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音頻功率放大IC地線噪音產(chǎn)生的原因
文章來源: 更新時間:2010/7/30 23:44:00
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  在這里我們以運放電路為例,深入分析一下地線噪音產(chǎn)生的原因。

    上圖為典型的運算放大器線性放大原理圖,在這個圖中,C313、C314、R315、R316接地端是小信號地,電源退耦電容C316、317接地端是電源地,在圖上分別用兩種接地符號表示。

    首先我們來分析一下退耦電容的充、放電過程:220V電源經(jīng)過變壓器降壓后,經(jīng)整流電路(二極管或整流橋),將交流正弦波電壓變?yōu)橹挥姓胫艿恼也ㄐ螤畹闹绷麟妷海ㄒ娤聢D),再經(jīng)過濾波電容濾波、平滑后給前級、功放電路供電。需要指出的是,除開機上電瞬間,濾波電容并不是全程充電的,而是僅僅在電壓峰值時補充電流,充電波形是一個窄脈沖、瞬間電流較大。因為整流電路將正弦波的正、負兩個半周變成了兩個正半周波形,因此電容充電實際是每秒100次(市電頻率50HZ)。

    上圖中,綠色線是變壓器次級的電壓波形,藍色線是整流后的波形(電壓比原電壓稍低是整流管壓降問題造成的),從圖中我們可以看出,50HZ正弦波經(jīng)整流后變成了頻率為100HZ的脈動電壓。

    退耦電容其實就是靠近有源器件的小容量濾波電容,用以彌補電源引線內(nèi)阻造成的電壓跌落,同時可以消除有源器件工作時產(chǎn)生的“噪音”。退耦電容充放電過程與主濾波電容是完全一致的,也就是說,在100HZ脈動波形接近最高點時,退耦電容會補充電流。因為退耦電容的地線電阻不可能為零,充電電流在地線上,必然造成一定的電壓降,詳見下圖:

 

    設R*是退耦電容地線電阻,R*右側(cè)是電路的零電位點,由于充電電流的原因,R*左側(cè)電壓必然不可能為零,也就是說,靠近5532的退耦電容接地點電位實際并不為零!假設退耦電容瞬間最大充電電流是20號毫安,地線電阻為75毫歐,則在R*左側(cè)電壓為1.5毫伏,可不要小看這一個多毫伏的電壓,經(jīng)過與小信號地映射放大器輸入端,再經(jīng)放大器放大后,電壓可就要高的多了,在多級放大器中,噪音被后級電路放大的情況更加顯著。

    如果小信號地(C313、C314、R315、R316)圖省事,就近與退耦電容地混合的話,則小信號地的電位就不再為零,見下圖:

 

    圖中C313電容接地,圖方便與退耦電容地接在了一起,由于R*左側(cè)有1.5毫伏的脈動電壓,C313的接地端電壓必然也存在1.5毫伏脈動電壓。

    設此時輸入端未接信號,則這個電路可以看成是一個反相放大器,C313負極就是反相輸入端,電路的電壓放大倍數(shù)等于R314/R313。如果R314/R313=10,則在運放輸出端將會有15毫伏的脈沖電壓,15毫伏電壓作用在揚聲器上已經(jīng)是明顯可聞的噪音了!如果還有后級,這個電壓將會被進一步放大,噪音更加明顯。

    同相端地線電位不為零的情況見下圖:

 

    同相端電阻R316是運放偏置電阻,接地端就近接至退耦電容地線,同樣原因,R316下端電位不再為零,而是1.5毫伏脈動電壓,這就相當于有個1.5毫伏的脈動信號由R316注入運放3腳,同相放大電路放大倍數(shù)計算公式為(R314/R313+1=11,此時運放輸出端將會有1.5X11=16.5毫伏的脈動噪音電壓輸出。 正確的接地方法見下圖:

     圖中小信號地與退耦地分別走線,避免了因地線內(nèi)阻導致的噪聲問題。

     本文中只描述了運放地線噪音問題,實際功放電路的地線噪音問題,在原理上與運放是完全一樣的,可以參照前級電路進行分析。

 
 
 
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