Návrh PCB — Tak takto prosím ne!

 Byla jsem dotázána na názor na stavebnici https://hadex.cz/w029-zesilovac-2x-100w-2x-modul-mx50--stavebnice/ Na první pohled se zdálo, že k tomu není moc co dodat, je to naprosto typické zapojení nízkofrekvenčního zesilovače v AB třídě.

Ano, schema je mrňavé a v mizerném rozlišení. Jiné ke stavebnici není, v návodu není vůbec. Moji pozornost uchvátila jediná věc — rezistor R24. Ti, co znají „dudkoviny“ už vědí. Ano, zesilovač má zcela nelogicky dvě země. Dokud máte izolovaný sekundár zdroje a máte izolované i reproduktory, pak to funguje (tedy dokud nepojde ten R24), ovšem jakmile toto přestane být pravda, čeká vás veliké bolení. A pokud to takto oddělené máte, potom zase nevidím v čem je ten přínos. Leč hifista nepočítá, neměří, hifista má názor. A proti názoru a víře se argumentovat nedá. 

Každopádně zapojení vypadá celkem obyvkle, nenadchne, neurazí, ale fungovat nejspíš bude. Opravdu se mi nechce počítat parametry té věci, tiše předpokládám, že ukradli něco funkčního, takže by se to dalo i doporučit. Má to ovšem háček, oni prosím navrhli plošňák.

Když vidíte Kýbl nebo Altium, čekejte nečekané. Vím, že je to škaredá generalizující poznámka, ale jsou za ní roky zkušeností. Totiž Eagle je z hlediska funkcionality nedostačující věc, no a Altium je zase statusová věc v Číně, což obé selektuje uživatele, se kterými se opravdu nechcete potkat — lidé, kteří se tváří profesionálně ač dělají něco, co neumí. To se ukázkově projevilo i v tomto případě.

Myslím si, že už pohled na osazenou desku ve znalém člověku vyvolá údiv a úlek, možná i ústřel. Ano. Jistě. Snímač teploty kompenzující klidový proud je na jednom chladiči s budicím stupněm, ač koncové tranzistory jsou na jiném chladiči. Toto definitivně není dobrý nápad, ač vyloženě špatně to není. Totiž ona teplota jednoho chladiče bude sledovat teplotu druhého, takže pokud se správně zvolí oba chladiče, bude celá věc fungovat poměrně stabilně. Jeden z chladičů je součástí stavebnice, druhý bohužel ne, no a tím se z toho stává docela problematická věc, zvláště pak ve stavebnici. A to je přesně ten moment, kdy si říkáte proč si proboha takhle někdo komplikuje život.

Za daleko horší problém ovšem považuji prokovy. On prokov je sice krátký, ale nanesená vrstvička mědi je velice tenká, takže nesnese velké proudy. Pokud uvážíte 100W a 8Ω, potom se dostáváme k proudům kolem 3.5A. Ve špičce pochopitelně budou vyšší. A to je na prokov opravdu hodně. 

Jistě namítnete, že se součástky dají zapájet z obou stran a v mnoha případech máte pravdu. Já se zaměřím na případy, kdy to nejde (vyznačeny červenou barvou). Jedná se typicky o elektrolyty v radiálním provedení, protože se jednoduše nedostanete pod ně a v tomto případě ještě jedna svorkovnice. Svorkovnice sama nevypadá (díky R24) jako problém, protože zem zesilovače stejně není (a nesmí být) na zemi. Za zásadní problém ale považuji C1 a C10, kde v cirkulačních proudech půjde v podstatě výstupní proud zesilovače, který bude jasně přesahovat 3.5A. A tím se bohužel dostávám k další nepříjemnosti — ty kondenzátory jsou velice malé. To jak kapacitou, tak rozměrově. Nemyslím si, že takto malý kondenzátor je schopen dlouhodobě vydržet proudy řádově v jednotkách amper, byť se díky malé kapacitě poměrně rychle vybije a tudíž kmitočet bude poměrně vysoký. Tím se ale dostávám k dalšímu problému, totiž že největší výkon (potažmo příkon) je na basech, čili cirkulační proudy se nevyhnutně musí vytahovat mimo desku relativně dlouhým vedením, které má odpor i indukčnost. A zase. Ta deska přeci mohla být větší a mohlo se tam použít několik kondenzátorů paralelně. 

Problémových míst je ostatně na desce víc, označila jsem je zelenou barvou. Například faston OUT+ je příliš blízko chladiče, hrozí tam zkrat, navíc tam budete mít opravdu problém ten konektor připojit. Stejná situace je u napájecích fastonů, kde vám zavazí kondenzátory C1 a C10, které můžete snadno vyvalit z desky, pokud budete stohovat moduly, budou vám tam zavazet šrouby a k dovršení všeho vám u kladného ještě zavazí druhý chladič. C7 má zase gigantické oválné díry, což je výrobně drahé, je to jediný oválný otvor v celé desce, takže jen kvůli C7 se musí frézovat, navíc se to špatně pájí, tudíž je tady šance na vadný spoj. A to jen kvůli tomu, že někdo potřebuje součástkovou variabilitu, které by se ale snadno dosáhlo dvěma dírami.

Co si z toho tedy odnést jako ponaučení:

• nepoužívejte kombinaci velkých proudů a prokovů
• pokud se tomu nemůžete vyhnout, používejte cesty s velkými proudy pouze na straně pájení
• pokud musíte do dalších vrstev, udělejte si v místě vývodu plochu a do požadované vrstvy ji propojte pomocí via stitchingu, získáte tak mnoho paralelně spojených via, které tím pádem snesou větší proudové zatížení
• vždy přemýšlejte nad tepelným návrhem, co se ohřívá čím a co snímá teplotu čeho, součástky nelze náhodně rozházet po desce
• související celky držte pohromadě, vyhnete se tak dlouhým cestám a z toho plynoucím problémům
• nezadávejte návrh desky lidem, kteří nerozumí danému zapojení
• i dobrou konstrukci může snadno zničit špatně navržená deska
• nesnažte se o nejmenší či nejprofesionálněji vypadající desku, cílem není na první pohled hezky vypadající deska, ale funkční a dlouhodobě stabilní a spolehlivý výrobek