Небольшое отступление перед началом.
"Изолятор" - написание в "кавычках" указывает на то, что он что-то изолирует, но и полноценным изолятором, который изолирует (не пропускает) все в прямом смысле этого слова не является. Давайте разберемся, что он изолирует, а что пропускает, и для удобства далее будет писать изолятор без кавычек.
В цепь защитного заземления стекают все паразитные токи, широкополосные шумы и импульсные помехи, поэтому её условно можно считать «грязной» землей, являющейся потенциальным источником распространения помех по шине заземления. Аудиоустройство, напрямую подключенное к цепи защитного заземления, подвержено влиянию «грязной» земли и получению альтернативного пути распространения сигнала.
Для устранения влияния «грязной» земли на цепи аудиоустройства, рекомендуется применять изолятор защитного заземления, который обеспечивает высокое сопротивление (разрыв) для помех и шумов, блуждающих по шине заземления, и низкое сопротивление (почти короткое замыкание) для высоких (аварийных) напряжений.
В цикле статей "Заземление и подключение компонентов для аудио", изолятор защитного заземления обсуждался очень подробно. Вся необходимая информация представлена там. Здесь я лишь сгруппирую ключевые мысли.
При разработке и изготовлении аудиоустройства перед разработчиком возникает весьма непростой вопрос соединения цепей «защитного заземления» и цепей «сигнальной земли».
Реализация данной задачи может быть решена различными способами, и большая часть из мне известных возможна в заложенной схемотехнике изолятора, принципиальная схема которого приведена ниже.
Какие могут быть способы связи цепей "защитного заземления" и цепей "сигнальной земли" аудиоустройства?
1. Не соединять – в этом случае изолятор защитного заземления не устанавливается, а цепи сигнальной земли не имеют связи с цепями защитного заземления.
Такую стратегию может позволить себе только очень продвинутый разработчик, который точно знает, что делает и какую цель преследует. Конструкция должна быть не подвержена внешним электромагнитным излучениями (ЭМИ), а потенциал сигнальной земли может значительно отличаться от потенциала корпуса устройства, что весьма опасно и может привести к непредсказуемым последствиям (стратегия не рекомендуется к применению без профессиональных навыков и высокой квалификации специалиста).
2. Соединить напрямую – в этом случае изолятор защитного заземления также не устанавливается, а цепи сигнальной земли накоротко замкнуты с цепями защитного заземления.
Прямое соединение цепей защитного заземления и цепей сигнальной земли наиболее часто встречающееся решение, обусловленное своей простотой.
В случае прямого соединения земель всегда лучше использовать непосредственное соединение цепей сигнальной земли с центральной звездой земли (корпус) устройства, минуя возможные переходные соединения.
Такая стратегия считается наиболее часто встречающейся, однако, очень критикуется, поскольку в этом случае «сигнальная земля» подвержена влиянию «грязной» защитной земли и получению альтернативного пути распространения сигнала. Очень много помех распространяется по цепям защитного заземления и они имеют прямой путь в сигнальную землю аудиоустройства (стратегия не рекомендуется к применению, так как помехи "грязной" защитной земли оказывают непосредственное влияние на сигнальные цепи аудиоустройства).
3. Соединить через изолятор - соединение цепи защитного заземления с цепью сигнальной земли через изолятор определенного вида (изолятор может комбинироваться из диодов, резистора/резисторов и конденсатора).
Такая стратегия считается рекомендованной, так как изолятор эффективно блокирует распространение широкополосных помех по цепям защитного заземления при этом электробезопасность устройства не нарушается!
Защитные свойства заземления при соединении земель с помощью изолятора защитного заземления полностью сохраняются!
С точки зрения звуковых частот, соединение через изолятор защитного заземления эквивалентно прямому соединению с защитным заземлением.
С точки зрения паразитного сигнала, который, как правило, имеет относительно малую амплитуду, такое соединение эквивалентно разрыву цепи.
Соединение земель с помощью изолятора защитного заземления считается самым помехозащищенным!
Типовые схемы изоляторов:
- Соединение земель через параллельно соединенные резистор и конденсатор (R1||R2, С1).
Резистор выбирается небольшого номинала, чтобы не пострадали функции защитного заземления и выполнялись требования электробезопасности.
- Соединение земель через встречно включенные диоды (D1-D4).
При пробое высокого напряжения на корпус устройства, потенциал корпуса не может быть выше прямого падения напряжения на диодах (в нашем случае это реализуется с помощью двух последовательно соединенных диодов, обеспечивающих порог срабатывания на уровне 1.2-1.5 В). Т.о., защитные свойства такого соединения и электробезопасность такого устройства полностью сохраняются!
С точки зрения сигнала (помехи), который, как правило, имеет относительно малую амплитуду (здесь мы рассматриваем даже не сам сигнал, а его паразитную составляющую на сигнальной земле), за счет диодов мы получаем разрыв (изоляцию). Количество последовательно соединенных диодов определяют порог блокировки такого изолятора.
- Соединение земель через встречно включенные диоды с резистором впараллель (D1-D4, R1||R2).
Подобное включение можно увидеть во многих принципиальных схемах аудиоустройств ведущих мировых разработчиков аудиоаппаратуры, в точности как и полное включение изолятора, сочетающее в себе комбинацию из диодов, резистора/резисторов и конденсатора.
В представленном модуле заложены возможности для использования различных стратегий взаимодействия земель. Незадействованные элементы просто не устанавливаются.
Лучшим решением можно считать схемотехнику, в которой изолятор защитного заземления реализован на основных электронных модулях.
В случае, если по каким либо причинам изолятор защитного заземления не был предусмотрен в конструкции аудиоустройства, он может быть подключен в виде внешнего модуля.
Электронная плата изолятора изготовлена на фрезерном ЧПУ и размещена в корпус-обечайку, напечатанный на 3D-принтере.
Установка изолятора в корпусе устройства очень проста и надежна - двухсторонний скотч повышенной прочности надежно удерживает модуль от возможных перемещений.