Wie gehe ich mit Masse in VCCed-Chassis-Geräten um?

Ich restauriere einen alten Funkempfänger der UdSSR ("Okean-209"). Ich habe bereits alle Elektrolytkondensatoren umgelötet, sodass der Audioverstärker wieder großartig funktioniert (vorher war der Ton sehr leise). Es gibt jedoch noch einige Probleme, die alle mit der Erdung zusammenhängen.

Eine wichtige Sache zu beachten: Beim Umgang mit interner Verkabelung und Schaltplänen habe ich festgestellt, dass das interne Metallgehäuse des Empfängers im Gegensatz zu anderen üblichen elektrischen Geräten mit der Stromversorgung VCC (9 V) anstelle der üblichen GND verbunden ist. Außerdem besteht eine direkte Verbindung zwischen diesem VCCed-Chassis und dem Schutzerde-Pin des Netzsteckers. Mein Netzkabel hat jedoch überhaupt keinen Schutzleiter.

Problem Nr. 1. Der Empfänger kann von einer 9-V-DC-Quelle (z. B. einer Batterie oder einer anderen externen AC/DC-Stromversorgung) oder von einer internen AC/DC-9-V-Stromquelle gespeist werden. Hier sind Schaltpläne der internen AC/DC-Stromversorgung (mit russischen Beschriftungen und fettem Balken, der wie 9 V VCC anstelle der üblichen GND wirkt):

interne Stromversorgung

Wenn also der Netzmodus (220 V) ausgewählt ist, erledigen nur die Drähte 25 (Netz), 27 (Netz), 28 (GND) und VCC die gesamte Arbeit. Ich kann jedoch ein spezifisches 50-Hz-Brummen im Lautsprecher hören. Ich habe einige Informationen gefunden, dass dies mit den Erdschleifen zusammenhängen kann. Aber wie ich oben sagte, habe ich kein Schutzerdungskabel und alle internen Module haben dasselbe Chassis, das mit dem VCC verbunden ist. Daher gehe ich davon aus, dass alle separaten Blöcke (Netzteil, Audioverstärker, VHF / SW und andere) den gleichen Referenzspannungspegel VCC an ihren Chassiselementen haben und es überhaupt keine Erdschleifen geben sollte. Vielleicht verpasse ich etwas oder mache etwas nicht richtig; und wenn es wünschenswert wäre, werde ich vollständige Schaltpläne hochladen (es ist ziemlich groß), hier ist die vollständige Dokumentation mit Schaltplänen (sorry, nur Russisch :().

Nachtrag Nr. 1.1. Haben Sie einfach das Audiospektrum erfasst, wenn kein Sender ausgewählt ist. Überraschenderweise sehe ich eine ziemlich hohe Spitze im Bereich von 240 bis 260 Hz: Sie ist ~ 30 dB höher als die 50-Hz-Spitze und verschwindet vollständig, wenn ich den Bass-Timbre-Regler vollständig abschalte. Das ist ziemlich seltsam. Der Wikipedia-Artikel gibt ein weiteres Beispiel für 50-Hz-Brummen, das eine 300-Hz-Spitze im Spektrum enthält.

Nachtrag Nr. 1.2. Einige Audiospektren während der Nacht neu aufgenommen (Blackman-Harris/2048). Hier sind Spektren für zwei Fälle: Bass-Timbre-Potentiometer aus- bzw. eingeschaltet:

Bass-Timbre aus Basstimbre an

Wie zu sehen ist, erhöht sich der Grundlinienpegel um ~20 dB, wenn der Bass-Timbre-Regler auf Vollstellung steht. Auch hier treten drei Hauptspitzen auf: 140 Hz, 257 Hz und 351 Hz. Scheint kein Ground-Loop-Problem zu sein, aber hier sind drei weitere Wasserfälle (Blackman-Harris/512): Bass-Timbre aus- und einschalten und ein-aus-einschalten:

ausschalten einschalten Radfahren

Hier konnte ein kleiner Anstieg des 50-Hz-Frequenzbands beobachtet werden, aber drei vorherige Spitzen steigen viel steiler an.

Frage 1. Gibt es Möglichkeiten / Ratschläge, wie man ein solches Brummen unterdrücken kann und was es verursachen kann? Sollte ich ein anderes Netzkabel besorgen und das Schutzerdungskabel mit dem Empfängerchassis verbinden? Gibt es irgendwelche Fallstricke beim Anschließen der DC-Stromschiene (in diesem Fall Metallgehäuse) an die Netzschutzerde (ich meine, könnten gefährliche Situationen mit dem Netz, z. B. ein Kurzschluss irgendwo auf der Leitung, meinen Receiver beschädigen)?

Problem Nr. 2.Ich möchte dem Inneren des Empfängers einen CCIR-> OIRT-Frequenzkonverter hinzufügen. Ich habe bereits einen auf Perfboard gebauten getestet und er funktioniert einwandfrei. Ich möchte es in ein Aluminiumgehäuse einbauen, um zu verhindern, dass sich externe Störungen in die Wandlerschaltungen einschleichen. Allerdings macht mich dieses invertierte VCCed-Chassis verrückt. Bei meinen früheren Projekten habe ich immer freien Platz auf der Leiterplatte mit GND-Ebene gegossen und mit dem externen Metallgehäuse verbunden, aber in dieser Situation wäre es nicht ratsam - es gibt viel Metall im Empfänger und es könnte gelegentlich zu Kurzschlüssen kommen Wandler- und Empfängergehäuse. Also denke ich, ich sollte mein PCB-Design für dieses Mal umkehren und GND-Spuren anstelle von VCC routen und freien Speicherplatz mit VCC-Ebene gießen. Oder es wäre besser, gegossene Kupferzonen überhaupt nicht mit dem externen Aluminiumgehäuse zu verbinden. Ich bin mir nicht sicher, was der richtige Weg ist, das zu tun.

Nachtrag 2.1. Hier sind zur Verdeutlichung neue Schaltpläne für CCIR/OIRT-Konverter, die auf LM7905 aufgebaut sind:

Schaltpläne des ccir/oirt-Konverters

Frage 2. Ich möchte nur sichergehen, dass es keine Unterschiede gibt, welche Stromschiene - VCC oder GND - mit Kupfer gefüllt (und mit dem Gehäuse / Chassis verbunden) wird, habe ich recht? Wenn nicht, was sind die Vor- und Nachteile der Herstellung einer VCC-gefüllten Leiterplatte und der Verbindung der VCC-Ebene mit dem externen Aluminiumgehäuse (z. B. mit Schrauben)? Würde es als Faradayscher Käfig für die intern platzierte Leiterplatte des Konverters fungieren?

Problem Nr. 3. Es hängt irgendwie mit dem vorherigen Punkt zusammen. Während der Reparatur und Restaurierung ist mir aufgefallen, dass die teleskopische SW/UKW-Antenne mit einem einzigen ungeschirmten Drahtstück mit dem Empfängerblock verbunden ist. Auf jeden Fall funktioniert es als Antenne, die einige zusätzliche Zentimeter gibt (absichtlich oder nicht - ich weiß nicht, das ist das Design eines düsteren sowjetischen Ingenieurs :)). Für die erste Annahme ist dies nicht entscheidend - ich kann UKW- und einige KW-Sender mit OIRT-Bereich recht gut empfangen, aber ich möchte einen sequentiellen CCIR-> OIRT-Konverter (wie oben erwähnt) installieren, und die Antennenverkabelung wird so sein:

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

Mit dem CCIR / OIRT-Schalter kann ich also zwischen zwei Modi wechseln - direktes Abtasten des FM-Signals im OIRT-Bereich von der Antenne oder Herunterkonvertieren des eingehenden FM-Signals im CCIR-Bereich in den OIRT-Bereich und Senden an den VHF / SW-Block. Es werden also zwei Drähte parallel verlaufen - Konvertereingang und -ausgang. Ich habe sehr wenig Platz, um sie im Empfänger zu verlegen, also habe ich beschlossen, alle ungeschirmten HF-Eingangskabel durch RG174-Koaxialkabel zu ersetzen, um unerwünschte Interferenzen in Signalspuren zu vermeiden. Aber wegen dieser verschraubten Erdung weiß ich nicht, wie ich das Koaxialgeflecht richtig anschließen soll. Mein Plan ist, es nur einseitig mit dem VCCed-Chassis zu verbinden - also für (convert path)Draht und (converted signal)Draht wird das Koaxialgeflecht mit dem "geerdeten" Aluminiumgehäuse von CCIR / OIRT konvertiert und verbunden(direct signal)Koaxialdrahtgeflecht wird mit dem VHF/KW-Blockgehäuse oder nur mit dem (converted signal)Geflecht verbunden. Ich bin kein Experte für die Lösung von Erdungsproblemen, also möchte ich alles richtig und effizient machen. Ich hoffe, dass das Ersetzen von blanken Drähten durch RG174-Koax den Empfang und das SNR verbessert, aber ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich es richtig mache.

Frage 3. Reicht es aus, das Koaxialgeflecht mit dem VCCed-Chassis zu verbinden? Oder sollte ich es wie gewohnt mit GND verbinden? Oder kann es sein, dass es eine zweiseitige Verbindung zum Chassis geben sollte?

Alle Ratschläge / Hilfe werden sehr geschätzt. Danke schön!

Sind Sie sicher, dass es 50 Hz (und nicht 100 Hz) sind? Für das ungeschulte Ohr kann es schwierig sein, den Unterschied zu erkennen. Zweitens ist eine bessere Art, darüber nachzudenken, wie Ihre Schaltung aufgebaut ist, GND und VEE (negative Spannungsversorgung) anstelle von GND und VCC (positive Spannungsversorgung). So ist zumindest der Spannungsregler aufgebaut.
Ich habe gerade das Audiospektrum gemessen und festgestellt, dass es keinen 50-Hz-Ton gibt. Stattdessen sehe ich eine ziemlich hohe 240-260-Spitze (~ 30 dB höher als die 50-Hz-Spitze), die verschwindet, wenn ich die Bass-Klangfarbe vollständig abschalte. Sehr seltsam, auf der Wikipedia gibt es ein Beispiel für 50-Hz-Brummen, das eine Spitze bei 398-400 Hz ergibt. Ich werde abends nochmal testen - das Signal meist viel lauter als jetzt. In Bezug auf Füllebenen: Kann ich alle +9V-Labels sicher durch GND und GND durch VEE ersetzen? Ich erstelle gerade eine LM7805-geregelte Konverterplatine in KiCAD und möchte alles richtig machen
Interessant. Wenn die Tonregler das Brummen vollständig beseitigen, ist die Stromversorgung (und die Audiostufe) wahrscheinlich nicht die Quelle des Stromleitungsrauschens. Erdschleifen können zwar ein solches Brummen verursachen, aber Sie haben nicht wirklich eine Erdschleife (es sei denn, Sie haben gleichzeitig geerdete Testgeräte angeschlossen). Das Ersetzen der Etiketten ist wahrscheinlich in Ordnung, aber Ihre neue Schaltung erwartet wahrscheinlich, dass GND die negativste Spannung ist, was zu Problemen führen kann, wenn Sie nicht vorsichtig sind.
Nur um es klar zu sagen: Wo PNP-Transistoren vorherrschen, ist + V Masse ... (VEE), weil alle Kollektoren mit -ve (VCC) verbunden sind. Wenn Sie für diese Schaltung regulieren, ziehen Sie einen 7905 anstelle von 7805 in Betracht.
W5VO : Ich kann den Schaltplänen das globale Label VEE hinzufügen und alle Erdungsstifte meiner Schaltung damit verbinden, um die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass Dinge durcheinander gebracht werden. Brian : Es gibt keine prinzipiellen Probleme, den LM7805 weiterhin zu verwenden und die GND des Empfängers (tatsächlich +9 V) mit dem Eingangspin des LM und die VEE des Empfängers (tatsächlich 0 V) ​​mit dem GND-Pin des LM zu verbinden, richtig? Dann kann ich einfach die Zone (GND des Empfängers) / (Eingang des LM) auf die Unterseite meiner Platine gießen und sie mit dem Aluminiumgehäuse verbinden, um das Gehäuse und das Gehäuse des Konverters äquipotential zu machen. Ich nehme an, in diesem Fall werden die Dinge nur umgekehrt und es gibt keine Probleme mit schwachem Boden usw ...
Genauer gefragt: Könnte ich diese große Kupferfüllung der +9-V-Schiene (Empfänger-Chassis-GND) auf meiner Leiterplatte als übliche große Flächen kanonischer GND in modernen Schemata betrachten? Ich mache mir Sorgen, wie ich die Leiterplatte des Konverters und sein externes Aluminiumgehäuse richtig abschirmen kann, um zu verhindern, dass in diesem seltsamen Fall externe HF-Störungen aufgenommen werden
@DrobotViktor Verwenden Sie das '@', um sicherzustellen, dass ein Benutzer die Nachricht sieht. Ich würde Ihnen davon abraten, es sich bequem zu machen, Ihre Versorgungen 0 V und + 9 V zu nennen, da dies eine gewisse Vertrautheit impliziert, die definitiv nicht angemessen ist. Sie arbeiten an einem (nach modernen Maßstäben) unkonventionellen Stromversorgungssystem - denken Sie sehr sorgfältig über Annahmen nach, die Sie treffen, wenn Sie positive Schienenkreise auf ein negatives Schienensystem übertragen. Die Verwendung eines 7805 würde Ihnen eine positive Ausgangsspannung von -4 V und eine negative Ausgangsspannung von -9 V geben.
@W5VO warum? Wenn ich das Chassis des Empfängers (das auf +9 V liegt) an den Eingangsstift des LM7805 und das Minuskabel von der Stromversorgung des Empfängers (Nummer 28 im ursprünglichen Beitrag, 0 V) ​​an den GND-Stift des LM7805 anschließe, sollte ich einen geregelten Ausgang von +5 V am LM7805 haben Ausgangsstift. Eigentlich habe ich so meinen auf Steckbrett gebauten Testkonverter angeschlossen und alles hat gut funktioniert. Ich denke, die einzige Frage hier ist, dass es gut ist, den freien Platz auf der Leiterplatte mit Kupfer zu füllen, das mit dem Gehäuse des Empfängers verbunden ist, und auch das Gehäuse des Konverters daran anzuschließen. Wird es in diesem Fall als Faradayscher Käfig für den Konverter dienen?
Ein 7805 (positiver) Spannungsregler gibt eine Spannung aus, die 5 V größer ist als sein GND-Pin. Jedes Rauschen oder jede Störung am GND-Pin wird auch auf den Ausgangspin verschoben. Wenn der GND-Pin -9 V +/- Rauschen ist, dann wird der Ausgang auch -4 V +/- dieses Rauschen sein. Wenn Sie diese Schaltung verwenden, haben Sie zwischen den Stufen keine Stromversorgungsimmunität. Es wäre besser, einen 7905 (negativen) Regler zu verwenden, um -5 V zu erzeugen und Ihre Schaltung mit 0 V und -5 V zu versorgen. Ihre Kupferfüllungen könnten dann 0 V betragen, was die Integration in Ihr Radio erleichtert.
Ich kenne den Zustand oder die Topologie der anderen Komponenten in Ihrem Funkgerät nicht, was die Bedeutung dieses Problems für Sie beeinflussen würde. Die Bandbreite der Szenarien, die ich mir vorstellen kann, reicht von Stromkreisfehlern über das Demonstrieren schlechter Leistung bis hin zu gelegentlichen Störungen und vollkommen in Ordnung. Wenn neue „seltsame“ Verhaltensweisen auftreten, ist dies wahrscheinlich das erste, woran ich bei der Fehlerbehebung denken würde. Vielleicht nicht "Das sind Drachen!", sondern "Das sind Wetterdienstwarnungen vor von Bäumen fallenden Leguanen!".
@W5VO Wenn ich also LM7905 verwende, könnte ich alle GND-Pins meiner ICs, LEDs usw. mit dem -5-V-Ausgangspin des LM-Chips und alle VCC-Pins von ICs, LEDs usw. mit dem GND-Pin von LM verbinden, richtig ? Wenn ich dann mit dem GND-Netz von LM gieße (das tatsächlich mit dem Chassis verbunden ist), bekomme ich auch eine angemessene Abschirmung auf der Leiterplatte und dem Gehäuse des Konverters, richtig?
Ja, das ist wahrscheinlich der vernünftigste Fall. Das Herstellen einer invertierenden +5-V-Versorgung von der -9-V-Schiene ist die "richtige" Schienentopologie, aber es ist wahrscheinlich den Aufwand nicht wert. Denken Sie daran, dass jedes Rauschen, das auf der -5-V-Schiene endet, nahezu perfekt in den Ausgang Ihrer Wandlerschaltung eingekoppelt wird - sparen Sie nicht an der Entkopplung der Stromversorgung.
@W5VO vielen Dank, ich glaube, ich habe es verstanden. Was ist mit anderen Punkten? Funktionieren diese Abschirmungen (Leiterplatten-Kupferzone, Aluminiumgehäuse, Koaxialgeflecht) wie vorgesehen (ich meine wie üblich GND-Füllung / Erdung / Abschirmung)? Vielleicht liegen meine Zweifel nur daran, dass ich noch nie mit Systemen mit negativer Stromversorgung gearbeitet habe und dieser Fall mich verwirrt.
Ja, es wird meistens alles tun, was Sie erwarten. Am sinnvollsten ist es, Kupfergüsse, Gehäuse und Koax-GND/0V anstelle von -5V/VSS oder sogar -9V/VEE herzustellen, da es wahrscheinlich am sichersten und bequemsten ist, dies im Radio zu tun. Es wird sich wahrscheinlich (es gibt ein paar mögliche Ausnahmen) so verhalten, wie Sie es erwarten. Versuchen Sie, eine ähnliche Stromversorgungsnotation (und PCB-Siebdruck!!) wie das ursprüngliche Funkschaltbild beizubehalten, damit Sie sich nicht zwischen Ihrem neuen Board und dem alten Radio verwechseln. Viel Glück!
@W5VO vielen Dank, du bist ein toller Mann! Wenn es einen Beitrag von Ihnen anstelle eines Kommentars gäbe, würde ich es als Antwort akzeptieren. Ich habe Schaltpläne hinzugefügt, falls jemand neugierig darauf ist.

Antworten (1)

Zunächst einmal kann es für das ungeschulte Ohr schwierig sein, den Unterschied zwischen Stromleitungsfrequenzen und ihren Oberwellen zu erkennen. Es ist wirklich wichtig zu versuchen, die Frequenz (oder Frequenzen) des Rauschens zu messen, da dies wichtige Hinweise darauf geben kann, was falsch sein könnte. Das Messen des Spektrums mit einer mikrofonbasierten FFT hat sehr gut funktioniert. Wenn die Tonregler das Brummen vollständig beseitigen, ist die Stromversorgung (und die Audiostufe) wahrscheinlich nicht die Quelle / der Eintrittspunkt des Stromleitungsrauschens. Erdschleifen können zwar ein solches Brummen verursachen, aber Sie haben nicht wirklich eine Erdschleife (es sei denn, Sie haben gleichzeitig geerdete Testgeräte angeschlossen).

Die Tatsache, dass Sie nur ungerade Harmonische der Stromleitung sehen (Grundwelle bei 50 Hz, 3. bei 150 Hz und 5. bei 250 Hz), ist interessant. Ich bin mir nicht sicher, ob ich genug habe, um darüber hinauszugehen, um nützlich zu sein. Gerade Oberschwingungen oder solche, die bei 100 Hz beginnen, können auf schlechte Elektrolytkondensatoren der Stromversorgung hinweisen, aber das sehen wir hier nicht (und Sie sagten, Sie hätten sie ersetzt). Ich würde wahrscheinlich nicht versuchen, die Erdungsstrategie des Herstellers zu ändern, da dies wahrscheinlich nicht Ihr Problem ist.

Zweitens ist eine bessere Art, darüber nachzudenken, wie Ihre Schaltung aufgebaut ist, GND und VEE (negative Spannungsversorgung) anstelle von GND und VCC (positive Spannungsversorgung). So ist zumindest der Spannungsregler aufgebaut.

Ihre neue Schaltung erwartet wahrscheinlich, dass GND die negativste Spannung ist, was zu Problemen führen kann, wenn Sie nicht aufpassen. Ich würde Ihnen davon abraten, es sich bequem zu machen, Ihre Versorgungen 0 V und + 9 V zu nennen, da dies eine gewisse Vertrautheit impliziert, die definitiv nicht angemessen ist. Sie arbeiten an einem (nach modernen Maßstäben) unkonventionellen Stromversorgungssystem - denken Sie sehr sorgfältig über Annahmen nach, die Sie treffen, wenn Sie positive Schienenkreise auf ein negatives Schienensystem übertragen. Die Verwendung eines 7805 würde Ihnen eine positive Ausgangsspannung von -4 V und eine negative Ausgangsspannung von -9 V geben.

Ein 7805 (positiver) Spannungsregler gibt eine Spannung aus, die 5 V größer ist als sein GND-Pin. Jedes Rauschen oder jede Störung am GND-Pin wird auch auf den Ausgangspin verschoben. Wenn der GND-Pin -9 V +/- Rauschen ist, dann wird der Ausgang auch -4 V +/- dieses Rauschen sein. Wenn Sie diese Schaltung verwenden, haben Sie zwischen den Stufen keine Stromversorgungsimmunität. Es wäre besser, einen 7905 (negativen) Regler zu verwenden, um -5 V zu erzeugen und Ihre Schaltung mit 0 V und -5 V zu versorgen. Ihre Kupferfüllungen könnten dann 0 V betragen, was die Integration in Ihr Radio erleichtert.

Ich kenne den Zustand oder die Topologie der anderen Komponenten in Ihrem Funkgerät nicht, was die Bedeutung dieses Problems für Sie beeinflussen würde. Die Bandbreite der Szenarien, die ich mir vorstellen kann, reicht von Stromkreisfehlern über das Demonstrieren schlechter Leistung bis hin zu gelegentlichen Störungen und vollkommen in Ordnung. Wenn neue „seltsame“ Verhaltensweisen auftreten, ist dies wahrscheinlich das erste, woran ich bei der Fehlerbehebung denken würde. Vielleicht nicht "Das sind Drachen!", sondern "Das sind Wetterdienstwarnungen vor von Bäumen fallenden Leguanen!".

Das Herstellen einer invertierenden +5-V-Versorgung von der -9-V-Schiene ist die "richtige" Schienentopologie, aber es ist wahrscheinlich den Aufwand nicht wert. Denken Sie daran, dass jedes Rauschen, das auf der -5-V-Schiene endet, nahezu perfekt in den Ausgang Ihrer Wandlerschaltung eingekoppelt wird - sparen Sie nicht an der Entkopplung der Stromversorgung. Am sinnvollsten ist es, Kupfergüsse, Gehäuse und Koax-GND/0V anstelle von -5V/VSS oder sogar -9V/VEE herzustellen, da es wahrscheinlich am sichersten und bequemsten ist, dies im Radio zu tun. Es wird sich wahrscheinlich (es gibt ein paar mögliche Ausnahmen) so verhalten, wie Sie es erwarten. Versuchen Sie, eine ähnliche Stromversorgungsnotation (und PCB-Siebdruck!!) wie das ursprüngliche Funkschaltbild beizubehalten, damit Sie sich nicht zwischen Ihrem neuen Board und dem alten Radio verwechseln.

Viel Glück!

Wie gehe ich mit Masse in VCCed-Chassis-Geräten um?
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