一次放大器音频测量中发现的问题

cloudfly55

有个大家都明白的常识，就是最好给放大器做好屏蔽措施，但屏蔽不屏蔽到底差异有多大，DIY业余爱好者往往没有一个量的概念。近期在折腾一块前级放大电路时，因为被底噪测试曲线中的50Hz干扰困扰，花了一点时间追究来源，搞清楚了这个问题。



这是一款有两级电压放大一级缓冲输出的纯直流放大器



放大器输入短路，RMAA测试底噪，在50Hz有明显干扰



MI软件测试底噪，同样在50Hz有明显干扰。于是缩小排查范围，断电、断开稳压电源连线，干扰没变化。于是怀疑这个干扰来自外部，比如声卡，或者电磁干扰。



做了一个输入短路的接头，插入声卡线路输入，测试结果证明声卡底噪没问题，不见50Hz干扰，排除声卡原因。



再把连接声卡的信号线插入声卡线路输入，然后在远端短路，测试结果还是不见50Hz干扰，排除信号线问题。



再把声卡输入信号线接到放大器输出（放大器输出并联了4K7负载电阻，不存在放大器输出完全是高阻开路状态），没通电，50Hz干扰马上出现。



找来我的金属屏蔽盒，把没通电的放大电路板放入，从低频到高频段，干扰明显加多。也就是说，没接地的屏蔽盒或者机箱，就是一个干扰收集器，反过来会干扰放大器。



把屏蔽盒接放大器输出地，底噪中的干扰消失，原因找到：一是干扰来自空间的电磁干扰，二是有可能PCB中不完善的大面积覆铜接地会导致对50Hz电磁干扰的感应增强。第一点已经完全确定，用接地的屏蔽可以解决，第二点还是猜测，在下一版PCB中做改善验证后，再来更新。

结论：放大器金属机壳接地为好。

cloudfly55

下午不忙，继续再做实验。
这个50Hz干扰，既然通过屏蔽措施可以消除，那么是不是有可能排除不是PCB覆铜地的问题？

既然：
1.信号线短路，干扰消失，说明声卡和信号输入线没有问题；
2.信号线接入放大电路输出后，放大电路通电或者不通电，均有干扰，且干扰几乎相同，说明干扰主要来源不是由放大电路产生；
3.既然在断电状态下存在干扰，说明信号线上接入的相关元件构成的回路会导致干扰产生。在断电状态下，如果从放大电路输出端往里看，信号线实际上接入的就是
输出端4.7k负载电阻和负反馈电阻网络的并联，也即相当于一个比4.7K小一点的电阻。
4.由3的分析，可以直接在声卡信号输入线上直接并上电阻实验。

那么：如果并上电阻后50Hz干扰重现，说明上述分析正确，排斥由覆铜地带来干扰原因。

我分别在声卡信号输入线上接入100欧，1K，10K和100K电阻，得到以下测试结果：





100欧底噪


1k底噪


10k底噪


100k底噪

其实这个电阻就是模拟放大电路输出内阻，可见这个电阻越高，干扰越大。

然后，把干扰最大的100K电阻用金属盒屏蔽，信号线地和屏蔽盒地相连：



得到干净的底噪：



把100K再加一个10cm铜环，模拟覆铜地的环地感应（图中电阻为10K代，100K接铜环未拍）得到的底噪：





底噪反而变得干净一些，也许铜环一段应该先接信号线，再接电阻，另一段再接地才是正确接法。而现在的接法让铜环直接接地，反而让附近的干扰被铜环吸收抑制了，导致底噪得到一些改善。

要忙了，实验暂时结束。

这个实验虽然简单，但逻辑很清晰，前面的推测也得到测试结果的印证。

另：不要怀疑我的制作用了管座来插管子会导致干扰，这是我调试电路方便换管的一种方法，用了好多年，用的管座是长脚镀金管座，内有弹性压片，接触电阻不成问题。也不要怀疑管脚长度会造成电路异常，这个单声道放大电路30个管子加其他元件PCB布局主要集成在在60x70mm范围内，这点管脚长度不构成问题。其次，本电路工作一点都不异常，纯直流放大，输出失调电压1mV之内。

RMAA测试结果，左列为声卡，右列为放大器：



100和200kHz波形：

maorong1234

有图有真相！

超低失真之梦

啥声卡 这底噪很漂亮

cloudfly55

超低失真之梦 发表于 2020-7-22 13:41
啥声卡 这底噪很漂亮

华硕老虎2代

tuanjie

50hz   市电串扰……主要是传导

超低失真之梦

cloudfly55 发表于 2020-7-22 13:46
华硕老虎2代

现在基本不用台机了，  好声卡不多。

惠州创客

元器件直接焊到底试过没？你这样不标准。

cloudfly55

惠州创客 发表于 2020-7-22 14:17
元器件直接焊到底试过没？你这样不标准。

和这没关系

cokecat

MI是什么软件? 只用过RMAA

cloudfly55

tuanjie 发表于 2020-7-22 13:54
50hz   市电串扰……主要是传导

请大侠讲解，诚恳地，愿闻其详

mxwmke1

象分立运放模型。

WALL-E

所以在放大器的输入电容千万不要选体积又大价格又贵的所谓“贵族声”的电容...

cloudfly55

WALL-E 发表于 2020-7-22 17:09
所以在放大器的输入电容千万不要选体积又大价格又贵的所谓“贵族声”的电容...

在其他方面无问题的情况下，关键还在于屏蔽好，电容大点也无所谓。

xmlhifi

50Hz工频成分接地不良居多。
严谨测试加隔离电源变压器、独立接地线。

cloudfly55

xmlhifi 发表于 2020-7-22 21:14
50Hz工频成分接地不良居多。
严谨测试加隔离电源变压器、独立接地线。

第一，测试地点是写字楼，有中央空调主机，很多电脑等等用电设备，空间中50Hz的电磁讯号绝对不会少
第二，如果仔细看底噪测量曲线，就可以知道50Hz的干扰峰值是-100dBFS附近，而在测试软件里面0dBFS对应其信号发生器输出的1Vrms电压值，-100dBFS对应的50Hz干扰信号电压换算过来是0.00001V=0.01mV=10uV，这个级别的电压完全有可能由电磁感应产生。
第三，无论是声卡信号输入线接电阻，还是接放大器，只要把接入的电阻或者放大器电路板放入屏蔽盒，干扰信号消失，底噪曲线恢复干净状态，证明是空间电磁干扰导致。接地不良，PCB布线不良等内在的原因导致的干扰不会被屏蔽盒去除。
第四，前级采用稳压电源，R牛，接入500W隔离变压器。
以上，证明不是版主说的接地不良的原因。

随风凌子

屏蔽是要的，不仅仅是电磁屏蔽，还有声波的遮蔽，因为声波会引起电路板和元器件震动，有些元器件会有拾音效应，声音会听起来不纯。

lygjhjz

楼主说的外壳接地，具体怎么接？是接到墙上市电那个插座的地吗？

winte1

台式机连功放问题确实大！

cloudfly55

lygjhjz 发表于 2020-7-24 15:59
楼主说的外壳接地，具体怎么接？是接到墙上市电那个插座的地吗？

屏蔽盒用导线焊接到滤波电源地