Современная концепция аудио-усилителей мощности.
Мы живем во время стремительно развивающихся технологий в области радиотехники, но и стоит учитывать, то что так же стремительно изменяются и условия эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Речь идет о глобальном изменении радиоэлектронной обстановки - электромагнитное загрязнение, уровень индустриального электромагнитного фона или электромагнитный смог среды обитания человека. О влиянии на здоровье этих изменений мы не касаемся, а рассмотрим воздействие этих факторов на усилительную аудиотехнику. По некоторым данным суммарный рост индустриального фона за последние 20 лет вырос в тысячи раз и сейчас уже идет речь о том, что этот электромагнитный смог постепенно наращиваясь может превратиться в электромагнитный хаос. Исходя их этих условий радиоэлектронная промышленность в тех отраслях, где игнорировать эти изменения невозможно, например в радиосвязи, радиолокации, вычислительной технике и иных направлениях успешно использует помехозащищенные концепции в разработке и технологии. Чего определенно нельзя сказать о направлении бытового аудио, где за последние годы ничего не меняется, кроме дизайна и маркетинга. Например, если 20 лет назад можно было игнорировать индустриальный фон, то сейчас это невозможно. Рост уровня фона, шума наводок, помех вызывает искажения и снижает в значительной степени качество усиления, где игнорируются эти условия и требования.
Например, можно рассмотреть работу стандартного бытового усилителя мощности в этих условиях. Как правило, имеется обычная схема подключения источник - кабель - усилитель - кабель - акустика. С точки зрения помехозащищенности наиболее уязвимой к внешним наводкам является АС (акустическая система) и акустические кабели, поскольку эти узлы не имеют никакой защиты или экранировки, тем не менее представляют из себя отличные "антенны" относительно большого геометрического размера. Соответственно основным каналом наводок для усилителя, является, как это ни странно акустические кабели и выходные цепи усилителя, поскольку входные цепи и корпус достаточно защищены и экранированы от помех. В итоге, имеется ситуация, когда к усилителю подключены акустические кабели в среднем по 3 метра, когда больше или меньше, не экранированные и принимающие, как антенны все наличествующие электромагнитные излучения. Перечень источников таких излучений в жилом помещение может быть огромным, начиная с мобильных телефонов, компьютерных сетей, теле и радио каналами и заканчивая бытовой техникой. Кроме того, значительным источником помех является и бытовая сеть электропитания.
Какие меры нужно принимать в современных условиях наличия электромагнитных помех, относительно усилителей мощности низкой частоты?
Начнем с рассмотрения входных подключений. Обязательным требованием является наличие на входе усилителя радио фильтра, защищающего вход усилителя от высокочастотных помех. Кроме этого, желательно ограничить полосу усиления до 40-50 кГц, поскольку более высокие частоты отсутствуют в рабочем диапазоне, даже самых качественных "HiRes" источниках. И в качестве дополнительной меры улучшения помехозащищенности усилителя можно снизить входное сопротивление, ниже стандартного значения, вполне приемлемо до уровня, например 1 кОм, соответственно обеспечив согласование с источником. Усилители с "открытыми" входами, без радио фильтров, с высоким входным сопротивлением и с избыточно широкой полосой пропускания, остались в далеких 80-х, когда требования были другими.
Следующим направлением по защите усилителя следует считать сетевой кабель и входные силовые цепи. Если усилитель имеет трансформаторный блок питания, то следует предусмотреть в такой же степени входную фильтрацию. Для импульсных (ИБП) источников питания высокочастотные наводки через кабель питания и сеть не так важны. И особенно защищенным к сетевым наводкам и помехам стоит считать ИБП с активным корректором мощности (PFC), где двойное преобразование и практически полная развязка от сети с буферизацией по определению гарантирует хорошую помехозащищенность.
Теперь рассмотрим выходные цепи и акустические кабели. Здесь ситуация несколько хуже, поскольку через выходные цепи наводки попадают в ОС усилителя. Меры которые необходимо предпринимать в этом случае, это соответственно наличие радио фильтра, в качестве которого можно с успехом применять EMI RFI фильтры в виде зажимов или клипс, и конечно интегрированные решения. Кроме этого, низкое выходное сопротивление усилителя тоже в значительной степени улучшает помехозащищенность.
Следующим и наиболее важным фактором является внутренняя компоновка, топология и идеология помехозащищенности усилителя.
Печатная плата с точки зрения помехозащищенного исполнения это -(МПП) многослойная печатная плата, где наличествуют отдельные слои питания, экранов, земли, сигнала с широким использованием технологий погонной емкости и эффекта отражения. Также использование RF топологии печатной платы, заземления, питания, симметрии и других приемов радиочастотной технологии улучшают устойчивость к наводкам.
Выбор элементной базы с точки зрения помехозащищенности должен быть определен в сторону отказа от выводных элементов в пользу СМД элементной базы (поверхностного монтажа).
Особое внимание стоит уделить внутренней компоновке и монтажа. Следует избегать "жгутовых" решений - максимально удалить друг от друга внутренние соединения входных и выходных цепей. Избегать "перекрещивающихся" соединений снижать их взаимное влияние. Применять витые пары для питающих и силовых соединений, балансные решения по входным цепям. Использовать внутренние экраны, фильтры. Компоновка должна обеспечивать надежную защиту без использование корпуса усилителя, как экрана. Надежным решением стоит считать внутреннюю локальную защиту, экранировку, без учета того, что верхняя крышка создаст дополнительный экран.
В подведение итогов можно сказать, что глобальные изменения вызывают и ставят новые современные требования к усилительной технике. Обычные подходы в виде навесного монтажа, высокоомных/незащищенных решений, традиционных жгутовых соединений, старых методов компоновки и заземления в новых условиях - неприемлемы.