edw 2003 09 s20, Literatura techniczna, Czasopisma, Elektronika Dla Wszystkich, edw podf
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Listy od Piotra
O paskudztwach i czarodziejach,
czyli zakłócenia w układach elektronicznych
Prezentowany cykl artykułów przeznaczo-
ny jest wyłącznie dla „analogowców”, czy-
li tych, którzy budują układy analogowe, za-
równo audio, jak i pomiarowe. Poniższego ar-
tykułu pod żadnym pozorem nie powinni czy-
tać ci, którzy wykorzystują wyłącznie układy
cyfrowe! „Cyfrowcy” zajmują się dziedziną
nieporównanie łatwiejszą, a podane dalej
informacje mogłyby im poważnie zaszko-
dzić, na zawsze odbierając spokój umysłu!
Z podanym materiałem powinni ko-
niecznie zapoznać się wszyscy ci, którym
wydaje się, ż konstruktorem można zo-
stać w dwa tygodnie po zainteresowaniu
się elektroniką i po przeczytaniu kilku
książek. Podane informacje uświadomią
im, że dobry konstruktor musi zdobyć
solidną dawkę wiedzy teoretycznej i prak-
tycznego doświadczenia, a tego nie
sposób osiągnąć ani w dwa tygodnie,
ani nawet dwa miesiące.
część 4
Uwaga! Osoby niepełnoletnie
mogą przeczytać niniejszy artykuł
wyłącznie pod opieką wykwalifiko-
wanych osób dorosłych!
Artykuł zawiera bowiem wiele
szokujących wiadomości, które mo-
gą nieprzygotowanego odbiorcę po-
zbawić snu, doprowadzić do cięż-
kiego rozstroju nerwowego, a na-
wet do śmierci ze zmartwienia.
Na razie, nie ma nadprzewodników, które
mogłyby pracować w temperaturze pokojo-
wej. Każdy kawałek drutu czy ścieżki druko-
wanej ma jakąś niezerową, mierzalną rezy-
stancję. Każdy kawałek drutu i każda ścieżka
mają też jakąś indukcyjność własną. W nie-
których, na szczęście rzadkich, sytuacjach
należałoby uwzględnić tę oporność i induk-
cyjność ścieżek - prowadzi to do schematu ide-
owego jak na przykład na
rysunku 26
. Jeśli
przez te rezystancje
i indukcyjności po-
płyną prądy, po-
wstaną w nich
spadki napięć, które
w pewnych oko-
licznościach mogą
stać się przyczyną
zwiększenia znie-
kształceń, szumów,
a nawet samowzbu-
dzenia układu. Nie
są to wprawdzie
duże rezystancje
i indukcyjności, ale
na przykład we
wzmacniaczach
mocy, w pewnych
czułych i precyzyj-
nych układach
oraz w układach
w.cz. nie można ich
pominąć.
Indukcyjności
i rezystancje to nie
wszystko. Do tego
dojdą pojemności
montażowe, zależ-
ne właśnie od spo-
sobu montażu.
Nasz prosty sche-
mat po uwzglę-
dnieniu pojemno-
ści montażowych
rozrasta się do
przerażającej po-
staci.
Rysunek 27
uwzględnia nie-
które z tych pojemności. Oczywiście powinie-
neś mieć świadomość, że nawet rysunek 27
nie reprezentuje wszystkich właściwości rze-
czywistego układu. Przecież pojemności wy-
stępują dosłownie między wszystkimi po-
szczególnymi obwodami, a każda ścieżka
i drut mają jakąś rezystancję i indukcyjność.
Szczerze mówiąc, nie sposób narysować sche-
matu, który precyzyjnie odzwierciedlałby
wszystkie pasożytnicze pojemności. Każdy
Ukryte parametry
ścieżek i połączeń
Okazuje się, że przyczyną wielu kłopotów
zukładami analogowymi są też pewne para-
metry elementów elektronicznych oraz ście-
żek płytki drukowanej i połączeń przewodo-
wych, które zazwyczaj są pomijane. Tylko na
schemacie ideowym wszystko prezentuje się
idealnie. Trzeba jednak pamiętać, że schemat
ideowy, na przykład ten z
rysunku 25
nie
odwzorowuje dokładnie rzeczywistości. Nie
uwzględnia na przykład szkodliwych pojem-
ności montażowych oraz wzajemnego sprzę-
żenia obwodów, jakie wystąpią w rzeczywi-
stym urządzeniu. Schemat ideowy nie
odwzorowuje także innych oczywistych pa-
rametrów rzeczywistego układu. Na przykład
rysując schematy, zazwyczaj nie zastanawia-
my się nad rezystancją połączeń. Zastanów
się chwilę: czy masz świadomość, że rysując
schemat zakładamy, iż połączenie między
elementami ma rezystancję równą zeru.
A jak to jest w rzeczywistości?
Rys. 26
Rys. 27
Rys. 25
20
Elektronika dla Wszystkich
Listy od Piotra
schemat będzie tylko jakimś uproszczeniem
– modelem rzeczywistości.
Co jeszcze ważniejsze, zależnie od sposo-
bu montażu, te rezystancje, indukcyjności
i pojemności będą inne. W każdym razie gro-
teskowy wręcz rysunek 27 wskazuje na wy-
jaśnienie kolejnego „magicznego” zjawiska,
którego nad podziw często doświadczają
elektronicy, zarówno początkujący, jak i zaa-
wansowani: układ eksperymentalny prowi-
zorycznie zmontowany „w pająku” pracował
dobrze, a te same elementy identycznie połą-
czone, wlutowane w płytkę działać nie chcą
lub działają źle. I tak bywa dość często, zwła-
szcza w konstrukcjach niedoświadczonych
elektroników. Przyczyną są właśnie szkodli-
we parametry połączeń źle zaprojektowanej
płytki drukowanej.
Pamiętaj o tych pasożytniczych czynni-
kach, ale nie musisz się nimi nadmiernie stre-
sować. Na szczęście w praktyce w prost-
szych układach małej mocy w ogóle nie trze-
ba się przejmować omawianymi szkodliwy-
mi czynnikami, a w układach dużej mocy
oraz w precyzyjnych i odpowiedzialnych wy-
starczy uwzględnić te szkodliwe czynniki
tylko w kluczowych obwodach. Oczywiście
kwestią wiedzy, doświadczenia i wprawy jest
określenie, które obwody i punkty są kluczo-
we, ale to zupełnie inna historia. Właśnie tu
masz kolejny dowód, że dobrym konstrukto-
rem nie można zostać po przeczytaniu kilku
książek i czasopism. Zrozumienie, jak działa
układ, to dopiero początek. Potem następuje
etap zdobywania wiedzy i doświadczenia
w kwestii rozmaitych na pozór drobnych
szczegółów. Niniejszy artykuł z konieczności
nie może objąć wszystkich najdrobniejszych
aspektów zagadnienia. Sygnalizuje tylko
problem pomijanych właściwości ścieżek
i przewodów, który może się ujawnić w roz-
maity sposób.
R = 0,017Ωmm
2
/m*0,2m/0,07mm
2=
= 0,048Ω = 48mΩ
48 miliomów to rezystancja w sumie nie-
zbyt duża, ale na przykład przy przepływie
przez nią prądu 200mA spadek napięcia na tej
rezystancji wyniesie prawie 10mV, co w nie-
których czułych układach pomiarowych mo-
że wiązać się ze znacznymi błędami pomiaru.
Znacznie gorzej jest ze ścieżkami, które
tylko na pozór są masywne. Patrząc na pła-
ską ścieżkę, widzimy jej szerokość, a zwykle
zapominamy, że jest ona bardzo cienka – gru-
bość miedzi wynosi typowo 0,035...0,038mm,
czyli 35...38 mikrometrów. O ile na przykład
drut o średnicy 1mm ma przekrój 0,785mm
2
,
o tyle ścieżka o szerokości 1mm ma przekrój
tylko
Podane przykłady mają Cię uwrażliwić na
problem rezystancji ścieżek i zwalczyć po-
wszechne, złudne wrażenie dotyczące „sze-
rokich” ścieżek.
Do obliczania rezystancji ścieżek można
wykorzystać podany wcześniej wzór – wy-
starczy obliczyć przekrój ścieżki, mnożąc jej
szerokość wyrażoną w milimetrach i grubość
miedzi (0,035...0,038mm). Przykładowo
ścieżka o długości 10cm i szerokości 10 mil-
sów (ok. 0,25mm) na typowej płytce druko-
wanej o grubości miedzi 0,038mm będzie
mieć rezystancję około 0,18Ω. Prawie 0,2Ω
to dość duża rezystancja i spadek napięcia na
niej może zakłócić działanie układu.
Warto też wiedzieć o innym zaskakują-
cym, a bardzo prostym sposobie obliczania
rezystancji ścieżek: zamiast wykorzystywać
podany wcześniej wzór, wystarczy zapamię-
tać, że typowa ścieżka o grubości 0,038mm
ma
0,45 milioma „na kwadrat
”. Oznacza to,
że niezależnie od szerokości ścieżki, każdy
kwadracik dodaje rezystancję 0,45mΩ, nie-
zależnie od szerokości ścieżki, jak pokazuje
rysunek 28
. Przykładowo ścieżka o długości
20mm i szerokości 1mm będzie składać się
z 20 „kwadracików”, czyli jej rezystancja
wyniesie 20*0,45mΩ = 9mΩ. Ścieżka o tej-
że długości (20mm) i szerokości 0,25mm bę-
dzie składać się z (20/0,25=) 80 „kwadraci-
ków”, więc jej rezystancja wyniesie 36mΩ.
Nawet rezystancje ścieżek rzędu drob-
nych ułamków oma w niektórych zastosowa-
niach naprawdę okazują się istotne. Właści-
wie to nie sama rezystancja jest groźna. Gdy
przez taką „wysokoomową” ścieżkę płyną
znikome prądy, problemu nie ma. Natomiast
gdy popłynie prąd o znacznej wartości, nieu-
chronnie wystąpi spadek napięcia. Ten spa-
dek napięcia może mieć znaczenie w precy-
zyjnych układach pomiarowych. Ale częściej
źródłem kłopotów są spadki napięcia w takt
sygnału zmiennego, które dodają się lub
odejmują od sygnału i mogą być przyczyną
wzrostu zniekształceń, a nawet samowzbu-
dzenia układów audio, głównie stopni mocy.
Oprócz spadku napięcia i związanych
z tym błędów, należy pamiętać o stratach mo-
cy, jakie wywołuje przepływ prądu przez re-
zystancję ścieżek czy przewodów. Co prawda
S = 0,035x1 = 0,035mm
2
czyli ponad 22 razy mniejszy! Oczywiście
będzie mieć 22 razy większą rezystancję.
Oto inny przykład: typowy przewód mon-
tażowy o przekroju 0,35mm
2
chcemy zastąpić
równoważną ścieżką. Żeby uzyskać taką sa-
ma rezystancję, ścieżka taka musiałaby
mieć... 10mm szerokości. W układach więk-
szej mocy zgodnie z powszechnie dostępny-
mi wskazówkami często stosujemy przewody
o przekrojach rzędu 1,5mm
2
...4mm
2
. Próba
zastąpienia przewodu o przekroju 2,5mm
2
ścieżką wymagałaby szerokości ponad 7cm.
Początkującym elektronikom wydaje się,
że rezystancję ścieżki można radykalnie
zmniejszyć przez pocynowanie jej. Taka idea
jest z gruntu błędna!
Warstewka cyny jest zwykle cienka, po-
równywalna z grubością ścieżki, a przewod-
ność cyny jest prawie siedem razy mniejsza
niż miedzi. Tym samym cienka warstewka
cyny naprawdę niewiele pomoże, aby zmniej-
szyć rezystancję ścieżki o połowę, grubość
warstwy cyny musiałaby wynosić około
0,25mm. W rzadkich przypadkach, gdy trze-
ba koniecznie zmniejszyć rezystancję ścieżki,
należy dolutować do niej przewód, drut mie-
dziany lub srebrzankę omożliwie dużej śre-
dnicy. W przypadku układów w.cz. pocyno-
wanie ścieżek zawsze jest ewidentnym błę-
dem z uwagi na zjawisko naskórkowości –
cynowanie ścieżek w obwodach w.cz. nie
zmniejsza, tylko zwiększa ich rezystancję.
Młodzi, niedoświadczeni elektronicy za-
fascynowani możliwościami współczesnych
programów projektowych oraz możliwościa-
mi wytwórców płytek, zdecydowanie za czę-
sto stosują w swych projektach zbyt cienkie
ścieżki. Fakt, że program projektowy ma do-
myślnie ustawione ścieżki o szerokości
10...15 milsów (0,25...0,37mm), nie znaczy,
że wszystkie ścieżki płytki powinny mieć ta-
ką szerokość. Ścieżki, w których płynie prąd
o wartości powyżej miliampera, zwłaszcza
ścieżek zasilania i masy, powinny być zdecy-
dowanie szersze. Szerokości 40...140 milsów
(1...4mm) wcale nie są przesadą.
Rezystancja
Jeśli chodzi o przewody, ich oporność można
wyliczyć ze znanego szkolnego wzoru:
R= ρ*l / S
gdzie l to długość drutu w
metrach
, S – jego
przekrój (nie średnica) w
milimetrach kwa-
dratowych
, ρ - rezystywność materiału
[Ωmm
2
/m]:
Rys. 28
materiał rezystywność
[
Ω
mm
2
/m]
miedź 0,017
aluminium
0,027
srebro
0,016
cyna
0,115
ołów
0,21
Przykładowo 20cm drutu miedzianego o śre-
dnicy 0,3mm (przekrój 0,07mm
2
) będzie
mieć rezystancję:
Elektronika dla Wszystkich
21
Listy od Piotra
miedź jest jednym z najlepszych przewodni-
ków, ale przy dużych prądach rzędu amperów
druty i ścieżki będą się poważnie grzać.
W niektórych sytuacjach trzeba wziąć pod
uwagę nie tyle kwestię spadku napięcia, tyl-
ko właśnie ściśle z nią związany problem
wzrostu temperatury. W grę wchodzi tu zna-
ny wzór na ciepło Joule’a:
P= I
2
R
oraz właściwości termiczne, a ściślej zdol-
ność odprowadzania tak powstałego ciepła
z przewodnika do otoczenia. Krótko mówiąc,
w publikacjach dla konstruktorów podaje się
prąd maksymalny dla przewodów o różnej
grubości. W przypadku izolowanych prze-
wodów zwykle chodzi o prąd, który nie spo-
woduje przegrzania i uszkodzenia izolacji.
Różne źródła podają w tym zakresie odmien-
ne dane, ale niezależnie od takich dość
znacznych rozbieżności, warto mieć przynaj-
mniej ogólną orientację o skali problemu.
Na przykład przy projektowaniu transfor-
matorów sieciowych przyjmuje się często
maksymalną gęstość prądu w uzwojeniu
równą 2,5A/mm
2
. Jest to stosunkowo mała
wartość, a wynika ze słabych możliwości
chłodzenia uzwojenia, gdzie zwoje są umie-
szczone w bezpośrednim sąsiedztwie, a pod-
czas pracy temperatura wnętrza uzwojenia
nie może przekroczyć +130
o
C lub +150
o
C,
najwyżej +180
o
C, zależnie od parametrów
izolacji użytego drutu i materiału ferroma-
gnetycznego rdzenia transformatora.
Dla pojedynczych przewodów sytuacja
jest lepsza.
Tabela 5
pokazuje zależność
orientacyjnego prądu maksymalnego dla
przewodów o różnym przekroju (chodzi
o
przekrój
wmm
2
, a
nie o średnicę
).
Nie można też
zapomnieć o maksy-
malnej obciążalności
prądowej ścieżek.
Wcześniej rozważal-
iśmy rezystancję ście-
żek i spadki napięcia,
które mogą być przy-
czyną nieprawidłowego
działania urządzenia.
Teraz mówimy o czymś
poważniejszym: wiesz
już, że ścieżki mają sto-
sunkowo dużą rezys-
tancję, więc płynący
prąd będzie je nagrze-
wał, a w skrajnym przy-
padku nastąpi odkleje-
nie ścieżki od płytki i jej przepalenie – odcinek
ścieżki zadziała jak bezpiecznik – stopi się.
Oczywiście dotyczy to prądów rzędu ampe-
rów, a nie miliamperów, ale o problemie trzeba
pamiętać. Na pewno zawsze trzeba zastosować
ścieżki o szerokości wykluczającej ich prze-
grzanie i przepalenie, a w niektórych przypad-
kach trzeba też uwzględnić wzrost temperatu-
ry i niepotrzebne straty związane z grzaniem
się ścieżek. W dalszej kolejności można też
uwzględnić wpływ takiego wzrostu temperatu-
ry zarówno na parametry układu, jak i na same
ścieżki (przewody) – miedź ma dodatni współ-
czynnik cieplny (około +0,4%/
o
C), więc rezys-
tancja miedzi rośnie z temperaturą.
Tabela 6
pokazuje dopuszczalne prądy dla ścieżek o
różnej szerokości i „standardowej” grubości
miedzi 0,035mm. W tabeli podano, przy jakim
prądzie temperatura ścieżki wzrośnie o 20
o
C, o
80
o
C oraz przy jakim prądzie może nastąpić
przepalenie ścieżki. Warto zapoznać się z tymi
danymi, choć podane prądy mogą się różnić od
rzeczywistości, zależnie od pewnych dodatko-
wych czynników, np. czy ścieżki są cynowa-
ne, czy nałożona jest maska izolacyjna, czy
w sąsiedztwie też są ścieżki wiodące duży
prąd i jakie są warunki chłodzenia.
Rys. 29
Łatwo wyliczyć, że 1cm przewodu o śred-
nicy 0,5mm ma indukcyjność 7,26nH, a 1cm
standardowej ścieżki o szerokości 0,25mm
(10milsów) ma indukcyjność 9,59nH.
W praktyce dokładność nie jest tu wyma-
gana, a ścisłe obliczenia przeprowadzane są
rzadko. Szacunkowo można przyjąć, że 1
centymetr przewodu czy ścieżki ma około
10nH. Daje to reaktancję indukcyjną około
0,0Ω przy częstotliwości 1MHz (0,5Ω przy
10MHz), co może mieć znaczenie w pre-
cyzyjnych systemach 50-omowych.
W urządzeniach o niewielkich rozmiarach
przewody i ścieżki będą więc mieć induk-
cyjność sięgającą co najwyżej kilkudziesię-
ciu nanohenrów. Tak mała indukcyjność da
więc o sobie znać dopiero przy dużych częs-
totliwościach. Przykładowo ścieżka o induk-
cyjności własnej 30nH będzie mieć dla syg-
nałów o częstotliwości 50MHz reaktancję
indukcyjną prawie 10! Ta sama ścieżka dla
częstotliwości 50kHz będzie mała reaktancję
indukcyjną równą 10Ω miliomów, a taką
wartość prawie zawsze można spokojnie
pominąć w układach m.cz.
Oczywiście indukcyjność ścieżek stworzy
z pojemnościami kondensatorów i pojemnoś-
ciami montażowymi obwody rezonansowe,
co w pewnych przypadkach może poważnie
skomplikować sytuację, a nawet doprowa-
dzić do oscylacji lub zniekształceń i unie-
możliwić prawidłowe funkcjonowanie urzą-
dzenia. Rzecz w tym, że współczesne ele-
menty półprzewodnikowe, zarówno tranzy-
story, jak też liczne układy scalone są bardzo
szybkie. Elementy takie zastosowane w ukła-
dach m.cz. mają za zadanie przetwarzać sy-
gnały o częstotliwościach akustycznych, do
powiedzmy 100kHz. Ale nie można zapo-
mnieć, że wzmacniają one sygnały o często-
tliwościach wielokrotnie większych. I wła-
śnie takie zapomniane indukcyjności i paso-
żytnicze obwody rezonansowe mogą dopro-
wadzić np. do samowzbudzenia na wysokich
częstotliwościach, wzrostu szumów i zniek-
ształceń.
Tabela 5
przekrój maksymalny
[mm
2
] prąd [A]
0,2
2,5
0,3
3
0,5
5
0,75
7,5
Tabela 6
1,25
12
2
15
Szerokość
Dopuszczalny prąd
ścieżki
2,5
20
∆
T=20
o
C
∆
T=80
o
C prąd
niszczący
3,5
30
0,5mm (20mil)
1,5A
3,5A
6A
W przypadku pojedynczego przewodu
znacznie lepsze są warunki chłodzenia – jak
widać, w takich przypadkach można przyjąć
maksymalną gęstość prądu około 10A/mm
2
.
Jak widzisz, czym większy prąd, tym gęstość
prądu powinna być mniejsza.
Wyjaśnia to też sens napisów spo-
tykanych na zwyczajnych przedłużaczach
sieciowych, mających postać bębna:
w stanie
zwiniętym np. 4A, rozwiniętym 10A
.
Oczywiście chodzi o znacznie gorsze warun-
ki oddawania ciepła, gdy prawie cały kabel
jest zwinięty na bębnie.
1mm (40mil)
2,5A
5A
8A
2mm (80mil)
3,5A
7A
12A
3mm (120mil)
5A
10A
18A
Uwaga! dotyczy typowej płytki drukowanej
o grubości miedzi 0,035…0,038mm
Indukcyjności
Indukcyjność własną
pojedynczego prze-
wodu oraz ścieżki na płytce drukowanej
można wyliczyć ze wzorów podanych na
rysunku 29
, pochodzącym z noty aplika-
cyjnej firmy Analog Devices.
22
Elektronika dla Wszystkich
Listy od Piotra
O ile niekiedy uwzględnia się i oblicza
indukcyjności własne
ścieżek, o tyle prakty-
cznie nie oblicza się wartości
indukcyjności
wzajemnych
pomiędzy poszczególnymi
obwodami. W praktyce nie ma potrzeby ich
obliczać – wystarczy zastosować wskazówki
podane w odcinku o walce z zakłóceniami
magnetycznymi (EdW 7/2003).
ność do masy około 14pF. Oznacza to obec-
ność dodatkowej reaktancji pojemnościowej
do masy: dla częstotliwości 100kHz wynie-
sie ona ponad 100kΩ, ale przy 10MHz już
tylko nieco powyżej 1kΩ.
Na pierwszy rzut oka takie pojemności z
każdego punktu do masy wyglądają groźnie,
jednak w praktyce rzadko są przyczyną
poważniejszych kłopotów. Zazwyczaj mimo
wszystko więcej jest korzyści z obecności
płaszczyzny, a nie tylko ścieżki masy, dlate-
go sposób z płaszczyzną masy jest często sto-
sowany i to nie tylko w układach w.cz.
Wukładach bardzo wysokiej częstotliwości
i w najszybszych układach cyfrowych wyko-
rzystuje się zresztą zależność opisywanej po-
jemności do indukcyjności ścieżki i konstru-
uje tak zwane transmisyjne linie mikropasko-
we. Są to w zasadzie zwykłe ścieżki, ale
dzięki odpowiednio dobranej szerokości ma-
ją ściśle określoną impedancję falową, co za-
pobiega niepotrzebnym stratom i odbiciom.
Choć są to zagadnienia dotyczące głownie
dziedziny w.cz., niemniej także w pewnych
obwodach małej częstotliwości, gdy chodzi
o punkty układu o dużej impedancji, takie
pojemności do masy mogą przeszkadzać.
Dlatego decydując się na wykorzystanie pła-
szczyzny masy warto pamiętać i o tych do-
datkowych pojemnościach.
Także jeśli dwie ścieżki biegną obok sie-
bie na dłuższym odcinku, może dać o sobie
znać pojemność między nimi (mogą sięgnąć
wartości pojedynczych pikofaradów). Je-
szcze silniej problem pojemności występuje
w przewodach, gdzie zawsze występuje po-
jemność miedzy żyłami czy między żyłami
a ekranem. Pojemność zależy od odległości
żył (ekranu) oraz od właściwości zastosowa-
nej izolacji. Można w pierwszym przybliże-
niu przyjąć, że pojemność między sąsiednimi
żyłami przewodu ekranowanego lub płaskie-
go (tasiemki) wynosi 100pF na każdy metr
przewodu (w niektórych kablach może być
jeszcze większa). Jeśli w układzie występują
punkty o dużej impedancji, już pojemności
poniżej 100pF mogą poważnie wpłynąć na
pracę urządzenia, poważnie zwiększając
przesłuchy i zniekształcenia. Warto pamię-
tać, że pojemność 100pF to przy częstotliwo-
ści 20kHz reaktancja poniżej 80kΩ.
Symulacja
W tym miejscu należy wspomnieć o progra-
mach do symulacji, takich jak np. najbardziej
popularny SPICE występujący w wielu roz-
maitych odmianach. Choć możliwości obli-
czeniowe tego pożytecznego programu są
ogromne, w typowych przypadkach przepro-
wadza się symulację uproszczoną, nieuw-
zględniającą omawianych właśnie szkodli-
wych parametrów rzeczywistego układu. Nie
znaczy to, że program jest zły – to my do sy-
mulacji podajemy uproszczone, nieprecyzyj-
ne dane. Także używane tam biblioteczne
modele elementów, w tym półprzewodniko-
wych, zwłaszcza układów scalonych, są za-
zwyczaj znacznie uproszczone, przez co wy-
niki symulacji często rozmijają się z rzeczy-
wistością w zakresie wysokich częstotliwo-
ści. Taka uproszczona symulacja nie pomaga
w znalezieniu i usunięciu przyczyn proble-
mów, nie może też im zapobiec. Prostych re-
cept tu nie ma, bo w każdym przypadku
wgrę wchodzi wiele czynników, a sytuacja
jest inna, bo inne są wymagania stawiane
układowi. Na szczęście w prostszych ukła-
dach nie trzeba przeprowadzać żadnych obli-
czeń, tylko stosować ogólne zdroworozsąd-
kowe reguły: właściwie umieszczone kon-
densatory odsprzęgające, możliwie szerokie
ścieżki. Aby uniknąć problemów, warto też
minimalizować wszelkie pętle prądowe, sto-
sować zwarty montaż, krótkie ścieżki oraz
dobrej jakości elementy czynne i bierne.
W następnej kolejności zajmiemy się ob-
wodem masy, ukrytymi, mniej znanymi para-
metrami elementów elektronicznych oraz
bliżej przyjrzymy się kwestii ekranowania.
Pojemności
Oprócz rezystancji i indukcyjności, w nie-
których przypadkach należy też uwzględnić
pojemności między elementami, obwodami i
ścieżkami. Jeśli chodzi o pojemności między
elementami i sąsiednimi ścieżkami, zwykle
nie przekraczają one 1pF, chyba że dwie
ścieżki przebiegają tuż obok siebie na dłuż-
szym odcinku.
W układach w.cz. oraz w precyzyjnych
urządzeniach pomiarowych i przedwzmac-
niaczach m.cz. dość często jako obwód masy
służy jedna strona dwustronnej płytki druko-
wanej. Wtedy ścieżki umieszczone na dru-
giej stronie płytki tworzą z płaszczyzną masy
kondensatory o niewielkiej pojemności –
patrz
rysunek 30
. Warto mieć orientację, ja-
ką pojemność mają takie kondensatory. Otóż
w dobrym przybliżeniu pojemność każdego
milimetra kwadratowego ścieżki na typowej
płytce z laminatu epoksydowego do płasz-
czyzny masy wynosi 2,8pF. Oznacza to, że
ścieżka o szerokości 0,5mm (20 milsów)
i długości 10cm umieszczona na takiej płytce
z płaszczyzną masy na drugiej stronie ma
powierzchnię około 5mm
2
, co daje pojem-
Rys. 30
Piotr Górecki
Elektronika dla Wszystkich
23
[ Pobierz całość w formacie PDF ]