Как быть с землей в устройстве VCCed-шасси?

Реставрирую старый радиоприемник СССР ("Океан-209"). Я уже перепаял все электролитические конденсаторы, так что усилитель снова работает отлично (до этого был очень тихий звук). Тем не менее, все еще есть некоторые проблемы, связанные с заземлением.

Важно отметить одну важную вещь: при работе с внутренней проводкой и схемами я понял, что в отличие от другого обычного электрооборудования, внутреннее металлическое шасси приемника подключено к источнику питания VCC (9V) вместо обычного GND. Кроме того, существует прямое соединение между этим шасси VCCed и контактом защитного заземления сетевой вилки. Однако у моего шнура питания вообще нет провода защитного заземления.


Проблема №1. Приемник может получать питание от источника постоянного тока 9 В (например, от батареи или другого внешнего источника питания переменного/постоянного тока) или от внутреннего источника питания переменного/постоянного тока 9 В. Вот схемы внутреннего блока питания переменного/постоянного тока (с русскими метками и жирной полосой, действующей как 9V VCC вместо обычного GND):

внутренний источник питания

Так что при выборе режима питания от сети (220 В) работают только провода 25 (сеть), 27 (сеть), 28 (GND) и VCC. Однако в динамике я слышу специфический гул 50 Гц. Я нашел некоторую информацию о том, что это может быть связано с контурами заземления. Но, как я сказал выше, у меня нет провода защитного заземления, и все внутренние модули имеют одно и то же шасси, подключенное к VCC. Таким образом, я предполагаю, что все отдельные блоки (источник питания, аудиоусилитель, УКВ/КВ и другие) имеют одинаковый опорный уровень напряжения VCC на своих элементах шасси и вообще не должно быть контуров заземления. Может быть, я что-то упускаю или не понимаю; и если будет желание выложу полные схемы (она довольно большая) вот полная документация со схемами (извините, только на русском :().

Приложение № 1.1. Просто захватите звуковой спектр, когда нет выбранной станции. Удивительно, но я вижу довольно высокий пик в области 240-260 Гц: он примерно на 30 дБ выше пика 50 Гц и полностью исчезает, если я полностью отключу регулятор тембра баса. Это довольно странно. Статья в Википедии дает еще один пример гула 50 Гц, который содержит пик 300 Гц в спектре.

Приложение № 1.2. Повторно зафиксировал некоторые звуковые спектры в ночное время (Blackman-Harris/2048). Вот спектры для двух случаев: потенциометр басового тембра выключен и включен соответственно:

тембр баса выключен басовый тембр на

Как видно, базовый уровень повышается примерно на 20 дБ, когда регулятор тембра баса находится в положении «полностью включен». Также здесь возникают три основных пика: 140 Гц, 257 Гц и 351 Гц. Похоже, это не проблема контура заземления, но вот еще три водопада (Blackman-Harris/512): включение, выключение басового тембра и его циклическое включение-выключение-включение:

Выключение включение езда на велосипеде

Здесь можно наблюдать небольшое увеличение полосы частот 50 Гц, но три предыдущих пика поднимаются гораздо круче.

Вопрос 1. Есть ли способы/советы, как подавить такой гул и чем он может быть вызван?. Должен ли я получить другой шнур питания и подключить провод защитного заземления к шасси приемника? Существуют ли какие-либо подводные камни при подключении шины питания постоянного тока (в данном случае металлического корпуса) к защитному заземлению сети (я имею в виду, могут ли какие-либо опасные ситуации с сетью, например, короткое замыкание где-то на линии, потенциально повредить мой приемник)?


Проблема №2.Хочу добавить во внутренности ресивера самодельный преобразователь частоты CCIR->OIRT. Я уже протестировал один, построенный на перфорированной доске, и он отлично работает. Я хочу поместить его в алюминиевый корпус, чтобы предотвратить проникновение внешних помех в схему преобразователя. Однако это перевернутое VCCed-шасси сводит меня с ума. В своих предыдущих проектах я всегда заливал свободное место на печатной плате плоскостью GND и подключал ее к внешнему металлическому корпусу, но в данной ситуации это было бы неразумно - внутри приемника много металла, и между ними могло произойти короткое замыкание. корпуса преобразователя и приемника. Поэтому я думаю, что на этот раз я должен инвертировать дизайн моей печатной платы и развести дорожки GND вместо VCC и заполнить свободное пространство VCC. А может быть лучше вообще не соединять литые медные зоны с внешним алюминиевым корпусом. Я не уверен, что это правильный способ сделать это.

Приложение 2.1. Вот новая схема преобразователя CCIR/OIRT, построенного на LM7905, для наглядности:

Схемы преобразователя ccir/oirt

Вопрос 2. Просто хочу быть уверенным, нет никакой разницы, какая шина питания - VCC или GND - становится медной (и подключается к корпусу/шасси), я прав? Если нет, то каковы плюсы и минусы изготовления печатной платы с заполнением VCC и соединения плоскости VCC с внешним алюминиевым корпусом (например, с помощью винтов)? Будет ли он действовать как клетка Фарадея для печатной платы преобразователя, размещенной внутри?


Проблема №3. Это как-то связано с предыдущим пунктом. Во время ремонта и реставрации я заметил, что телескопическая КВ/УКВ антенна соединена с блоком приемника одним неэкранированным куском провода. Определенно работает как антенна, дающая лишние сантиметры (намеренно или нет - не знаю, это замысел угрюмого советского инженера :)). Для первого предположения это не критично - я могу неплохо принимать FM-диапазоны в диапазоне OIRT и некоторые SW-станции, но я хочу установить последовательный преобразователь CCIR->OIRT (как упоминалось выше), и проводка антенны будет такой:

\|/
 |
 |     *================*                       *===================*
 +---> |CCIR/OIRT switch| ---(convert path)---> |CCIR/OIRT converter|
       *================*                       *===================*
                 |                                        |
        (direct signal)                          (converted signal)
                 |                                        |
*============*   |                                        |
|VHF/SW block| <-+----------------------------------------+
*============*

Таким образом, с помощью переключателя CCIR/OIRT я могу переключаться между двумя режимами: прямая выборка FM-сигнала в диапазоне OIRT с антенны или преобразование с понижением частоты входящего FM-сигнала в диапазоне CCIR в диапазон OIRT, а затем отправка его на блок VHF/SW. Таким образом, будет два параллельных провода - вход и выход преобразователя. У меня очень мало места для их размещения внутри приемника, поэтому я решил заменить все неэкранированные входные ВЧ провода коаксиальным RG174, чтобы предотвратить нежелательные помехи в сигнальных дорожках. Но из-за этих прикрученных заземлений я не знаю, как правильно подключить оплётку коаксиала. Мой план состоит в том, чтобы подключить его к шасси VCCed только с одной стороны, поэтому (convert path)провод и (converted signal)оплетка коаксиального кабеля будут подключены к «заземленному» алюминиевому корпусу преобразованного CCIR / OIRT и(direct signal)оплетка коаксиального провода будет присоединена к корпусу блока УКВ/КВ или только к (converted signal)оплетке. Я не специалист в решении проблем с заземлением, поэтому хочу сделать все правильно и качественно. Я надеюсь, что замена оголенных проводов на коаксиальный кабель RG174 улучшит прием и соотношение сигнал-шум, но я не совсем уверен, правильно ли я это делаю.

Вопрос №3. Достаточно ли подключить коаксиальную оплетку к шасси VCCed? Или, может быть, я должен подключить его к GND, как обычно? Или может быть должно быть двустороннее подключение к шасси?


Любые советы/помощь будут очень признательны. Спасибо!

Во-первых, вы уверены, что это 50 Гц (а не 100 Гц)? Неподготовленному уху различить разницу сложно. Во-вторых, лучший способ подумать о том, как настроена ваша схема, — это GND и VEE (источник отрицательного напряжения) вместо GND и VCC (положительный источник напряжения). По крайней мере, так устроен регулятор напряжения.
Я только что измерил звуковой спектр и обнаружил, что нет тона 50 Гц. Вместо этого я вижу довольно высокий пик 240-260 (~ 30 дБ выше пика 50 Гц), который исчезает, если я полностью отключу басовый тембр. Очень странно, в Википедии есть пример гула 50 Гц, который дает пик на 398-400 Гц. Вечером перепроверю - обычно сигнал намного громче, чем сейчас. По поводу заливки: могу ли я безопасно заменить все метки +9V на GND и GND на VEE? Я только создаю плату преобразователя LM7805 в KiCAD и хочу сделать все правильно
Интересный. Если ручки тона полностью избавляются от гула, то источник питания (и звуковой каскад) вряд ли является источником шума линии электропередач. Хотя контуры заземления могут вызывать подобные помехи, на самом деле у вас нет контура заземления (если только вы одновременно не подключили заземленное тестовое оборудование). Замена меток, вероятно, хороша, но ваша новая схема, скорее всего, будет ожидать, что GND будет самым отрицательным напряжением, что может вызвать проблемы, если вы не будете осторожны.
Просто для ясности: там, где преобладают транзисторы PNP, +V является землей ... (VEE), потому что все коллекторы подключены к -ve (VCC). Если вы регулируете эту схему, рассмотрите 7905 вместо 7805.
W5VO : Я могу добавить к схеме глобальную метку VEE и подключить к ней все контакты заземления моей схемы, чтобы свести к минимуму вероятность того, что что-то испортится. Брайан : Нет никаких проблем с тем, чтобы по-прежнему использовать LM7805 и подключать GND приемника (фактическое +9 В) к входному контакту LM, а VEE приемника (фактическое 0 В) к контакту GND LM, верно? Затем я могу просто насыпать зону (земля приемника)/(вход LM) на нижнюю часть моей платы и подключить ее к алюминиевому корпусу, сделав шасси и корпус преобразователя эквипотенциальными. Я предполагаю, что в этом случае все станет просто наоборот, и не будет проблем со слабым заземлением и т. Д.
Спрашиваю более конкретно: могу ли я считать эту большую шину +9 В (заземление шасси приемника) медным заполнением на моей печатной плате, действующую как обычные большие области канонического заземления в современных схемах? Я беспокоюсь, как правильно экранировать печатную плату преобразователя и его внешний алюминиевый корпус, чтобы предотвратить появление внешних радиочастотных помех в этом странном корпусе.
@DrobotViktor Используйте «@», чтобы убедиться, что пользователь увидит сообщение. Я бы не рекомендовал вам называть ваши источники питания 0 В и + 9 В, поскольку это подразумевает определенную фамильярность, что определенно неуместно. Вы работаете с (по современным меркам) нетрадиционной системой электроснабжения - будьте очень осторожны, чтобы подумать о предположениях, которые вы делаете при переносе цепей положительной шины на систему отрицательной шины. Использование 7805 даст вам положительное выходное напряжение -4 В и отрицательное выходное напряжение -9 В.
@W5VO почему? Если я подключу шасси приемника (+9 В) к входному контакту LM7805, а минусовой провод от источника питания приемника (номер 28 в исходном посте, 0 В) к контакту GND LM7805, то у меня должен быть регулируемый выход +5 В на LM7805. Выходной пин. Собственно, так я подключил свой тестовый преобразователь, построенный на макетной плате, и все заработало нормально. Я думаю, что вопрос здесь только в том, хорошо ли заполнить свободное место на плате медью, подключенной к шасси ресивера, а также подключить к нему корпус преобразователя. Не послужит ли она в таком случае клеткой Фарадея для преобразователя?
Регулятор напряжения 7805 (положительный) выдает напряжение, которое на 5 В больше, чем его вывод GND. Любой шум или помеха на контакте GND также смещается на выходной контакт. Если на контакте GND -9 В +/- шум, то на выходе также будет -4 В +/- этот шум. Когда вы используете эту схему, у вас не будет иммунитета к источнику питания между этапами. Было бы лучше использовать стабилизатор 7905 (отрицательный) для генерации -5В и питать вашу схему от 0В и -5В. Тогда ваши медные наполнители могут быть 0 В, что упрощает интеграцию в ваше радио.
Я не знаю состояния или топологии других компонентов вашей радиостанции, которые могли бы повлиять на то, насколько важна для вас эта проблема. Диапазон сценариев, которые я могу придумать, варьируется от сбоя цепи до демонстрации плохой производительности, частых сбоев и полного превосходства. Если появятся новые «странные» поведения, это, вероятно, первое, о чем я подумаю при устранении неполадок. Может быть, не «Это будут драконы!», а «Это будут предупреждения метеослужбы о падающих с деревьев игуанах!».
@ W5VO, поэтому, если я буду использовать LM7905, я мог бы подключить все контакты GND моих микросхем, светодиодов и т. д. к выходному контакту -5V микросхемы LM, а все контакты VCC микросхем, светодиодов и т. д. к контакту GND LM, верно. ? Затем заливка с помощью сети GND LM (которая на самом деле привязана к шасси) даст мне надлежащее экранирование на печатной плате и корпусе преобразователя, верно?
Да, это, наверное, лучший разумный случай. Создание инвертирующего источника питания +5 В от шины -9 В является «правильной» топологией шины, но, вероятно, это не стоит хлопот. Просто помните, что любой шум, попадающий на шину -5 В, будет почти идеально связан с выходом вашей схемы преобразователя — не экономьте на развязке источника питания.
@ W5VO большое спасибо, кажется, я понял. А как насчет других пунктов? Будут ли эти экраны (медная зона печатной платы, алюминиевый корпус, оплетка коаксиала) работать по назначению (я имею в виду обычное заполнение/заземление/экранирование GND)? Может быть, мои сомнения вызваны тем, что я никогда не работал с системами с отрицательным питанием, и этот случай меня смущает.
Да, в основном он будет делать все, что вы ожидаете. Изготовление медных заливок, корпусов и коаксиального кабеля GND/0V вместо -5V/VSS или даже -9V/VEE имеет смысл, потому что это, вероятно, безопаснее и удобнее всего сделать внутри радиостанции. Вероятно (есть несколько возможных исключений) он будет вести себя так, как вы ожидаете. Постарайтесь сохранить те же обозначения источника питания (и шелкографию печатной платы!!), что и на оригинальной схеме радио, чтобы не перепутать новую плату и старое радио. Удачи!
@W5VO большое спасибо, ты молодец! Если бы вместо комментария был ваш пост, я бы принял его как ответ. Добавил схемы, если кому интересно.

Ответы (1)

Во-первых, нетренированному уху может быть трудно различить частоты линий электропередач и их гармоники. Очень важно попытаться измерить частоту (или частоты) шума, так как это может дать важные подсказки относительно того, что может быть не так. Измерение спектра с помощью БПФ на основе микрофона сработало очень хорошо. Если ручки тона полностью избавляются от гула, то источник питания (и звуковой каскад) вряд ли является источником/точкой входа шума линии электропередач. Хотя контуры заземления могут вызывать подобные помехи, на самом деле у вас нет контура заземления (если только вы одновременно не подключили заземленное тестовое оборудование).

Интересен тот факт, что вы видите только нечетные гармоники линии электропередачи (основная на 50 Гц, 3-я на 150 Гц и 5-я на 250 Гц). Не уверен, что у меня есть достаточно, чтобы пройти мимо этого, чтобы быть полезным. Даже гармоники или гармоники, начинающиеся со 100 Гц, могут указывать на плохое питание электролитических конденсаторов, но здесь мы этого не видим (и вы сказали, что заменили их). Я, вероятно, не стал бы пытаться изменить стратегию заземления производителя, так как это, вероятно, не ваша проблема.

Во-вторых, лучший способ подумать о том, как настроена ваша схема, — это GND и VEE (источник отрицательного напряжения) вместо GND и VCC (положительный источник напряжения). По крайней мере, так устроен регулятор напряжения.

Ваша новая схема, скорее всего, будет ожидать, что GND будет самым отрицательным напряжением, что может вызвать проблемы, если вы не будете осторожны. Я бы не рекомендовал вам называть ваши источники питания 0 В и + 9 В, поскольку это подразумевает определенную фамильярность, что определенно неуместно. Вы работаете с (по современным меркам) нетрадиционной системой электроснабжения - будьте очень осторожны, чтобы подумать о предположениях, которые вы делаете при переносе цепей положительной шины на систему отрицательной шины. Использование 7805 даст вам положительное выходное напряжение -4 В и отрицательное выходное напряжение -9 В.

Регулятор напряжения 7805 (положительный) выдает напряжение, которое на 5 В больше, чем его вывод GND. Любой шум или помеха на контакте GND также смещается на выходной контакт. Если на контакте GND -9 В +/- шум, то на выходе также будет -4 В +/- этот шум. Когда вы используете эту схему, у вас не будет иммунитета к источнику питания между этапами. Было бы лучше использовать стабилизатор 7905 (отрицательный) для генерации -5В и питать вашу схему от 0В и -5В. Тогда ваши медные наполнители могут быть 0 В, что упрощает интеграцию в ваше радио.

Я не знаю состояния или топологии других компонентов вашей радиостанции, которые могли бы повлиять на то, насколько важна для вас эта проблема. Диапазон сценариев, которые я могу придумать, варьируется от сбоя цепи до демонстрации плохой производительности, частых сбоев и полного превосходства. Если появятся новые «странные» поведения, это, вероятно, первое, о чем я подумаю при устранении неполадок. Может быть, не «Это будут драконы!», а «Это будут предупреждения метеослужбы о падающих с деревьев игуанах!».

Создание инвертирующего источника питания +5 В от шины -9 В является «правильной» топологией шины, но, вероятно, это не стоит хлопот. Просто помните, что любой шум, попадающий на шину -5 В, будет почти идеально связан с выходом вашей схемы преобразователя — не экономьте на развязке источника питания. Изготовление медных заливок, корпусов и коаксиального кабеля GND/0V вместо -5V/VSS или даже -9V/VEE имеет смысл, потому что это, вероятно, безопаснее и удобнее всего сделать внутри радиостанции. Вероятно (есть несколько возможных исключений) он будет вести себя так, как вы ожидаете. Постарайтесь сохранить те же обозначения источника питания (и шелкографию печатной платы!!), что и на оригинальной схеме радио, чтобы не перепутать новую плату и старое радио.

Удачи!