Импульсные помехи по питанию в усилителях

[sks144]

При эксплуатации различных усилителей, и промышленных и самодельных было замечено следующее:
1. Один усилитель отвечает на включение настольной лампы, включенной в общий удлинитель легким щелчком в колонках, другой - подпрыгиванием колонок, резким ударом по ушам, а иногда и сгоревшими выходными, а в третьем это вообще никак не проявляется.
2. Один усилитель очень не любит подключаться к компьютеру в БП которого не установлены элементы сетевого фильтра. (очень сильно фонит при этом). Другой этого не замечает.
Во всех усилителях блоки питания трансформаторные по классической схеме.
Уважаемые знатоки, подскажите где искать, и какой параметр усилителя отвечает за это?

[As]

А с коррекцией в усилителях всё в порядке? У меня ни один не реагирует ни на помехи из сети, ни даже на довольно близко расположенный"сотик"...
(кстати, такое поведение часто бывает у усилителей на микросхемах, когда с целью "уменьшения искажений" значительно увеличивают глубину обратной связи... )

[sks144]

что значит "с коррекцией все в порядке"? В самодельных усилках АЧХ линейна, каких либо фвч или фнч нет. В промышленных усилках заводская схема не менялась. Один из последних примеров - усилитель Одиссей 010, дома работал без проблем, поставили в бар, хозяева бара - люди специфические, им не объяснить, что не нужно включать усилитель в один тройник с микроволновкой через искрящий переходник на евророзетку. В результате приходилось каждую неделю менять выходные транзисторы, до тех пор, пока не заменили усилитель на бриг, у того ничего не горит, и при искрении он диффузоры наизнанку не выворачивает. Другой принер - дома услилитель на двух tda7294, схема по даташиту, блок питания - классический трансформаторный. Жуткий фон при подключении к компу. Замечено, что при подключении к другому компу, у которого блок питания чифтек, фона нет. Вставил в свой блок питания вместо перемычек элементы сетевого фильтра - фон пропал. Недавно пришлось поменять блок питания - фон опять появился, и опять исчез, когда опять установил в новый блок питания элементы сетевого фильтра. А с усилителем радиотехника 101, когда его подключаю к компу, таких проблем нет, ему все равно, есть сетевой фильтр в блоке питания компа или нет. Как это объяснить?

[As]

Как уже написал выше - ищите возбуждение...

[El-Eng]

sks144, вы затронули достаточно общую тему, на которую нельзя дать однозначного ответа. Существует несколько причин проникания сетевой помехи в канал усиления, и поэтому с каждым случаем нужно разбираться индивидуально. Среди этих причин - проникновение помехи через межобмоточную паразитную емкость сетевого трансформатора, наводка импульсной помехи на межблочные кабели, влияние импульсных токов, протекающих по экранам и шинам заземления, радионаводки и т.д. Очень важное значение имеет реакция усилителя на импульсную помеху, особенно если она достаточно интенсивна для того, чтобы кратковременно перегрузить хотя бы один из каскадов усиления. Общая ООС в этом случае выключается, и выход усилителя из этого состояния может быть весьма длительным да еще и сопровождаться кратковременным самовозбуждением. Сама помеха, при этом, может быть очень короткой и слабозаметной для хорошо защищенного от такой ситуации усилителя. Похоже, этот эффект имел место в случае с "Одиссеем".
Первым средством, в случае проблемы, является сетевой фильтр. Но будьте готовы к тому, что он может и не помочь. Еще не забывайте о том, что сетевой фильтр в импульсном блоке питания ставят не для защиты его от сетевых помех, а для защиты сети от помех, создаваемых им, поэтому старайтесь не включать в один и тот же "Пилот" и компьютер, и усилитель.

[As]

...Очень важное значение имеет реакция усилителя на импульсную помеху, особенно если она достаточно интенсивна для того, чтобы кратковременно перегрузить хотя бы один из каскадов усиления. Общая ООС в этом случае выключается, и выход усилителя из этого состояния может быть весьма длительным да еще и сопровождаться кратковременным самовозбуждением. Сама помеха, при этом, может быть очень короткой и слабозаметной для хорошо защищенного от такой ситуации усилителя...

Об этом я и намекал... Правильно скорректированный усилитель "громыхать" не будет! В "дискретном" усилителе можно попытаться "поиграться" ёмкостью конденсатора коррекции, возможно - чуть подкорректировать схему... В случае с микросхемами вариантов меньше - можно поэкспериментировать с фильтрами на входе и выходе, зашунтировать питание "керамикой", подобрать глубину ОООС...

[sks144]

Так вот об этом то и вопрос - по каким параметрам нужно выбирать схему усилителя, чтобы он был устойчив к помехе. Мы обращаем внимание на выходную мощность, коэффициенты гармоник, интермодуляционных искажений, а это не оцениваем, а это приводит к тому, что усилитель можно использовать только в тепличных условиях. Понятно, что помеху нужно стараться не допускать или фильтровать, но не всегда это можно обеспечить.

[As]

Вообще-то, настройка коррекции - такая же стандартная процедура, как установка тока покоя или нуля на выходе...

[El-Eng]

... вопрос - по каким параметрам нужно выбирать схему усилителя, чтобы он был устойчив к помехе.

Такие параметры, обычно, не приводятся. Косвенно можно судить по реакции усилителя на ступеньку (меандр). А так, только анализ схемы и моделирование. При анализе нужно уделять внимание количеству охваченных общей ООС каскадов, правильности местной и общей частотной коррекции, перегрузочной способности каждого каскада по отдельности и т.д. В общем, нужен опыт, да и он не гарантия от ошибок. Моделирование - вот лучший инструмент.
Пример. Усилитель со связью по цепям питания ОУ, структура, знакомая многим под названием "умзч Е.Гумеля" (ссылка, картинки взяты из моего поста в этой теме). Многие отмечают, что оригинальный усилитель очень страдает от влияния импульсной помехи. Оставив за скобками схему выходного каскада, лишенного даже элементарной защиты от перегрузок и сквозного тока, обратим внимание на поведение ОУ при перегрузке.
Первая картинка - резистор нагрузки ОУ как в исходной схеме, 39 Ом.

Спойлер

Видно, что момент перехода из одного крайнего положения в другое несимметричен относительно нуля, а переход из минуса в плюс еще и сопровождается кратковременным возбуждением.
Вторая картинка - тот же усилитель, но ОУ нагружен на 1 КОм (с сохранением постоянной времени частотной коррекции).

Спойлер

Ситуация существенно улучшилась - возбуждение отсутствует, а переходы симметричны относительно нуля. Очевидно, что во втором случае можно ожидать более корретной работы усилителя при кратковременной перегрузке.

[sks144]

Вообще-то, настройка коррекции - такая же стандартная процедура, как установка тока покоя или нуля на выходе...

Почитав мануалы по настройке разных усилителей, нигде не нашел такого, только общие слова. Нигде не пишут, какой элемент подбирать и какой параметр при этом измерять.
Но нашел про коррекцию следующее - (излагаю своими словами) с ростом частоты входного сигнала, падает усиление и одновременно растет сдвиг фазы. Значит обязательно найдется такая частота, на которой сдвиг фаз станет 180 градусов, и отрицательная обратная связь превратится в положительную. Значит, либо ставить фвч, либо искать эту частоту и подбирать в цепь ООС фазоздвигающие элементы, чтобы на этой частоте сдвинуть фазу ООС. Дальше они пишут, что современные ОУ имеют автоматическую коррекцию и в этой процедуре не нуждаются, но видимо это не совсем так.
Т.е. я полагаю, методика настройки такая - на вход усилителя генератор, и крутить его до десятков мегагерц, искать частоту, на которой усилитель самовозбудится. После этого подбирать RC- цепочки в ООС, убрать самовозбуждение.
Хотя это должны были сделать авторы при проектировании усилителя.
Мне кажется фвч на вход проще. Однако помеха с широким спектром может прийти не только со входа, но, и как в моем случае, по цепям питания.

[El-Eng]

Вообще-то, настройка коррекции - такая же стандартная процедура, как установка тока покоя или нуля на выходе...

Применяя современные методы проектирования и понимая работу каждого из узлов усилителя, можно избавить себя от необходимости делать и первое, и второе, и третье при неизменно качественном результате.

... на вход усилителя генератор, и крутить его до десятков мегагерц, искать частоту, на которой усилитель самовозбудится.

Не волнуйтесь, усилитель возбудится сам по себе, без генератора, в этом ему поможет шум, который есть всегда.

Мне кажется фвч на вход проще.

Вы, видимо, подразумеваете ФНЧ (фильтры называются по тому, что они пропускают). Я вас разочарую, он здесь не поможет. Причина - тот же шум.

[As]

Проблема коррекции ещё сложнее, чем Вы думаете... Дело в том, что параметры транзисторов имеют нелинейную зависимость от напряжения на переходах и тока через них, а это означает, что глубина отрицательной обратной связи не постоянна во времени, да и скорость нарастания напряжения тоже, а так же фазовый сдвиг... В хорошем усилителе это непостоянство невелико, но есть схемы, где за период сигнала глубина обратной связи изменяется более чем на порядок...

[El-Eng]

... есть схемы, где за период сигнала глубина обратной связи изменяется более чем на порядок...

А зачем применять такие схемы? Говоря о современных методах проектирования, я, в первую очередь, имел ввиду моделирование работы схемы. Оно позволяет выявить практически все проблемы и особенности работы в разных режимах.

[As]

Если глянуть, к примеру, какие УМЗЧ обсуждаются здесь, на форуме - можно заметить, что основная тенденция - добиваться максимального усиления любой ценой, мол, ООС всё исправит... Собственная нелинейность большинства схем огромна! (даже JLH в этом ключе испохабили, хотя это самый яркий пример попытки линейного усиления... )

[kentgaryk]

Среди этих причин - проникновение помехи через межобмоточную паразитную емкость сетевого трансформатора

Вот это вы очень правильно подметили! Но потом ушли в дебри обсуждения реакций разных усилителей на разные раздражители. А я вот не поленился посмотреть схемы Брига, Радиотехники и Одиссея, В Бриге и Радиотехнике имеется электростатический экран в трансформаторе питания, а в Одиссее отсутствует.
Межобмоточная емкость в мощных трансформаторах при отсутствии этого экрана бывает весьма приличная. Мощная импульсная помеха с широким спектром (например искрение в розетке) спокойно проходит через эту емкость, через все цепи усилителя, через соединительные кабели источника сигнала, через источник сигнала, частично затухая на индуктивностях элементов, частично детектируясь на нелинейных элементах, частично излучаясь в эфир, частично в соседнюю розетку через паразитную емкость трансформатора источника сигнала.
Именно эта емкость (хотя кажется что она небольшая) вызывает порой существенное увеличение фона 50Гц при попытке заземления усилителя, т.к. образуется петля нулевого провода по переменному току.

Избавится от этих помех посредством изменения схемотехники самого усилителя практически не возможно, надо избавляться от протекания токов этой помехи через элементы усилителя и соединительные сигнальные кабели.
Вот такая вот моя ИМХА по этому вопросу.

[As]

Ослабление помех по питанию современных ОУ составляет сотни тысяч раз! Кроме того, в цепи питания, как правило, используются конденсаторы достаточно большой ёмкости... Из этого следует, что даже многокиловаттная ВЧ-помеха будет ослаблена в миллионы раз, и ни какого воздействия на усилитель не произведёт... Что касается "экрана" в трансформаторе - он не нужен, ведь вторичная обмотка имеет "среднюю точку", соединённую с "общим" проводом, и сама по себе является хорошим экраном. Так что, если Ваш усилитель отзывается грохотом на включившийся холодильник - ищите возбуждение! Я здесь не раз приводил пример из собственной практики, когда в неплохом, в общем, усилителе для "повышения скорости нарастания" были установлены конденсаторы коррекции ОУ К157УД2 вместо рекомендованных 30 пикофарад - всего 12! На параметры это повлияло самым благотворным образом, но... В общем, после установки рекомендованного номинала исчез "треск от холодильника", т.е. - полностью, и, как приятный бонус - перестали трещать регуляторы...
(т.е., в данном случае - возбуждался ОУ темброблока...).
Кстати, и слушать правильно скорректированный усилитель гораздо приятнее, звучание не утомляет...

[El-Eng]

Но потом ушли в дебри обсуждения реакций разных усилителей на разные раздражители.

Как я понимаю, ТС интересуется устойчивостью усилителя к помехе а не способами подавления помех.

Ослабление помех по питанию современных ОУ составляет сотни тысяч раз!

Это на НЧ. На частотах порядка десятков-сотен килогерц ослабление падает до тысяч и даже до сотен. Ход зависимости примерно такой же как у коэффициента ослабления синфазной составляющей.

[ssc]

А я вот не поленился посмотреть схемы Брига, Радиотехники и Одиссея, В Бриге и Радиотехнике имеется электростатический экран в трансформаторе питания, а в Одиссее отсутствует.

..надо сказать спасибо этим мудрым людям за это...практически единственный способ избавится от помех со стороны сети из-за емкостной связи между обмотками..

Значит обязательно найдется такая частота, на которой сдвиг фаз станет 180 градусов, и отрицательная обратная связь превратится в положительную.

..в правильно спроектированном с точки зрения коррекции усилителя - не найдется...если же такая фишка нашлась - то в помойку такой дивайс..

[kentgaryk]

Ослабление помех по питанию современных ОУ составляет сотни тысяч раз! Кроме того, в цепи питания, как правило, используются конденсаторы достаточно большой ёмкости..

Это не такая помеха, она не является просто скачком напряжения питания который ОУ скорее всего не заметит. Это радиочастотный импульс с ВЧ заполнением частотой порядка 0.5ГГц и выше. Сетевой провод для нее как вибратор антенны, подключил к вибратору конденсатор ток пошел через него. Цепи питания усилителя, емкости фильтра на 100500 микрофарад, ОУ он не разбирает. Проходя через все это он создает падения напряжения на разных элементах, а найдя подходящий РN переход детектируется на нем....и вот тогда усилитель начинает воспринимать его как видеимпульс на входе, до этого он его не замечал ввиду своей низкочастотности. Далее как у вас описано.
Низковольтная обмотка с заземленной средней точкой конечно может частично заменить электростатический экран, но средняя точка там не для борьбы с помехами, а является средней точкой питания и соответственно запускает помеху в усилитель, а надо максимально пустить ее в обход.
Устойчивость усилителя конечно важна, плохо когда на этот импульс усилитель откликается длинным затухающим колебанием на звуковой частоте, но одно другого не отменяет.

[El-Eng]

Значит обязательно найдется такая частота, на которой сдвиг фаз станет 180 градусов, и отрицательная обратная связь превратится в положительную.

..в правильно спроектированном с точки зрения коррекции усилителя - не найдется...

Если число физических каскадов усиления (включая повторители) больше одного, то найдется. Но нужно, чтобы петлевое усиление на этой частоте было меньше единицы. Собственно, в этом - суть частотной коррекции.