У ствари, штампаних плоча (ПЦБ) су направљене од електричних линеарних материјала, односно њихова импеданција треба да буде константна. Па зашто ПЦБ уводи нелинеарност у сигнал? Одговор је да је распоред ПЦБ-а „просторно нелинеаран“ у односу на то где струја протиче.

Да ли појачало прима струју из једног или другог извора зависи од тренутног поларитета сигнала на оптерећењу. Струја тече из напајања, преко заобилазног кондензатора, кроз појачало у оптерећење. 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. У равнини уземљења често постоји више од једне ниске импедансе пута кроз који протиче велики део струје уземљења: једна стаза је директно повезана са обилазним кондензатором; Други побуђује улазни отпорник све док се не дође до заобилазног кондензатора. Слика 1 илуструје ова два пута. The backflow current is what’s really causing the problem.

поднети

Када се заобилазни кондензатори поставе на различите положаје на ПЦБ -у, струја уземљења протиче различитим путевима до одговарајућих заобилазних кондензатора, што је значење „просторне нелинеарности“. 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. Ако се не поремети други поларитет струје уземљења, напон улазног сигнала се мења на нелинеаран начин. Када се једна компонента поларитета промени, а друга није, долази до изобличења и манифестује се као друго хармоничко изобличење излазног сигнала. Слика 2 приказује овај ефекат изобличења у претјераном облику.

поднети

Када је поремећена само једна поларна компонента синусног таласа, резултујући таласни облик више није синусни талас. Симулација идеалног појачала са оптерећењем од 100 ω и повезивање струје оптерећења кроз отпорник од 1 ω у напон уземљења на само једном поларитету сигнала резултира сликом 3. Fourier transform shows that the distortion waveform is almost all the second harmonics at -68 DBC. На високим фреквенцијама, овај ниво спрега се лако генерише на ПЦБ-у, што може уништити одличне карактеристике против изобличења појачала без прибегавања већини посебних нелинеарних ефеката ПЦБ-а. 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.

поднети

Multiamplifier chip

Проблем чипова с више појачала (два, три или четири појачала) додатно је отежан немогућношћу да се веза уземљења заобилазног кондензатора задржи далеко од цијелог улаза. Ово посебно важи за четири појачала. Чипови са четири појачала имају улазне терминале са сваке стране, тако да нема места за заобилазна кола која умањују сметње на улазном каналу.

поднети

Слика 5 приказује једноставан приступ распореду са четири појачала. Већина уређаја се повезује директно на пин четворо појачала. Струја уземљења једног извора напајања може пореметити улазни напон уземљења и струју уземљења напајања другог канала, што може довести до изобличења. На пример, (+Вс) заобилазни кондензатор на каналу 1 четвороструког појачала може се поставити непосредно поред његовог улаза; Заобилазни кондензатор (-Вс) може се поставити на другу страну паковања. Струја уземљења (+Вс) може ометати канал 1, док струја уземљења (-вс) не мора.

поднети

Да бисте избегли овај проблем, дозволите да струја уземљења узнемири улаз, али нека струја ПЦБ -а тече просторно линеарно. Да би се то постигло, заобилазни кондензатор може бити распоређен на ПЦБ -у тако да (+Вс) и ( – Вс) струје уземљења теку истим путем. Ако улазни сигнал подједнако ометају позитивна и негативна струја, неће доћи до изобличења. Због тога поравнајте два заобилазна кондензатора један поред другог тако да деле тачку уземљења. Пошто две поларне компоненте струје уземљења долазе из исте тачке (штитник излазног конектора или маса оптерећења) и обе теку натраг у исту тачку (заједничко уземљење везе заобилазног кондензатора), позитивна/негативна струја протиче кроз истим путем. Ако је улазни отпор канала поремећен (+Вс) струјом, ( – Вс) струја има исти ефекат на њу. 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.

поднети

Да би се потврдио горњи закључак, коришћена су два различита распореда ПЦБ-а: једноставан распоред (слика 5) и изглед са малим изобличењем (слика 6). Изобличење које производи четворооперативно појачало ФХП3450 помоћу фаирцхилд полупроводника приказано је у табели 1. Типична пропусна моћ ФХП3450 је 210МХз, нагиб је 1100В/ус, улазна струја преднапона је 100нА, а радна струја по каналу је 3.6 мА. 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.

поднети

Without an ideal quad amplifier on a PCB, measuring the effects of a single amplifier channel can be difficult. Очигледно, дати канал појачала омета не само сопствени улаз, већ и улаз других канала. The earth current flows through all the different channel inputs and produces different effects, but is influenced by each output, which is measurable.

Табела 2 приказује хармонике измерене на другим неукрћеним каналима када се покреће само један канал. Недефинисани канал приказује мали сигнал (преслушавање) на основној фреквенцији, али такође производи изобличења директно унета струјом уземљења у одсуству било каквог значајног фундаменталног сигнала. Распоред са малим изобличењем на слици 6 показује да су карактеристике другог хармоника и тоталне хармоничне дисторзије (ТХД) значајно побољшане због скоро елиминисања ефекта уземљења.

поднети

Резиме овог чланка

Једноставно речено, на ПЦБ -у струја повратног тока протиче кроз различите заобилазне кондензаторе (за различита напајања) и само напајање, што је пропорционално његовој проводљивости. Струја високофреквентног сигнала тече назад до кондензатора мале премоснице. Струје ниске фреквенције, попут оних аудио сигнала, могу пролазити првенствено кроз веће заобилазне кондензаторе. Чак и струја ниже фреквенције може „занемарити“ пуни капацитет премоснице и тећи директно назад до кабла за напајање. Одређена апликација ће одредити који је тренутни пут најкритичнији. 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.

Златно правило за распоред ВФ ПЦБ -а је држање ВФ премосног кондензатора што је могуће ближе упакованом прикључку за напајање, али поређење слика 5 и 6 показује да измена овог правила ради побољшања карактеристика изобличења нема велике разлике. Побољшане карактеристике изобличења настале су на рачун додавања око 0.15 инча високофреквентног заобилазног ожичења кондензатора, али то је имало мали утицај на перформансе одзива наизменичне струје ФХП3450. Распоред ПЦБ-а је важан за максимизирање перформанси висококвалитетног појачала, а питања о којима се овде говори нису ограничена само на ВФ појачала. Сигнали ниже фреквенције, попут звука, имају много строже захтеве за изобличењем. Учинак струје уземљења је мањи на ниским фреквенцијама, али може и даље представљати велики проблем ако се одговарајући индекс изобличења на одговарајући начин побољша.