車両電源用ノイズフィルター

1ヶ月ほど前、友人に車両オーディオに使う中間アンプを作った。
想像していたように、「車両からのノイズが大きくて使えない」とのこと。

中間アンプを引き取り、様々なノイズフィルタを入れてみたが効果なし。

WEBを探し回ること数回、見つけたのがこのHPである。
早速作ってみました。
priAMP_6
遠景が中間アンプ、手前の黒いのがノイズフィルタ回路です。

とても素晴らしい効果でした。 オルターネータ(車の発電機)ノイズが主体だったのですが、綺麗に消えました。
出展から借用した回路図です。
priAMP_7

この回路は1A程度流すことを想定しているので3A流せるTrを使っていますが、この中間アンプの使用電流は
10mA程度なので手元にあった2SC3421を使いました。2SC1815でも十分でしょう。
また組み込みサイズの関係で2200uFは1000uFにしてます。

でも、なぜあんなに大きかったノイズが消えたのでしょうか。
平滑コンやノイズ消去コンだけではそれほど効かなかったです。
トランジスタを経由することで何故ノイズが消えたのでしょうか?

はい、勉強します。

------------  2015/02/11 追記 ---------------------
この記事を書いてからすでに4年を経過しているのだが、記事を見た電気回路に明るい知人から
「フィードフォワードという手法で、トランジスタを能動抵抗のように用いたローパス フィルターの一種と思われます。ノイズによるコレクタ電流の変化をベース側に与えて ベース電流を変化させ、コレクタ電流を反対に抑えたり増やしたりしている」 というコメントを頂きました。

然らばと当時はまだできなかったLTSpiceを使ったシミュレーションで電気的動作を見てみましょう。
Car_Noise_0.jpg

左側1/3は元電源です。12VDCのV2電源に±2Vのホワイトノイズ電圧を加えます。実際の車ではどのくらいの変動か判りませんが、(これほど大きくはないと思います)動作解析するために大きく変動させています。
右2/3が評価回路です。コレクタ電流を測るためにI_c抵抗が付いてますが実機にはありません。
I_out抵抗で出力電流を調整してます。約0.6Aです。

入力電圧V(in)と出力V(out)
Car_Noise_m2.jpg

激しく変動している入力電圧がかなり滑らかになっているのがわかります。

出力電圧の周波数特性を見てみます
Car_Noise_2.jpg

200Hz以上はスパッと減衰しています。耳障りなノイズになる1k~4k領域は完全にシャットアウトされてます。
この領域の減衰は約54dBですから、電源ノイズは1/500程度になるということです。

この回路の電気的な関係
Car_Noise_3.jpg

このグラフの説明は省きますが、トランジスタQ1が入力と出力を繋いで電力を渡しています。
入力にプラス電位ノイズが入ると、その電圧を吸収するようにコンデンサC1が電流を吸収しQ1のベース電圧を上げない(出力を阻止)ようにし、C2が電流を吸収することで出力電圧の上昇を防ぎます。逆にマイナス電位に変化すると、逆の動作をします。結果的に出力電圧の変動を緩和し、ノイズ除去になります。

C1,C2の最適容量はこれ以上の細かな解析をしなければ良く判りません。
そこそこの結果が得られているので良しとします。

------------- ここまで追記 --------------------------

(失敗談を2つ)
・狭い基板に実装したので出力をショートさせました。Trが壊れていることに長い間気付きませんでした。
 いやいや、完成後の回路チェックが基本です。

・夜間に車でのテストしました。何度も・・・
 室内灯を付けっ放しにしたことに気付かず、バッテリを上げてしまいました。
 幸いにも停電対策用に買った12Vバッテリーから充電してエンジン始動ができました。 やれやれ。
 (12Vソーラーも買い込みました。自動ON-OFFする充電回路を検討中です) 


テーマ : 電子工作・電気関係工作
ジャンル : 趣味・実用

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No title

へえ(゜▽゜)おもしろいですね。
車用って、単純につなげばいいってわけでは
ないんですね。
車載用オーディオに凝る人たちの気持ちが
少しわかったような気がします。

No title

はじめまして、私も似たようなことを考えて、
12V駆動のアンプをクルマにと思ったり、、、
オルタネーターのノイズはかなりのモノらしいので、
どうしたものかと。。。こんな方法もあるんですね(o^―^o)ニコ

No title

>しまPON さん

ノイズの進入経路は+側、-側の両方にあるらしいです。
この回路がノイズをカットしてくれるのは、+はトランジスタを通すことで、-は電解コンデンサを通すことで周波数の高いノイズ成分が下がるのではないかと思います。

No title

ふむふむ、なるほどですね~
OSコンなどの応答性が高い周波数にあっている物なら
また、効果がかわりそうですね^^
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2010/3/17 電子工作をプラスしました。

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