Многие из нас сталкивались с проблемой наводок и шумов из сети в проектируемых устройствах. Если посмотреть на спектрограммы типовых устройств с высокой чувствительностью, например на спектры работы корректоров для проигрывания грампластинок (фонокорректоров) или микрофонных УНЧ (усилителей для воспроизведения магнитных записей и т.д.), то при анализе сигналов главным негативным моментом являются сильный уровень наводок и помех, поступающих в эти устройства из сети либо по цепям питания, либо непосредственно по воздуху - в виде наводок фона. Борьба с петлями по сети до сих пор актуальна и несмотря на общеизвестные рекомендации по соединению цепей питания и усиливаемых сигналов (звездой, тщательное экранирование, использование отдельных аккумуляторов или батарей питания и др. способами) часто возникает большой уровень сетевых наводок, например при подсоединения между собой двух и более устройств.
У многих проигрывателей средней ценовой категории уровень сетевых гармоник может достигать 60-70 дБ. Уровень помех на выходе винил корректора может выглядеть примерно так.
Рокот-шумы винил проигрывателя в результате сложения в фазе или противофазе с гармониками сетевых помех проявляются как бы в виде то усиливающего то уменьшающего рокота - в основном, на НЧ частотах 50-100-150-200 Гц. и самая неприятная ситуация может быть когда уровень рокот сигнала или шумовой дорожки виниловой пластинки совпадают или близки друг к другу. Тут происходит векторное сложение амплитуд сигналов на частотах спектра сетевых помех 50,100,150 ,200 Гц и суммарная амплитуда таких сигналов может изменяться от удвоенной амплитуды до почти нулевого уровня. Это заметно на слух в виде как бы промодулированного по амплитуде низкочастотного гула.На
На этих графиках показаны как бы мгновенные спектры сигналов и помех на выходе УНЧ Кумир-35С при подключении винил корректора и проигрывателя.
На левом нижнем графике наибольший выброс сигнала наблюдался на частотах порядка 100 Гц. Этот рокот-шум менялся по амплитуде примерно 10 дБ.
Для активного подавления сетевых помех была собрана макетная плата по этой схеме.
А в качестве опорного сигнала помехи использовался сигнал с выхода специального трансформатора. В реальной конструкции лучше всего использовать штатный трансформатор БП винил корректора.
Как видно из схемы, активно подавлялись только четыре гармоники сетевого сигнала 50,100,150 и 200Гц.
Для фильтрации этих гармоник пришлось использовать расстроены пары фильтров и линейной АЧХ на частоте сетевой гармоники.
Это необходимо сделать, чтобы минимизировать изменение фазы при температурных изменениях окружающей среды и изменении емкости конденсаторов в фильтрах. При определенных параметрах фильтров и их АЧХ удалось свести уход фазы в 0- 5 рад при изменении температуры на +15 и + 40 град.
В результате у этих фильтров получалась как бы ухудшающаяся избирательность по 'соседнему каналу" гармоник. И соответственно чем выше частота гармоники тем эффект снижения её по уроню был ниже.
А вот для первых двух гармоник удавалось их понизить практически до шумовой полки - на 35 - 45 дБ. Вот так выглядели результирующие спектры помех после разного рода настроек устройства для понижения сетевых помех.
Итак, исследования показали, что сам принцип автотипного подавления сетевых помех технически реализуем, но для подавления высших гармоник сетевых наводок необходимо вышепоказанную схему дополнить режекторными фильтрами для того, чтобы соседние гармоники не попадали в соответствующие фильтры. Такая схема может быть примерно такой.
Для подавления большого числа гармоник конструкция устройства получается достаточно громоздкой и требует длительной настройки. Поэтому аналоговый вариант устройства для активного подавления помех целесообразно делать не более чем для подавления 3-4 гармоник. Уровень подавления гармоник может быть порядка 45-15 дБ.
Тут есть еще примерно на 2 -5 листов самых кратких комментариев и пояснений скрытых айсбергов.
Еще парочку обобщений.
Для подавления большого числа гармоник целесообразно реализовать устройство виртуально в - виде программы либо в виде специализированной микросхемы со встроенными АЦП и ЦАП.
Попробую эти наработки применить в разрабатываемой многофункциональной вертушке с ручной подстройкой АЧХ усилителя корректора под разные головки с разными общеизвестными фильтрами.
И помимо сетевые помех подавлять активным способом и наводки на головку вертушки со стороны близко расположенных расточников ЭМ полей. Для этого вблизи головки будет установлена специальная антенна для приема этих полей и формирования, таким образом, опорного сигнала, из которого будут формироваться компоненты сигнала для активного подавления фоновых наводок и помех.