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大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?

大功率直流电源电路噪声
关于电子线路中所标称的噪声,能够概括地以为,它是对意图信号以外的全部信号的一个总称。开始人们把构成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号,称为噪声。可是,一些非意图的电子信号对电子线路构成的结果并非都和声响有关,因而,后来人们逐渐扩展了噪声概念。例如,把构成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说,大功率直流电源电路中除意图的信号以外的全部信号,不论它对大功率直流电源电路是否构成影响,都可称为噪声。例如,大功率直流电源电压中的纹波或自激振荡,可对大功率直流电源电路构成不良影响,使音响设备发出交流声或导致大功率直流电源电路误动作,但有时也许并不导致上述结果。关于这种纹波或振荡,都应称为大功率直流电源电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号,对需求接纳这种信号的接纳机来讲,它是正常的意图信号,而对另一接纳机它就是一种非意图信号,便是噪声。在电子学中常运用搅扰这个术语,有时会与噪声的概念相混杂,其实,是有差异的。噪声是一种电子信号,而搅扰是指的某种效应,是因为噪声原因对大功率直流电源电路构成的一种不良反应。而大功率直流电源电路中存在着噪声,却不必定就有搅扰。在数字大功率直流电源电路中。往往能够用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不希望的,而是一种噪声。但因为大功率直流电源电路特性联系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字大功率直流电源电路的逻辑遭到影响而发生紊乱,所以能够以为是没有搅扰。
当一个噪声电压大到足以使大功率直流电源电路遭到搅扰时,该噪声电压就称为搅扰电压。而一个大功率直流电源电路或一个器材,当它还能坚持正常作业时所加的最大噪声电压,称为该大功率直流电源电路或器材的抗搅扰容限或抗扰度。一般说来,噪声很难消除,但能够设法下降噪声的强度或进步大功率直流电源电路的抗扰度,以使噪声不致于构成搅扰。
大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?

电子大功率直流电源电路中噪声的发生?怎么按捺
这个东西首要是因为大功率直流电源电路中的数字大功率直流电源电路和大功率直流电源部分发生的。在数字大功率直流电源电路中,普遍存在高频的数字电平,这些电平能够发生两种噪声:1、电磁辐射,就像电视的天线一样,经过发射电磁波来搅扰周围的大功率直流电源电路,也就是你说的噪声。2、耦合噪声,指数字大功率直流电源电路和周围的大功率直流电源电路存在必定的耦合,噪声能够直接在电器上直接影响其他的大功率直流电源电路,这种噪声更凶猛。

大功率直流电源上存在的噪声:如果是线性大功率直流电源,首要低频的50Hz就是一个严峻的搅扰源。因为初级进来的交流电自身就不纯洁,并且是波浪的正弦波,简单对周围的大功率直流电源电路发生电磁搅扰,也就是电磁噪声。如果是开关大功率直流电源的话噪声更严峻,开关大功率直流电源作业在高频状况,并且在输出部分存在很脏的谐波电压,这些对整个的大功率直流电源电路都能发生很大的噪声。

防止办法:合理地接地、选用差分结构传输模仿信号、在大功率直流电源电路的大功率直流电源输出端加去耦电容、选用电磁屏蔽技能、模仿数字地分隔、信号线两边走底线、地线阻隔等等。其实我说的这些在去除噪声的方面仅仅冰山一角,就算是玩了30年电子的人也不会彻底把握全部的这类技能,因为理解把握这类东西需求很强的技能根底和恰当丰厚的经历,不过我通知你的这些在大体上已经足够了。

本底噪声是由大功率直流电源电路自身引起的,因为大功率直流电源的不纯洁,大功率直流电源电路的相位裕度和增益裕度不合适等等大功率直流电源电路自身和器材的原因。这部分需求在大功率直流电源电路规划时进行改善。

其他噪声是因为大功率直流电源电路布局布线不合理等等以为要素,电磁兼容,导线间搅扰等等。

模仿大功率直流电源电路噪声的消除更多地依赖于经历而非科学依据。规划人员常常遇到的状况是大功率直流电源电路的模仿硬件部分规划出来今后,却发现大功率直流电源电路中的噪声太大,而不得不从头进行规划和布线。这种“试试看”的规划办法在几经周折之后终究也能获得成功。不过,防止噪声问题的更好办法是在规划初期进行决策时就遵从一些根本的规划准则,并运用与噪声相关的根本原理等常识。

低噪声前置扩大器大功率直流电源电路的规划办法

前置扩大器在音频体系中的效果至关重要。本文首要讲解了在为家庭音响体系或PDA规划前置扩大器时,工程师应怎么恰当选取元件。随后,翔实剖析了噪声的来历,为规划低噪声前置扩大器提供了指导方针。最后,以PDA麦克风的前置扩大器为例,列举了规划步骤及相关注意事项。

前置扩大器是指置于信源与扩大器级之间的大功率直流电源电路或电子设备,例如置于光盘播放机与高级音响体系功率扩大器之间的音频前置扩大器。前置扩大器是专为接纳来自信源的弱小电压信号而规划的,已接纳的信号先以较小的增益扩大,有时甚至在传送到功率扩大器级之前便先行加以调理或批改,如音频前置扩大器可先将信号加以均衡及进行音调操控。不管为家庭音响体系仍是PDA规划前置扩大器,都要面对一个十分头疼的问题,即终究应该选用哪些元件才恰当?

元件挑选准则

因为运算扩大器集成大功率直流电源电路体积细巧、功能杰出,因而现在许多前置扩大器都选用这类运算扩大器芯片。我们为音响体系规划前置扩大器大功率直流电源电路时,有必要清楚知道怎么为运算扩大器选定恰当的技能标准。在规划过程中,体系规划工程师常常会面对以下问题。

1、是否有必要选用高精度的运算扩大器?
输入信号电平振幅可能会超越运算扩大器的过错容限,这并非运算扩大器所能承受。若输入信号或共模电压太弱小,规划师应该选用补偿电压(Vos)极低而共模按捺比(CMRR)极高的高精度运算扩大器。是否选用高精度运算扩大器取决于体系规划需求到达多少倍的扩大增益,增益越大,便越需求选用较高精确度的运算扩大器。

2、运算扩大器需求什么样的供电电压?
这个问题要看输入信号的动态电压规模、体系全体供电电压巨细以及输出要求才可决定,但不同大功率直流电源的不同大功率直流电源按捺比(PSRR)会影响运算扩大器的精确性,其间以选用电池供电的体系所受影响最大。此外,功耗巨细也与内部大功率直流电源电路的静态电流及供电电压有直接的联系。

3、输出电压是否需求满摆幅?
低供电电压规划一般都需求满摆幅的输出,以便充分利用整个动态电压规模,以扩展输出信号摆幅。至于满摆幅输入的问题,运算扩大器大功率直流电源电路的装备会有自己的解决办法。因为前置扩大器一般都选用反相或非反相扩大器装备,因而输入无需满摆幅,原因是共模电压(Vcm)永久小于输出规模或等于零(只要很少破例,例如设有起浮接地的单供电电压运算扩大器)。

4、增益带宽的问题是否更令人担忧?
是的,尤其是关于音频前置扩大器来说,这是一个十分令人担忧的问题。因为人类听觉只能发觉大约由20Hz至20kHz频率规模的声响,因而部分工程师规划音频体系时会疏忽或小看这个“规模较窄”的带宽。事实上,体现音频器材功能的重要技能参数如低总谐波失真(THD)、快速转换率(slewrate)以及低噪声等都是高增益带宽扩大器所有必要具备的条件。

深化了解噪声

在规划低噪声前置扩大器之前,工程师有必要细心审视源自扩大器的噪声,一般来说,运算扩大器的噪声首要来自四个方面:
1、热噪声(Johnson):因为电导体内电流的电子能量不规则动摇发生的具有宽带特性的热噪声,其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的联系。关于电阻及晶体管(例如双极及场效应晶体管)来说,因为其电阻值并非为零,因而这类噪声影响不能忽视。
2、闪耀噪声(低频):因为晶体外表不断发生或整合载流子而发生的噪声。在低频规模内,这类闪耀以低频噪声的形状呈现,一旦进入高频规模,这些噪声便会变成“白噪声”。闪耀噪声大多集中在低频规模,对电阻器及半导体会构成搅扰,而双极芯片所受的搅扰比场效应晶体管大。
3、射击噪声(肖特基):肖特基噪声由半导体内具有粒子特性的电流载流子所发生,其电流的均方根值正方与芯片的均匀偏压电流及带宽有直接的联系。这种噪声具有宽带的特性。
4、爆玉米噪声(popcornfrequency):半导体的外表若遭到污染便会发生这种噪声,其影响长达几毫秒至几秒,噪声发生的原因仍然未明,在正常状况下,并无必定的形式。出产半导体时若选用较为洁净的工艺,会有助削减这类噪声。
此外,因为不同运算扩大器的输入级选用不同的结构,因而晶体管结构上的差异令不同扩大器的噪声量也大不相同。下面是两个详细比如。

双极输入运算扩大器的噪声:噪声电压首要由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所构成,低频噪声电平巨细取决于流入电阻的输入晶体管基极电流发生的低频噪声;噪声电流首要由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所发生。
CMOS输入运算扩大器的噪声:噪声电压首要由高频区通道电阻的热噪声及低频区的低频噪声所构成,CMOS扩大器的转角频率(cornerfrequency)比双极扩大器高,而宽带噪声也远比双极扩大器高;噪声电流首要由输入门极漏电的射击噪声所发生,CMOS扩大器的噪声电流远比双极扩大器低,但温度每升高10(C,其噪声电流便会增加约40%。

工程师有必要深化了解噪声问题及进行很多核算,才可将这些噪声化为数字精确表达出来。为了防止将问题复杂化,这儿只选用音频技能标准最要害的几个参数。
大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?

上述方程式中的S及N均为功率。

PDA麦克风前置扩大器大功率直流电源电路
在这儿我们讨论一下怎么规划一款合适PDA选用的麦克风前置扩大器,正如上文所述,我们有必要明白信源是输入前置扩大器的信号。首要,我们有必要知道以下信息:
方案选用的麦克风类型
麦克风输出信号电平
麦克风阻抗及指定阻抗的频率
增益规则,有关增益可能受运算扩大器的增益带宽积所限制
输入信号频率规模
噪声规则
例如某种陶瓷麦克风的技能标准如下:
阻抗:2.2k((以1kHz的频率操作)
输出信号:200(Vpp
音频输入频率规模:100Hz至4kHz
热噪声:2nV/(Hz前置扩大器的增益目标:500(非反相),榜首级可达5倍增益,第二级可达100倍增益。
我们引证公式1:
大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?
等量输入噪声(EIN)=输入参照噪声总量()×输入频率规模
大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?

输出噪声=等量输入噪声×增益=545.81nV×5=2.73uV(适用于1级增益)或545.81nV×100=54.58uV(适用于2级增益)。
两个扩大级的输出噪声总量
大功率直流电源电路噪声是怎么回事你知道吗?

1伏输出电压的信噪比电平=20×log(1V÷54.58uV)≈85.3dB
大功率直流电源电路输出噪声总量大约是每一噪声源均方根的均匀均方值总和的平方根,此外输出噪声一般绝大部分来自噪声量最大的信源。实际大功率直流电源电路如图2所示。
 MIC前置扩大器大功率直流电源电路图 

图2 MIC前置扩大器大功率直流电源电路图
请注意,这款大功率直流电源电路只适用于单大功率直流电源供电的规划,其间输入及输出电容器(C1及C4)仅仅选项,工程师可根据实际状况考虑选用。适用与否取决于用户体系的输入与输出怎么衔接。若麦克风输出设有直流补偿,那么便需求增设C1输入电容器,以便堵塞直流电信号。输出电容器也可发挥相同的效果。

现在市场上出售的麦克风大部分以2k(左右的高阻抗麦克风以及只要几百(的低阻抗麦克风为主,这两类麦克风都可选用上述前置扩大器规划。高阻抗高输出麦克风前置扩大器较为简单,能够选用非反相或反相扩大器装备。因为其频率响应较为平整,因而无需特别加以均衡,并且输入电平较大,扩大器对噪声的要求很低,但高阻抗麦克风对来历不明的噪声及磁场极为敏感。低阻抗低输出麦克风前置扩大器也可选用非反相或反相扩大器将输入信号扩大,频率响应及均衡等方面的要求都与高阻抗高输出的前置扩大器大致相同。如果麦克风的输出电平较低,工程师有必要注意选用低噪声的运算扩大器。如功能较好的低噪声运算扩大器应该发生较低的输入参照电压噪声,并且噪声不该超越10nV/((Hz)。

运算扩大器大功率直流电源电路中固有噪声的剖析与丈量

我们可将噪声界说为电子体系中任何不需求的信号。噪声会导致音频信号质量下降以及精确丈量方面的过错。板级与体系级电子规划工程师希望能确定其规划方案在最差条件下的噪声到底有多大,并找到下降噪声的办法以及精确承认其规划方案可行性的丈量技能。

噪声包含固有噪声及外部噪声,这两种根本类型的噪声均会影响电子大功率直流电源电路的功能。外部噪声来自外部噪声源,典型比如包含数字交流、60Hz噪声以及大功率直流电源交流等。固有噪声由大功率直流电源电路元件自身生成,最常见的比如包含宽带噪声、热噪声以及闪耀噪声等。本系列文章将介绍怎么经过核算来猜测大功率直流电源电路的固有噪声巨细,怎么选用SPICE模仿技能,以及噪声丈量技能等。

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