パワーアンプ回路の基板設計における問題点と対策

パワーアンプ回路の基板設計における問題点と対策

はじめに: ノイズとアンプは切り離せないものです。 ノイズを低減する目的は、ノイズを完全に除去することではなく、許容範囲まで低減することです。 言い換えれば、信号対雑音比は可能な限り改善できますが、無限に改善することはできません。 次に、ノイズの発生源とメカニズムを簡単に分析し、実際にテストされたいくつかの効果的な防止および制御手段を学びます。 パワーアンプ回路のPCB設計における問題点と対策について、PCB設計・PCB加工メーカーが解説。

アクティブスピーカーは、スピーカーとアンプの組み合わせです。 したがって、アクティブスピーカーのノイズ解析は、一般的なアンプのノイズ解析と同様です。 HIFI アンプは、分析と処理の参照用に使用できます。

アンプにノイズが伴うことは避けられません。 この説明の目的は、ノイズを完全に除去することではなく、許容範囲に抑えることです。 言い換えれば、信号対雑音比は可能な限り改善できますが、無限に改善することはできません。 次に、ノイズの発生源とメカニズムを簡単に分析し、実際にテストされたいくつかの効果的な防止および制御手段を学びます。

1、電磁干渉と防止対策

1.電磁干渉

電磁干渉の主な原因は、電源トランスと空間漂遊電磁波です。

いくつかの特別な製品を除いて、ほとんどのアクティブ スピーカーは主電源から給電されるため、電源トランスを使用する必要があります。 電源トランスの動作過程は「電気・磁気・電気」変換過程であり、磁気漏れが必ず発生します。 トランスの漏洩磁気を増幅回路で拾って増幅し、最終的にスピーカーから交流音として表現します。

電源トランスの一般的な仕様には、EI型、リング型、R型があります。 音質や電磁漏洩の観点から、これら 3 種類のトランスにはそれぞれ長所と短所があり、一概には言えません。

EI 変圧器は、最も一般的で広く使用されている変圧器です。 深圳の大手オーディオメーカーは基本的にEIトランスを使用しています。 磁気漏れは、主に E 型鉄心と I 型鉄心の間の空隙とコイル自体の放射から発生します。 下の図に示すように、EI型トランスの磁気漏れには方向性があります。 X、Y、Z 軸の 3 方向のうち、コイル軸の Y 軸の干渉が最も強く、Z 軸の干渉が最も弱い。 X 軸の放射は Y と Z の間にあるため、実際の使用では Y 軸を回路基板と平行にしないでください。

トロイダルトランス

リング型トランスにはエアギャップがなく、コイルが鉄心を均等に巻いているため、原理的には磁気漏れが非常に小さく、コイルの放射がありません。 ただし、リング型トランスにはエアギャップがないため、飽和防止能力が低く、主電源に直流成分があると飽和しやすく、強い磁気漏れが発生します。 中国の多くの地域では電波の歪みが深刻なため、多くのユーザーはリング型変圧器が EI 型変圧器よりも優れていないか、さらに悪いと感じています。 いわゆるリング型変圧器は漏れがまったくないか、メディアによって誤解されているか、または商業的宣伝の必要性のために製造業者によって製造されています。 リング型トランスの磁気漏れが極めて少ないという記述は、市場の波形タイプが厳密な正弦波の場合にのみ当てはまります。 さらに、リングトランスもリードで強力な電磁漏れがあるため、リングトランスの磁気漏れにも方向性があります。 リングトランスが実際に取り付けられると、特定の角度で最高の信号対雑音比が得られるように回転します。

R型トランスは単純に断面のある円環型トランスとみなすことができますが、コイルの巻き方に違いがあります。 放熱条件はリング型トランスよりもはるかに優れています。 鉄芯は徐々に開いて徐々に閉じていきます。 R型トランスの電磁漏れは、リング型トランスと同様です。 リング型トランスに比べて1ターンあたりの線長が短く、鉄心に近づけて巻くことができるため、上記3種類のトランスの中でR型トランスの銅損が最も小さくなっています。

2. 電磁干渉の主な防止および制御対策:

1) 入力インピーダンスを下げる。

電磁波は主にワイヤと PCB 配線によって拾われます。 特定の条件下では、ワイヤが拾う電磁波は基本的に一定の電力と見なすことができます。 P=U ^ U/R の推定によると、誘導電圧は抵抗値の 2 乗に反比例します。つまり、増幅器の低インピーダンスは、電磁干渉を減らすのに有益です。

2) 高周波干渉防止機能を強化

迷走電磁波のほとんどが中高周波信号であるという特性を考慮し、アンプの入力端グランドに磁性シートコンデンサを追加し、容量値を47～220Pから選択できるようにしました。 数百ピコの静電容量値を持つ静電容量の周波数転換点は、オーディオ範囲よりも 2 ～ 3 桁高く、有効なオーディオ帯域での音圧応答と聴感への影響は無視できます。

3) 電源トランスの設置方法に注意する

良質の電源変圧器を使用し、変圧器と PCB 間の距離をできるだけ離し、変圧器と PCB 間の方向を調整し、変圧器とアンプの敏感な端を遠ざける必要があります。 EI タイプの電源トランスの干渉強度は方向ごとに異なるため、PCB に合わせて干渉強度が最も強い Y 軸方向を避けるようにしてください。

4) 金属筐体は接地する必要があります

HIFI独立パワーアンプの場合、設計仕様の製品はシャーシに独立した接地点があり、シャーシの電磁シールド効果により外部干渉を実際に低減します。 一般的なアクティブスピーカーの場合、ラジエーターとしても機能する金属パネルも接地する必要があります。 ボリュームおよびトーン ポテンショメータのハウジングは、条件が許せば、可能な限り接地する必要があります。 この方法は、過酷な電磁環境で動作する PCB に非常に効果的であることが証明されています。 パワーアンプ回路のPCB設計における問題点と対策について、PCB設計・PCB加工メーカーが解説。