Використання друкованих плат в схемах підсилювачів низької частоти

Також розглядаються і інші питання, які стосуються проектування друкованих плат, такі як заземлення, питання безпеки, надійності і т. Д. Робочі характеристики низькочастотного підсилювача потужності залежать від великої кількості факторів, у всіх випадках ретельне опрацювання друкованої плати є визначальною, перш за все із- оскільки вони можуть спричинити активів, що не індуктивними перешкодами; можливу взаємодію між ланцюгами проходження сигналу і шинами харчування дуже легко може з'явиться причиною обмеження лінійності характеристик підсилювача, тому дуже важко переоцінити важливість даної проблеми. Обрана схема (розташування компонентів і малюнка струмопровідних доріжок) друкованої плати буде в значній мірі визначати як рівень спотворень, так і рівень перехресних перешкод підсилювача.

Крім викладених думок із приводу робочих характеристик підсилювача схема друкованої плати буде мати значний вплив на технологічність монтажу, простоту перевірки, доступність для ремонту і надійність. Всі з перерахованих вище аспектів проблеми розглядаються нижче.

Успішна розробка схеми друкованої плати підсилювача вимагає певних знань з електроніки, що дозволяють розуміти всі тонкощі описаних нижче ефектів, щоб процес розробки друкованої плати проходив гладко й ефективно. Вже вважається загальноприйнятим при розробці друкованих плат для різних областей електроніки віддаватися у владу професіоналів, які, будучи вельми обізнані в тонкощах роботи з автоматизованими системами проектування, мають дуже туманне або навіть цілковита відсутність розуміння тонкощів роботи електронних схем. Для деяких областей такий підхід виявляється прийнятним; при проектуванні підсилювача потужності він виявляється повністю неадекватним через те, що основні характеристики, такі як перехресні перешкоди і рівень спотворень, вельми сильно залежать від монтажної схеми. Трохи нижче проектувальник друкованої плати виявиться в стані зрозуміти, про що, власне, йдеться.

Перехресна перешкода (або явище «перетікання» сигналу з одного каналу в інший, електричні наведення, викликані проходженням сигналу в сусідніх проводах) характеризується, перш за все, джерелом сигналу (яким може служити будь-яке комплексне опір) і приймачем, зазвичай мають більш високе значення комплексного опору , або потенціал віртуальної, «плаваючою» землі. Коли обговорюються перехресні перешкоди в каналах зв'язку, зазвичай передає і приймає канали називаються відповідно мовним і немовних каналами.

Перехресні перешкоди виникають і проявляються в різному вигляді:

Ємнісні перехресні перешкоди є наслідком близького розташування в просторі двох електричних провідників і можуть бути представлені з використанням віртуального (або ефективного) конденсатора, що з'єднує два ланцюги. Ємність такого конденсатора зростає зі збільшенням частоти пропорційно значенню 6 дБ / октаву, хоча можливі і більш високі швидкості збільшення ємності. Екранування провідників будь-яким провідним матеріалом повністю вирішує проблему, хоча збільшення відстані між такими провідниками виявляється дешевшим способом.
Резистивні перехресні перешкоди виникають з тієї простої причини, що опір шин заземлення відрізняється від нульового значення. Мідь при кімнатній температурі не є надпровідників. Резистивні перехресні перешкоди не залежать від частоти.
Індуктивні перехресні перешкоди рідко представляють проблему при розробці аудіоапаратури; вони можуть виникати при необачно установці двох низькочастотних трансформаторів дуже близько один до одного, але крім цього випадку про цю проблему зазвичай можна і забути. Істотним виключенням з цього правила є низькочастотний підсилювач потужності класу В, в якому струми, що протікають по шинам харчування, мають форму полусінусоід і які можуть серйозно відбитися на рівні спотворень підсилювача, якщо їм буде дозволено взаємодіяти з ланцюгами вхідного сигналу, контуром зворотного зв'язку або ланцюгами вихідного каскаду.

У більшій частині лінійних низькочастотних ланцюгів основною причиною перехресних перешкод є небажана ємнісний зв'язок між різними ланцюгами схеми, і в переважній більшості випадків вона визначається малюнком (трасуванням) проводів і струмопровідних доріжок друкованої плати. На противагу цьому підсилювачі потужності класу В страждають практично в незначній або навіть в нехтує малою мірою від перехресних перешкод, викликаних ємнісними ефектами, так як повні комплексні опору ланцюгів прагнуть зробити невеликими, а відстані між ними досить великими; набагато більшу проблему являє індуктивний зв'язок між шинами, по яких протікають струми харчування, і ланцюгами, за якими проходить сигнал. Якщо такий зв'язок виникає між ланцюгами одного каналу, то вона проявляється у вигляді спотворень і може привести до значної нелінійності характеристик підсилювача. Якщо це взаємодія поширюється на інший (неречевой) канал, то вона проявиться у вигляді перехресних перешкод спотвореного сигналу. У будь-якому випадку такий зв'язок украй небажана і для запобігання її появи повинні бути зроблені спеціальні заходи.

Трасування друкованої плати тільки один елемент цієї боротьби, так як перехресні перешкоди повинні якимось чином не тільки випромінюватися, але також і десь прийматися. Як правило, джерелом максимального випромінювання будуть власні, внутрішні електричні дроти завдяки їх загальної довжини і поширеності, схема трасування проводів, можливо, буде найбільш критичною для досягнення найкращих робочих характеристик, тому для їх закріплення необхідно використовувати різні фіксатори, кабельні затискачі і т.п. В якості приймаючого пристрою виступають найчастіше вхідні ланцюга і ланцюга зворотного зв'язку, які також розташовуються на друкованій платі. Для хорошої роботи пристрою необхідна опрацювання цих питань з точки зору максимальної захищеності від випромінювання.

Спотворення, викликані наведеннями шин харчування

За шинам харчування підсилювача потужності класу В протікають дуже великі і дуже спотворені за формою струми. Як уже підкреслювалося раніше, якщо за рахунок індукції буде допущено їх взаємодія на ланцюгу, за якими проходить акустичний сигнал, то рівень спотворень різко зросте. Це відноситься до провідників друкованої плати, а точно так же до кабельних з'єднань, сумна правда полягає в тому, що досить просто виготовити друковану плату підсилювача, яка буде абсолютно ідеальною в усіх відношеннях, за винятком тільки цього одного вимоги, і єдиним рішенням буде використання другої плати. Все ж для отримання оптимального результату слід керуватися наступними вимогами:

Необхідно звести у мінімуму електромагнітне випромінювання від шин живлення, розташувавши шини позитивного і негативного напруги настільки близько один від одного, наскільки це можливо фізично. Їх слід розташовувати якомога далі від вхідних ланцюгів каскаду підсилювача і сполучних вихідних клем; найкращим методом буде підводити дроти шин харчування до вихідного каскаду з одного боку, а інші дроти підсилювача - з іншого. Потім слід прокласти дроти від виходу, щоб живити решту підсилювача; по ним вже не буде проходити струм, що має однополуперіодним форму, тому він не викличе проблем.
Необхідно звести у мінімуму поглинання електромагнітного випромінювання шин харчування, звівши до мінімуму площа контурів, які охоплюються проводами вхідного ланцюга і ланцюга зворотного зв'язку. Вони утворюють замкнуті контури через землю, тому площа контурів, охоплених ними, повинна бути мінімальною. Досить часто найкращий результат може бути отриманий шляхом максимального просторового рознесення і прокладання проводів вхідних ланцюгів і контуру зворотного зв'язку поперек доріжки НЧ заземлення, яка проходить через центр друкованої плати від вхідних до вихідний точки контуру заземлення. Індуктивні спотворення також можуть зустрічатися при взаємодії з вихідними проводами і проводами вихідного заземлення. Останній випадок представляє досить серйозну проблему, так як зазвичай важко змінити його положення в просторі без оновлення самої друкованої плати.

Установка вихідних напівпровідникових приладів

Найбільш важливе принципове рішення полягає в тому, чи варто встановлювати потужні вихідні прилади на основний друкованої плати підсилювача. Існує ряд найсильніших аргументів на користь такого рішення, але, тим не менш, не завжди такий вибір є найкращим.

Друкована плата підсилювача може бути розрахована таким чином, щоб сформувати конструктивно закінчений блок, який може бути ретельно перевірений до того, як він буде встановлений на шасі. Такий підхід значно полегшує тестування, так як забезпечений доступ до різних точок схеми з усіх боків; він також усуває ймовірність поверхневих пошкоджень самої друкованої плати (подряпини і т.п.) під час перевірки.
Виключено неправильне підключення вихідних напівпровідникових приладів за умови, що необхідні напівпровідникові прилади встановлені в правильних положеннях. Це досить суттєвий аргумент, так подібні помилки зазвичай виводять з ладу вихідні напівпровідникові прилади, а також призводять до інших негативних ефектів, що розвиваються за принципом падаючих кісточок доміно, і на виправлення яких знадобиться багато часу (і засоби).
Всі з'єднувальні дроти, що ведуть до вихідних напівпровідникових приладів, повинні бути якомога коротше. Це допомагає збільшити стійкість вихідного каскаду і протистояти виникненню ВЧ коливань.

Якщо вихідні прилади підсилювача вимагають частої заміни (що з усією очевидністю говорить про якийсь дуже серйозною недоробку), то повторюється операція по перепаювання зашкодить доріжки друкованої плати. Однак якщо сталося найгірше, то пошкоджену ділянку може бути завжди замінений коротким провідником, тому немає необхідності відправляти друковану плату в утиль; будьте впевнені, завжди можливе здійснення подібного варіанту ремонту.
Цілком можливо, що вихідні напівпровідникові прилади можуть нагріватися дуже сильно, навіть якщо вони працюють в номінальних режимах; для приладів типу ТО3 температура корпусів 90 ° С не є чимось незвичайним. Якщо використовуваний метод монтажу не допускає деякій мірі пружності, то теплове розширення може призвести до виникнення механічних зусиль, які здатні відірвати кріпильні прокладки друкованої плати.
Тепловідвідний радіатор буде мати, як правило, значні розміри і масу. Тому необхідно застосовувати досить жорстку конструкцію, що кріпить друковану плату і радіатор. В іншому випадку вся конструкція через відсутність достатньої жорсткості буде при транспортуванні вібрувати, створюючи надлишкові зусилля в місцях пайки з'єднань.