სინამდვილეში, PRINTED CIRCUIT ფორუმში (PCB) დამზადებულია ელექტრული ხაზოვანი მასალებისგან, ანუ მათი წინაღობა უნდა იყოს მუდმივი. მაშ რატომ შემოაქვს PCB სიგნალში არაწრფივობა? პასუხი არის ის, რომ PCB განლაგება არის “სივრცულად არაწრფივი” შედარებით იქ, სადაც დენი მიედინება.

მიიღებს თუ არა გამაძლიერებელი დენს ამა თუ იმ წყაროსგან, ეს დამოკიდებულია სიგნალის მყისიერ პოლარობაზე დატვირთვაზე. დენი მიედინება კვების ბლოკიდან, შემოვლითი კონდენსატორის გავლით, გამაძლიერებლის მეშვეობით დატვირთვაში. დენი შემდეგ გადადის დატვირთვის გრუნტის ტერმინალიდან (ან PCB გამომავალი კონექტორის დამცავიდან) უკან მიწის ზედაპირზე, შემოვლითი კონდენსატორის გავლით და უკან იმ წყაროსთან, რომელიც თავდაპირველად ამარაგებდა დენს.

დენის მინიმალური ბილიკის წინაღობა კონცეფცია არასწორია. ყველა განსხვავებული წინაღობის ბილიკზე დენის რაოდენობა პროპორციულია მისი გამტარობის. გრუნტის სიბრტყეში ხშირად არის ერთზე მეტი დაბალი წინაღობის გზა, რომლის მეშვეობითაც მიედინება მიწის დინების დიდი ნაწილი: ერთი გზა პირდაპირ არის დაკავშირებული შემოვლითი კონდენსატორთან; მეორე აღაგზნებს შეყვანის რეზისტორს, სანამ შემოვლითი კონდენსატორი არ მიიღწევა. სურათი 1 ასახავს ამ ორ გზას. უკანა დინების მიმდინარეობა არის ის, რაც რეალურად იწვევს პრობლემას.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

როდესაც შემოვლითი კონდენსატორები მოთავსებულია PCB– ის სხვადასხვა პოზიციებზე, მიწის ნაკადი მიედინება სხვადასხვა ბილიკებით შესაბამის შემოვლითი კონდენსატორებამდე, რაც არის „სივრცითი არაწრფივობის“ მნიშვნელობა. თუ გრუნტის დენის პოლარული კომპონენტის მნიშვნელოვანი ნაწილი მიედინება შეყვანის წრის მიწაში, სიგნალის მხოლოდ ის პოლარული კომპონენტი ირღვევა. თუ მიწის დენის სხვა პოლარობა არ არის დარღვეული, შეყვანის სიგნალის ძაბვა იცვლება არაწრფივი გზით. როდესაც ერთი პოლარობის კომპონენტი იცვლება, მაგრამ მეორე პოლარობა არ არის, დამახინჯება ხდება და ვლინდება როგორც გამომავალი სიგნალის მეორე ჰარმონიული დამახინჯება. სურათი 2 გვიჩვენებს ამ დამახინჯების ეფექტს გადაჭარბებული ფორმით.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

როდესაც სინუსური ტალღის მხოლოდ ერთი პოლარული კომპონენტი ირღვევა, შედეგად წარმოქმნილი ტალღის ფორმა აღარ არის სინუსური ტალღა. 100-ω დატვირთვით იდეალური გამაძლიერებლის სიმულაცია და 1-ω რეზისტორის მეშვეობით დატვირთვის დენის მიერთება მიწის ძაბვაში სიგნალის მხოლოდ ერთ პოლარობაზე, შედეგად ფიგურა 3.ფურიეს გარდაქმნა გვიჩვენებს, რომ დამახინჯების ტალღის ფორმა არის თითქმის ყველა მეორე ჰარმონიკა -68 DBC. მაღალ სიხშირეზე, დაწყვილების ეს დონე ადვილად წარმოიქმნება PCB– ზე, რამაც შეიძლება გაანადგუროს გამაძლიერებლის შესანიშნავი დამახინჯების მახასიათებლები PCB– ის განსაკუთრებულ არაწრფივ ეფექტებზე მიმართვის გარეშე. როდესაც ერთი საოპერაციო გამაძლიერებლის გამომუშავება დამახინჯებულია გრუნტის დენის გზის გამო, მიწის დენის ნაკადის რეგულირება შესაძლებელია შემოვლითი მარყუჟის გადაკეთებით და შეყვანის მოწყობილობიდან მანძილის შენარჩუნებით, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურა 4 -ში.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

მრავალჯერადი გამაძლიერებელი ჩიპი

მრავალ გამაძლიერებელი ჩიპების პრობლემა (ორი, სამი ან ოთხი გამაძლიერებელი) გართულებულია იმით, რომ შეუძლებელია შემოვლითი კონდენსატორის სახმელეთო კავშირის დაშორება მთლიანი შეყვანისგან. ეს განსაკუთრებით ეხება ოთხ გამაძლიერებელს. ოთხ გამაძლიერებელ ჩიპს აქვს შესასვლელი ტერმინალები თითოეულ მხარეს, ამიტომ არ არის ადგილი შემოვლითი სქემებისთვის, რომლებიც ამცირებენ შეყვანის არხის დარღვევას.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

სურათი 5 გვიჩვენებს მარტივ მიდგომას ოთხი გამაძლიერებლის განლაგებასთან. მოწყობილობების უმეტესობა პირდაპირ კავშირშია ოთხ გამაძლიერებლის პინთან. ერთი დენის წყაროს დენმა შეიძლება შეაფერხოს მეორე არხის ელექტრომომარაგების შეყვანის გრუნტის ძაბვა და დენი, რაც იწვევს დამახინჯებას. მაგალითად, ოთხი გამაძლიერებლის არხზე (+Vs) შემოვლითი კონდენსატორი შეიძლება მოთავსდეს პირდაპირ მის შესასვლელთან; (-Vs) შემოვლითი კონდენსატორი შეიძლება განთავსდეს პაკეტის მეორე მხარეს. გრუნტის დენმა (+Vs) შეიძლება შეაფერხოს არხი 1, ხოლო (-vs) გრუნტის დენი-არა.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

ამ პრობლემის თავიდან ასაცილებლად, ნება მიეცით მიწის დონემ შეაფერხოს შეყვანა, მაგრამ PCB- ის დენი გადი სივრცითი ხაზოვანი გზით. ამის მისაღწევად, შემოვლითი კონდენსატორი შეიძლება მოეწყოს PCB- ზე ისე, რომ (+Vs) და ( – Vs) გრუნტის დენები მიედინება იმავე ბილიკზე. თუ შეყვანის სიგნალი თანაბრად ირღვევა დადებითი და უარყოფითი დენებით, დამახინჯება არ მოხდება. ამიტომ, ორი შემოვლითი კონდენსატორი გასწორეთ ერთმანეთის გვერდით ისე, რომ მათ გაიზიარონ გრუნტის წერტილი. რადგანაც დედამიწის დენის ორი პოლარული კომპონენტი ერთი წერტილიდან მოდის (გამომავალი კონექტორი დამცავი ან დატვირთვის ნიადაგი) და ორივე მიედინება იმავე წერტილში (შემოვლითი კონდენსატორის საერთო მიწის კავშირი), დადებითი/უარყოფითი დენი მიედინება იგივე გზა. თუ არხის შეყვანის წინააღმდეგობა ირღვევა (+Vs) დენით, ( – Vs) დენი იგივე გავლენას ახდენს მასზე. რადგანაც დარღვევა პოლარობის მიუხედავად ერთი და იგივეა, არ არსებობს დამახინჯება, მაგრამ არხის მოგების მცირე ცვლილება მოხდება, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურა 6 -ში.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

ზემოაღნიშნული დასკვნის შესამოწმებლად, ორი განსხვავებული PCB განლაგება იქნა გამოყენებული: მარტივი განლაგება (სურათი 5) და დაბალი დამახინჯების განლაგება (სურათი 6). FHP3450 ოთხმხრივი გამაძლიერებლის მიერ წარმოქმნილი დამახინჯება ფერიჩილდის ნახევარგამტარის გამოყენებით ნაჩვენებია ცხრილში 1. FHP3450– ის ტიპიური გამტარობა არის 210 MHz, ფერდობზე არის 1100V/us, შეყვანის მიკერძოების დენი არის 100nA და საოპერაციო დენი თითო არხზე არის 3.6 mA როგორც ცხრილი 1 -დან ჩანს, რაც უფრო მეტად დამახინჯებულია არხი, მით უკეთესი გაუმჯობესება, ასე რომ ოთხი არხი თითქმის თანაბარია შესრულებაში.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

PCB– ზე იდეალური ოთხი გამაძლიერებლის გარეშე, ერთი გამაძლიერებელი არხის ეფექტების გაზომვა შეიძლება იყოს რთული. ცხადია, მოცემული გამაძლიერებელი არხი არღვევს არა მხოლოდ საკუთარ შეყვანას, არამედ სხვა არხებსაც. დედამიწის დენი მიედინება ყველა სხვადასხვა არხის შეყვანისას და აწარმოებს სხვადასხვა ეფექტს, მაგრამ გავლენას ახდენს თითოეული გამოსავალი, რომელიც არის გაზომვადი.

ცხრილი 2 გვიჩვენებს სხვა არასრულყოფილ არხებზე გაზომულ ჰარმონიებს, როდესაც მოძრაობს მხოლოდ ერთი არხი. გაუმართავი არხი აჩვენებს მცირე სიგნალს (შეჯვარება) ფუნდამენტურ სიხშირეზე, მაგრამ ასევე წარმოქმნის დამახინჯებას უშუალოდ მიწის დენით რაიმე მნიშვნელოვანი ფუნდამენტური სიგნალის არარსებობისას. დაბალი დამახინჯების განლაგება ფიგურაში 6 გვიჩვენებს, რომ მეორე ჰარმონიული და ტოტალური ჰარმონიული დამახინჯების (THD) მახასიათებლები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია გრუნტის მიმდინარე ეფექტის თითქმის აღმოფხვრის გამო.

როგორ შევამციროთ ჰარმონიული დამახინჯება PCB დიზაინში

ამ სტატიის შეჯამება

მარტივად რომ ვთქვათ, PCB– ზე, უკანა დინება მიედინება სხვადასხვა შემოვლითი კონდენსატორებით (სხვადასხვა ენერგიის წყაროსთვის) და თავად ელექტრომომარაგებით, რაც მისი გამტარობის პროპორციულია. მაღალი სიხშირის სიგნალის დენი მიედინება უკან მცირე შემოვლითი კონდენსატორისკენ. დაბალი სიხშირის დენები, როგორიცაა აუდიო სიგნალები, შეიძლება მიედინება ძირითადად უფრო დიდი შემოვლითი კონდენსატორებით. უფრო დაბალი სიხშირის დენმაც კი შეიძლება “უგულებელყოს” სრული შემოვლითი ტევადობა და უშუალოდ დაუბრუნდეს დენის ხაზს. კონკრეტული პროგრამა განსაზღვრავს რომელი მიმდინარე გზაა ყველაზე კრიტიკული. საბედნიეროდ, ადვილია დაიცვას მთელი გზის მიმდინარე გზა გამოსაყენებელი საერთო მიწის წერტილისა და მიწის შემოვლითი კონდენსატორის გამოყენებით.

ოქროს წესი HF PCB განლაგებისათვის არის HF შემოვლითი კონდენსატორის მაქსიმალურად ახლოს შეფუთული დენის პინთან, მაგრამ ფიგურა 5 -ისა და 6 -ის შედარება გვიჩვენებს, რომ ამ წესის შეცვლა დამახინჯების მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად დიდ განსხვავებას არ იწვევს. დამახინჯებული მახასიათებლების გაუმჯობესება მოხდა 0.15 ინჩი მაღალი სიხშირის შემოვლითი კონდენსატორის გაყვანილობის დამატებით, მაგრამ ამან მცირე გავლენა მოახდინა FHP3450– ის AC საპასუხო მოქმედებაზე. PCB განლაგება მნიშვნელოვანია მაღალი ხარისხის გამაძლიერებლის მუშაობის მაქსიმალურად გაზრდისთვის და აქ განხილული საკითხები არ შემოიფარგლება მხოლოდ hf გამაძლიერებლებით. უფრო დაბალი სიხშირის სიგნალებს, როგორიცაა აუდიო, აქვს ბევრად უფრო მკაცრი დამახინჯების მოთხოვნები. მიწისქვეშა დენის ეფექტი მცირე სიხშირეზე უფრო მცირეა, მაგრამ ის მაინც შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი პრობლემა, თუ საჭიროების შემთხვევაში დამახინჯების ინდექსი შესაბამისად გაუმჯობესდება.