15.4: Tápegység simító szűrők
A transzformátor-egyenirányító-puffer áramköri blokk rendezett, kompakt megépítése után, most figyelmünket a tápegység simítószűrőire fordítjuk. Ezek egy láncot (vagy elágazó láncot) alkotnak, amelyet a puffer kondenzátor táplál. Mindegyik szűrő fokozatosan simítja a tápfeszültséget, csökkentve a feszültség maradék hullámosságát. Az erősítő bemeneti fokozatát mindig a lánc utolsó szűrője látja el, mivel az a cső a legérzékenyebb a tápegység zajára. Fontos figyelembe venni, hogy a terhelő áram átfolyik a szűrők láncán, és a földcsatlakozások révén tér vissza - záródik az áramkör. Ez az áram kis feszültséget ejt a földvezetékek elkerülhetetlen impedanciáin. Ha a terhelő áram tiszta egyenáram lenne, akkor ez nem sokat számítana, de a gyakorlatilag még mindig van némi maradék váltó áramú komponense az egyenirányítóból, valamint a terhelő áram is ingadozik az audio jelek miatt, így a földelés áramkörében kialakuló feszültségek zajosak lesznek. Ezért fontos, hogy hogyan kötjük össze a jelföldelést a tápegység földelésével. Egy jó földelési elrendezés természetesen minimalizálja a kettő kölcsönhatását.
A 15.6. ábra megkísérli szemléltetni a tápáramok áramlását és a szaggatottan ábrázolt földimpedanciákon keresztül kialakuló zajfeszültségeket. Megszokhattuk, hogy a tápegység simító szűrőit egyszerű RC (esetleg LC) szűrőkként ábrázolják a kapcsolási rajzokon, valójában egy kondenzátorból és két soros impedanciából készült szimmetrikus szűrőknek kell tekintenünk azokat, ahol az egyik a szándékosan beépített soros ellenállás, illetve fojtótekercs, a másikat pedig a testáramkör impedanciája képezi, az ábra szerint. Vegye figyelembe azt is, hogy a földáramok összeadódnak, ahogy közeledünk a pufferkondenzátorhoz, tehát ebben az esetben V1 csak egy zajos áram termeli, míg a V2-t két zajos áram összege hozza létre.
Általában megpróbáljuk minimalizálni a földelés impedanciát, de van egy hasznos kivétel ez alól. Az önálló előerősítőkben és a kis teljesítményű (általában egyvégű) erősítőkben előfordulhat egy, vagy több további simító fokozat a puffer kondenzátor után, az audioáramkör tápellátása előtt. Ilyen esetekben célszerű a szokásos soros ellenállást két részre osztani (általában, de nem feltétlenül egyenlőekre) és így szándékosan létrehozni egy valódi szimmetrikus szűrőt, amint azt az 15.7. ábra mutatja. Az áramkör negatív oldalán lévő hozzáadott ellenállás segít elkülöníteni a zajos egyenirányítót/kondenzátor áramkört az erősítőtől, és távol tartja a töltő áramokat az audio földeléstől. Az egyik vagy mindkét soros ellenállás helyettesíthető simító fojtótekerccsel. Ennek megvan az az előnye, hogy az áramkör negatív oldalán lévő fojtótekercs kisebb feszültségnek van kitéve a tekercs és a készülék háza között, mint a „hagyományos” oldalon. Természetesen nem lehet kapcsolat a transzformátor-egyenirányító-kondenzátor és a készülék háza között, de ez mindig igaz a megfelelő földelési rendszerre.
15.5: Jeláramok
Amikor az erősítő nyugalmi állapotban van, a tápegységből felvett áram egyenletes, de amikor felerősíti a jelet, az áramigények folyamatosan változnak. Ezt egy másik lehetőségként tekinthetjük AC jeláramnak, amely az állandó „háttéráram” fölé kerül. Csöves fokozatban ez a jeláram a cső és az azt tápláló simítókondenzátor által alkotott hurokban folyik, amint az az 15.8 ábrán látható.
A legcsendesebb működés érdekében a jel áramát távol kell tartani a kondenzátort feltöltő áramtól, mert az az áram maradék hullámosságot tartalmaz. A simítókondenzátort ezért a csöves fokozat közelében kell elhelyezni, és a hozzá való csatlakozás a lehető legrövidebb (ezért néha a radiális kondenzátorokat részesítik előnyben). Ezzel szemben a simítókondenzátort a tápegység többi részéből árammal ellátó csatlakozások nem kritikusak. Végül is erre az útra általában soros ellenállást, vagy fojtótekercset teszünk, így a hosszú vezeték extra impedanciájának nincs jelentősége. Másik oldalról viszont a hosszú betáplálási út hosszú földi visszatérési utat von maga után, amit nem akarunk. A jó tervezésnek olyan elrendezést kell létrehoznia, amely eléri ésszerű kompromisszum ezek között a dolgok között (és a tervezés csak időbe kerül). Az a szokás, hogy a tápegység összes kondenzátorát egy helyre helyezzük, és onnan hosszú vezetékeket vezetünk az erősítő fokozataihoz, pont az ellenkezője annak, amit akarunk, tehát hibás tervezésnek tekinthető.
Ha két csöves fokozat egymás után kapcsolódik, a csatolókondenzátor után lévő alkatrészek „tartoznak” a következő szakasz rács-szivárgási áramköréhez, és közvetlenül visszakerül a következő fokozat katódkörébe. A 15.9. ábra egy példát mutat erre, ahol a két kaszkád fokozatot is ugyanaz a simító kondenzátor táplálja.
15.6: Földelő felületek
Sok elektronikai tankönyv beszél a földelő felületekről, ezért itt talán érdemes tisztázni az esetleges zavarokat. Az alaplap, ahogy a neve is sugallja, egy széles földelt terület, amelyet gyakran egyetlen réteg alkot egy nyomtatott áramköri lapon. A megahertzes tartományban működő nagyfrekvenciás berendezésekben az alkatrészeket gyakran közvetlenül egy ilyen síkra földelik, amivel a lehető legszorosabb elrendezést hozzák létre. Ez csak azért elfogadható, mert ezeken a frekvenciákon a földön visszatérő áramok nem folynak egyenletesen az egész síkon, hanem megtalálják a legkisebb induktivitású útat, azaz a legkisebb hurokterületet. A földáramok ezért közvetlenül párhuzamosan áramlanak a hozzájuk tartozó vezetőkkel a sík felett, és nem zavarják meg könnyen az áramkör más részeinek testáramát. Sok régi gitárerősítőben többé-kevésbé véletlenszerűen földelik az alkatrészeket a házhoz. A kezdők gyakran összetévesztik ezt a nagyfrekvenciás berendezésekben alkalmazott szándékos földelő síkos megközelítéssel, de hangsúlyozni kell, hogy hangfrekvenciákon a váz használata födvezetékként általában nem jó mérnöki gyakorlat, mivel a földáramok többé-kevésbé egyenletesen fognak folyni benne, és zavarják egymást. Az alváz nem tekinthető másnak, mint egy fémdoboznak, amely megvédi a felhasználót az áramkörtől, védi az áramkört az interferencia ellen, és szilárd vázat nyújt a szerkezetnek. Ha megengedjük, hogy az audio áramkör részévé váljon azáltal, hogy „egy nagy kövér vezetékként” kezeljük, az bajt jelent.
15.7: Busz rendszerű földelés
Az egyik logikus földelési séma a busz rendszerű földelés. Ez azt jelenti, hogy egyetlen, vastag vezetéket – úgynevezett buszvezetéket vagy gyűjtősínt – vezetnek keresztül a készüléken. A buszvezeték útvonalának követnie kell az erősítő áramkör természetes útvonalát a pufferkondenzátortól a teljesítményerősítőn át (ha van) az előerősítőig, és a bemeneti fokozatig. Minden földelt pont csatlakoztatása fokozatosan, ugyanebben a "természetes" sorrendben történik. A gyűjtősínt csak egy ponton, az erősítő bemeneti végén kell a készülék házához csatlakoztatni (lásd 15.9. szakasz). Ez általában hosszú vékony huzalos elrendezést ösztönöz, de természetesen bármilyen kényelmes alakra hajlítható. A gyűjtősín elkészítéséhez lehet ónozott rézhuzalt vásárolni, de Európában olcsó alternatíva a lecsupaszított 24A-es vagy 32A-es tömör hálózati vezeték. Az Egyesült Államokban a 14AWG tömör vezeték könnyen elérhető lehet. Ideális esetben a csupasz rezet forrasztófürdőben kell ónozni a korrózió megelőzése érdekében, bár ez a házi körülmények közt nem mindig lehetséges. 10.10.a ábrán egy „első ötlet” alapján készült földelő busz látható. Szorosan követi a kapcsolási rajzok szokásos rajzolási módját. Egy nagyon egyszerű áramkörben, mint amilyen az ábrán látható, ezzel az elrendezéssel nem nagyon lehet problémákat okozni. Azonban, ha jobban odafigyelünk a földcsatlakozások pontos helyzetére, közelíthetünk egy ideálisabb többcsillagos földhöz (lásd a következő részt), és ez előnyösebb összetettebb vagy nagy erősítésű erősítők építésekor. A szükséges változtatásokat mutatja b. részábra, amiből látható, hogy a busz most már a puffer kondenzátortól egészen a bemeneti jackig fut, és magán a bemeneti jack aljzaton csatlakozik a házhoz. Az összes táp- és földcsatlakozás sokkal közelebb került a megfelelő simítókondenzátorokhoz, ezáltal minimalizálva az audio- és tápáramok kölcsönhatását. A hangszóró földelése átkerült a teljesítmény csőtől folyó földáramok csendesebb oldalára, és az összes hálózati szivárgás a megfelelő katód ellenállásokhoz van csatlakoztatva, nem pedig közvetlenül a buszhoz. Ez a földelési módszer erősen ajánlott, mivel közel ideális teljesítményt kínál, miközben egyszerű és intuitív. Ha a gyűjtősín útvonalát a kezdetektől gondosan megtervezzük, akkor a komponensek elrendezésének teljesen magától értetődően kell következnie, és nehéz lesz hibákat elkövetni. Jól illeszkedik a kézi huzalozáshoz, és ha minden alkatrészt ráforrasztanak, kellemesen merev szerkezetet alkothat. A forrasztás előtt azonban ne essen a kísértésbe, hogy az alkatrészek kivezetéseivel többször körbetekerje a gyűjtősínt, mert ez rendkívül megnehezíti a későbbi módosításokat!
15.8: Csillagpontos földelés
Az ideális csillagpontos földels az, ahol az erősítő összes földelése egy nagyon rövid vezetéken keresztül egy pontban jön létre, amely azután a készólék hzához csatlakozik. Mivel az összes vezeték sugár irányban csatlakozik ehhez a ponthoz a „csillagpontos földelés” elnevezés nyilvánvalóvá válik Ez a módszer hajlamos a patkó alakú elrendezést ösztönözni, amint azt azt a15.11. ábra mutatja.
Egyetlen csillagpont esetén a földhurkok és a földáramok kölcsönhatása elméletileg teljesen kiküszöbölhető lenne, de az egyszerű áramkörökön kívül minden más esetében nehéz röviden tartani a hozzávezetéseket, és a hosszú földvezetékek tönkretennék az egy csillagpontos földelés ideális tulajdonságait. A hozzávezetések ellenállása és induktivitása komoly szerepet játszana, arról nem is beszélve, hogy egyszerűen csúnya. Egy praktikusabb földelési elrendezés a több csillagpontos földelés, amire az előző részben már utaltunk. Ebben megvan az egycsillagos földelés legtöbb előnye, de lehetővé teszi az áramkör szabadon történő elrendezését bármilyen elképzelés szerint. Tulajdonképp a továbbfejlesztett buszföldelésnek egy rugalmasabb változata lásd 15.10b, mivel ez elhagyja a merev gyűjtősínt. Szokás szerint először a transzformátor-egyenirányító-puffer kondenzátor áramkört kell megépíteni, egyetlen áramköri blokkként. Ezt követően minden simító fokozat egy lokális csillagot képez, és az adott kondenzátorhoz tartozó összes áramköri elem közvetlenül erre a csillagra van földelve, pontosan ugyanúgy, ahogy korábban a 15.9. Ezután az összes helyi csillagot összeláncolják, ugyanabban a sorrendben, a tápegység pozitív oldalához csatlakoznak.
A 15.12. ábra csillagpont földelésre mutat példát gyakran használt teljesítmény fokozatnál. A legtöbb gitárerősítőben a teljesítmény csövek pentódák illetve sugár tetródák-tetródák, amiknél sokkal fontosabb, hogy segédrács-katód feszültség zajmentes maradjon, smmint pedig az anód-katód feszültség. Ezért a helyi csillag annál szűrő kondenzátornál készül, amely ellátja a segéd rácsot (ez a 15.10b ábrán is látható). Ebben az esetben egy push-pull erősítő látható, és a csatlakozásokat a lehető legszimmetrikusabban kell létrehozni, hogy maximalizáljuk a CMRR-t. Fix előfeszítésű erősítőben a negatív előfeszítő feszültséget előállító tápegységet önmagában egy apró tápegységnek kell tekinteni, így ugyanaz a márt ismert földelési logika alkalmazható. Az egész előfeszítő saját csillagponttal (vagy esetleg busszal) épül fel és az utolsó szakaszt – gyakran egy előfeszítést beállító potméter – végül csatlakoztatjuk az audio áramkörhöz, amint az 15.13. ábrán látható.
A kimeneti transzformátor szekunder oldalát (ha az egyiket használjuk) mindig közvetlenül a hangsugárzó-aljzathoz kell csatlakoztatni vastag vezetékkel. Ez igaz, függetlenül attól, hogy milyen földelési alaprendszert használunk. Ezután egy külön vezetéknek (amelynek nem kell nagy átmérőjűnek lennie) kell mennie a hangszóró-csatlakozó negatív pontjáról vissza a megfelelő csillaghoz. Ha nincs globális visszacsatolást, akkor ezt a hangszóró földelő vezetéket a teljesítményerősítő csillagába kell vezetni. Ha van globális visszacsatolás, akkor a hangszóró földjét annak a fokozatnak a helyi csillagára kell csatlakoztatni, amelyre a visszacsatolás történik, amely általában a fázisfordító (pl. 15.14. ábra). A 15.14. ábra azt mutatja, hogy egy tipikus előerősítő többcsillagos földelését. Látható, hogy ez többé-kevésbé ugyanaz, mint a 2. ábrán látható továbbfejlesztett buszföldelés. 15,10b; a buszsín a tápfeszültség lánc lett. Mondanom sem kell, hogy ezeknek a kapcsolatoknak a lehető legrövidebbnek kell lenniük. Bármilyen nem audio földelést (pl. csatornaváltó ) zajosnak kell tekinteni, és nem közvetlenül egy audio csillagpontbakell visszatérnie, hanem a puffer kondenzátorhoz. Figyelembe kell venni, hogy ennek a földelőrendszernek még egyetlen pontja sem csatlakozik a házhoz/védő földeléshez. Az egész audio áramkör továbbra is lebeg a ház belsejében. A következő szakasz az áramkör földelése és a ház közötti egyszeri csatlakozást ismerteti.
15.9: A jelföld és készülék ház kapcsolata
Az áramköri elrendezést PCB-re, thuret kártyára vagy akár pont-pont vezetékezésre tervezve kötelességtudóan követni kell egy ésszerű földelési módot, és legvégül csak egy ponton kell az áramköri testet a házhoz csatlakoztatnunk (amely a földhöz van kötve). Ez a csatlakozás kizárólag biztonsági/árnyékolási célokat szolgál; normál körülmények között ebben a csatlakozásban nem folyik áramköri áram. Ez csak egy feszültség referencia, nem az áram visszatérési ótvonala. A föld és a ház közötti csatlakozás helyzete azért fontos, mert elkerülhetetlenül más tápellátású eszközöket is szeretnénk majd az erősítőhöz csatlakoztatni, például hálózatról táplált effektpedálokat vagy külső előerősítőket. Ezeknek a készülékeknek saját földelt házuk lesz, így a kettő összekapcsolása földhurkot hoz létre az audio összeköttetésen és a hálózati földelésen keresztül. Ennek a huroknak hatalmas területe lesz, így még a meglehetősen ártalmatlan mágneses mezők is jelentős zajáramot produkálhatnak benne, és a tápegység földáramai is áramolhatnak az egyik eszközből a másikba, ami újabb búgást eredményez.
A helyzetet szemlélteti a 15.15 ábra két eszköz – jelen esetben külön elő- és végerősítő – egymáshoz kapcsolt egyszerűsített diagramja, valamint az így létrejövő földhurok. Az a. a föld-föld kapcsolat az optimálistól eltérő pozícióban van kialakítva, így az egyes eszközök tápáramai a nyilaknak megfelelően a másikba áramolhatnak. Mágnesesen indukált brumm áramok is körbe fognak folyni ugyanazon a földhurokon. Összességében ez egy rossz helyzet. A földelt alváz csatlakozását a teljesítményerősítő bemenetére átkötve a helyzet sokat javult, amint azt a b. rajz részlet is mutatja Csökken a hurok területe és ezzel együtt a mágnesesen indukált áramok, és az áram az erősítő most teljesen le van választva az előerősítőről. Az előerősítőből származó áram továbbra is étfolyhat az audio összeköttetésen, de legalább nem folyik át a teljesítményerősítő teljes testáramkörén. Az olvasók felhívhatják a figyelmet arra, hogy a helyzet még tovább javítható, ha az előerősítő föld-alváz csatlakozását a kimenetére helyezzük, így a földhurkot még kisebbre vesszük. Ez igaz, de ha egy harmadik eszközt csatlakoztatnánk az előerősítő bemenetére, akkor ugyanaz a probléma lenne, mint az a. részleten És mivel az audiolánc végén lévő eszközök nagyobb jelszinteket kezelnek, és kevésbé érzékenyek a zajra, mint az előttük lévők, a b. mindig az örökbefogadott. Más szóval, a föld és a ház közötti csatlakozást mindig közvetlenül az erősítő áramkör bemeneti aljzatánál kell létrehozni. Ideális esetben ennek a csatlakozásnak az jack-aljzattól a védő földelési kötés közelében lévő pontig kell futnia, de általában kielégítő a váz más részéhez történő csatlakoztatása.
15.10: Földelés "elemelése"
A hálózati földelésen keresztül létrejövő földhurok problémája leküzdésére két eszköz összekapcsolásakor egyes készülékek "földelés elemelő" kapcsolót is kínálnak. Ez leválasztja az audio földelést a házról, fölvágva a földhurkot. A készülék háza és a hálózati földelés közötti kapcsolat azonban NEM szakad meg. A készülék házának mindig földeltnek kell lennie! Az audio földelés és a hálózati földelés közötti kapcsolat teljes megszakításának vannak biztonsági vonatkozásai, ezért kompromisszumként földhurok blokkoló hálózatot kell használni. Ez egy 10Ω-os ellenállásból vele párhuzamosan és egy 100-470nF-os kondenzátorból áll.
Ha létrejön egy földhurok, akkor most lesz egy 10Ω-os soros ellenállás, ami elhanyagolható szintre csökkenti a tápegység földhurok áramát. A kondenzátor biztosítja, hogy a hangfrekvenciás földelés nagyfrekvenciásan továbbra is közvetlenül a házhoz csatlakozzonk, így továbbra is jó árnyékolást biztosítunk a rádióinterferenciák ellen. Az ellenállás legyen, legalább 5W terhelhetőségű, hogy elviselje a hibaáramokat. Egy pár nagy áramú diódát is párhuzamosan kell csatlakoztatni a nagyobb hibaáramok kezelésére, így biztosítva, hogy a biztosítékok megbízhatóan kiolvadjanak. Egy >6 amperes híd-egyenirányító csomag erre elegendő, amint az az 15.16. ábrán látható(nem kell nagyfeszültségű egyenirányítónak lennie). A szilíciumdióda addig nem kapcsol be, amíg a nyitó feszültsége el nem éri a körülbelül 0,6 V-ot, így a földhurok továbbra is nyitott lesz a kis búgófeszültséekre. Alacsony szintű előerősítőkben, keverőkben, és egyéb zajérzékeny berendezések, kapcsoló is beépíthető az ábrán látható módon, de ez egy végerősítőben nem szükséges.
15.11: Többcsatornás erősítők földelése
Ha az erősítőnek több csatornája van, akkor döntenünk kell arról, hogy hol kell a föld és a ház közötti kapcsolatot létrehozni. Nem szabad az összes bemenetet a házhoz csatlakoztatni, mert ez földhurkot hozna létre a csatornák között.
Ha az egyik csatorna sokkal nagyobb erősítéssel rendelkezik, mint a másik, akkor azt a bemenetet kell a házhoz csatlakoztatnunk, mivel a többi csatorna kevésbé lesz érzékeny a földhurok okozta búgásre. Ha az erősítőnek egynél több nagy erősítésű csatornája van, akkor jobb lehet, ha a házba való bekötést az erősítőbe helyezi tovább, ahol a két csatorna találkozik, és eggyé válik. Mivel ez növeli a földhurok okozta búgás esélyét, amikor más berendezéseket csatlakoztatnak, akkor 15.15 ábra szerinti brum blokkoló hálózatot kell létrehozni. 15.17. ábra egy tipikus, kétcsatornás földelési elrendezést mutat be ezzel a módszerrel. A helyi csillagpontok az A-E pontokon vannak, és látható hogy két különálló láncot használnak A-tól C-ig és A-tól E-ig, amelyek követik a tápegység pozitív oldalának útját. Az a pont, ahol a kettő csatlakozik a házhoz, amely lehet a fázisfordító, vagy a teljesítmény fokozat. A C2 és C3 közvetlenül a bemeneti jack aljzatok és a ház közé helyezendő, hogy csökkentsék a rádióvétel esélyét, de viszonylag ritkán van szükség rájuk.
15.12: Vegyes föld csatlakozások
Egyes transzformátorok belső árnyékolóval rendelkeznek az elsődleges és a szekunder tekercs között, hogy csökkentsék a kettő közötti szórt kapacitást, és ezt le kell földelni. Általában az alváz bármely kényelmes pontjához csatlakoztatható, gyakran a transzformátor rögzítőcsavarjainak egyikén keresztül. Ellenkező esetben a puffer kondenzátor negatív végére csatlakoztatható, mint bármely más nem kritikus földelés. Ha a fűtés nincs megemelve, hanem egyszerűen földelve van, akkor ezt a csatlakozást általában a ház bármely kényelmes pontjához, vagy a puffer kondenzátor közeli ponthoz lehet csatlakoztatni. A fűtés okozta búgást azonban több dolog okozhatja, ezért érdemes lehet kísérletezni az áramkör földjének különböző pontjaihoz történő csatlakoztatással, hogy megnézze, nem ad-e meg egy adott hely kedvezőbb zúgást. A régebbi erősítők gyakran használtak több szekciós kondenzátorokat. Ezek általában két vagy három kondenzátort tartalmaznak egyetlen, megosztott negatív csatlakozással. Ezek akkoriban kényelmesek voltak, mivel helyet és vélhetően pénzt takarítottak meg. A nyilvánvaló probléma azonban az, hogy egyetlen negatív kapcsolattal arra kényszerítenek bennünket, hogy elfogadjunk egy földcsillagot, ami nem biztos, hogy kényelmes. A legjobb tanács az lenne, hogy egyáltalán ne használjunk ilyen kondenzátorokat; a nem szigetelő jack aljzatokhoz hasonlóan anakronizmust jelentenek. Azok az olvasók számára azonban, akik továbbra is ragaszkodnak ezek használatához, ésszerű kompromisszum az lenne, ha egyetlen, dedikált kondenzátort használnának pufernek, és egy kondenzátor csomagot a későbbi simítási szakaszokhoz. ennek ellenére a földelési csatlakozásokat mindig a lehető legrövidebbre kell készíteni.
Hozzászólások
A hozzászólások megjelenítése így: Folyamatos | Logikai sorrend