Электронные самоделки

По источнику возникновения шумы усилителей можно разделить на внешние и внутренние. С помехами и наводками, вызванными внешними причинами, можно успешно бороться известными способами — с помощью оптимального расположения элементов, экранирования корпуса устройства, фильтрами и фильтрующими оксидными конденсаторами по питанию. От внутренних шумов, возникающих в процессе усиления сигнала, избавиться не просто. Внутренние шумы усилителя зависят от схемотехники усилителя (совместимости транзисторов и целых каскадов), и возникают при прохождении тока через пассивные (резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) и активные (транзисторы) элементы схемы.

При разработке или повторении высококачественного усилителя звуковой частоты, кроме оптимального выбора вида схемы, важно правильно подобрать элементную базу и оптимизировать режим работы каскадов усилителя.

В каждом усилителе источником внутренних шумов являются тепловые и токовые шумы постоянных и переменных резисторов, фликкер-шумы конденсаторов, диодов и стабилитронов, флуктуационные шумы активных элементов, вибрационные и контактные шумы.

Контактные шумы возникают при некачественной пайке (произведенной с нарушением температурного режима) в местах соединения разъемов и отслоений контактных площадок печатного монтажа. Количество всевозможных разъемов в усилительной аппаратуре должно быть сведено к минимуму. Вибрационные шумы — это разновидность контактных шумов. Они могут проявляться при эксплуатации усилителя на подвижных объектах, с вибрацией почвы (основания), в автомобиле и при неоправданно близком расположении мощных динамических головок к конструкции усилителя. Такие шумы возникают из-за передачи механических колебаний на обкладки конденсаторов, на которые воздействует приложенное напряжение. Особенно подвержены данному недостатку керамические конденсаторы (К10, К15 и др.) с емкостью более 0,01 мкФ, установленные во входных цепях усилителя и выполняющие роль разделительных. Спектр помехи находится в диапазоне низких частот. Для борьбы с этим явлением желательно применять амортизацию всей конструкции. В оксидных конденсаторах такие помехи не возникают. Например, звуковой эффект эхо-сигнала — когда в динамических головках (учитывая стереоэффект) отчетливо слышно повторение сигнала. Для некоторых меломанов такой эффект даже приятен и необычен, но по сути это является недостатком усилителя, хотя бы потому, что его невозможно выключить (устранить).

При прямом прохождении тока собственные шумы диодов минимальны. Небольшой уровень шумов все же имеет место быть — при действии обратного напряжения образуется ток утечки, и чем он меньше, тем меньше шумовые свойства прибора. Стабилитроны и стабисторы дают больший шумовой эффект (с помощью таких полупроводников даже строят устройства со специальными эффектами — имитаторами шума прибоя, генераторы «белого» и «розового» шума). Чем большее сопротивление имеет ограничительный резистор в цепи стабилитрона (работа на малых токах), тем больше вероятность проявления внутренних шумов стабилитрона.

Рассмотрим шумы, возникающие от пассивных элементов: резисторов и конденсаторов.

2.1.1. Шумы резисторов

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы вызваны движением электронов в токопроводящем слое, из которого частично состоит резистор. Такие шумы увеличиваются с увеличением температуры нагрева резистора, и даже температуры окружающей среды. Если на резистор не действует напряжение, то ЭДС его шумов (единицы микровольт) определяется соотношением:

Е_ш = 0,0125 × (f1 — f2) × R,

где f1 — f2 —полоса частот в килогерцах. R — сопротивление в килоомах.

При протекании через резистор тока возникают токовые шумы. Шумовое напряжение появляется из-за эффекта флуктуации контактных сопротивлений между проводниками, оно линейно зависит от приложенного напряжения. Шумовые свойства резисторов характеризуются отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов (мкВ) к приложенному напряжению (В):

E_ш/U.

Частотный спектр тепловых и токовых шумов непрерывный, но есть и различия. У теплового шума он равномерно распределен по всей полосе частот, а у токового шума спадает с примерно 10 МГц. Общая величина шума пропорциональна квадратному корню сопротивления, поэтому у резисторов с низким сопротивлением шумовые качества лучше (менее значимы).

Кроме того, определяющее значение имеет материал, из которого изготовлены резисторы.