|
Ongewenste koppeling zijn elektrische verbindingen tussen onderdelen die volgens het schema niet met elkaar verbonden zijn. Deze ontstaan door parasitaire capaciteiten, spoelen en weerstanden die onzichtbaar tussen onderdelen aanwezig zijn, maar wél hun invloed doen gelden.
|
Ongewenste capacitieve koppelingen
Niet te meten, wél aanwezig
Deze ongewenste koppelingen kunt u niet opsporen met een universeelmeter. Deze meet immers met gelijkspanning en voor gelijkspanning hebben deze parasitaire capaciteiten een oneindig hoge weerstand. De koppelingen komen alleen aan het licht als u een wisselspanningssignaal door uw schakeling stuurt. In onderstaande figuur hebben wij een eenvoudig voorbeeld van zo’n koppeling getekend. Tussen de primaire en secundaire wikkelingen van iedere trafo staat een parasitaire capaciteit. Deze ziet u niet, maar ze introduceert wél een impedantie tussen de twee wikkelingen, die volgens uw schema helemaal los van elkaar staan. Die impedantie kan dan weer een ongewenste stroom door uw schakeling tot gevolg hebben.
 |
| Een ongewenste capacitieve koppeling tussen de primaire en secundaire wikkelingen van een trafo. (© 2017 Jos Verstraten) |
Trafo's met gescheiden kamers
Een heel eenvoudige remedie tegen de parasitaire koppeling in trafo's is gebruik te maken van trafo's met gescheiden kamers. Hierbij worden de secundaire en primaire wikkelingen niet OP elkaar gewikkeld, maar NAAST elkaar. In onderstaande figuur kunt u de wikkelkokers van beide soorten trafo's vergelijken. Het zal duidelijk zijn dat het contactoppervlak tussen secundair en primair bij de gescheiden kamers veel kleiner is en dus ook de parasitaire capaciteit tussen beide wikkelingen.
 |
| Het verschil tussen trafo's met één wikkelkamer en trafo's met twee wikkelkamers. (© 2017 Jos Verstraten) |
Een afgeschermde kabel bestaat uit een centrale koperen ader, omgeven door een uit koperdraad gevlochten afscherming. Tussen beide geleiders zit een isolerende stof. Een afgeschermde kabel is het schoolvoorbeeld van een condensator, die immers uit twee geleidende platen bestaat, gescheiden door een diëlectricum. Een afgeschermde kabel heeft dus een eigen capaciteit waarvan de waarde afhangt van de constructie van de kabel en de lengte van de kabel. Deze parasitaire kabelcapaciteit kan voor grote problemen zorgen. Als u bijvoorbeeld een breedbandige operationele versterker, voorzien van een negatieve terugkoppeling, rechtstreeks aansluit op een lange afgeschermde kabel, dan kan de parasitaire capaciteit van de kabel er voor zorgen dat de versterker instabiel wordt en in het ongunstigste geval gaat oscilleren. Een oplossing voor dit probleem is getekend in onderstaande figuur. Als u tussen de uitgang van de op-amp en de kabel een klein weerstandje opneemt, een waarde tussen 33 Ω en 120 Ω voldoet meestal, dan wordt de invloed van de kabelcapaciteit C gedempt en zal de schakeling stabiel blijven werken.
 |
| Het dempen van de invloed van de kabelcapaciteit door het introduceren van een kleine serieweerstand. (© 2017 Jos Verstraten) |
In- en uitgangen
Tussen alle voorwerpen die op een bepaalde afstand van elkaar staan, staat een capaciteit. Deze algemene regel geldt dus ook voor de soldeerpennetjes, waarop u de in- en uitgangssignalen van uw schakeling aansluit. Een gouden regel is dat u deze soldeerpennetjes zo ver mogelijk uit elkaar monteert. Dit geldt zeker voor gevoelige schakelingen, zoals laagfrequent voorversterkers en alle hoogfrequent schakelingen.
 |
| Monteer de soldeerpennetjes voor de in- en uitgangen zo ver mogelijk uit elkaar! (© 2017 Jos Verstraten) |
IC- voetjes kunnen een vrij grote capaciteit hebben, de pennetjes staat immers maar 2,54 mm uit elkaar. Sommige IC-fabrikanten adviseren geen voetjes te gebruiken, maar de IC’s rechtstreeks in uw print te solderen. Een remedie die soms kan helpen is alle niet gebruikte pennetjes uit het IC-voetje te verwijderen en het dán op uw print te solderen.
Ongewenste inductieve koppelingen
Elektromagnetische velden zijn de boosdoener
Inductieve koppeling is een nog moeilijker te bevatten verschijnsel dan capacitieve koppeling. De oorzaak is geschetst in onderstaande figuur. Rond iedere elektrische geleider, waardoor een wisselende stroom vloeit, ontstaat een wisselend magnetisch veld. Maar: in een geleider die zich in een wisselend magnetisch veld bevindt, ontstaat een wisselstroom. De grootte van deze wisselstroom is niet alleen afhankelijk van de sterkte van het magnetisch veld, maar ook van de lengte van de geleider die onderworpen is aan het magnetisch veld.
 |
| Het verschijnsel magnetische inductie toegelicht. (© 2017 Jos Verstraten) |
Getwiste draden
U kunt natuurlijk niet altijd vermijden dat geleiders parallel lopen. Denk maar aan een kabelboom, waarin de draden per definitie evenwijdig lopen. Tussen dergelijke draden bestaat uiteraard een maximale magnetische koppeling. Een oplossing is het twisten van de draden. De magnetische koppeling wordt hierdoor gereduceerd, waardoor de inductiestromen en -spanningen in de tweede draad kleiner worden.
 |
| Door het twisten van evenwijdig lopende draden kunt u de onderlinge magnetische koppeling minimaliseren en het effect van de magnetische inductie verkleinen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Door de wikkelingen van een trafo loopt een wisselstroom en dus ontstaat er rond de trafo een wisselend magnetisch veld. Dit veld kan in een ander onderdeel, bijvoorbeeld een tweede trafo, een ongewenste inductiespanning genereren. Hetzelfde verhaal geldt voor spoeltjes die u op uw printplaten zet. Als u twee trafo’s of spoelen parallel plaats, is hun magnetische koppeling maximaal en krijgt u last van magnetische inductie. U moet dus, zie onderstaande figuur, transformatoren en spoelen loodrecht op elkaar plaatsen. De magnetische inductie is dan minimaal en de geïnduceerde spanningen zijn te verwaarlozen.
 |
| Transformatoren en spoelen moet u altijd onder een hoek van 90° plaatsen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het zal duidelijk zijn dat u gevoelige ingangsconnectoren en signaaltransformatoren zo ver mogelijk uit de buurt van voedingstransformatoren moet plaatsen. In onderstaande figuur is geschetst hoe u een microfoontransformator en -ingang plaatst ten opzichte van de voedingstrafo.
 |
| De plaatsing van een gevoelige ingang en een signaaltrafo ten opzichte van de voedingstransformator. (© 2017 Jos Verstraten) |
Als u er helemaal zeker van wilt zijn dat er geen elektromagnetische strooivelden in uw gevoelige ingangstransformatoren doordringen, moet u gebruik maken van volledig afgeschermde transformatoren. Op onderstaande foto hebben wij zo’n trafo voorgesteld, in dit geval van het merk Amplimo. Toegegeven, dergelijke transformatoren zijn een factor tien duurder dan niet afgeschermde, maar u bespaart uzelf een hoop ellende!
 |
| Een volledig afgeschermde microfoontrafo van Amplimo: prijzig, maar goed! (© Amplimo) |
Ontkomt u er niet aan gevoelige onderdelen of deelschakelingen te plaatsen waar kans bestaat op magnetische inductie, dan moet u deze onderdelen of deelschakelingen volledig elektromagnetisch afschermen. Daar bestaat maar één oplossing voor en dat is gebruik te maken van mu-metaal, ook µ-metaal genoemd. Mu-metaal is een legering van nikkel, magnesium, koper en ijzer. Het heeft een bijzonder lage magnetische weerstand, zodat het magnetische velden 'opslorpt' en verhindert dat de velden de afgeschermde ruimte binnendringen. Mu-metaal is niet goedkoop en u kunt het aanschaffen onder de vorm van vellen dunne folie of als zelfklevende tape. Met deze tape kunt u delen van een behuizing effectief afschermen tegen het binnendringen van magnetische velden.
 |
| Een mu-metalen afscherming rond een buis in een high-end audioversterker. (© HiFi Forum) |
Een volledige mu-metalen afscherming is nooit mogelijk. U moet in de wand van de afscherming immers gaatjes maken voor de doorvoer van massa, voedingsspanning, stuurspanningen en in- en uitgangen. Er ontstaan dus lekken in de afscherming. Om deze lek zo gering mogelijk te maken moet u de verbindingen tussen uw 'dode ruimte' en de buitenwereld uitvoeren door middel van doorvoercondensatoren. Deze handige, kleine en goedkope onderdeeltjes presenteren zich in onderstaande foto.
 |
| Een doorvoercondensator, een nuttig onderdeel in de strijd tegen ongewenst indringen van spanningen. (© Finimuis) |
 |
| Het aanbrengen van doorvoercondensatoren in de afgeschermde behuizing van een gevoelige schakeling. (© 2017 Jos Verstraten) |
Ongewenste resistieve koppelingen
De oppervlakteweerstand van een print
Een print is alleen schijnbaar een perfecte isolator. Het basismateriaal heeft een bepaalde oppervlakteweerstand, die in de loop der jaren steeds lager wordt. Dat verschijnsel heeft te maken met de niet te vermijden vervuiling van de print. Als u dus twee printsporen naast elkaar legt, die ieder een zeer hoge impedantie hebben, dan bestaat de kans dat er via de oppervlakteweerstand van de print signaallekken ontstaan van het ene naar het andere printspoortje. Dit kunt u voorkomen door het systeem van onderstaande figuur toe te passen. Tussen de twee parallel lopende hoogimpedante printspoortjes (rood) legt u een derde spoor aan dat u met de massa of GND verbindt (blauw). Signaallekken treden nu alleen op tussen de hoog impedante lijnen en de massa en onderlinge beïnvloeding is uitgesloten.
 |
| Het isoleren van twee hoogimpedante printsporen door middel van een derde spoor dat met de massa van uw schakeling is verbonden. (© 2017 Jos Verstraten) |
Guarding
De oppervlakteweerstand van uw print kan heel erg vervelend worden als u zeer hoogimpedante schakelingen op print wilt zetten. Als voorbeeld hebben wij in onderstaande figuur een deel van het schema van een sample&hold voorgesteld. De te samplen ingangsspanning wordt via een FET T1 doorgekoppeld naar de hold-condensator C. Deze is verbonden met de positieve ingang van een zeer hoogimpedante operationele versterker. Wil deze schakeling goed werken, dan is het van het grootste belang dat de lading zo lang mogelijk in de condensator opgeslagen blijft. Aan de eigen lek van de condensator kunt u niets doen. U kunt er echter wél voor zorgen dat de oppervlakteweerstand van de print, die de condensator ook ontlaadt, geen rol kan spelen.
 |
| Bij dergelijke zeer hoogimpedante schakelingen is de oppervlakteweerstand van uw print niet meer verwaarloosbaar. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| Door het aanbrengen van een guarding ring elimineert u de invloed van de oppervlakteweerstand van de print. (© 2017 Jos Verstraten) |
Koop uw voeding bij Banggood
