Как правильно развести землю в усилителе мощности

РАЗВОДКА ЗЕМЛИ ЗВУКОВЫХ УСТРОЙСТВ

Многолетняя радиолюбительская практика показала, что правильная разводка «земли» является исключительно важным фактором для качественного звуковоспроизведения различных устройств – усилителей, радиоприемников, СД – проигрывателей и т.д. Часто коррекция в разводке «земли» покупных аудиоустройств позволяла значительно поднять качество звука, во всяком случае в разы более значительно, чем замена конденсаторов на суперконденсаторы, ОУ на супер ОУ и т.п. Именно для коррекции уже существующих устройств и был разработан описываемый метод. Хотя и все вновь изготавливаемые устройства желательно проектировать по данному методу. К сожалению в общедоступной литературе способы разводки «земли» зачастую очень противоречивы и неверны. Так что читаем и наслаждаемся одним из правильных вариантов.

Теоретическая часть

Сперва разберемся откуда могут появиться искажения из вне устройства, например при соединении блока усилителя с блоком тюнера. Казалось бы все искажения сигнала определяются только внутренними недостатками блоков (радиоэлементов, самой схемой, дефектами монтажа и т.д.). Но это не так. Вот схема обычного соединения блоков:

Символами e1…e4 обозначены электрические потенциалы гнезд (штекеров) блоков и оплетки межблочного кабеля. Символами i1…i4 обозначены потенциалы центральных жил межблочного кабеля и гнезд. Причем потенциалы измерены относительно земли – рельса, закопанного в землю. Так вот эти электрические потенциалы при отключенном межблочном кабеле могут достигать нескольких тысяч Вольт! У меня неоднократно были случаи, когда от работающих блоков прилично било током. При этом звук был неплохим. Самое главное в том, что при соединенном кабеле должна быть строго постоянной разность между потенциалами e и i. Это – полезный сигнал. Если эти потенциалы относительно земли изменяются синхронно, т.е разница между потенциалами всегда равна «0», то все нормально. Никаких искажений извне не привносится. Но на практике так не бывает. Между всеми этими потенциалами существует, хоть и маленькая, но разность. И эта разность и портит звук – дает фон, искажения, снижает стереоэффект, глубину сцены и т.д. Виной тому – наличие электрического сопротивления у оплетки кабеля, центральной жилы кабеля и переходного сопротивления на соединении (контакте) штекеров и гнезд.

При этом электрическим сопротивлением центральной жилы кабеля и центральных контактов штекеров и гнезд можно пренебречь, ведь эти элементы в принципе не могут нести сколь-нибудь значительной силы тока, чтобы создать разность потенциалов i4 – i1. Посмотрите – к обоим гнездам блоков сигнал от схем идет через резисторы 1 кОм и 10 кОм. Эти значения резисторов в сотни тысяч раз больше, чем сопротивление центральной жилы и переходное на контактах. Так что вопрос по центральной жиле в этой статье рассматривать вообще не будем. Безусловно на центральную жилу идут радионаводки, но это тема другой статьи.

Совсем иное дело – внешняя оплетка межблочного кабеля и корпусов гнезд. Предположим, что межблочный кабель отстыкован. Каков тогда потенциал e1? Бывали у меня случаи, когда при подключении антенного кабеля к тюнеру проскакивали искры, да и током то же било. Так что антенный кабель несет в себе свой неизвестный и довольно мощный электрический потенциал относительно земли. Этот антенный потенциал прямиком идет на корпус выходного гнезда тюнера. С другой стороны тюнер подключен к розетке 220 В. И потенциал от вторичной обмотки трансформатора, связанный с сетью, так же прямиком идет на выходное гнездо, ведь невозможно сделать сетевой трансформатор без емкостной связи обмоток.

А теперь посмотрим, каков потенциал на входном гнезде усилителя e4. Безусловно это свой потенциал от розетки 220 В, особенно, если она в другой комнате, да и на другой фазе трехфазного напряжения. Но есть и некий потенциал от кабеля на колонки. И, если кабель на колонки длинный и идет параллельно с другими проводами, то влияние этого кабеля на потенциал e4 может быть значительным (как антенна). Вот и получается, что между потенциалами e4 и e1 при отключенном межблочном кабеле всегда существует разность и эта разность очень пагубно отражается на звуке, т.к. она может быть в сотни раз больше полезного сигнала как по напряжению, так и по току. Соответственно и появляется задача привести эту разность e4 – e1 как можно ближе к нулю. Конечно, соединив гнезда тюнера и усилителя межблочным кабелем, разность e4 – e1 снижается в тысячи раз, но не до нуля. Поэтому множество аудиофилов наперебой рассказывают как здорово улучшился звук усилителя после постановки дорогого фирменного межблочного кабеля. И им можно поверить. Хотя до полного нуля еще далеко. Так же возникает довольно забавный и курьезный вывод: чем длиннее кабель на колонки, тем дороже должен быть кабель межблочный. Ну и возможно влияние на качество звука даже сетевого кабеля.

Естественно возникает вопрос: А какие же еще меры (кроме дорогого межблочного кабеля) способны уменьшить разность e4 – e1 ? Их много, например:

• Передача сигнала по световоду. Но это – другая тема;
• Передача сигнала по балансной схеме. То же другая тема;
• Увеличение напряжения сигнала. Конечно, можно, но толку немного;
• Использовать позолоченные гнезда или из более дорогих металлов. Так же сетевые розетки – можно для особых гурманов;
• Использовать как можно более короткий межблочный кабель. Обязательно;
• Делать все в одном корпусе с соединительными проводами наименьшей длины, без межблочных кабелей. – Можно;
• Питать устройства из одной розетки. – Обязательно, только так. Можно переворачивать сетевую вилку (менять фазу);
• Использовать специальные сетевые фильтры; Желательно;
• Не укладывать разные кабели вместе и параллельно. Обязательно;
• Попробовать соединить корпуса блоков. Можно, но эта мера может дать и отрицательный результат;
• Использовать специальные сетевые трансформаторы с изолирующей обмоткой (лентой) и большей изоляцией обмоток. Полезно;
• Использовать «лучи серебряного веера», о чем дальше. Пожалуй эта мера обладает наиболее значительным эффектом. Конечно есть и другие меры, но, представляется, что они уже не такие значимые.

Вот, пожалуй, это все основное про соединение блоков и внешнее воздействие. Далее поговорим про разводку «земли» внутри блоков. Для разбора возьмем схему простенького усилителя, условную, образную, с внутренним питанием:

Виртуально спаяем данную схему на плате, причем с разводкой так как нарисована схема. Какой получим звук с точки зрения разводки «земли»? – Да никакой – полную ерунду. «Земляной» провод А – К на всем протяжении принимает на себя токи разных элементов и эти токи, благодаря ненулевому сопротивлению провода, взаимодействуют друг с другом. Сперва хотелось показать на схеме эти токи, но их так много, что схема превратилась бы в черное пятно. Для примера возьмем обратную связь – резисторы R7, R8. Они задают коэффициент деления выходного сигнала или что то же самое – коэффициент усиления нашего усилителя. Откуда в теории должен быть взят сигнал на делитель? Да, разумеется с выхода усилителя, однако мы берем сигнал с точки Н на участке провода П – Л с большим током. Это и не выход усилителя – точка Л и не выход транзисторов – точка П. Вообще непонятно, что за сигнал в этой точке, тем более, что она рядом с точкой М цепи Цобеля, ток по которой совсем не слабый.

Еще хуже обстоит дело с земляной точкой Е делителя напряжения. В точке Е собирается столько токов, что ни о какой «земле», то есть нулевом потенциале и говорить не приходится. Ну и что в результате приходит на операционный усилитель? Да никто не скажет что. Этот сигнал лишь условно можно назвать «входным деленным в заданное число раз» – он очень «грязный» с хаосом различных помех. Что делать? Давайте посмотрим на точку А, потенциал которой самый «чистый». В эту точку еще не успели подмешаться никакие токи – эта точка на самом входе в усилитель и только эту точку можно назвать нулевой. С другой стороны оно и естественно – точка А это входной сигнал, а именно от него все и строится в усилителе. Поэтому направляем точку Е в точку А. Ну а точку Н в точку П. Вот сейчас на операционный усилитель приходит «чистый» сигнал обратной связи, без подмешавшихся каких-либо других сигналов от смежных элементов. Так же и точки Б и В направляем в нулевую точку А – а как иначе – зачем точкам Б и В ловить помехи?! Следующая задача – куда послать конденсаторы С2 и С3, чтобы обеспечить самое «чистое» питание ОУ? Попробуем в точку А, озаботившись тем, как бы не испортить нулевой потенциал точки А сильным током, текущим через эти конденсаторы… Да нет проблем! Сильный ток от С2 и С3, пришедший в точку А никоим образом не изменил работу схемы. Нулевой потенциал точки А каким был, таким и остался.

Отсюда можно сделать очень важный, фундаментальный вывод, что точка А обладает тремя важнейшими свойствами:

1. Задает чистый нулевой потенциал для любых элементов схемы;
2. Принимает на себя любые внутренние токи схемы и обеспечивает невлияние этих токов друг на друга; Наверное, по другому можно сказать: убирает все токовые петли;
3. Точка А – это единственная точка схемы, которую можно назвать нулевой или «землей». Других точек с такими свойствами в схеме нет. Соответственно и направляем в точку А все остальные элементы.

Вот что получилось:

Это – почти идеальный вариант разводки «земли». Здесь нет элементов, которые бы взаимно влияли друг на друга. Так же есть четкая «привязка» к нулевому потенциалу. Хорошо видно, что провода расходятся веером от нулевой точки – и это уже почти «серебряный веер», о котором дальше. Однако, больно уж длинные эти провода… Возникает вопрос: а нельзя ли найти решение где длина проводов минимальна и где геометрически расположить точку А, ведь усилитель имеет еще и блоки тембра, громкости, переключения и т.д. – вход-то с межблочного кабеля совсем в другом месте. Давайте будем корректировать схему.

Одно из важнейших условий качественного звука – это «чистое», качественное питание выходных транзисторов, учитывая, что ток на них максимальный. Принято считать, что питаются выходные транзисторы от блока питания. Это безусловно правильно, но не совсем верно. Выходные транзисторы питаются от конденсаторов, а блок питания (трансформатор + диоды) только заряжает эти конденсаторы. Естественно, что длина проводов от выводов транзисторов до выводов конденсаторов должна быть минимальной – чтобы не было потерь напряжения вместе с открывающимся транзистором, не было влияния на другие элементы. Потому конденсаторы являются собственностью транзисторов, но не блока питания. Мне же встречалось много усилителей, где конденсаторы стояли на шасси с трансформатором и длинные провода уходили в основную плату, а иногда даже через разъем. Это – грубые ошибки.

Так же и стык конденсаторов должен иметь провода как можно короче, буквально выводы соединены вместе и как можно ближе к транзисторам. Как же тогда тянуть стык этих конденсаторов к точке А, т.е. к нулевой точке? Да, вот, никак. Не получается тянуть куда-то стык конденсаторов. Зато получается саму нулевую точку поставить на стык конденсаторов. Так что нулевая точка теперь становится точкой И! Смотрите схему ниже.

Именно от точки И и будут расходиться веером лучи на все основные точки усилителя и его блоков, включая и входные гнезда. Именно точка И становится нулевой или «землей». Именно эта точка замыкает на себе все токи, обеспечивая невлияние их друг на друга. Иначе и быть не может: самый большой ток требует и самого большого уважения, самых толстых и коротких проводов и наиболее правильной разводки. Конечно возникает вопрос: а не будет ли падения напряжения на луче (участке до входного гнезда) И – А? Да, видимо, незначительное и будет, но это падение напряжения пониже, чем если увеличивать длину проводов с большим током на выходные транзисторы и конденсаторы. Хотя, в принципе геометрическое положение нулевой точки можно смещать по площади усилителя, особенно, если усилитель многоканальный. В результате практически может быть что-то среднее между схемами рисунков 3 и 4. Например вот такое для стереоусилителя:

Здесь точка «И» – центр «Серебряного веера». Серебряного – потому, что все лучи выполнены из посеребренного многожильного провода, сопротивление которого меньше медного, ну и говорят, что для звука серебро лучше. Используя провод с меньшим сопротивлением можно более качественно донести лучом нулевой потенциал до каждой точки – это во-первых. А во вторых можно «перебить» (исправить) неверную разводку земляных проводов простым накладыванием этого веера на уже существующую разводку земли, без удаления ненужных проводов. А вот, если бы веера не было, то земляной провод от усилителя-корректора прошел бы длинный путь через блоки, пока бы попал на усилитель мощности. При этом на нем набрались бы всевозможные помехи. А при добавлении лучами чистого нулевого потенциала помехи будут нейтрализованы. Но важно, что все равно и всегда земляные выходы плат необходимо соединять с земляными входами следующих плат, независимо от наличия «серебряного веера». Конечно, образуется дополнительные замкнутых контура для радиопомех, но от них никуда не деться, да и они итак присутствуют в любой разводке (конструкции), просто нужно их уменьшать.

На схеме рис.5 показана очень важная точка Р (винт на корпусе). Это не корпус. Это именно вывод нулевого потенциала на все другие блоки (тюнер, проигрыватель, эквалайзер и т.д.), опять же лучами. Именно к этому потенциалу и должно быть все окружающее привязано. И, если, окружающие блоки так же имеют подобный винт с разводкой земли от него по внутренним цепям, то требования к межблочным кабелям значительно снижаются и качество звука повышается. То есть весь наш сборный аудиокомплекс становится единым устройством с единым потенциалом земли. Только в этом случае возможно получение максимально качественного звука. Центром разводки нулевого потенциала по блокам является усилитель, как блок с самым высоким током потребления. Особые гурманы звука пишут, что в конструкциях соединять нужно непосредственно серебро с серебром без промежуточных элементов (у нас – типа винта Р, гаек, шайб и т.п.). Видимо так лучше и делать – сжимать посеребреные межблочные провода нулевого потенциала друг с другом. Представляется, что полезно будет направить луч и на сетевой фильтр, но сам лично это не проверял.

Остается вопрос: как же доработать остальные блоки винтами нулевого потенциала? Да примерно так же, как и усилитель – от этого винта (именно винт становится центром веера) должны расходиться лучи в несколько точек блока: на корпус (хотя и сам винт может быть на корпусе), на входные гнезда, на выходные гнезда, на земли всех плат, на выводы конденсаторов блока питания и отдельных плат, на внутренние экраны, ну а куда еще – по обстоятельствам – чтобы все основные элементы получили чистый нулевой потенциал именно с винта нулевого потенциала. Лучи, конечно, должны быть из посеребреного провода. Примерно так:

Конечно винт нулевого потенциала должен быть как можно ближе к гнездам.

Еще вопрос: а где купить провод? Мне он достается бесплатно – на аэродромах со списанных самолетов его снимают километрами. Есть он и в магазинах – в белой фторопластовой оболочке. Сечение – чем больше, тем лучше (в разумных пределах).

На схеме рис.5 буквой Ф обозначен сетевой фильтр. Он обязателен. Можно прямиком ставить сетевые фильтры от импульсных блоков питания, или какие-то другие – схем много. Можно и с гальванической развязкой с сетью. Так же желательно поставить резистор снятия статического электричества – от нулевой точки на любой сетевой провод. Номинал – несколько МегаОм. Или два таких резистора на оба сетевых провода (образовав среднюю точку). Нулевой провод самой сети (розетки) 220 В лучше вообще никуда не использовать. Хорошо, если сетевой трансформатор имеет экранирующую обмотку – ее послать на нулевую точку усилителя.

Может встать вопрос: что делать, если конденсаторы выходных транзисторов очень далеко от самих транзисторов. Ответов два: – наращивать сечение проводов от конденсаторов (умощать провода), но лучший выход – запаять дополнительные конденсаторы прямо на выводы транзисторов и уже на выводах этих дополнительных конденсаторов организовать нулевую точку (центр веера). Может быть эта точка будет даже в воздухе. Далее от нее разводить «серебряные лучи». Да и лучше, чтобы каждый канал усилителя имел свои конденсаторы питания. В этом случае штатные конденсаторы блока питания будут просто помощниками и их провода умощать не надо. Емкость дополнительных конденсаторов примерно такая же, как штатных, а лучше – больше. Для звука будет польза. Все соединения земли штекерами, разъемами, клеммами лучше продублировать паяным соединением.

Ниже приведены фотографии практической реализации разводки земли «Серебряным веером» в радиоприемнике «Tecsun-PL600». В целом радиоприемник очень неплохой, но звук был плохеньким: дребезжащим, резким, колючим. Хотелось его просто выключить. Создавалось впечатление, что микросхема УНЧ CXA1622 вообще не приемлема для аудио задач. Но после доработки, приемник стало приятно слушать, а звук некоторых станций на FM просто ласкает слух. Пожалуй это была одна из самых действенных доработок аудиоаппаратуры методом «серебряного веера» в моей практике. Центром веера (нулевой точкой) взята точка минуса батарей (как собственно и в самой разводке земли приемника). Эта доработка очень красноречиво показывает как велико сопротивление печатных проводников, как это сопротивление пагубно отражается на звуке и как вредно подключать на один земляной проводник большое количество элементов. В этом приемнике были и другие доработки, пошедшие на пользу. Они описаны в статье «Доработка FM тюнеров для повышения качества радиоприема» Волкова И (есть в интернете).

На данном фото хорошо видны лучи «Серебряного веера». Их всего шесть. Вообще этого числа хватило. Хотя можно было бы и побольше лучей сделать, если они так резко изменяют звук.

Есть положительный результат применения «серебряного веера» в автомагнитолах. При этом действуют два полезных фактора – это правильная разводка земли и умощение высокотоковых проводников. Звук становится почище и погромче, искажения наступают при большей громкости. Зачастую производитель автомагнитол делает странную разводку земли – например берет нулевую точку от входного гнезда питания в одну сторону, от минуса основного конденсатора в другую сторону, потом от УНЧ, от одного несвязанного блока на другой. Или одновременно от этих точек в разные места. А, представляется, что правильная разводка земли в автомагнитолах должна выполняться по следующим требованиям: все земляные проводники должны идти из одной «нулевой» точки – центра веера.

Центром веера должны быть нулевые выводы микросхемы УНЧ (как самые высокотоковые). Обычно этих нулевых выводов на микросхеме четыре. При этом довольно сложно организовать на плате саму нулевую точку на выводах УНЧ – слишком кучно сделаны выводы микросхемы и вообще мало места. Тогда можно (удобно) организовать эту нулевую точку где-то между нулевыми выводами УНЧ и минусом основного конденсатора. Или на минусовом выводе основного конденсатора в сторону УНЧ. Вообще любая современная микросхема авто УНЧ имеет входы типа балансных и может несколько компенсировать «гуляние» нуля выводов выходных транзисторов – это полезно, но все равно нулевая точка должна быть как можно ближе к микросхеме УНЧ.

Ну а дальше разводить лучи к входному гнезду питания, к минусу основного конденсатора, ко всем винтам крепления платы с корпусом, ко всем экранам, ко всем силовым транзисторам питания, ко всем конденсаторам питания микросхем, к преобразователям напряжения, к входным и выходным гнездам, к СД приводу, ну и ко всем другим основным точкам.

Также очень желательно подпаять дополнительный конденсатор питания к основному. При этом лучше его подпаять непосредственно на плюсовые выводы микросхемы – их два (дополнительно связать вместе) ну и на нулевую точку (которую организовали). Всю разводку, естественно, делать посеребренным проводом. Еще полезно подпаять неэлектролитические емкости в цепь питания УНЧ – параллельно с основным конденсатором питания.

Примеры разводки земли Серебряный веер

Вот фотопримеры «серебряного веера»:

На данном рис.9 хорошо видны нанесенные лучи «серебряного веера», а так же видно, как хорошо разведена сама плата в смысле организации земли. Все дорожки широкие, много мест связки со второй стороной платы. Хоть и китайская магнитола, а плата великолепная. Питание микросхемы УНЧ (слева вверху) выполнены самыми мощными дорожками, которые мне встречались. Здесь не видны дополнительно поставленные емкости – они с другой стороны платы. Это один из крайне немногих примеров, когда «серебряный веер» не так уж и нужен.

И совсем другое дело следующая плата:

Здесь дорожки, питающие УНЧ невооруженным глазом сложно было разглядеть. Они такие узкие, что просто удивительно, как они не перегорали даже на средней мощности. Кстати слева внизу видны все-таки сгоревшие ранее дорожки. Разводка земли настолько хреновая, что даже нет места для толковой организации центра веера – нулевой точки. А, ведь, микросхема УНЧ совсем не слабая – TDA7560. И это чудо изобрела солидная западная фирма «VDO» – подразделение Филипс. Ужас! Здесь просто невозможно обойтись без «серебряного веера». Часть лучей невидна – она с другой стороны платы. На этой стороне уже некуда подпаиваться.

Вероятно, что толстый луч, посланный на выносной автоусилитель также поможет качеству автозвука, но сам не проверял.

Ниже фото доработки стационарного ресивера Грюндиг R1.

Это блок тюнера ресивера. Видны два отрицательных момента:

1. Первый – нет прямой связи землей двух микросхем тюнера (по центру и выше). Земляной провод идет по периметру платы. Земля одной микросхемы в нижней точке, а второй в верхней точке периметра. Но: справа цифровая микросхема на этой земле, а слева антенный кабель. Поэтому на верхнюю микросхему придет очень «грязная» земля. Это прямиком отразится на звуке.
2. Второй недостаток. Сама земля подводится к плате посредством крепления винтом к шасси. Но со временем контакт окисляется и контактирует с шасси через губку окислов. На этом фото хорошо видна эта губка (серая, пористая). Естественно, что это то же прямиком отразится на звуке в худшую сторону.

Здесь виден разъем на земляной точке УНЧ. Хорошо бы эту точку сделать нулевой и послать на землю аудио-микросхем тюнера, но эта точка идет на участок земли цифровой микросхемы тюнера. Аудио микросхемы тюнера берут землю с шасси. А шасси вообще непонятно откуда берет землю – обнаружить не смог. Как-то странно. Да и контакт какой-то слабенький, наверняка тоже окислившийся.

Так выглядел ресивер до теперешней доработки (на тюнере видны проводки предыдущей доработки, но не по нашей теме – УКВ конвертер). В целом ресивер давал неплохой звук, поэтому основную плату не снимал и печатную разводку платы не корректировал. Только лишь применил элементы разводки «серебряным веером» где смог в этом состоянии. Центром веера взята точка соединения основных конденсаторов УНЧ. Эта и есть нулевая точка. Вот что получилось.

Видны лучи веера. Но еще один луч – на тюнер подпаян попозже. Луч слева послан на экранирующую обмотку трансформатора, а раньше она была просто на шасси. Далее луч на винт внешнего подключения «корпуса» (направо). Два луча на входные гнезда. И луч на цифровую микросхему тюнера (внизу). Благо, можно подпаяться к лепестку земли между конденсаторами без съема платы.

Так добавлен нулевой потенциал на все основные элементы тюнера. Т.е. полукруглый хвостик (провод) идет с нулевой точки основной платы и несет с нее чистый нулевой потенциал. Все соединения выполнены пайкой и обеспечивают невлияние никаких цепей друг на друга и четкую привязку именно к нулевому потенциалу. Можно было бы сделать два хвостика с некоторым разнесением влево и вправо по плате.

Ну и естественный вопрос. Как изменилось качество звука? К сожалению за чисто УНЧ сказать не могу. Особого изменения не заметил. Нужен источник звука исключительно высокого качества и такие же колонки. А этого у меня нет. Но! Очень сильно греет душу осознание того, что внутри усилителя все в порядке с землей – нет никаких гнилых соединений, неверной разводки. Можно четко соединять блоки нулевым проводом. Конечно лучей можно было бы и побольше сделать, но плату–то не снимал – иногда так приходится делать.

И конечно для оценки нужны искушенные уши. Еще лучше музыкальный слух. У меня с этим не слишком хорошо. Так что доработка любой аудиоаппаратуры сводится в основном к устранению явных ошибок и явных звуковых искажений, которых в любой аппаратуре можно найти множество. Ну а вести оценку как изменилась глубина сцены, играет гитара Блэкмора или Хендрикса – это уже к специалистам более высокого уровня.

Тюнер стал воспроизводить значительно чище, но он подвергнут и другим доработкам, описанным в статье «Доработка FM тюнеров» Волкова И. Стало слышно, что одна радиостанция во всем FM эфире передает звук, который явно ниже уровня колонок. Очень занятно. Остальные радиостанции передают звук несколько вверх. Ну, или просто на уровне колонок, где качество звука этой радиостанции пониже. В целом ресивер получился очень высокого качества для конкретно своего бюджета.

Важно отметить, что применение «серебряного веера» полностью исключает принцип разводки земли по методу «сильноточной», «слаботочной земли» с разделением этих земель. Это – взаимоисключающие методы. Здесь земля одна.

Естественно возникает вопрос – что делать, если земля имеющегося устройства разведена на сильноточную и слаботочную? Ответ прост – не смотреть особо как и что там разведено, а четко организовать новую нулевую точку и разводить лучи к основным точкам устройства, как указано выше. То есть надо просто «перебить» существующую разводку наложением новой разводки. Количество лучей – чем больше, тем лучше. Провод обязательно посеребренный. Старую землю не трогать.

А как быть, если земля идет через штепсельные разъемы, через винты, от корпуса и т.п.? – Да немедленно организовывать нулевую точку и разводить лучи именно пайкой. Что и как штатно разведено в устройстве – безразлично.

В любом случае, как бы ни была разведена земля в устройстве метод «серебряного веера» только улучшит звук – убедился неоднократно.

Когда же применение «серебряного веера» не оправдано и не нужно? Ответ прост: никогда. В моей практике этот метод никогда не приносил отрицательных результатов и никогда не приносил вреда звуку. Конечно, иногда, могут быть устройства, где разделены земли цифровых блоков, оптических, световых или еще каких-то блоков. Там четко надо выделить аудио часть и дорабатывать только ее.

Также попадались устройства с платой, где три слоя печатной разводки (двухслойная плата) – там качество звука очень высокое, даже не хочется что-то паять. Видимо земли там достаточно и нет смысла добавлять еще. Но это редко.

Часто кажется, что на односторонней плате вообще невозможно качественно развести землю. Невозможно в принципе. Уж очень сложная должна быть плата. Поэтому именно на односторонних платах разводка «серебряным веером» должна быть обязательна. Сам всегда делаю устройства только на двусторонних платах с обширной землей.

Остается вопрос влияния радиопомех на вновь образованные замкнутые контура. Наверное есть добавка помех, но она очень незначительная, т.к. в устройстве уже есть масса контуров по самим радиодеталям – резисторам, конденсаторам, транзисторам и т.д. Так что можно не беспокоиться.

Послесловие

Ну, вот, пожалуй и все. На сем премудрости «Серебряного веера» закончились. Конечно все эти работы делаются на свой страх и риск. Необходимо иметь опыт подобных работ. И прежде, чем прокладывать какой-либо луч на какую-либо точку, желательно прозвонить эту точку – действительно ли она на нуле. И еще хочется сказать: уверен что тот, кто хоть один раз воспользуется данным методом, уже всю жизнь будет им пользоваться и получать отличные результаты!

Также у меня возникают вопросы – оправдано ли заменять конденсаторы, ОУ, резисторы на супердорогие в не HI-END покупных устройствах? Думаю, что нет. Обычных качественных деталей достаточно. Попробуйте метод «серебряного веера» и Вы, возможно, со мной согласитесь – звук улучшится более значительно.

Как Правильно Соединить Земли В Усилителе?

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

• Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

• Ответов 599
• Создана 12 г
• Последний ответ 17 февр

Топ авторов темы

Lexus 56 постов

HAKAS 57 постов

Jekson 40 постов

Юран Неважно 29 постов

Популярные посты

Lexus

30 декабря, 2009

Тема очень интересная. Я уже неоднократно высказывался на ее счет. Попробую еще раз, но кратко. Первое изображение — линия передачи: Как всем нам известно еще из школьного курса физики, ток может

Lexus

Надо по-другому. Исчерпывающая информация есть в теме, если читать с самого начала. Повторяться не вижу смысла. Поскольку это относится не к соединению межплатных цепей заземления, но к правилам тра

Lexus

Самого себя процитировал. Сейчас очень хорошо совпало время, когда я изучаю одну программу для измерений и делаю усилитель для использования при измерениях акустики и динамиков. Я не пренебрег возмо

Как развести земли и подключить корпус при постройке усилителя низкой частоты?

Как развести земли и подключить корпус при постройке усилителя низкой частоты?

Уже несколько раз отвечаю на одни и те же вопросы, связанные с подключениями к общей шине при постройке УНЧ. Поэтому решил оформить ответ в виде небольшой заметки, в которой попытаюсь дать несколько простых советов по соединению блока усилителя с блоком питания и гнездами линейного входа.

Самые интересные ролики на Youtube

Пролог

Нередко, во время первого испытания самодельного УНЧ, выясняется, что он фонит (усиливает сигнал помехи частотой 50 или 100 Герц) или воспроизводит ещё какие-нибудь лишние звуки. Особенно хорошо различимы все эти артефакты в отсутствие полезного сигнала на входе.

Причиной возникновения помех может быть, либо возбуждение УНЧ на ультразвуковых частотах, либо проникновение пульсаций напряжения питания в полезный сигнал, либо наводки, вызванные внешними электромагнитными полями.

Возбуждение усилителя обычно возникает из-за нарушения работы Отрицательной Обратной Связи (ООС) по постоянному току, например потери емкости фильтра ООС, или неверного расчёта цепей коррекции частотной характеристики УНЧ. Возбуждение легко идентифицировать по току потребления УНЧ и искажению полезного сигнала. В большинстве случаев, сорвать возбуждение УНЧ можно без каких-либо существенных переделок конструкции.

А вот устранить разного рода помехи, связанные с питанием или внешними наводками, и проникающие в усилительный тракт из-за конструктивных недоработок бывает намного сложнее.

Поэтому желательно ещё во время проектирования усилителя знать о возможных «хомутах» и методах их устранения.

Давайте рассмотрим основные причины, вызывающие фон и другие помехи в акустической системе и попробуем в них разобраться с помощью упрощённых эквивалентных схем.

Будем считать условное обозначение поз.1 соединением с общей шиной или, проще говоря, с проводом к которому подключается общий провод питания и общий провод полезного сигнала УНЧ. В большинстве усилителей низкой частоты эти два проводника соединены гальванически.

Условным изображением поз. 2 обозначим точку соединения элементов экранирования между собой или корпусом УНЧ, если он металлический.

Как правильно развести земли входного сигнала и питания?

Ещё на стадии проектирования УНЧ, следует проанализировать все цепи на предмет протекания токов разных источников через одни и те же провода, экраны или дорожки печатной платы. Удобнее всего сделать это с помощью, так называемых эквивалентных схем. Не обязательно чертить эту схему, вполне достаточно держать её в голове во время проектирования.

Заменим общие проводники паразитными резисторами, а наводки, вызванные электромагнитными полями, конденсаторами.

На этой картинке Вы видите схему подключения двух независимых генераторов переменного тока к соответствующим нагрузкам. Эти две цепи имеют полную гальваническую развязку и проникновение сигнала одного генератора в нагрузку другого, возможно только посредством электромагнитных волн. Но, это вопрос экранирования и его мы рассмотрим в следующем параграфе.

На этой схеме показано подключение двух источников переменного тока к нагрузкам, с использованием общей шины. Необходимость в применении общей шины возникает из-за того, что входные цепи усилителей и цепи их питания связаны гальванически.

Кроме этого, общие шины могут использоваться для экономии провода или для упрощения разводки печатных плат. Хотя, в некоторых случаях, например, при проектировании печатных плат импульсных или ВЧ устройств, причины бывают и иные.

А вот это уже упрощённая эквивалентная схема, на которой видно, что при использовании общей шины, ток обоих генераторов течёт через паразитный резистор R3. И хотя сопротивление этого резистора ничтожно по сравнению с сопротивлением нагрузок генераторов, законы Кирхгофа продолжают действовать и здесь.

Давайте предположим, что работает только генератор G1 и генерирует некоторый ток в нагрузке R1. Этот ток, протекая по общей шине, имеющей некоторое, пусть даже незначительное сопротивление, которое мы условно обозначим R3, создаст падение напряжения на этой самой шине. Это напряжение приложится через внутреннее сопротивление генератора G2 к нагрузке R2 и через последнюю потечёт некоторый ток помехи. Таким образом, помеха от генератора G1 может попасть в нагрузку R2.

Чем это нам грозит?

Напряжение шумов на линейном входе усилителя может составлять доли микровольта, тогда как величина пульсаций в цепях нестабилизированного источника питания может достигать десятых долей вольта. Если при этом иметь виду, что входное сопротивление линейного входа УНЧ составляет десятки килоом, то становится понятно, как эти пульсации могут проникнуть во входные цепи усилителя, если общие шины разведены без оглядки на подобную эквивалентную схему.

Предположим, мы собираем усилитель сигнала по приведённой схеме.

Если мы подключим соединительные провода так, как показано на схеме выше, то получим вот такую картинку. Как видите, при таком подключении, на общей шине появился участок, через который будет течь не только ток входного сигнала, но и ток от источника питания.

Чтобы исправить это безобразие, перенесём точку соединения общих проводов блока питания и входного сигнала поз.1 как можно ближе к схеме усилителя, чтобы снизить влияние помехи. Конечно, этих же принципов придётся придерживаться и при проектировании печатной платы.

Как правильно организовать экранирование?

Даже если все проводники общий шины усилителя разведены правильно, он всё ещё не защищён от воздействий помех, которые могут быть наведены на элементы усилителя внешними или внутренними электромагнитными полями.

На картинке знакомая уже схема подключения двух генераторов переменного тока. Но, в данном случае, мы попробуем проследить, как внешнее или внутреннее электромагнитное поле может стать причиной проникновения помех во входные цепи усилителя.

Условно обозначим ёмкость между «горячими» проводниками генераторов как C1.

Предположим, что генератор G2 выключен. Тогда ток, генерируемый G1 может потечь по цепи: верхний вывод генератора, паразитная ёмкость C1, резистор R2, общая шина, нижний вывод генератора G1. Таким образом, ток генератора G1 может проникнуть в нагрузку R2.

Чтобы минимизировать проникновение помехи, применим экранирование.

Это могло бы значительно снизить влияние внешних полей на входной сигнал, если бы мы не стали пускать ток генератора G1 по экранирующей оплётке кабеля точно так же, как это было в случае с общей шиной, описанном выше.

Поэтому доработаем нашу схему так, чтобы предотвратить протекание тока генератора G1 по экранирующей оплётке. Для этого достаточно подключить оплётку кабеля к общей шине только в одной точке.

Теперь применим экранирование сигнального провода в УНЧ, чтобы защитить его от наводок.

Это хорошее решение и оно в большинстве случаев может защитить входной сигнал от помех. Но, всё может оказаться не так радужно, когда мы будем иметь дело с уровнем сигнала на порядок ниже, чем уровень сигнала линейного входа.

Когда уровень усиливаемого сигнала очень мал, то становится ощутимым воздействие помех от всевозможных электромагнитных излучений. Электромагнитные волны легко проникают через экранирующую оплётку провода, которую обычно изготавливают из немагнитных материалов.

Кроме этого, электромагнитные волны по-разному воздействуют на оплётку и центральный провод, в силу их различной формы и величин распределённой ёмкости и индуктивности. Если предположить, что на кабель воздействует однородное переменное электромагнитное поле, то последнее вызовет в центральном проводе и оплётке токи разной величины. И хотя токи эти будут иметь разный знак по отношению к полезному сигналу, алгебраическая сумма их будет больше ноля. Если величина этих паразитных токов превысит уровень шумов усилителя то помеха может стать заметной на слух.

Для того чтобы минимизировать уровень помех в высокочувствительных цепях усилителя, используют экранированную витую пару, которую в народе называют микрофонным кабелем.

Токи, генерируемые электромагнитными полями в проводах витой пары текут в одном направлении и практически равны, благодаря идентичной форме каждого проводника витой пары. В то же время, токи полезного сигнала текут в разных направлениях по проводникам витой пары. Таким образом, в одном проводе ток помехи складывается с полезным сигналом, а в другом вычитается, что приводит к полной компенсации помехи.

Но, в любительской практике, витая пара может понадобиться не так часто, и используется разве что для подключения динамического микрофона или электромагнитного звукоснимателя к предварительному усилителю.

Обычно линейный вход усилителя низкой частоты подключают примерно по такой схеме. Как видите, общий провод линейного входа не соединён с корпусом гнезда. В то же время, корпус гнезда соединён с металлическим корпусом усилителя. Точно также с металлическим корпусом усилителя соединяют и другие элементы экранирования, например, межобмоточный экран силового трансформатора и металлический экран предварительного усилителя.

Но, во всех случаях, общую шину усилителя соединяют с металлическим корпусом (экраном) только в одной точке поз.1. Если таких точек будет больше одной, то токи «путешествующие» по металлическому корпусу усилителя начнут «заглядывать» в общую шину, что может стать причиной помех.

Если для линейного входа используется гнездо типа Джек 3,5мм, а корпус усилителя металлический, то придётся изолировать крепление гнезда от корпуса, так как общий вывод поз.1 и элементы крепления поз.2 в таких гнёздах соединены гальванически.

Итак, подведём итоги.

Чтобы минимизировать паразитные токи и другие влияния источников помех на полезный сигнал, нужно ещё на стадии проектирования усилителя минимизировать любую возможность протекания токов разных источников по общим шинам.

Металлический корпус усилителя должен быть соединён с общей шиной усилителя только в одной точке. Хотя другие элементы экранирования, за исключением тех, по которым протекает полезный сигнал, могут быть соединены с корпусом произвольно.

Для подключения слабых источников сигнала, таких как головка динамического микрофона или электромагнитного звукоснимателя, следует использовать витую экранированную пару.

Нашли ошибку в тексте? Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо за помощь!