હકિકતમાં, પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ (PCB) વિદ્યુત રેખીય સામગ્રીથી બનેલા છે, એટલે કે તેમનો અવરોધ સતત હોવો જોઈએ. તો પછી પીસીબી સિગ્નલમાં બિનરેખા શા માટે રજૂ કરે છે? જવાબ એ છે કે પીસીબી લેઆઉટ વર્તમાનના પ્રવાહની તુલનામાં “અવકાશી રીતે બિન-રેખીય” છે.

એમ્પ્લીફાયર એક સ્રોતમાંથી પ્રવાહ મેળવે છે કે અન્ય લોડ પર સિગ્નલની તાત્કાલિક ધ્રુવીયતા પર આધાર રાખે છે. વીજ પુરવઠોમાંથી વર્તમાન પ્રવાહ, બાયપાસ કેપેસિટર દ્વારા, એમ્પ્લીફાયર દ્વારા લોડમાં વહે છે. 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. ગ્રાઉન્ડ પ્લેનમાં, ઘણી વખત એક કરતા ઓછા લો-ઇમ્પેડન્સ પાથ હોય છે, જેના દ્વારા ગ્રાઉન્ડ કરંટનો મોટો હિસ્સો વહે છે: એક રસ્તો બાયપાસ કેપેસિટર સાથે સીધો જોડાયેલો હોય છે; જ્યાં સુધી બાયપાસ કેપેસિટર ન પહોંચે ત્યાં સુધી અન્ય ઇનપુટ રેઝિસ્ટરને ઉત્તેજિત કરે છે. આકૃતિ 1 આ બે માર્ગો સમજાવે છે. બેકફ્લો વર્તમાન એ છે જે ખરેખર સમસ્યાનું કારણ બને છે.

સબમિટ

જ્યારે પીસીબી પર બાયપાસ કેપેસિટર્સને અલગ -અલગ હોદ્દા પર મુકવામાં આવે છે, ત્યારે ગ્રાઉન્ડ કરન્ટ અલગ -અલગ માર્ગોથી સંબંધિત બાયપાસ કેપેસિટર્સમાં વહે છે, જેનો અર્થ “અવકાશી બિનરેખા” થાય છે. 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. જો ભૂમિ પ્રવાહની અન્ય ધ્રુવીયતા ખલેલ પહોંચાડે નહીં, તો ઇનપુટ સિગ્નલ વોલ્ટેજ બિન -રેખીય રીતે બદલાય છે. જ્યારે એક ધ્રુવીયતા ઘટક બદલાય છે પરંતુ અન્ય ધ્રુવીયતા નથી, ત્યારે વિકૃતિ થાય છે અને આઉટપુટ સિગ્નલના બીજા હાર્મોનિક વિકૃતિ તરીકે પ્રગટ થાય છે. આકૃતિ 2 અતિરિક્ત સ્વરૂપમાં આ વિકૃતિ અસર દર્શાવે છે.

સબમિટ

જ્યારે સાઈન વેવનો માત્ર એક જ ધ્રુવીય ઘટક ખલેલ પહોંચે છે, ત્યારે પરિણામી વેવફોર્મ હવે સાઈન વેવ નથી. 100-ω લોડ સાથે આદર્શ એમ્પ્લીફાયરનું અનુકરણ કરવું અને 1-ω રેઝિસ્ટર દ્વારા લોડ પ્રવાહને સિગ્નલની માત્ર એક ધ્રુવીયતા પર ગ્રાઉન્ડ વોલ્ટેજમાં જોડવું, આકૃતિ 3 માં પરિણમે છે. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર, યુગલિંગનું આ સ્તર પીસીબી પર સરળતાથી પેદા થાય છે, જે પીસીબીની વિશેષ બિન-રેખીય અસરોનો આશરો લીધા વિના એમ્પ્લીફાયરની ઉત્કૃષ્ટ વિરોધી લાક્ષણિકતાઓનો નાશ કરી શકે છે. 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.

સબમિટ

Multiamplifier chip

મલ્ટિ-એમ્પ્લીફાયર ચિપ્સ (બે, ત્રણ અથવા ચાર એમ્પ્લીફાયર્સ) ની સમસ્યા બાયપાસ કેપેસિટરના ગ્રાઉન્ડ કનેક્શનને સમગ્ર ઇનપુટથી દૂર રાખવામાં અસમર્થતા દ્વારા વધારે છે. આ ખાસ કરીને ચાર એમ્પ્લીફાયર્સ માટે સાચું છે. ક્વાડ-એમ્પ્લીફાયર ચિપ્સમાં દરેક બાજુએ ઇનપુટ ટર્મિનલ હોય છે, તેથી ઇનપુટ ચેનલમાં વિક્ષેપ ઘટાડતા બાયપાસ સર્કિટ માટે કોઈ જગ્યા નથી.

સબમિટ

આકૃતિ 5 ચાર-એમ્પ્લીફાયર લેઆઉટ માટે સરળ અભિગમ બતાવે છે. મોટાભાગના ઉપકરણો સીધા ક્વાડ એમ્પ્લીફાયર પિન સાથે જોડાય છે. એક વીજ પુરવઠાનો ગ્રાઉન્ડ કરંટ ઇનપુટ ગ્રાઉન્ડ વોલ્ટેજ અને બીજી ચેનલ પાવર સપ્લાયના ગ્રાઉન્ડ કરંટને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે, પરિણામે વિકૃતિ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ક્વાડ એમ્પ્લીફાયરની ચેનલ 1 પર (+Vs) બાયપાસ કેપેસિટર તેના ઇનપુટની સીધી બાજુમાં મૂકી શકાય છે; (-Vs) બાયપાસ કેપેસિટર પેકેજની બીજી બાજુ પર મૂકી શકાય છે. (+Vs) ગ્રાઉન્ડ કરંટ ચેનલ 1 ને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે, જ્યારે (-vs) ગ્રાઉન્ડ કરંટ ન કરી શકે.

સબમિટ

આ સમસ્યાને ટાળવા માટે, ગ્રાઉન્ડ કરંટને ઇનપુટને ખલેલ પહોંચાડવા દો, પરંતુ પીસીબી કરંટને અવકાશી રેખીય રીતે વહેવા દો. આ હાંસલ કરવા માટે, બાયપાસ કેપેસિટરને PCB પર એવી રીતે ગોઠવી શકાય છે કે (+Vs) અને ( – Vs) જમીનના પ્રવાહો એક જ રસ્તે વહે છે. જો ઇનપુટ સિગ્નલ હકારાત્મક અને નકારાત્મક પ્રવાહોથી સમાન રીતે ખલેલ પહોંચાડે છે, તો વિકૃતિ થશે નહીં. તેથી, બે બાયપાસ કેપેસિટરને એકબીજાની બાજુમાં ગોઠવો જેથી તેઓ ગ્રાઉન્ડ પોઇન્ટ શેર કરે. કારણ કે પૃથ્વી પ્રવાહના બે ધ્રુવીય ઘટકો એક જ બિંદુ (આઉટપુટ કનેક્ટર શિલ્ડિંગ અથવા લોડ ગ્રાઉન્ડ) માંથી આવે છે અને બંને એક જ બિંદુ (બાયપાસ કેપેસિટરનું સામાન્ય જમીન જોડાણ) પર પાછા ફરે છે, તેથી સકારાત્મક/નકારાત્મક પ્રવાહ વહે છે. એ જ રસ્તો. જો ચેનલનો ઇનપુટ પ્રતિકાર (+Vs) વર્તમાનથી ખલેલ પહોંચે છે, ( – Vs) વર્તમાન તેના પર સમાન અસર કરે છે. 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.

સબમિટ

ઉપરોક્ત અનુમાનને ચકાસવા માટે, બે અલગ અલગ PCB લેઆઉટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો: એક સરળ લેઆઉટ (આકૃતિ 5) અને લો-વિકૃતિ લેઆઉટ (આકૃતિ 6). ફેરચિલ્ડ સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરીને FHP3450 ક્વાડ-ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર દ્વારા ઉત્પાદિત વિકૃતિ કોષ્ટક 1 માં બતાવવામાં આવી છે. FHP3450 ની લાક્ષણિક બેન્ડવિડ્થ 210MHz છે, opeાળ 1100V/us છે, ઇનપુટ બાયસ વર્તમાન 100nA છે, અને ચેનલ દીઠ ઓપરેટિંગ વર્તમાન 3.6 છે mA 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.

સબમિટ

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. દેખીતી રીતે, આપેલ એમ્પ્લીફાયર ચેનલ તેના પોતાના ઇનપુટને જ નહીં, પરંતુ અન્ય ચેનલોના ઇનપુટને પણ ખલેલ પહોંચાડે છે. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

કોષ્ટક 2 જ્યારે માત્ર એક જ ચેનલ ચલાવવામાં આવે છે ત્યારે અન્ય અનડ્રાઇવ ચેનલો પર માપવામાં આવેલા હાર્મોનિક્સ બતાવે છે. અનડ્રાઇવેન ચેનલ મૂળભૂત આવર્તન પર એક નાનો સિગ્નલ (ક્રોસસ્ટોક) દર્શાવે છે, પણ કોઇ નોંધપાત્ર મૂળભૂત સિગ્નલની ગેરહાજરીમાં સીધા જ ગ્રાઉન્ડ કરંટ દ્વારા રજૂ કરાયેલી વિકૃતિ પેદા કરે છે. આકૃતિ 6 માં લો-ડિસ્ટોર્શન લેઆઉટ બતાવે છે કે ગ્રાઉન્ડ કરંટ ઇફેક્ટને નજીકથી દૂર કરવાને કારણે બીજા હાર્મોનિક અને ટોટલ હાર્મોનિક ડિસ્ટોર્શન (THD) લાક્ષણિકતાઓમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો થયો છે.

સબમિટ

આ લેખ સારાંશ

સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, પીસીબી પર, બેકફ્લો વર્તમાન વિવિધ બાયપાસ કેપેસિટર (વિવિધ પાવર સપ્લાય માટે) અને વીજ પુરવઠો પોતે જ વહે છે, જે તેની વાહકતા માટે પ્રમાણસર છે. હાઇ-ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલ પ્રવાહ નાના બાયપાસ કેપેસિટર પર પાછો વહે છે. લો-ફ્રીક્વન્સી પ્રવાહો, જેમ કે audioડિઓ સિગ્નલો, મુખ્યત્વે મોટા બાયપાસ કેપેસિટર દ્વારા વહે છે. ઓછી આવર્તન પ્રવાહ પણ સંપૂર્ણ બાયપાસ કેપેસીટન્સને “અવગણી” શકે છે અને પાવર લીડ પર સીધો પ્રવાહ કરી શકે છે. ચોક્કસ એપ્લિકેશન નક્કી કરશે કે કયો વર્તમાન માર્ગ સૌથી જટિલ છે. 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.

એચએફ પીસીબી લેઆઉટ માટે સુવર્ણ નિયમ એચએફ બાયપાસ કેપેસિટરને પેકેજ્ડ પાવર પિનની શક્ય તેટલી નજીક રાખવાનો છે, પરંતુ આકૃતિ 5 અને આકૃતિ 6 ની સરખામણી દર્શાવે છે કે વિકૃતિ લાક્ષણિકતાઓને સુધારવા માટે આ નિયમમાં ફેરફાર કરવાથી બહુ ફરક પડતો નથી. સુધારેલી વિકૃતિ લાક્ષણિકતાઓ લગભગ 0.15 ઇંચ હાઇ-ફ્રીક્વન્સી બાયપાસ કેપેસિટર વાયરિંગ ઉમેરવાના ભોગે આવી હતી, પરંતુ FHP3450 ના AC પ્રતિભાવ પ્રદર્શન પર આની થોડી અસર પડી હતી. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા એમ્પ્લીફાયરની કામગીરીને મહત્તમ કરવા માટે PCB લેઆઉટ મહત્વનું છે, અને અહીં ચર્ચા કરવામાં આવેલા મુદ્દાઓ એચએફ એમ્પ્લીફાયર સુધી મર્યાદિત નથી. ઓડિયો જેવા લો ફ્રીક્વન્સી સિગ્નલોમાં કડક વિકૃતિ જરૂરીયાતો છે. જમીનની વર્તમાન અસર ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર નાની છે, પરંતુ જો જરૂરી વિકૃતિ અનુક્રમણિકાને તે મુજબ સુધારવામાં આવે તો તે હજુ પણ એક મહત્વપૂર્ણ સમસ્યા હોઈ શકે છે.