في الواقع، لوحة الدوائر المطبوعة (ثنائي الفينيل متعدد الكلور) مصنوع من مواد خطية كهربائية ، أي أن معاوقتها يجب أن تكون ثابتة. 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. يتدفق التيار من مصدر الطاقة ، عبر مكثف الالتفاف ، عبر مكبر الصوت إلى الحمل. ينتقل التيار بعد ذلك من محطة التحميل الأرضية (أو حماية موصل خرج PCB) إلى المستوى الأرضي ، من خلال مكثف الالتفافية ، والعودة إلى المصدر الذي زود التيار في الأصل.

مفهوم الحد الأدنى من مسار التيار من خلال المعاوقة غير صحيح. يتناسب مقدار التيار في جميع مسارات المعاوقة المختلفة مع الموصلية. في المستوى الأرضي ، غالبًا ما يكون هناك أكثر من مسار بمقاومة منخفضة تتدفق من خلاله نسبة كبيرة من تيار الأرض: مسار واحد متصل مباشرة بمكثف الالتفاف ؛ الآخر يثير المقاوم الإدخال حتى يتم الوصول إلى مكثف الالتفافية. يوضح الشكل 1 هذين المسارين. التيار العكسي هو ما يسبب المشكلة حقًا.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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”. إذا كان جزء كبير من المكون القطبي للتيار الأرضي يتدفق عبر الأرض لدائرة الإدخال ، فإن هذا المكون القطبي للإشارة فقط هو الذي يتم إزعاجه. إذا لم يتم إزعاج القطبية الأخرى للتيار الأرضي ، يتغير جهد إشارة الدخل بطريقة غير خطية. 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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

عندما يتم إزعاج مكون قطبي واحد فقط من الموجة الجيبية ، لم يعد شكل الموجة الناتج موجة جيبية. 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.يوضح تحويل فورييه أن شكل موجة التشويه هو تقريبًا كل التوافقيات الثانية عند -68 DBC. عند الترددات العالية ، يتم إنشاء هذا المستوى من الاقتران بسهولة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والذي يمكن أن يدمر الخصائص الممتازة المضادة للتشوه لمكبر الصوت دون اللجوء إلى الكثير من التأثيرات غير الخطية الخاصة لثنائي الفينيل متعدد الكلور. عندما يتم تشويه خرج مضخم تشغيلي واحد بسبب مسار التيار الأرضي ، يمكن ضبط تدفق التيار الأرضي عن طريق إعادة ترتيب حلقة الالتفافية والحفاظ على المسافة من جهاز الإدخال ، كما هو موضح في الشكل 4.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

رقاقة مضخم الصوت

تتفاقم مشكلة الرقائق متعددة المضخمات (مضخمان أو ثلاثة أو أربعة مضخمات) بسبب عدم القدرة على إبقاء الاتصال الأرضي للمكثف الجانبي بعيدًا عن المدخل بالكامل. هذا ينطبق بشكل خاص على أربعة مكبرات الصوت. تحتوي شرائح مكبر الصوت الرباعي على أطراف إدخال على كل جانب ، لذلك لا يوجد مجال للدوائر الالتفافية التي تخفف من اضطراب قناة الإدخال.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

يوضح الشكل 5 نهجًا بسيطًا لتخطيط مكبرات الصوت الأربعة. تتصل معظم الأجهزة مباشرة بدبوس مكبر للصوت رباعي. 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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

لتجنب هذه المشكلة ، دع التيار الأرضي يزعج المدخلات ، لكن دع تيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور يتدفق بطريقة خطية مكانية. لتحقيق ذلك ، يمكن ترتيب مكثف الالتفاف على ثنائي الفينيل متعدد الكلور بطريقة تتدفق التيارات الأرضية (+ Vs) و (- Vs) عبر نفس المسار. إذا تم إزعاج إشارة الإدخال بشكل متساوٍ بسبب التيارات الإيجابية والسلبية ، فلن يحدث تشويه. 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. إذا تعرضت مقاومة مدخلات القناة للتيار (+ Vs) ، فإن التيار (- Vs) له نفس التأثير عليه. نظرًا لأن الاضطراب الناتج هو نفسه بغض النظر عن القطبية ، فلا يوجد تشويه ، ولكن سيحدث تغيير بسيط في كسب القناة ، كما هو موضح في الشكل 6.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

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. كما يتضح من الجدول 1 ، كلما كانت القناة أكثر تشوهًا ، كان التحسين أفضل ، بحيث تكون القنوات الأربع متساوية تقريبًا في الأداء.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

بدون مضخم رباعي مثالي على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، قد يكون من الصعب قياس تأثيرات قناة مكبر للصوت واحدة. من الواضح أن قناة مكبر الصوت المعينة لا تزعج مدخلاتها فحسب ، بل تزعج مدخلات القنوات الأخرى أيضًا. يتدفق تيار الأرض عبر جميع مدخلات القناة المختلفة وينتج تأثيرات مختلفة ، ولكنه يتأثر بكل مخرج ، وهو أمر قابل للقياس.

يوضح الجدول 2 التوافقيات المقاسة على قنوات أخرى غير مدفوعة عندما يتم تشغيل قناة واحدة فقط. 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.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ملخص هذا المقال

ببساطة ، على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يتدفق تيار التدفق العكسي عبر مكثفات تجاوز مختلفة (لمصادر طاقة مختلفة) ومصدر الطاقة نفسه ، والذي يتناسب مع الموصلية الخاصة به. 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. لحسن الحظ ، من السهل حماية مسار التيار الأرضي بأكمله باستخدام نقطة أرضية مشتركة ومكثف تجاوز أرضي على جانب الخرج.

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. جاءت خصائص التشويه المحسّنة على حساب إضافة حوالي 0.15 بوصة من أسلاك مكثف الالتفافية عالية التردد ، لكن هذا كان له تأثير ضئيل على أداء استجابة التيار المتردد في FHP3450. يعد تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور مهمًا لتحقيق أقصى قدر من أداء مكبر الصوت عالي الجودة ، ولا تقتصر المشكلات التي تمت مناقشتها هنا على مضخمات التردد العالي. إشارات التردد المنخفض مثل الصوت لها متطلبات تشويه أكثر صرامة. يكون تأثير التيار الأرضي أصغر عند الترددات المنخفضة ، ولكنه قد يظل مشكلة مهمة إذا تم تحسين مؤشر التشويه المطلوب وفقًا لذلك.