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音频功率放大IC地线噪音产生的原因
发布时间:2010/7/30 23:44:00 来源:
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  在这里我们以运放电路为例,深入分析一下地线噪音产生的原因。

    上图为典型的运算放大器线性放大原理图,在这个图中,C313、C314、R315、R316接地端是小信号地,电源退耦电容C316、317接地端是电源地,在图上分别用两种接地符号表示。

    首先我们来分析一下退耦电容的充、放电过程:220V电源经过变压器降压后,经整流电路(二极管或整流桥),将交流正弦波电压变为只有正半周的正弦波形状的直流电压(见下图),再经过滤波电容滤波、平滑后给前级、功放电路供电。需要指出的是,除开机上电瞬间,滤波电容并不是全程充电的,而是仅仅在电压峰值时补充电流,充电波形是一个窄脉冲、瞬间电流较大。因为整流电路将正弦波的正、负两个半周变成了两个正半周波形,因此电容充电实际是每秒100次(市电频率50HZ)。

    上图中,绿色线是变压器次级的电压波形,蓝色线是整流后的波形(电压比原电压稍低是整流管压降问题造成的),从图中我们可以看出,50HZ正弦波经整流后变成了频率为100HZ的脉动电压。

    退耦电容其实就是靠近有源器件的小容量滤波电容,用以弥补电源引线内阻造成的电压跌落,同时可以消除有源器件工作时产生的“噪音”。退耦电容充放电过程与主滤波电容是完全一致的,也就是说,在100HZ脉动波形接近最高点时,退耦电容会补充电流。因为退耦电容的地线电阻不可能为零,充电电流在地线上,必然造成一定的电压降,详见下图:

 

    设R*是退耦电容地线电阻,R*右侧是电路的零电位点,由于充电电流的原因,R*左侧电压必然不可能为零,也就是说,靠近5532的退耦电容接地点电位实际并不为零!假设退耦电容瞬间最大充电电流是20号毫安,地线电阻为75毫欧,则在R*左侧电压为1.5毫伏,可不要小看这一个多毫伏的电压,经过与小信号地映射放大器输入端,再经放大器放大后,电压可就要高的多了,在多级放大器中,噪音被后级电路放大的情况更加显著。

    如果小信号地(C313、C314、R315、R316)图省事,就近与退耦电容地混合的话,则小信号地的电位就不再为零,见下图:

 

    图中C313电容接地,图方便与退耦电容地接在了一起,由于R*左侧有1.5毫伏的脉动电压,C313的接地端电压必然也存在1.5毫伏脉动电压。

    设此时输入端未接信号,则这个电路可以看成是一个反相放大器,C313负极就是反相输入端,电路的电压放大倍数等于R314/R313。如果R314/R313=10,则在运放输出端将会有15毫伏的脉冲电压,15毫伏电压作用在扬声器上已经是明显可闻的噪音了!如果还有后级,这个电压将会被进一步放大,噪音更加明显。

    同相端地线电位不为零的情况见下图:

 

    同相端电阻R316是运放偏置电阻,接地端就近接至退耦电容地线,同样原因,R316下端电位不再为零,而是1.5毫伏脉动电压,这就相当于有个1.5毫伏的脉动信号由R316注入运放3脚,同相放大电路放大倍数计算公式为(R314/R313+1=11,此时运放输出端将会有1.5X11=16.5毫伏的脉动噪音电压输出。 正确的接地方法见下图:

     图中小信号地与退耦地分别走线,避免了因地线内阻导致的噪声问题。

     本文中只描述了运放地线噪音问题,实际功放电路的地线噪音问题,在原理上与运放是完全一样的,可以参照前级电路进行分析。

 
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