Форум гитаристов

"Помощь была оказана"... И начал народ ставить в гитарный аппарат многозвенные фильтры - "много разных дросселей" (сколько "много", какие именно "разные", в каких местах схемы?) + "электролиты, металлоплёнку, керамику" (сколько, где и какие ставить, их типы, номиналы?). Короче, сплошные вопросы. И схему, конечно, интересно бы глянуть - разумеется, не телекомуникационного оборудования, а того фильтра, который вы можете посоветовать для гитарных усилителей (вместо снабберов).

Geezer, так ты это для дискутантов, или для всего форума? Определись с ЦА

Произвел оценку помехи на излучение.
Специальных антенн не нашел, поэтому все сделал просто. Минус источника подключил к экрану рабочего стола, а вдоль источника разместил прямоугольную металлическую пластину, то есть создал какое-то подобие конденсатора вокруг самого источника.



Семейство кривых, полученных без емкости и с емкостью Сх, а также с CRC снаббером, на картинке.
Попробовал еще подключить небольшую емкость Cx=2000 пФ, чтобы убедиться, как пропадают многочисленные гармоники, находящиеся выше резонанса. Хотя все равно в этой области чувствуется повышенное значение шума.



Уровень наводимого на такую большую пластину сигнала около 22 мкВ, это всего на 20 дБ выше чувствительности радиоприемника, то есть очень мало. Но здесь нужно учесть, пластина, как антенна, не согласована с приемником, у которого входное сопртивление 50 Ом, а для LF диапазона нужно нагружать антенну на высокое сопротивление.
Но все-же можно уверенно сказать, что индуктивные электрические помехи на низкоомные цепи выпрямитель на диодах не создает.

trengtor, спасибо за наводку, Вы уже упоминали о нем ранее в другом контексте.

Джим Уильямс имеет более 350 публикации касательно разработки аналоговых схем (библиография в приложении). Уже сейчас нашел много интересного.
Не уверен, что даже хорошая антенна даст что-то новое в оценке, все-же это ближнее поле со своими особенностями. Но если что-то выяснится, обязательно напишу.

По выпрямителю, наверно, еще нужно посмотреть наводки от магнитного поля трансформатора. Здесь вариантов испытаний может быть довольно много.
Еще планирую проверить спектр сигнала на выходе самого источника питания, и влияние на него дросселя, а также увидеть результат шунтирования диодов.

Может еще что-нибудь подскажете, хотелось бы до конца выяснить весомые причины возникновения фона, а также отбросить все несущественное.
Все интересные мысли приветствуются!

если будут делаться замеры наводок от трансформатора, то стоит добавить вариант с/без короткозамкнутым витком из медной фольги.

trengtor, я попробую в перспективе сделать такой замер, только нужно сначала определиться с методикой измерений. Сейчас в свободное время паяю дифференциальный усилитель для замеров электрического поля, думаю, что он подойдет и для магнитного, посмотрим.


Итак, пойдем дальше в рассчете снаббера.
Для начала нужно определиться с емкостью Cx. Эта емкость вносится в колебательный контур со стороны шунтирующих емкостей диодов, которая ставится параллельно с каждым из диодов выпрямителя, шунтируя их по синфазной помехе, приходящей из сети, и тем самым ослабляя модулирующее действие.
Для достижения эффекта, цепи трансформатор - шина питания или общая шина должны иметь постоянное эквивалентное емкостное сопротивление Сэкв в независимости от того, открыт диод или нет. Поэтому емкость Сэкв должна быть много больше, чем паразитная проходная емкость трансформатора или емкость шунтируемого диода.


В качестве примера взят все тот-же трансформатор ClassicTone 40-18097 (для усилителя на 50Вт).
Он снабжен электростатическим экраном (экраном Фарадея), который отведит синфазную помеху, приходящую по проводам L1 и N обратно на землю (PE). При этом экран существенно уменьшает межобмоточную емкость, а значит и проникновение помехи во внутренние цепи.

Для лучшего понимания были проведены измерения емкостей между первичной, вторичной обмоткой, сердечником и экраном по следующей схеме, а также вычислены реальные значения емкостей. Они находятся в пределах от 200 до 400 пикофарад.



Измерена и сама проходная емкость при заземленном сердечнике и экране. Здесь она равна 10,6 пФ.
Как оказалось, очень важно заземлять и сам сердечник.

Чтобы понять, насколько зависит проходная емкость от частоты, проведены замеры проходного сопротивления (Z21-параметра) в диапазоне от 5 кГц до 50 МГц (синяя линия). Для сравнения тут же показаны замеры емкости 10 пФ (черная линия) и 100 пФ (зеленая линия).

Видно, что проходная емкость находится на уровне 10 пФ с максимумами до 50 пФ на верхних частотах. Выше 20 МГц емкость перерождается в индуктивность. Это следует из изменения знака фазы с минуса на плюс (диаграмма внизу).



Смело выбираем Сэкв в 10 раз больше, чем сумма проходной емкости и диода, то есть 500 пФ.
А если бы трансформатор не имел экрана, то межобмоточная емкость была бы пикофарад 300-400 и соответственно Сэкв =  3300-4700 пФ.

Емкость Сх считается в соответствии со схемой включения, но можно особо не заморачиваться и взять большее удобное значение, например 1000пФ или 0,01мкФ.



Далее считаем общую емкость параллельного колебательного контура Ca=Ct+Cj+Cx, где Сt – межвитковая емкость обмотки, Сj – емкость диодного перехода.
(Методике измерения емкости Сt, а также индуктивности рассеяния Lt нужно посвятить отдельный обзор).

Коэффициент демпфирования «дзэта» в нашем случае берется равным единице. Это означает, что колебаний нет, они вырождаются в апериодический процесс.

Я здесь все-же прикрепил снятые БПФ математикой спектрограммы, уж больно красиво это выглядит.

Дзэта равна единице, критическое демпфирование. Спектр прижат.



При уменьшении дзэта до 0,3 – система не дедемпфирована.  Сопротивление Rs растет, и начинают появляться колебания. Линия спектрограммы приподнята в районе 37 кГц. Частота резонанса уменьшается пропорционально корню из единицы минус дзэта в квадрате.



При увеличении дзэта до 2,3 - система передемпфирована. Но здесь сопротивление Rs уменьшается настолько, что к контуру добавляется емкость Cx и появляется другой резонанс на пониженной частоте. Об этом следует помнить, сильно уменьшая Rs.



По формуле считаем демпфирующий резистор, выбираем меньший ближайший номинал.



И далее определяем изолирующий его на частоте сети конденсатор, выбираем больший номинал, но не сильно увлекаемся.



Мощность паразитных колебаний совсем небольшая и поэтому особых требований к резистору нет.

И напоследок весьма интересная зависимость передаточной характеристика трансформатора от заземления сердечника и/или экрана.

Черная линия – трансформатор «висит в воздухе».
Заземление только сердечника добавляет около 3 дБ – зеленая линия.
Заземление только одного экрана (без сердечника) 10 дБ – оранжевая.
Комплексное заземление прибавляет 30 дБ развязки – синяя линия.



При установке на вход фильтра подавления ЭМП (например, Epcos B84103), будет обеспечиваться равномерное подавление синфазной помехи на частотах до 5 МГц на уровне -100 дБ.

Точку заземления экрана нужно делать как можно ближе к точке заземления шины PE (на самом ЭМП фильтре), чтобы токи от синфазной помехи не гуляли по всей схеме или корпусу.

PS
Обращаю внимание, что в Classic Tone только одна шпилька имеет электрический контакт через гроверную шайбу с сердечником. Остальные шпильки изолированы. Также контакт с сердечником имеет средняя точка обмотки накала.

В рамках исследования снаббера было решено проанализировать спектр напряжения на выходе выпрямителя.
Поскольку там присутствует 450 вольт, то был изготовлен адаптер, развязывающий чувствительный вход прибора от высокого напряжения, а также ограничивающий выбросы в момент включения-выключения питания.
Схема следующая:


Конденсаторы С2, С3 (5 мкФ, 800 В) обеспечивают развязку по обоим шинам питания (плюсовой и минусовой) и совместно с индуктивностью L1 ослабляют НЧ составляющие спектра. Минусовая шина питания изолирована от земли (корпуса) в целях безопасности. Стабилитроны совместно с диодами ограничивают выбросы на уровне +-6 вольт и имеют значение максимального тока 6 ампер при длительности импульса 100 мкс. Резистор R4 ограничивает этот ток. (Резистор R7 нужен для работы Microcap, так как он не допускает полностью изолированных участков цепи, например конденсаторами).

Ключевые точки АЧХ измерены вручную и занесены в таблицу преобразования  (Transducer factor)  анализатора для выравнивания характеристики по входу адаптера.
Уровень выбросов от переходных процессов в тракт анализатора проверялся осциллографом, но все равно подключение выполнялось после установления напряжения.

На следующей картинке изображен спектр на накопительной емкости после мостового выпрямителя без снаббера. Там, где должен быть резонанс (маркер М1) ничего не видно, сигнал маскируется шумами, их уровень мизерный ~0,5 мкВ. Замечено, что характер шума изменяется во времени (синяя и желтая трассы).


Попутно сделал сравнение спектров для мостового выпрямителя (синяя трасса) и выпрямителя со средней точкой (желтая). В обоих схемах амплитуды на частотах 100, 200 и 300 Гц и т.д. равны. У выпрямителя со средней точкой прибавляются гармоники 50, 150, 350 Гц и т.д., в моем случае из-за несимметричности обмоток трансформатора (разница 2 вольта на ХХ), но их амплитуда значительно меньше основных.



Пользуясь случаем, снял спектры со всех точек выпрямителя для 50 Вт усилителя (Fender или Dumble ODS 3rd generation). Напряжения в точках питания, а также значения сопротивлений нагрузки указаны на схеме.


Схема в собранном виде плюс адаптер. На фото не показан вентилятор, который охлаждал нагрузочные резисторы во время измерений.


Пришлось максимально разнести трансформатор и анализатор, чтобы избавиться от ощущения, что 50 Гц пролезают в прибор.


Далее проведены сравнительные измерения для трех точек выпрямителя B+1 (зеленая трасса), B+2 (оранжевая) и B+4 (бордовая) выпрямителя, а также уровень собственных шумов отключенного прибора (желтая). Подъем шума в нижней части спектра происходит из-за учета трансдьюсер фактора (выравнивания характеристики с учетом потерь в адаптере).


И то-же с маркерами


И для двух оставшихся B+3 (синяя) и B+4 (желтая) в сравнении с B+2 (оранжевая).


Как видно, 100 герцовая составляющая превалирует, следующая по силе 200 Гц, но к концу цепи фильтрации преобладает 50 Гц.
Приблизительно рассчитал коэффициент пульсаций как сумму напряжений гармоник, лежащих в пределах 20 дБ от максимума. Для получения напряжения в вольтах нужно dBuV разделить на 20, а затем 10 возвести в полученную степень. Спектроанализатор измеряет действующие значения. Умножая их на 1,41, получаем максимальное отклонение U_m. Kоэффициент пульсаций k=U_m/U₀, где U₀ - выпрямленное напряжение.
Для:
B+1 k=2,2% питание двухтактного каскада (допустимый k=0,1%)
B+2 k=0,025% питание вторых сеток выходного каскада
B+3 k=0,002% драйверный каскад (допустимый k=0,003%)
B+4 k=0,0015% промежуточные каскады (допустимый k=0,005%)
B+5 значение на уровне шумов из-за использования адаптера (допустимый k=0,0005%)
Для того, чтобы измерить пульсации на B+5 нужно уменьшить подавление в адаптере на частоте 50 Гц, увеличив индуктивность дросселя или убрав его совсем. Тогда уровень 50 Гц приподнимется над шумами прибора. Но и так ясно, что пульсации будут в норме.

В качестве допустимого коэффициента пульсаций лампового усилителя я ориентировался на значения из таблицы.


Данные отсюда: http://www.comsoft.ru/index.php?_t8=25

Табличные значения даны для Hi-Fi усилителей и рассматриваемый выпрямитель не соответствует им лишь в питании B+1 двухтактного каскада. Но push-pull обеспечивает защиту от пульсаций за счет своей конструкции. Увеличивать же накопительную емкость не рекомендуется по двум причинам: из-за пропадания хорошо известного эффекта проседания напряжения при повышенной нагрузке (Sag effect), а также большая емкость медленнее разряжается, что приводит к уменьшению времени зарядки (угла отсечки) и увеличению пикового тока через диоды при ее зарядке на то-же значение, что может повлиять на силу и спектр помех.
Остальные пульсации находятся примерно в рамках.


Один замер спектра сделал на выходе накальной обмотки.
Зеленая характеристика — без снаббера, желтая — с CRC снаббером. Есть понимание, что помеха от резонанса (маркер М5) выглядит не так уж страшно на фоне всего остального.

Проверено, что гармоника 250 Гц, которая со снаббером увеличивается на 10 дБ, на анодном выходе мостового выпрямителя отсутствует.
Здесь можно рассчитать напряжение накала про маркеру М1 на частоте 50 Гц. 10^136,54/20=6714290 мкВ или 6,7 вольт (без нагрузки).


Еще сделал сравнение для диодов HEXFRED Ultrafast Soft Recovery VS-HFA16PB120 (желтая трасса) и 1N4007 (синяя трасса), оба типа в мостовом включении, замер на первой емкости, отличия на уровне флуктуации напряжения в сети.



Ну вот, надеюсь что с помехами от источника питания, распространяющимися по проводам, есть определенная ясность.