Malah, papan litar bercetak (PCB) terbuat dari bahan linier elektrik, iaitu impedansnya harus tetap. Jadi mengapa PCB memperkenalkan ketidakliniaran menjadi isyarat? Jawapannya adalah bahawa susun atur PCB “tidak linear secara spasial” berbanding dengan tempat arus mengalir.

Sama ada penguat menerima arus dari satu sumber atau sumber yang lain bergantung pada kekutuban seketika isyarat pada beban. Arus mengalir dari bekalan kuasa, melalui kapasitor pintas, melalui penguat ke dalam beban. 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. Dalam satah darat, selalunya terdapat lebih dari satu jalur impedans rendah yang melaluinya sebahagian besar arus tanah: satu jalur dihubungkan secara langsung ke kapasitor pintas; Yang lain membangkitkan perintang input sehingga kapasitor pintas tercapai. Rajah 1 menggambarkan kedua-dua jalan ini. The backflow current is what’s really causing the problem.

mengemukakan

Apabila kapasitor pintasan ditempatkan pada posisi yang berbeza pada PCB, arus tanah mengalir melalui jalur yang berlainan ke kapasitor pintasan masing-masing, yang bermaksud “nonlinear spasial”. 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. Sekiranya polaritas arus tanah yang lain tidak terganggu, voltan isyarat input berubah secara tidak linear. Apabila satu komponen polaritas diubah tetapi polaritas yang lain tidak, distorsi berlaku dan dimanifestasikan sebagai penyimpangan harmonik kedua dari isyarat output. Rajah 2 menunjukkan kesan penyelewengan ini dalam bentuk yang berlebihan.

mengemukakan

Apabila hanya satu komponen polar gelombang sinus terganggu, bentuk gelombang yang dihasilkan tidak lagi menjadi gelombang sinus. Menyimulasikan penguat yang ideal dengan beban 100-ω dan memasangkan arus beban melalui perintang 1-ω ke voltan arde hanya pada satu kekutuban isyarat, menghasilkan gambar 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. Pada frekuensi tinggi, tahap gandingan ini dihasilkan dengan mudah pada PCB, yang dapat memusnahkan ciri-ciri anti-distorsi penguat yang sangat baik tanpa menggunakan banyak kesan bukan linear khas PCB. 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.

mengemukakan

Multiamplifier chip

Masalah cip multi-penguat (dua, tiga, atau empat penguat) diburukkan lagi oleh ketidakupayaan untuk menjaga sambungan tanah kapasitor pintas jauh dari keseluruhan input. Ini berlaku terutamanya untuk empat penguat. Cip penguat quad mempunyai terminal input di setiap sisi, jadi tidak ada ruang untuk litar pintas yang mengurangkan gangguan pada saluran input.

mengemukakan

Rajah 5 menunjukkan pendekatan sederhana untuk susun atur penguat empat. Sebilangan besar peranti menyambung terus ke pin penguat quad. Arus arde satu bekalan kuasa boleh mengganggu voltan tanah input dan arus tanah dari bekalan kuasa saluran yang lain, sehingga menyebabkan herotan. Sebagai contoh, kapasitor pintasan (+ Vs) pada saluran 1 penguat quad boleh diletakkan berdekatan dengan inputnya; Kapasitor pintasan (-Vs) boleh diletakkan di sisi lain bungkusan. Arus tanah (+ Vs) boleh mengganggu saluran 1, sementara arus tanah (-vs) mungkin tidak.

mengemukakan

Untuk mengelakkan masalah ini, biarkan arus tanah mengganggu input, tetapi biarkan arus PCB mengalir secara linear. Untuk mencapai ini, kapasitor pintas dapat disusun pada PCB sedemikian rupa sehingga arus tanah (+ Vs) dan (- Vs) mengalir melalui jalan yang sama. Sekiranya isyarat input sama-sama terganggu oleh arus positif dan negatif, gangguan tidak akan berlaku. Oleh itu, sejajarkan dua kapasitor pintasan di sebelah satu sama lain sehingga mereka berkongsi titik asas. Kerana dua komponen kutub arus bumi berasal dari titik yang sama (pelindung penyambung output atau tanah beban) dan kedua-duanya mengalir kembali ke titik yang sama (sambungan tanah biasa kapasitor pintas), arus positif / negatif mengalir melalui jalan yang sama. Sekiranya rintangan input saluran terganggu oleh arus (+ Vs), arus (- Vs) mempunyai kesan yang sama padanya. 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.

mengemukakan

Untuk mengesahkan kesimpulan di atas, dua susun atur PCB yang berbeza digunakan: susun atur sederhana (Gambar 5) dan susun atur distorsi rendah (Gambar 6). Penyelewengan yang dihasilkan oleh penguat operasi quad-operasional FHP3450 menggunakan semikonduktor Fairchild ditunjukkan dalam jadual 1. Lebar jalur khas FHP3450 ialah 210MHz, cerunnya 1100V / kita, arus bias input adalah 100nA, dan arus operasi setiap saluran adalah 3.6 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.

mengemukakan

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Jelas, saluran penguat yang diberikan mengganggu bukan sahaja inputnya sendiri, tetapi juga input saluran lain. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Jadual 2 menunjukkan harmonik yang diukur pada saluran lain yang tidak dapat dicapai apabila hanya satu saluran yang digerakkan. Saluran undriven memaparkan isyarat kecil (crosstalk) pada frekuensi asas, tetapi juga menghasilkan distorsi yang diperkenalkan secara langsung oleh arus tanah jika tidak ada isyarat asas yang signifikan. Susun atur distorsi rendah pada Rajah 6 menunjukkan bahawa ciri-ciri penyimpangan harmonik dan keseluruhan harmonik kedua (THD) bertambah baik kerana penghapusan kesan arus tanah hampir.

mengemukakan

Ringkasan artikel ini

Ringkasnya, pada PCB, arus balik mengalir melalui kapasitor pintasan yang berbeza (untuk bekalan kuasa yang berbeza) dan bekalan kuasa itu sendiri, yang sebanding dengan kekonduksiannya. Arus isyarat frekuensi tinggi mengalir kembali ke kapasitor pintasan kecil. Arus frekuensi rendah, seperti isyarat audio, mungkin mengalir terutamanya melalui kapasitor pintasan yang lebih besar. Malah arus frekuensi yang lebih rendah dapat “mengabaikan” kapasitansi pintasan penuh dan mengalir terus kembali ke plumbum kuasa. Aplikasi khusus akan menentukan jalan semasa mana yang paling kritikal. 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.

Peraturan keemasan untuk susun atur PCB HF adalah untuk menjaga kapasitor pintas HF sedekat mungkin dengan pin kuasa yang dibungkus, tetapi perbandingan Gambar 5 dan Gambar 6 menunjukkan bahawa mengubah peraturan ini untuk memperbaiki ciri-ciri distorsi tidak banyak memberi perbezaan. Ciri-ciri penyimpangan yang lebih baik datang dengan perbelanjaan menambah kira-kira 0.15 inci pendawaian kapasitor pintas frekuensi tinggi, tetapi ini sedikit mempengaruhi prestasi tindak balas AC FHP3450. Susun atur PCB penting untuk memaksimumkan prestasi penguat berkualiti tinggi, dan masalah yang dibincangkan di sini tidak terhad kepada penguat hf. Isyarat frekuensi rendah seperti audio mempunyai keperluan penyelewengan yang lebih ketat. Kesan arus tanah lebih kecil pada frekuensi rendah, tetapi mungkin masih menjadi masalah penting jika indeks distorsi yang diperlukan ditingkatkan dengan sewajarnya.