Una razón importante para las cajas separadas para preamplificadores y amplificadores de potencia son las corrientes de TIERRA y también el acoplamiento magnético. [hay un ejemplo numérico, a 20 kHz y 6 amperios para los altavoces, al final de esta respuesta, con el preamplificador a solo 10 cm del amplificador de potencia]
Supongamos que construyó el preamplificador y el amplificador de potencia en la misma PCB. Por qué no?
Parte de la corriente del altavoz fluirá por la TIERRA y terminará combinándose con la señal de entrada.
Para minimizar esta "combinación", haga que la PCB sea larga y delgada, de modo que las Tierras de PowerAmp estén lejos de las Tierras de PreAmp.
¿Cómo mejorar esto? use regiones largas y delgadas entre el preamplificador y el amplificador de potencia.
En el extremo, un cable coaxial proporciona una región larga y delgada, para garantizar una combinación muy pequeña de las corrientes de entrada y salida.
Por ejemplo:
¿Por qué las ventajas de JFET sobre MOSFET, o por qué todavía se usa JFET?
Dadas las bajas señales de milivoltios de un cartucho de imán móvil de disco de vinilo, o incluso 0,5 milivoltios de los cartuchos de bobina móvil, que se amplificaron a salidas de audio de casi 100 voltios, todo el sistema necesita un aislamiento de ~ 100,000: 1. E incluso ese aislamiento solo proporciona la relación señal-ruido de UNITY que apenas previene la oscilación; para una relación de 80 dB de señal a realimentación, el aislamiento debe mejorar en otras 10,000: 1 a 1 parte por mil millones.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
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¿Qué tan malo puede ser la diafonía / retroalimentación (campo magnético)? suponga que la corriente de salida es de 6 amperios pico a 20,000Hz. El dI / dT es 6 * d (sin (2 * pi * 20,000 * Tiempo)) / dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos (2 * pi * 20000 * T)
o dI / dT = 700,000 amperios por segundo.
Suponga que la entrada de preamplificador (recuerde que la señal de 1 milivoltio del cartucho, y desea al menos 10,000: 1 SNR o retroalimentación tonal, por lo tanto, la retroalimentación de 0.1 microvoltios es el piso deseado) está a 0.1 metros de la salida del altavoz.
V_magnetic_induce = (2.0e-7 * Área / Distancia) * dI / dT
y asumiremos que el área del bucle de entrada (señal a tierra) es de 1 cm por 4 cm.
Ahora ejecuta las matemáticas; recuerde que queremos MENOS de 0.1 microvoltios de retroalimentación.
Vinduce *** = 2e-7 Henry / metro * (área de bucle de víctima = 1 cm * 4 cm) / 10 cm * 700,000
Vinduce = 2e-7 * 0.0004meter / 0.1meter * 700,000
Vinduce = 2e-7 * 0.004 * 7e + 5
Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56 milivoltios. [¡INCORRECTO! error matemático]
Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0.56 milivoltios [habían sido 7e-5; corregido a 7e + 5]
La retroalimentación magnética, causada por tener el Poweramplifer cerca del preamplificador, es 0.56mV / 0.1 microvoltio o 5,600X más fuerte de lo que la música "limpia" puede tolerar. (algunos documentos dicen que la cóclea del oído puede escuchar hasta -106dBc, lo que sugiere que se necesita otro factor de limpieza 20x)
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¿Cómo puede el diseñador mejorar la fidelidad de estos sistemas? HOJAS DE METAL en cajas de acero; cableado de par trenzado para señales de salida (use cables de altavoz de varios hilos tejidos) y para el cableado de la línea de alimentación a las cajas; Diseño de PCB para enrutar la señal para estar inmediatamente adyacente a Return cables coaxiales que evitan cables de señal / tierra sueltos, en lugar de usar enchufes en PCB para una separación mínima de la señal y los flujos de corriente a tierra; grandes depósitos de carga en los PowerAmps, colocados cerca de terminales de salida de altavoces, para lograr bucles de transmisor de área mínima (el modelo de cable recto largo utilizado en el ejemplo es solo parte de un movimiento de corriente de retorno + salida del mundo real); fuentes de alimentación que usan inductores junto con los diodos rectificadores, para disminuir las sobretensiones de los diodos y evitar el sonido maligno de "canto" de los flujos de potencia impulsiva (borde rápido) de 120Hz.
*** Vinduce utiliza la aproximación de registro no natural del acoplamiento entre un cable largo y recto que transporta la corriente del agresor / transmisor con dI / dT y el bucle rectangular del circuito víctima / receptor. La ecuación, de una combinación de la Ley de Inducción de Faraday y la Ley de Biot-Savart, es
Vinduce = [MU0 * MUr * LoopArea / (2 * pi * Distance_wire_to_Loop)] * dI / dT
e ignoramos los efectos de segundo orden que requieren registro natural.
Esto también supone el acoplamiento PEOR CASO entre el cable y el bucle. Por lo tanto, el cable está en el plano del bucle. Lo maravilloso de esta ecuación es el descubrimiento de tres grados de libertad (en realidad 4: la intensidad de campo, controlada por la profundidad de la piel, de ahí la necesidad de acero en el chasis del preamplificador). Los grados de libertad son
(1) orientación entre el cable y el bucle
(2) el área del bucle, de ahí el uso de par trenzado o diseño cuidadoso de PCB o cables coaxiales
(3) más separación entre PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupply y el preamplificador real y / o sus cables coaxiales de entrada.
(4) el 'dI / dT', que nos dice que (a) FILTRE los tiempos de subida del agresor, o (b) reduzca las intensidades de corriente principales, o (c) use losas de cobre o láminas de hierro o acero, para reducir en gran medida señal de audio realimentación de campo magnético; las frecuencias muy bajas necesitan cobre muy grueso (60 Hz necesita 8 mm de espesor) o cajas delgadas de hierro / acero.
Por lo tanto, podemos usar la fórmula para sugerir enfoques curativos.