আসলে, মুদ্রিত সার্কিট বোর্ড (PCB) বৈদ্যুতিক রৈখিক উপকরণ দিয়ে তৈরি, অর্থাৎ তাদের প্রতিবন্ধকতা ধ্রুবক হওয়া উচিত। তাহলে কেন একটি পিসিবি একটি সংকেতে অরৈখিকতা প্রবর্তন করে? উত্তরটি হল যে পিসিবি লেআউটটি বর্তমানের প্রবাহের তুলনায় “স্থানিকভাবে অ-রৈখিক”।

এম্প্লিফায়ার এক উৎস থেকে বা অন্য উৎস থেকে কারেন্ট গ্রহণ করে কিনা তা লোডের সিগন্যালের তাত্ক্ষণিক মেরুতার উপর নির্ভর করে। বিদ্যুৎ সরবরাহ থেকে বর্তমান প্রবাহ, বাইপাস ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে, এম্প্লিফায়ারের মাধ্যমে লোডে প্রবেশ করে। স্রোত তখন লোড গ্রাউন্ড টার্মিনাল (বা পিসিবি আউটপুট কানেক্টরের শিল্ডিং) থেকে বাইপাস ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে গ্রাউন্ড প্লেনে ফিরে যায়, এবং সেই উৎসে ফিরে আসে যা মূলত কারেন্ট সরবরাহ করে।

প্রতিবন্ধকতার মাধ্যমে বর্তমানের ন্যূনতম পথের ধারণাটি ভুল। সমস্ত ভিন্ন প্রতিবন্ধক পথে বর্তমান পরিমাণ তার পরিবাহিতা সমানুপাতিক। একটি স্থল সমতলে, প্রায়শই একাধিক নিম্ন-প্রতিবন্ধক পথ থাকে যার মাধ্যমে স্থল স্রোতের একটি বড় অংশ প্রবাহিত হয়: একটি পথ সরাসরি বাইপাস ক্যাপাসিটরের সাথে সংযুক্ত থাকে; বাইপাস ক্যাপাসিটর না পৌঁছানো পর্যন্ত অন্যটি ইনপুট প্রতিরোধককে উত্তেজিত করে। চিত্র 1 এই দুটি পথকে ব্যাখ্যা করে। ব্যাকফ্লো কারেন্ট আসলে কি সমস্যা সৃষ্টি করছে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

যখন পিসিবিতে বাইপাস ক্যাপাসিটরগুলি বিভিন্ন অবস্থানে স্থাপন করা হয়, তখন গ্রাউন্ড কারেন্ট বিভিন্ন পথের মধ্য দিয়ে সংশ্লিষ্ট বাইপাস ক্যাপাসিটারগুলিতে প্রবাহিত হয়, যার অর্থ “স্থানিক নন -লিনিয়ারিটি”। যদি স্থল কারেন্টের একটি পোলার কম্পোনেন্টের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ ইনপুট সার্কিটের মাটির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তাহলে কেবল সিগন্যালের সেই পোলার কম্পোনেন্টই ব্যাহত হয়। যদি গ্রাউন্ড কারেন্টের অন্য পোলারিটি ব্যাহত না হয়, ইনপুট সিগন্যাল ভোল্টেজ ননলাইনার পদ্ধতিতে পরিবর্তিত হয়। যখন একটি পোলারিটি কম্পোনেন্ট পরিবর্তিত হয় কিন্তু অন্য পোলারিটি হয় না, তখন বিকৃতি ঘটে এবং আউটপুট সিগন্যালের দ্বিতীয় হরমোনিক ডিসটর্শন হিসেবে প্রকাশ পায়। চিত্র 2 অতিরঞ্জিত আকারে এই বিকৃতির প্রভাব দেখায়।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

যখন সাইন ওয়েভের শুধুমাত্র একটি পোলার কম্পোনেন্ট বিঘ্নিত হয়, ফলে তরঙ্গাকৃতি আর সাইন ওয়েভ থাকে না। একটি 100-ω লোড সহ একটি আদর্শ পরিবর্ধককে অনুকরণ করে এবং 1-ω রোধকের মাধ্যমে লোড কারেন্টকে সিগন্যালের মাত্র একটি পোলারিটিতে স্থল ভোল্টেজের সাথে সংযুক্ত করে, চিত্র 3 এ ফলাফল।ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম দেখায় যে বিকৃতি তরঙ্গাকৃতি -68 DBC এ প্রায় সমস্ত দ্বিতীয় সুরেলা। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে, এই স্তরের সংযোজনটি সহজেই একটি PCB- তে উৎপন্ন হয়, যা একটি PCB- এর বিশেষ বিশেষ অ-রৈখিক প্রভাবের অবলম্বন ছাড়াই একটি পরিবর্ধকের চমৎকার বিকৃতি-বিরোধী বৈশিষ্ট্য ধ্বংস করতে পারে। যখন গ্রাউন্ড কারেন্ট পাথের কারণে একক অপারেশনাল এম্প্লিফায়ারের আউটপুট বিকৃত হয়, তখন বাইপাস লুপকে পুনর্বিন্যাস করে এবং ইনপুট ডিভাইস থেকে দূরত্ব বজায় রেখে স্থল কারেন্ট প্রবাহকে সামঞ্জস্য করা যায়, যেমন চিত্র 4 এ দেখানো হয়েছে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

মাল্টিঅ্যাম্প্লিফায়ার চিপ

মাল্টি-এম্প্লিফায়ার চিপের সমস্যা (দুই, তিন, বা চারটি পরিবর্ধক) বাইপাস ক্যাপাসিটরের স্থল সংযোগ সম্পূর্ণ ইনপুট থেকে দূরে রাখতে অক্ষমতার কারণে জটিল হয়। এটি চারটি পরিবর্ধকের জন্য বিশেষভাবে সত্য। কোয়াড-এম্প্লিফায়ার চিপগুলির প্রতিটি পাশে ইনপুট টার্মিনাল রয়েছে, তাই বাইপাস সার্কিটগুলির জন্য কোনও জায়গা নেই যা ইনপুট চ্যানেলে ঝামেলা হ্রাস করে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

চিত্র 5 একটি চার-পরিবর্ধক বিন্যাসের একটি সহজ পদ্ধতি দেখায়। বেশিরভাগ ডিভাইস সরাসরি একটি চতুর্ভুজ পরিবর্ধক পিনের সাথে সংযোগ স্থাপন করে। একটি পাওয়ার সাপ্লাই এর গ্রাউন্ড কারেন্ট ইনপুট গ্রাউন্ড ভোল্টেজ এবং অন্য চ্যানেল পাওয়ার সাপ্লাই এর গ্রাউন্ড কারেন্টকে ব্যাহত করতে পারে, যার ফলে বিকৃতি ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, চতুর্ভুজ পরিবর্ধকের চ্যানেল 1 এ (+Vs) বাইপাস ক্যাপাসিটরটি সরাসরি তার ইনপুট সংলগ্ন স্থাপন করা যেতে পারে; (-Vs) বাইপাস ক্যাপাসিটর প্যাকেজের অন্য পাশে স্থাপন করা যেতে পারে। (+Vs) স্থল বর্তমান চ্যানেল 1 কে ব্যাহত করতে পারে, যখন (-vs) স্থল বর্তমান নাও হতে পারে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

এই সমস্যা এড়ানোর জন্য, গ্রাউন্ড কারেন্ট ইনপুটকে বিঘ্নিত করতে দিন, কিন্তু PCB এর কারেন্টটি একটি স্থানিকভাবে রৈখিকভাবে চলতে দিন। এটি অর্জনের জন্য, পিসিবিতে বাইপাস ক্যাপাসিটরকে এমনভাবে সাজানো যেতে পারে যে (+Vs) এবং ( – Vs) স্থল স্রোত একই পথ দিয়ে প্রবাহিত হয়। যদি ইনপুট সংকেত ইতিবাচক এবং নেতিবাচক স্রোত দ্বারা সমানভাবে বিরক্ত হয়, বিকৃতি ঘটবে না। অতএব, দুটি বাইপাস ক্যাপাসিটর একে অপরের পাশে সারিবদ্ধ করুন যাতে তারা একটি স্থল বিন্দু ভাগ করে নেয়। যেহেতু পৃথিবীর কারেন্টের দুটি মেরু উপাদান একই বিন্দু থেকে আসে (আউটপুট কানেক্টর শিল্ডিং বা লোড গ্রাউন্ড) এবং উভয়ই একই পয়েন্টে ফিরে আসে (বাইপাস ক্যাপাসিটরের সাধারণ স্থল সংযোগ), ইতিবাচক/নেতিবাচক কারেন্ট প্রবাহিত হয় একই পথ। যদি কোনো চ্যানেলের ইনপুট রেজিস্ট্যান্স (+Vs) কারেন্ট দ্বারা বিরক্ত হয়, ( – Vs) কারেন্ট এর উপর একই প্রভাব ফেলে। কারণ ফলস্বরূপ ঝামেলা সমান, মেরুতা নির্বিশেষে, কোন বিকৃতি নেই, কিন্তু চ্যানেলের লাভের একটি ছোট পরিবর্তন ঘটবে, যেমন চিত্র 6 এ দেখানো হয়েছে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

উপরের অনুমান যাচাই করার জন্য, দুটি ভিন্ন PCB লেআউট ব্যবহার করা হয়েছিল: একটি সহজ বিন্যাস (চিত্র 5) এবং একটি নিম্ন-বিকৃতি বিন্যাস (চিত্র 6)। ফেয়ারচাইল্ড সেমিকন্ডাক্টর ব্যবহার করে এফএইচপি 3450 কোয়াড-অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার দ্বারা উত্পাদিত বিকৃতিটি সারণিতে দেখানো হয়েছে। এমএ সারণি 1 থেকে দেখা যায়, চ্যানেলটি যত বেশি বিকৃত হবে, ততই উন্নতি হবে, যাতে চারটি চ্যানেল কার্যক্ষমতায় প্রায় সমান।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

একটি পিসিবিতে একটি আদর্শ চতুর্ভুজ পরিবর্ধক ছাড়া, একটি একক পরিবর্ধক চ্যানেলের প্রভাব পরিমাপ করা কঠিন হতে পারে। স্পষ্টতই, একটি প্রদত্ত পরিবর্ধক চ্যানেল কেবল তার নিজস্ব ইনপুট নয়, অন্যান্য চ্যানেলের ইনপুটকেও বিরক্ত করে। পৃথিবীর স্রোত বিভিন্ন চ্যানেল ইনপুটগুলির মাধ্যমে প্রবাহিত হয় এবং বিভিন্ন প্রভাব তৈরি করে, কিন্তু প্রতিটি আউটপুট দ্বারা প্রভাবিত হয়, যা পরিমাপযোগ্য।

সারণী 2 অন্য অপ্রচলিত চ্যানেলে পরিমাপ করা হারমোনিক দেখায় যখন শুধুমাত্র একটি চ্যানেল চালিত হয়। আন্ড্রাইভেন চ্যানেল মৌলিক ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি ছোট সংকেত (ক্রসস্টলক) প্রদর্শন করে, কিন্তু কোনো উল্লেখযোগ্য মৌলিক সংকেতের অভাবে সরাসরি স্থল স্রোত দ্বারা প্রবর্তিত বিকৃতিও তৈরি করে। চিত্র 6-এ নিম্ন-বিকৃতি বিন্যাস দেখায় যে স্থল বর্তমান প্রভাবের কাছাকাছি নির্মূলের কারণে দ্বিতীয় সুরেলা এবং মোট সুরেলা বিকৃতি (THD) বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যাপকভাবে উন্নত হয়েছে।

কিভাবে PCB ডিজাইনে হারমোনিক বিকৃতি কমানো যায়

এই নিবন্ধের সারাংশ

সহজভাবে বলতে গেলে, একটি PCB- তে, ব্যাকফ্লো কারেন্ট বিভিন্ন বাইপাস ক্যাপাসিটরের (বিভিন্ন পাওয়ার সাপ্লাইয়ের জন্য) এবং বিদ্যুৎ সরবরাহের মাধ্যমে প্রবাহিত হয়, যা তার পরিবাহিতার সমানুপাতিক। উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত বর্তমান ছোট বাইপাস ক্যাপাসিটরের দিকে প্রবাহিত হয়। নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি স্রোত, যেমন অডিও সংকেত, প্রাথমিকভাবে বড় বাইপাস ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে প্রবাহিত হতে পারে। এমনকি কম ফ্রিকোয়েন্সি কারেন্ট সম্পূর্ণ বাইপাস ক্যাপাসিট্যান্সকে “উপেক্ষা” করতে পারে এবং সরাসরি পাওয়ার লিডে ফিরে যেতে পারে। নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনটি নির্ধারণ করবে কোন বর্তমান পথটি সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ। সৌভাগ্যবশত, আউটপুট পাশে একটি সাধারণ গ্রাউন্ড পয়েন্ট এবং একটি গ্রাউন্ড বাইপাস ক্যাপাসিটর ব্যবহার করে সমগ্র স্থল বর্তমান পথ রক্ষা করা সহজ।

এইচএফ পিসিবি লেআউটের জন্য সুবর্ণ নিয়ম হল এইচএফ বাইপাস ক্যাপাসিটরকে যতটা সম্ভব প্যাকেজড পাওয়ার পিনের কাছাকাছি রাখা, কিন্তু চিত্র 5 এবং চিত্র 6 এর তুলনা দেখায় যে বিকৃতির বৈশিষ্ট্য উন্নত করার জন্য এই নিয়ম পরিবর্তন করা খুব একটা পার্থক্য করে না। উন্নত বিকৃতির বৈশিষ্ট্যগুলি প্রায় 0.15 ইঞ্চি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বাইপাস ক্যাপাসিটরের ওয়্যারিং যোগ করার কারণে এসেছিল, কিন্তু এফএইচপি 3450 এর এসি প্রতিক্রিয়া কর্মক্ষমতার উপর এটি সামান্য প্রভাব ফেলেছিল। একটি উচ্চমানের পরিবর্ধক কর্মক্ষমতা সর্বাধিক করার জন্য PCB বিন্যাস গুরুত্বপূর্ণ, এবং এখানে আলোচনা করা বিষয়গুলি hf পরিবর্ধকগুলির মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত যেমন অডিওতে অনেক বেশি কঠোর বিকৃতির প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। গ্রাউন্ড কারেন্ট ইফেক্ট কম ফ্রিকোয়েন্সি তে ছোট, কিন্তু প্রয়োজনীয় বিকৃতি সূচক অনুযায়ী সেই অনুযায়ী উন্নতি হলে এটি এখনও একটি গুরুত্বপূর্ণ সমস্যা হতে পারে।