добротность , но повысив при этом его частоту. Возможно что входной каскад микрофонного усилителя из-за особенностей разводки имел свой приемный контур с резонансной частотой близкой к паразитному контуру, а после переподключения общих проводов "детекторный приемник" в микрофонном усилителе оказался с расстроенным контуром относительно источника помехи.
Влияние общего печатного проводника длиной 70 см заключается как раз в увеличении индуктивности рассеяния обмоток питания. Несмотря на малую величину этой индуктивности она выполняла также и роль антенны в плоскости печатной платы , вероятно и располагалась паралленно (хоть и на удалении) другим земельным и сигнальным проводникам в малосигнальной части платы и служила первичной обмоткой парзитного ВЧ трансформатора. Низкочастотные токи пульсаций заряда электролитов по ней не текут при сбалансированной нагрузке обоих выходов , а вот всякая высокочастотная дребедень от выпрямительных контуров - пожалуйста нате.

[Falconist]

Уважаемый tauP10,

Ваш вариант объяснения ничем не хуже моего, однако некоторые факты, упущенные мною в первом посте, к сожалению, в него не укладываются.

Во-первых, в то время я уже работал на студии звукозаписи и вопросам топологии земли, силовых и малосигнальных цепей, после ряда набитых шишек от наступания на грабли, уделял самое пристальное внимание. Т.е., входные цепи находились на максимальном удалении от силовых. Более того, от точки соединения конденсаторов фильтра питания - "земляной Мекки" (по терминологии Хоровица и Хилла) шли то ли четыре, то ли пять отдельных печатных проводников к различным участкам схемы. Таким образом, протеканием общих токов по земляным проводникам объяснить данный феномен не получается.

Во-вторых, поскольку микшерная часть находилась на отдельной плате, то в поисках источника фона я ее попросту отключал. На уровень фона это не влияло. Более того, он оставался прежненй громкости при выведении общего входного регулятора громкости в нуль (т.е., вход был фактически закорочен на общую шину).

В-третьих, на входе стоял ФВЧ в виде конденсатора порядка 100 пф на общую шину, т.е. детектирование упомянутых Вами 1...10 мГц от закрывания диодов крайне маловероятно.

В-четвертых, общий печатный проводник имел длину не 70 см, а всего 70 мм. Высокочастотная дребедень вполне могла на нем наводиться, но, как я сказал выше, ее детектирование с частотой 100 Гц крайне сомнительно. Кроме того, шины питания как собственно УМЗЧ, так и микшера были обильно шунтированы керамическими конденсаторами по 0,1 мкф (по 2...3 на каждую шину каждой из плат). По их паре стояло и непосредственно возле электролитов фильтра питания.

[tauP10]

Для ясности я набросал рисунок.

Ваши рассуждения, Falconist, по поводу фона в основном сосредоточены вокруг кондуктивного вида помехи, т.е помехи на общем проводе при протекании через его омическое сопротивление большого тока, вызывающего падение напряжения на нем в соответствии с законом Ома.

То что Вы выше описали примерно ( ПРИМЕРНО ) выглядит как на нижнем рисунке. Прошу обратить внимание что даже только кондуктивная помеха или просто собственное потребление тока по цепи общего провода от "мекки" до усилителя мощности может вызвать падение напряжения , особенно если там будет протекать ток нагрузки. Это напряжение будет складываться с напряжением сигнала , поступающего из предварительного усилителя (кривой проводник). Несмотря на то что на выходе предварительного усилителя относительно его "локальной земли "С" сигнал допустим идеальный, на вход усилителя мощности он придет грязный , суммированный с падением на общем проводнике от УМ до "мекки". В некоторых случаях УМ может даже вобудиться от этого.

Я писал об индуктивной наводке например между землями "В" и "С" , потому что они представляют из себя незамкнутый контур и при протекании каких либо вредных токов от O1 до "мекки" или от О2 до "мекки" по правилу буравчика силовые линии магнитного поля помехи , рожденные проводником красным или синим проникнут и в открытый контур между В и С землями и создадут "помеховую" разность потенциалов между точками В и С , которая успешно приплюсуется к идеальному сигналу выхода предварительного усилителя (но идеальному только по отношению к С)

Учитывая то что помехи от диодов проходят не только по синему и красному проводнику но и через конденсаторы фильтра питания - электролиты да еще керамику, то силовые линии поля помехи по-любому попадут в открытые контура земель, коих у Вас много.

Наводка по моей гипотезе носит индуктивный характер от цепей питания, где она рождается на диодах. Детектированная наводка обладает свойством "резкого проявления", как в описанном Вами феномене. То есть при малой амлитуде она не выводит усилительный каскад из линейного режима и умирает в нем, а при большой амплитуде уже начинает детектироваться и "звучать" фоном. Выведя часть проводников (синего или красного - на Ваше усмотрение ) из плоскости платы , вероятно Вы уменьшили проникновение силовых линий в паразитные контура земель. Как аналогия -› ориентирование сердечников трансформаторов позволяло раньше , в старину , уменьшать наводки силового на выходной или входной трансформатор по низкой частоте. Тут я разлагольствую о ВЧ.

Известно что без сердечника с высоким µ (др. словами с воздушным сердечником ) трудно сделать трансформатор для НЧ. Поэтому низкочастотные всплески тока в общих проводах способны проявляться в первую очередь в виде кондуктивных наводок, которыми чаще всего и объясняют многие эффекты в усилителях НЧ. Индуктивное проявление пульсаций тока зарядки фильтрующих конденсаторов слишком мало и иногда не учитывается. Поэтому первое что принимается во внимание - принцип разводки земель с применение "мекки" и в вариациях, и то встречаются проблемы об одной из которых я чуток упомянул во втором абзаце .
На ВЧ дело принимает другой оборот. Параметр µ становится менее значимым с повышением чатоты в паразитном трансформаторе, и наведенная ЭДС во вторичных обмотках этого паразитного трансформатора, образованного незамкнутыми контурами многочисленных земель идущих из "МЕККИ" уже становится заметной для наиболее малосигнальных участков схемы. Для одних и тех-же значений тока по амплитуде , величина dФ/dt (индуцируемое во вторичке напряжение) увеличивается с ростом частоты. 10А пульсаций частотой 100Гц создадут меньшуюю ЭДС помехи в точках В и С чем 10 мА на частоте 1 мгЦ.
Имхо - отсюда и грабли.

PS :Вспомните как широкополосный осциллограф чувствителен к правильной точке подсоединения "земляного" конца. Сигнал тем чище чем ближе подключение земли этого щупа к локальной земле наблюдаемого участка чхемы. Иначе все бывает забито ВЧ грязью (в цифровых схемах это наглядно видно особливо с незамкнутыми контурами земель )

-- Прилагается рисунок: --

[fossa_white]

У меня с усилителем кстати несколько схожие проблемы. Усилитель-4x35 ватт, с цифровым управлением (http://fossa-white.livejournal.com/16015.html#cutid1 - ссылка на пост с компоновкой усилителя, правда, когда эта фотка была сделана там ещё не было мекки, мекка сейчас-это лепесток на трансформаторе). Питание выходного каскада-однополярное, но с двух обмоток (и выпрямитель соответственно на двух диодах), далее кондера на 100 тысяч мф. Питание предусилителей, ЦАПов и контроллера-через свои выпрямители, но от тех-же обмоток. Транс-перемотанный телевизионный 200 ватт.

Так вот, о фоне-он присутствует на выходе в виде 100 Гц синусоиды, не исчезающей даже при закорачивании входа усилителя мощности, при этом пульсации по питананию имхо ничтожны-около 0.03 вольта по амплитуде. Самое интересное, что фон ослабевает, если выкинуть один конденсатор фильтра (соответственно пульсации усиливаются, похоже пульсации и фон идут в противофазе). Фон сильно уменьшился, когда я соединил оплетки сигнальных кабелей около входных разьёмов с меккой, но не исчез совсем.

Думаю, может у меня та-же проблема? Вечерком попробую пересоединить обмотки так, чтобы общая точка была около конденсаторов, и зашунтировать диоды. О результатах-доложусь }=

[Falconist]

мекка сейчас - это лепесток на трансформаторе.

Ни в коем случае! "Мекка" - это точка соединения конденсаторов фильтра!!!

[Sukhanov]

Уважаемые коллеги.
Ещё одна история с подобными граблями на эту тему.
Нужен был БП для УЗЧ по схематике в один с Falconist-ом представленным. Единственное отличие в трансе, я использовал Ш-образный 100Вт, первичка уже была и для простоты намотки, вторички наматывал одновременно двумя проводами сразу (т.е. и длина и витки и =› сопративление вторичек было одинаково), Общий - как у Falconist-а вариант А, шума нет, сия конструкция до сих пор где то работает (9лет).
Буквально через месяц на заказ делал ещё одну такую приблуду, с различием во вторичках транса (100Вт Шобр-й) , а именно первичка и одна вторичка были уже намотаны, поскольку кол-во витков было известно, я домотал вторичку, место позволяло (ес-но диаметр одинаковый), и так же по варианту А Falconist-а схема, в результате слабый 100Гц-й шум, который придавил ёмкостными шунтами на диодах, заказчика всё удовлетворило ему усилок нужен был для гаража. Хотел было провести сравнение усилков с осцилопом, но вернуть первый не получилось, так и остался в неведении.
Теперь же с теорией tauP10-го вроде всё встало на свои места.
Суважением Сергей.

[smg123]

+5 коп.
В варианте А на жирном проводнике протекают импульсные токи заряда ОБЕИХ емкостей ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ направлений.
На практике они не всегда равны, а в варианте Б такого нет в принципе.

-- Прилагается рисунок: --