Pętla masy - na czym polega i jakie może mieć skutki dla działania układów?
W poprzednim odcinku znajdziecie informacje o separacji galwanicznej.
Zanim o pętli masy, najpierw warto byłoby wyjaśnić, czym jest masa. W układach elektronicznych jest to węzeł (czyli miejsce połączenia różnych gałęzi obwodu), o którym mówimy, że ma zerowy potencjał. Na ogół masa jest bardzo szeroką ścieżką lub wręcz płaszczyzną miedzi na płytce, aby prądy między gałęziami mógł swobodnie przepływać. Jednocześnie, duża szerokość ścieżki lub duży przekrój przewodu sprzyja zmniejszeniu rezystancji, co również jest wskazane. Płynące prądy powodują powstawanie spadków napięć, więc nasz teoretycznie „zerowy” potencjał linii masy w niektórych miejscach może nie być zerowy...
Pętla masy powstaje wtedy, kiedy obwody łączą się ze sobą więcej niż jedną ścieżką masy. I niekoniecznie mam tu na myśli ścieżki na płytkach drukowanych – równie dobrze możemy mówić o połączeniu mas dwóch samodzielnych urządzeń, np. odtwarzacza CD i wzmacniacza audio. W takim wypadku, pętla masy powstaje przez połączenia między nimi: jedno połączenie to przewód ochronny instalacji sieciowej, a drugie to ekran przewodu sygnałowego.
Dlatego pętla masy jest taka niedobra? Teoretycznie, jest ona bardzo dobra, ponieważ dwa połączenia zawsze będą miały mniejszą rezystancję wypadkową niż którekolwiek z nich, a o to przecież nam chodzi. Jednak rzeczywistość jest mniej idealna i można tu wskazać ścisłą przyczynę.
Taka pętla masy ma swoją powierzchnię: jeżeli są to dwie ścieżki znajdujące się na płytce w różnych miejscach, to mówimy o powierzchni figury, jaką sobą ograniczają. Jeżeli zaś są to połączenia przewodowe, to mamy na myśli powierzchnię całego obszaru między nimi. W przypadku sprzętu estradowego, mogą to być nawet setki metrów kwadratowych.
Zgodnie z prawem indukcji Faradaya, zmienne pole magnetyczne (trzeba tutaj mieć na uwadze, przede wszystkim, pole elektromagnetyczne o częstotliwości 50Hz, jaką emitują wszystkie przewody zasilające) indukuje w takiej pętli napięcie. Jeżeli więc w drogę sygnału „dorzucimy” składową o częstotliwości 50Hz, to nietrudno przewidzieć, jaki będzie tego efekt. Brumienie, buczenie, brzęczenie – efekty odsłuchowe są różne. Niemniej jednak, fundujemy sobie w ten sposób eleganckie źródło zakłóceń sygnału użytecznego.
Druga sprawa to spadki napięć na przewodach i różnice potencjałów zależne od poboru mocy przez urządzenia, te niepożądane sygnały poprzez pętle masy mogą nakładać się na sygnał użyteczny.
Co ciekawe, nie tylko sprzęt audio jest podatny na wpływ pętli masy, choć jej skutki są tam najbardziej widoczne (a raczej słyszalne) właśnie w sprzęcie audio. Przy odpowiednio długich połączeniach, mogą pojawić się zakłócenia nawet w transmisji cyfrowej np. między czujnikiem a komputerem.
Rozwiązanie jest proste (w teorii): trzeba przeciąć zamkniętą drogę dla prądu. Jeżeli mówimy o połączeniach przewodowych, sprowadza się to najczęściej do rozłączenia połączenia masy w przewodzie sygnałowym tak, aby urządzenia były między sobą zwarte jedynie przez przewód ochronny. W niektórych sprzętach audio znajdziecie przełącznik "ground/lift" przerywający pętlę masy. Na płytce drukowanej może być gorzej, gdyż może wiązać się z koniecznością całkowitego przeprojektowania układu ścieżek. Jednak nie w każdej sytuacji pętla masy daje o sobie znać i tego też trzeba być świadomym.
Co możemy zrobić?
Zastosować odpowiednie przekrojów przewodów i ścieżek, minimalizując spadki napięcia.
Prowadzić jak najciaśniej pętle, ograniczymy pole obejmowane przez ścieżki i przewody sygnałowe oraz przewodzące prądy robocze.
Unikanie pętli poprzez topologię gwiazdy.
Zastosowanie transmisji cyfrowych, które są bardziej odporne na zakłócenia.
Zastosowanie medium dającego separacje galwaniczną np. światłowód, toslink, transformatory sygnałowe, transmisja bezprzewodowa.
Czy mieliście problemy z pętlą masy?
"Autor: Michał Kurzela / Futrzaczek"
"Korekta i zdjęcia: stabilizator"
W poprzednim odcinku znajdziecie informacje o separacji galwanicznej.
Zanim o pętli masy, najpierw warto byłoby wyjaśnić, czym jest masa. W układach elektronicznych jest to węzeł (czyli miejsce połączenia różnych gałęzi obwodu), o którym mówimy, że ma zerowy potencjał. Na ogół masa jest bardzo szeroką ścieżką lub wręcz płaszczyzną miedzi na płytce, aby prądy między gałęziami mógł swobodnie przepływać. Jednocześnie, duża szerokość ścieżki lub duży przekrój przewodu sprzyja zmniejszeniu rezystancji, co również jest wskazane. Płynące prądy powodują powstawanie spadków napięć, więc nasz teoretycznie „zerowy” potencjał linii masy w niektórych miejscach może nie być zerowy...
Pętla masy powstaje wtedy, kiedy obwody łączą się ze sobą więcej niż jedną ścieżką masy. I niekoniecznie mam tu na myśli ścieżki na płytkach drukowanych – równie dobrze możemy mówić o połączeniu mas dwóch samodzielnych urządzeń, np. odtwarzacza CD i wzmacniacza audio. W takim wypadku, pętla masy powstaje przez połączenia między nimi: jedno połączenie to przewód ochronny instalacji sieciowej, a drugie to ekran przewodu sygnałowego.
Dlatego pętla masy jest taka niedobra? Teoretycznie, jest ona bardzo dobra, ponieważ dwa połączenia zawsze będą miały mniejszą rezystancję wypadkową niż którekolwiek z nich, a o to przecież nam chodzi. Jednak rzeczywistość jest mniej idealna i można tu wskazać ścisłą przyczynę.
Taka pętla masy ma swoją powierzchnię: jeżeli są to dwie ścieżki znajdujące się na płytce w różnych miejscach, to mówimy o powierzchni figury, jaką sobą ograniczają. Jeżeli zaś są to połączenia przewodowe, to mamy na myśli powierzchnię całego obszaru między nimi. W przypadku sprzętu estradowego, mogą to być nawet setki metrów kwadratowych.
Zgodnie z prawem indukcji Faradaya, zmienne pole magnetyczne (trzeba tutaj mieć na uwadze, przede wszystkim, pole elektromagnetyczne o częstotliwości 50Hz, jaką emitują wszystkie przewody zasilające) indukuje w takiej pętli napięcie. Jeżeli więc w drogę sygnału „dorzucimy” składową o częstotliwości 50Hz, to nietrudno przewidzieć, jaki będzie tego efekt. Brumienie, buczenie, brzęczenie – efekty odsłuchowe są różne. Niemniej jednak, fundujemy sobie w ten sposób eleganckie źródło zakłóceń sygnału użytecznego.
Druga sprawa to spadki napięć na przewodach i różnice potencjałów zależne od poboru mocy przez urządzenia, te niepożądane sygnały poprzez pętle masy mogą nakładać się na sygnał użyteczny.
Co ciekawe, nie tylko sprzęt audio jest podatny na wpływ pętli masy, choć jej skutki są tam najbardziej widoczne (a raczej słyszalne) właśnie w sprzęcie audio. Przy odpowiednio długich połączeniach, mogą pojawić się zakłócenia nawet w transmisji cyfrowej np. między czujnikiem a komputerem.
Rozwiązanie jest proste (w teorii): trzeba przeciąć zamkniętą drogę dla prądu. Jeżeli mówimy o połączeniach przewodowych, sprowadza się to najczęściej do rozłączenia połączenia masy w przewodzie sygnałowym tak, aby urządzenia były między sobą zwarte jedynie przez przewód ochronny. W niektórych sprzętach audio znajdziecie przełącznik "ground/lift" przerywający pętlę masy. Na płytce drukowanej może być gorzej, gdyż może wiązać się z koniecznością całkowitego przeprojektowania układu ścieżek. Jednak nie w każdej sytuacji pętla masy daje o sobie znać i tego też trzeba być świadomym.
Co możemy zrobić?
Zastosować odpowiednie przekrojów przewodów i ścieżek, minimalizując spadki napięcia.
Prowadzić jak najciaśniej pętle, ograniczymy pole obejmowane przez ścieżki i przewody sygnałowe oraz przewodzące prądy robocze.
Unikanie pętli poprzez topologię gwiazdy.
Zastosowanie transmisji cyfrowych, które są bardziej odporne na zakłócenia.
Zastosowanie medium dającego separacje galwaniczną np. światłowód, toslink, transformatory sygnałowe, transmisja bezprzewodowa.
Czy mieliście problemy z pętlą masy?
"Autor: Michał Kurzela / Futrzaczek"
"Korekta i zdjęcia: stabilizator"
Fajne? Ranking DIY
