音频中的电源噪声

电器工程 声音的 噪音 地面 开关模式电源 接地回路
2022-01-22 08:49:23

关于电源开关噪声和音频,我肯定是一个经典问题,但我无法从现实中找出我迄今为止在该主题上发现的神话。

设置:

  1. 我有一台带外部电源和/或电池的笔记本电脑
  2. 有自己的电源的无线电接收器(即不是由笔记本 SMPS 供电)
  3. 无线电接收器将音频信号馈入笔记本的线路输入
  4. 无线电接收器由笔记本电脑通过 RS232 控制(调谐等)

问题:

  • 如果我将笔记本电脑的电源插头从电源上拔下并用电池运行,一切正常
  • 但如果我使用笔记本 SMPS,我会在音频中听到大量噪音

谁能告诉我问题可能出在哪里?有很多关于接地回路的讨论,但我很难相信它们真的存在于如此小规模的安装中。

我是否正确地假设这可能是笔记本电脑接地电平变化的问题以及笔记本电脑的线路输入是非差分的事实?还是有更可能的解释?

什么是最好的解决方案?使用运算放大器构建差分输入放大器并将其输出馈送到线路输入?我用什么作为运算放大器的接地参考?

评论和答案中提出的解决方案

从答案看来,有两个可能的问题:1. 接地回路和 2. 音频线中外部 SMPS 的射频拾取。

建议的解决方案是:

  1. 差分放大器解决方案。优点缺点?
  2. Kortuk:使用接地屏蔽来对抗音频链路中 SMPS 的射频拾取。优点:隐形解决方案;坏处?问题:对任何接地回路没有帮助吗?
  3. Russell McMahon:音频线路中的音频变压器。优点:简单;缺点:不易获取,价格昂贵或频率响应差。问题:这对音频线路中的射频拾音器有帮助吗?
  4. Russell McMahon:将 EMC 铁氧体夹在音频线上以对抗射频拾取。对接地回路没有帮助。问题:这对可听范围内的噪音有帮助吗?据我了解,铁氧体仅有助于过滤非常高的频率。
  5. David Kessner & Mary:让笔记本接地。这将 CM 噪声分流到地。优点:便宜、简单;缺点:需要处理额外的电线。问题:对抗射频拾音器(如果音频接地被分流)并避免接地回路?
  6. 玛丽:铁氧体吸收器绕到笔记本的直流线和音频线和 RS232 线中的 RF CM 扼流圈。缺点:RF CM 扼流圈的元件数量多且工作量大。不能防止接地回路。
2个回答

这类音频系统的问题很常见。我敢打赌,如果您查看噪声频谱,您会看到 60 Hz 加上许多谐波频率(120 Hz、180 Hz、240 Hz 等)。事实上,它不仅仅是 60 Hz,在某些国家或地区为 50 Hz,这表明它不仅仅是简单的接地回路。

我还敢打赌,您的笔记本电脑电源只有一个两相交流插头——没有第三个接地插头。

在这种类型的电源中,输出与交流输入是电气隔离的。但它并不是完全孤立的。有少量电流在隔离栅之间流动。这称为“漏电流”。它不是很多电流,但它不一定是。

一些笔记本电脑用户报告说穿着短裤使用笔记本电脑时会感到震惊或腿部有刺痛感!原因是泄漏电流通过笔记本电脑底部的螺丝并进入它们的腿。这听起来很危险,但电流量远低于安全限值。这比什么都更令人吃惊。如果你穿裤子,那么你就是绝缘的。

AC 插头上具有第三个插脚的笔记本电脑充电器不存在此问题,因为第三个插头将笔记本电脑机箱屏蔽层连接到地 - 迫使泄漏电流流向地面而不是流入您的腿。当然,如果电池没电了,也不会漏液。

在您的情况下,泄漏电流不仅会进入您的腿,还会进入您的无线电接收器。解决方案是正确接地您的笔记本电脑。

您将不得不对此进行一些试验以找到最佳解决方案。最好使用带有 3 孔交流插头的电源,但并非总是可行的。下一个选择是在笔记本电脑上找到可以接地的东西。制作一个从第三个插脚到“某物”的适配器。那东西可能是电源输出电缆上的信号地。可能是笔记本电脑上的螺丝。或未使用的笔记本电脑连接器上的屏蔽。或音频电缆上的接地/屏蔽。

制作第三个插脚适配器,但暂时让另一端裸露。然后开始四处戳一下,看看是否或在哪里可以连接它并让噪音消失。一旦你找到一两个地方,然后完成适配器,以便于使用。

执行此操作时有两个警告:确保您接地的任何东西实际上都已接地!在电源输出上,确保将负极或接地导体接地。在四处戳戳时,请了解您实际上可能需要用力戳一下。裸线和你戳的任何东西都可能有一层薄薄的不导电的东西,你需要用足够的力戳穿它。摩擦有时也有帮助。非导电层有时涂在螺丝上,或金属上的氧化物(锈)。

糟糕,这是第三个警告:制作第三个插脚适配器时要格外小心。你在搞乱潜在的致命电压,我们不希望你死。以一种不会发生故障并与 AC 插头中的其他两个导体中的任何一个导体短路的方式构建适配器。

试一试,然后报告您的发现!

有几种可能性,可能同时有几种。

Kortuk 正在寻找 SMPS 噪声,这是值得关注的事情。

一个接地回路和一个射频拾音器都可以非常愉快地存在于这样大小的系统中。当您查看可能已形成的物理环路的大小时,您会发现它与用于射频甚至 smps 频率的辐射信号拾取线圈的尺寸相比要大。并且接地回路在物理上不需要非常大 - 它的“尺寸”不是在物理尺寸上测量的,而是在两个子系统共享的公共接地中的公共阻抗的大小以及通过电阻的信号电流中测量的。V = I x R.
V_ground_loop ~= Signal_current x R_common_in_shared_ground_lead

您可以插入接地回路断路器 - 它们很容易 DIY,并且由您正确识别为一种可能解决方案的差分放大器的电磁等效物组成。

要“打破环路”,请在音频信号电路中插入一个 1:1 音频变压器,以关闭接地环路 - 在这种情况下 = 笔记本电脑的无线电接收器。如果电路存在并且您不希望影响电平,我会说 1:1,但您可以根据整个电路有效地使用 1:N 或 N:1。您可以从处置公司或业余市场组件销售商处获得各种匝数比的“晶体管收音机”音频变压器。这些通常是低成本的。失败了,你可以牺牲一个合适的旧晶体管收音机。如果您只有 1:N 变压器并且有几个“在垃圾箱中”,您可以将这些 1:N 连接到 N:1 中,总体上是 1:1。

除了 Kortuk 的箔屏外,您还可以尝试夹住或穿过 EMC 铁氧体,这些铁氧体通常随带有射频和音频功能的新设备一起提供。