Шынында, баспа платасы (ПХД) электрлік сызықты материалдардан жасалған, яғни олардың кедергісі тұрақты болуы керек. Неліктен ПХД сигналға сызықты еместікті енгізеді? Жауап мынада: ПХД орналасуы токтың ағатын жеріне қатысты «кеңістікте сызықты емес».

Күшейткіштің бір көзден ток алуы жүктемедегі сигналдың лездік полярлығына байланысты. Ток қуат көзінен, айналып өтетін конденсатор арқылы, күшейткіш арқылы жүктемеге түседі. Содан кейін ток жүктеме терминалынан (немесе ПХД шығыс коннекторының экрандауынан) жерге жазықтыққа, айналып өтетін конденсатор арқылы және бастапқыда ток берген көзге оралады.

Импеданс арқылы токтың минималды жолы туралы түсінік дұрыс емес. Әр түрлі импеданс жолдарындағы ток мөлшері оның өткізгіштігіне пропорционал. Жердегі жазықтықта көбінесе бір емес төмен импеданс жолы болады, ол арқылы жердегі токтың үлкен үлесі өтеді: бір жол айналма конденсаторға тікелей қосылады; Екіншісі айнымалы конденсаторға жеткенше кіріс резисторын қоздырады. 1 -суретте осы екі жол көрсетілген. Кері ағын – бұл мәселені тудыратын нәрсе.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Айналым конденсаторлары ПХД әр түрлі позицияларда орналастырылған кезде, жердегі ток әр түрлі жолдар арқылы тиісті айналмалы конденсаторларға өтеді, бұл «кеңістіктік сызықтықсыздық» дегенді білдіреді. Егер жердегі токтың полярлық компонентінің едәуір бөлігі кіріс тізбегінің жері арқылы өтсе, сигналдың тек сол полярлық компоненті бұзылады. Егер жердегі токтың басқа полярлығы бұзылмаса, кіріс сигналының кернеуі сызықты емес түрде өзгереді. Егер полярлықтың бір компоненті өзгерсе, ал екінші полярлығы өзгермесе, бұрмалану пайда болады және ол шығыс сигналының екінші гармоникалық бұрмалануы ретінде көрінеді. 2 -суретте бұл бұрмалау әсері әсіреленген түрде көрсетілген.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Синусоидалық толқынның тек бір полярлық компоненті бұзылғанда, нәтижесінде пайда болатын толқын формасы синусоидалық толқын болмайды. 100 ω жүктемесі бар идеалды күшейткішті имитациялау және жүктеме тогын сигналдың бір полярлығындағы 1 вольттық резистор арқылы жерге кернеуге қосу 3 суретті береді.Фурье түрлендіруі бұрмалау толқынының формасы -68 DBC кезіндегі екінші гармониканың барлығы дерлік екенін көрсетеді. Жоғары жиілікте қосылыстың бұл деңгейі ПХД-да оңай түзіледі, ол ПХД-нің арнайы сызықты емес әсерлеріне жүгінбей күшейткіштің бұрмалануға қарсы тамаша сипаттамаларын жоя алады. Жердегі ток жолына байланысты бір жұмыс күшейткішінің шығысы бұрмаланған кезде, 4 -суретте көрсетілгендей, жердегі ток ағыны айналма циклды қайта реттеу және кіріс құрылғысынан қашықтықты сақтау арқылы реттелуі мүмкін.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Көп күшейткіш чип

Көп күшейткіш микросхемалардың мәселесі (екі, үш немесе төрт күшейткіш) айналмалы конденсатордың жерге қосылымын бүкіл кірістен алыс ұстау мүмкіндігімен қиындатады. Бұл әсіресе төрт күшейткішке қатысты. Төрт күшейткіш микросхемалардың әр жағында кіріс терминалдары бар, сондықтан кіріс арнасының бұзылуын жеңілдететін айналма схемаларға орын жоқ.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

5-суретте төрт күшейткіштің орналасуына қарапайым тәсіл көрсетілген. Көптеген құрылғылар тікелей төрткүшті күшейткіш түйреуішке қосылады. Бір қоректендіру көзінің жерге тұйықталуы басқа кернеудің қоректендіру көзінің жерге кернеуі мен жерге тұйықталуын бұзуы мүмкін, нәтижесінде бұрмалану пайда болады. Мысалы, квадраттық күшейткіштің 1 -каналындағы (+Vs) айналып өтетін конденсаторды оның кірісіне тікелей іргелес орналастыруға болады; (-Vs) айналма конденсаторды пакеттің екінші жағына қоюға болады. (+Vs) жерге тұйықталу 1-арнаны бұзуы мүмкін, ал (-vs) жер тогы кедергі келтірмеуі мүмкін.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Бұл мәселені болдырмау үшін жердегі ток кірісті бұзуы керек, бірақ ПХД тогы кеңістіктік сызықты түрде өтсін. Бұған қол жеткізу үшін айналмалы конденсаторды ПХД -да (+Vs) және ( – Vs) жердегі токтар бір жолмен өтетін етіп орналастыруға болады. Егер кіріс сигналы оң және теріс токтармен бірдей бұзылса, бұрмалану болмайды. Сондықтан, екі айналып өтетін конденсаторды бір нүктеге теңестіріңіз. Жердегі токтың екі полярлық компоненттері бір нүктеден келетіндіктен (шығыс коннекторының қорғанысы немесе жүктеме жері) және екеуі де бір нүктеге қайта оралады (айналып өтетін конденсатордың жалпы жерге қосылуы), оң/теріс ток арқылы өтеді сол жол. Егер арнаның кіріс кедергісі (+Vс) токпен бұзылған болса, ( – Vs) ток оған бірдей әсер етеді. Полярлыққа қарамастан пайда болатын бұзылу бірдей болғандықтан, бұрмалану болмайды, бірақ 6 -суретте көрсетілгендей каналдың пайда болуында аздап өзгеріс болады.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Жоғарыда келтірілген тұжырымды тексеру үшін екі түрлі ПХД макеттері қолданылды: қарапайым орналасу (5-сурет) және төмен бұрмаланған орналасу (6-сурет). Fairhild жартылай өткізгішті қолданатын FHP3450 төрт операциялық күшейткіші шығарған бұрмалау 1-кестеде көрсетілген. FHP3450 типтік өткізу қабілеті 210 МГц, көлбеу 1100В/бізге, кіру ток күші 100нА, ал арнаға жұмыс ток 3.6. мА. 1 -кестеден көріп отырғанымыздай, арна неғұрлым бұрмаланса, соғұрлым жақсара түседі, осылайша төрт арна өнімділік бойынша тең болады.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

ПХД -да идеалды төрт күшейткіш болмаса, бір күшейткіш арнаның әсерін өлшеу қиын болуы мүмкін. Әлбетте, бұл күшейткіш арна тек өзінің кірісін ғана емес, басқа арналардың кірісін де бұзады. Жердегі ток әр түрлі арналық кірістер арқылы өтеді және әр түрлі әсер береді, бірақ өлшенетін әр шығысқа әсер етеді.

2 -кестеде тек бір арна қозғалатын кезде басқа игерілмейтін арналарда өлшенетін гармоника көрсетілген. Жеткізілмеген арна негізгі жиілікте кішкене сигналды көрсетеді (айқаспалы жол), сонымен қатар маңызды фундаментальды сигнал болмаған жағдайда жерге тұйықталумен тікелей енгізілетін бұрмалануды шығарады. 6-суреттегі бұрмаланудың төмен орналасуы, екінші гармоникалық және толық гармоникалық бұрмаланудың (THD) сипаттамалары жердегі ток эффектісінің жойылуының арқасында жақсарғанын көрсетеді.

How to reduce harmonic distortion in PCB design

Бұл мақаланың қысқаша мазмұны

Қарапайым сөзбен айтқанда, ПХД -да кері ағын әр түрлі айнымалы конденсаторлар арқылы өтеді (әр түрлі қуат көздері үшін) және оның өткізгіштігіне пропорционалды қуат көзі. Жоғары жиілікті сигналдық ток кіші айналма конденсаторға қайта түседі. Төмен жиілікті токтар, мысалы, дыбыстық сигналдар, ең алдымен үлкен айналма конденсаторлар арқылы ағуы мүмкін. Тіпті төменгі жиіліктегі ток толық айналып өтетін сыйымдылықты «елемеуі» мүмкін және тікелей қуат сымына қайта оралуы мүмкін. Арнайы бағдарлама қай ағымдық жол маңызды екенін анықтайды. Бақытымызға орай, жалпы жерге тұйықталу нүктесі мен шығыс жағында жерге тұйықталу конденсаторының көмегімен жердегі ток жолының барлығын қорғау оңай.

HF ПХД орналасуының алтын ережесі – АЖ айналып өтетін конденсаторды мүмкіндігінше оралған қуат сымына жақын ұстау, бірақ 5 -сурет пен 6 -суретті салыстыру бұрмалау сипаттамаларын жақсарту үшін бұл ережені өзгерту көп айырмашылықты бермейтінін көрсетеді. Жақсартылған бұрмалау сипаттамалары 0.15 дюймге жуық жоғары жиілікті айналмалы конденсатор сымдарын қосу есебінен болды, бірақ бұл FHP3450 айнымалы токтың әсеріне аз әсер етті. ПХД макеті жоғары сапалы күшейткіштің өнімділігін жоғарылату үшін маңызды және мұнда талқыланатын мәселелер hf күшейткіштерімен шектелмейді. Дыбыс сияқты төменгі жиілікті сигналдарда бұрмалаудың қатаң талаптары бар. Жердегі ток әсері төмен жиіліктерде аз болады, бірақ тиісінше бұрмалану индексі сәйкесінше жақсарса, бұл маңызды мәселе болуы мүмкін.