Minimieren Sie das Rauschen des Elektromagneten mithilfe von Audiofrequenzen

Ich habe einen Elektromagneten (Spule mit einer Induktivität von etwa 500 uH und einem Widerstand von 0,8 Ohm), den ich mit etwa 3 Ampere Strom bei 4 kHz antreiben möchte. Ich möchte dies mit minimalem Rauschen und minimaler Leistung bei jeder anderen Frequenz als 4 kHz erreichen.

Ich verwende einen Wellenformgenerator (Stanford Research Systems DS345), um eine 4-kHz-Sinuswelle (unsymmetrisches Signal) zu erzeugen, die dann an einen Audioverstärker (Crown xls 402) gesendet wird. Der Ausgang des Verstärkers ist ein symmetrisches Signal, das mit der Spule verbunden ist. Parallel zur Spule habe ich zwei Zenerdioden für Flyback, um Schäden am Verstärker bei Stromausfall zu vermeiden.

Welche der folgenden Möglichkeiten ist optimal, um das vom Wellenformgenerator oder Verstärker kommende Rauschen zu minimieren? Die kritischsten Rauschfrequenzen, die ich minimieren muss, sind die bei niedrigen Frequenzen (< 4 kHz und insbesondere die unter 200 Hz) und die über 4 MHz.

(i) Maximieren Sie die vom Wellenformgenerator kommende Spannung (10 V Spitze zu Spitze). Stellen Sie dann die Verstärkung am Verstärker ein, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erhalten

(ii) Stellen Sie die Verstärkung am Verstärker auf Maximum ein und stellen Sie dann die Wellenformamplitude ein, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erhalten

(iii) Etwas ganz anderes

Woher kommt das Geräusch?
@DaveTweed Der Rauschpegel ist bereits sehr niedrig, aber unsere Anwendung erfordert eine absolute Minimierung des Rauschens so weit wie möglich. Es gibt ein gewisses Leitungsrauschen bei 60 Hz sowie, wie ich glaube, Harmonische des Leitungsrauschens bei 120 Hz, 180 Hz, 300 Hz usw. Es gibt auch etwas 1/f-Rauschen. Das Kabel vom Wellenformgenerator zum Verstärker könnte HF-Störsignale aufnehmen. Der Wellenformgenerator selbst könnte ein gewisses "Rauschen" oder eher Unvollkommenheiten aufweisen, da es sich im Grunde um einen Digital-Analog-Wandler handelt.
Gibt es einen Grund, warum Sie direkt vor der Spule kein passives Schmalbandpassfilter in die Schaltung einbauen können?
@markt Wir haben einen Schmalbandpassfilter. Das hilft. Da unser Eingangssignal so gut wie möglich ist, würde ich trotzdem gerne wissen, ob es besser ist, die Eingangsamplitude oder die Verstärkung des Verstärkers zu maximieren? Was erzeugt das wahrste Ausgangssignal?
Es gibt keine allgemeinen Regeln. Wenn Ihnen Rauschen bei diesem Pegel wirklich Sorgen macht (und Sie uns immer noch keine Zahlen genannt haben), müssen Sie die gesamte Signalkette analysieren, einschließlich der Interna des Signalgenerators und des Verstärkers, um dies festzustellen ob sie Ihren Anforderungen entsprechen. Haben Sie auch ähnlich strenge Anforderungen bezüglich Wellenformverzerrung etc.? Haben Sie schließlich überlegt, einen Klasse-D-Treiber zu verwenden, der die gesamte Signalkette bis zur letzten Leistungsstufe rein digital machen würde?

Antworten (2)

Möglicherweise fehlt Ihnen hier ein Trick - versuchen Sie, die Induktivität mit einem Kondensator von genau 3,18 uF in Resonanz zu bringen. Mit der 500-uH-Spule (und einem Serienwiderstand von 0,8 Ohm) erhalten Sie eine Spannungsvergrößerung über der Spule von etwa 15: 1.

Mit anderen Worten, Sie legen eine Sinuswelle von 1 V RMS bei 4 kHz an und erhalten eine Sinuswelle von 15 V RMS über die Spule. Es gibt noch einen weiteren Vorteil - es ist ein ziemlich straffer Filter und unterdrückt Verzerrungen / Rauschen vom Verstärker, der ihn antreibt. Ihr Verstärker muss in der Lage sein, einen kleinen Lastwiderstand zu treiben, da jetzt die einzige Last, die der Verstärker sieht, die Verluste in der Induktivität sind, dh die 0,8 Ohm, aber wenn die Mindestlast des Verstärkers 2 Ohm beträgt, dann fügen Sie zusätzliche 1,2 Ohm in Reihe ein - Die Vergrößerung beträgt jetzt nur noch etwa 6,3, ist aber immer noch ziemlich vernünftig.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Resonanzfrequenz ist 1 2 π L C = 1 2 π 500 μ ⋅ 3.18 μ = 3991.4 H z .

Du meinst nicht wirklich kHz, oder? :)
@WhatRoughBeast oooooooooooops LOL.... behoben!!!
Außerdem ist die Bandbreite der Reihenschaltung BW = R/L
Als weitere Verfeinerung können Sie, wenn Sie einen externen Widerstand, sagen wir 10 Milliohm, von der Spule zur Masse hinzufügen, den Generator so einstellen, dass er die Effizienz maximiert. Überwachen Sie einfach die Spannung am externen Widerstand und stimmen Sie den Generator auf eine Phasenverschiebung von 0 Grad zwischen den beiden ab. Da Kondensatoren für ihre geringe Toleranz bekannt sind, müssten Sie sich nicht zu viele Gedanken über die tatsächlichen Kondensator- und Induktivitätswerte machen.

Im Allgemeinen dominiert die erste Verstärkungsstufe die Rauschzahl, wenn alle Dinge gleich sind, also würde ich zuerst versuchen, die Verstärkung des Signalgenerators zu maximieren und die Verstärkung der Endstufe zu verringern und zu sehen, ob das die Dinge verbessert.

Wenn Sie anstelle des oben erwähnten digitalen Signalpfads einen analogen Signalpfad verwenden, würde ich damit experimentieren, die Endstufe als frequenzselektive Stromquelle zu verwenden und die Spule mit einem Strom anstelle einer Spannung anzusteuern. Versuchen Sie, einen Strom-Shunt in Reihe mit der Spule zu schalten und die entwickelte Spannung durch einen grafischen EQ mit einer tiefen Kerbe bei 4 kHz zu führen. Senden Sie dies dann in die Sidechain eines Audiokompressors, der in Reihe mit dem Signalgenerator geschaltet ist, und experimentieren Sie mit den Attack- und Release-Einstellungen, um zu sehen, ob dies dabei hilft, die Oberwellen der Stromleitung auszulöschen.

Minimieren Sie das Rauschen des Elektromagneten mithilfe von Audiofrequenzen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v