في الواقع، لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) are made of electrical linear materials, i.e. their impedance should be constant. فلماذا يقوم ثنائي الفينيل متعدد الكلور بإدخال اللاخطية في الإشارة؟ الإجابة هي أن تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور “غير خطي مكانيًا” بالنسبة إلى مكان التدفق الحالي.

يعتمد ما إذا كان مكبر الصوت يستقبل التيار من مصدر أو آخر على القطبية اللحظية للإشارة على الحمل. Current flows from the power supply, through the bypass capacitor, through the amplifier into the load. The current then travels from the load ground terminal (or shielding of the PCB output connector) back to the ground plane, through the bypass capacitor, and back to the source that originally supplied the current.

The concept of minimum path of current through impedance is incorrect. The amount of current in all different impedance paths is proportional to its conductivity. In a ground plane, there is often more than one low-impedance path through which a large proportion of ground current flows: one path is directly connected to the bypass capacitor; الآخر يثير المقاوم الإدخال حتى يتم الوصول إلى مكثف الالتفافية. Figure 1 illustrates these two paths. The backflow current is what’s really causing the problem.

تقدم

عندما يتم وضع المكثفات الالتفافية في مواضع مختلفة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يتدفق التيار الأرضي عبر مسارات مختلفة إلى المكثفات الالتفافية المعنية ، وهو ما يعني “اللاخطية المكانية”. If a significant portion of a polar component of the ground current flows through the ground of the input circuit, only that polar component of the signal is disturbed. If the other polarity of the ground current is not disturbed, the input signal voltage changes in a nonlinear manner. عندما يتغير أحد مكونات القطبية ولكن القطبية الأخرى لا تتغير ، يحدث التشوه ويتجلى على أنه التشوه التوافقي الثاني لإشارة الخرج. يوضح الشكل 2 تأثير التشويه هذا بشكل مبالغ فيه.

تقدم

When only one polar component of the sine wave is disturbed, the resulting waveform is no longer a sine wave. محاكاة مضخم مثالي بحمل 100 ω وإقران تيار الحمل من خلال المقاوم 1-في الجهد الأرضي على قطبية واحدة فقط للإشارة ، ينتج عن الشكل 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. At high frequencies, this level of coupling is easily generated on a PCB, which can destroy the excellent anti-distortion characteristics of an amplifier without resorting to much of the special nonlinear effects of a PCB. When the output of a single operational amplifier is distorted due to the ground current path, the ground current flow can be adjusted by rearranging the bypass loop and maintaining distance from the input device, as shown in Figure 4.

تقدم

Multiamplifier chip

The problem of multi-amplifier chips (two, three, or four amplifiers) is compounded by the inability to keep the ground connection of the bypass capacitor far from the entire input. This is especially true for four amplifiers. تحتوي شرائح مكبر الصوت الرباعي على أطراف إدخال على كل جانب ، لذلك لا يوجد مجال للدوائر الالتفافية التي تخفف من اضطراب قناة الإدخال.

تقدم

يوضح الشكل 5 نهجًا بسيطًا لتخطيط مكبرات الصوت الأربعة. Most devices connect directly to a quad amplifier pin. يمكن للتيار الأرضي لمصدر طاقة واحد أن يزعج جهد الدخل الأرضي والتيار الأرضي لمصدر طاقة القناة الأخرى ، مما يؤدي إلى حدوث تشويه. على سبيل المثال ، يمكن وضع مكثف تجاوز (+ Vs) على القناة 1 من مكبر الصوت الرباعي بجوار مدخله مباشرةً ؛ يمكن وضع مكثف التجاوز (-Vs) على الجانب الآخر من العبوة. يمكن لتيار الأرض (+ Vs) أن يزعج القناة 1 ، في حين أن التيار الأرضي (-vs) قد لا يفعل ذلك.

تقدم

لتجنب هذه المشكلة ، دع التيار الأرضي يزعج المدخلات ، لكن دع تيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور يتدفق بطريقة خطية مكانية. To achieve this, the bypass capacitor can be arranged on the PCB in such a way that the (+Vs) and (– Vs) ground currents flow through the same path. If the input signal is equally disturbed by positive and negative currents, distortion will not occur. لذلك ، قم بمحاذاة مكثفي التجاوز بجانب بعضهما البعض بحيث يشتركان في نقطة أرضية. نظرًا لأن المكونين القطبيين للتيار الأرضي يأتيان من نفس النقطة (غلاف موصل الخرج أو أرض التحميل) ويتدفق كلاهما إلى نفس النقطة (الاتصال الأرضي المشترك لمكثف التجاوز) ، يتدفق التيار الموجب / السالب من خلاله نفس المسار. If the input resistance of a channel is disturbed by (+Vs) current, (– Vs) current has the same effect on it. Because the resulting disturbance is the same regardless of the polarity, there is no distortion, but a small change in the gain of the channel will occur, as shown in Figure 6.

تقدم

للتحقق من الاستدلال أعلاه ، تم استخدام تخطيطين مختلفين لثنائي الفينيل متعدد الكلور: تخطيط بسيط (الشكل 5) وتخطيط منخفض التشويه (الشكل 6). يظهر التشوه الناتج عن مضخم التشغيل الرباعي FHP3450 باستخدام أشباه الموصلات فيرتشايلد في الجدول 1. عرض النطاق الترددي النموذجي لـ FHP3450 هو 210 ميجاهرتز ، والمنحدر هو 1100 فولت / أمريكي ، وتيار انحياز الإدخال هو 100nA ، وتيار التشغيل لكل قناة هو 3.6 مللي أمبير. As can be seen from Table 1, the more distorted the channel, the better the improvement, so that the four channels are nearly equal in performance.

تقدم

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. من الواضح أن قناة مكبر الصوت المعينة لا تزعج مدخلاتها فحسب ، بل تزعج مدخلات القنوات الأخرى أيضًا. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Table 2 shows the harmonics measured on other undriven channels when only one channel is driven. تعرض القناة غير الموجهة إشارة صغيرة (تداخل) عند التردد الأساسي ، ولكنها تنتج أيضًا تشويهًا يتم تقديمه مباشرة بواسطة التيار الأرضي في غياب أي إشارة أساسية مهمة. يوضح تخطيط التشوه المنخفض في الشكل 6 أن خصائص التشويه التوافقي والتوافقي الكلي الثانية (THD) قد تحسنت بشكل كبير بسبب الإزالة شبه الكاملة لتأثير تيار الأرض.

تقدم

ملخص هذا المقال

Simply put, on a PCB, the backflow current flows through different bypass capacitors (for different power supplies) and the power supply itself, which is proportional to its conductivity. يتدفق تيار الإشارة عالية التردد إلى مكثف الالتفاف الصغير. قد تتدفق التيارات منخفضة التردد ، مثل تلك الخاصة بالإشارات الصوتية ، بشكل أساسي عبر مكثفات تجاوز أكبر. حتى تيار التردد المنخفض قد “يتجاهل” السعة الالتفافية الكاملة ويتدفق مباشرة إلى سلك الطاقة. سيحدد التطبيق المحدد المسار الحالي الأكثر أهمية. Fortunately, it is easy to protect the entire ground current path by using a common ground point and a ground bypass capacitor on the output side.

القاعدة الذهبية لتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور HF هي إبقاء مكثف تجاوز التردد العالي بالقرب من دبوس الطاقة المعبأ قدر الإمكان ، لكن المقارنة بين الشكل 5 والشكل 6 توضح أن تعديل هذه القاعدة لتحسين خصائص التشويه لا يحدث فرقًا كبيرًا. The improved distortion characteristics came at the expense of adding about 0.15 inches of high-frequency bypass capacitor wiring, but this had little impact on the AC response performance of the FHP3450. PCB layout is important to maximize the performance of a high-quality amplifier, and the issues discussed here are not limited to hf amplifiers. إشارات التردد المنخفض مثل الصوت لها متطلبات تشويه أكثر صرامة. The ground current effect is smaller at low frequencies, but it may still be an important problem if the required distortion index is improved accordingly.