La boucle (de masse)

[jsilvestre]

Bonsoir Hervé

Me semble que tu voulais dire : "et qu'il y a donc toujours des courants induits dans les boucles que l'on croyait ouvertes." et donc une tension dans la résistance du conducteur?

Bah non, le flux variable crée une tension pas un courant.
Cette tension existe même si on pense que la boucle est ouverte.

Je n'ai pas été assez précis. Si la boucle est ouverte le flux variable crée une tension et pas de courant. Si elle est fermée par une résistance nulle il crée un courant et pas de tension. Entre les 2 c'est la loi d'Ohm.

Un câble coaxial baigné dans un champ magnétique variable aura une tension entre ses 2 extrémités. Cette tension est identique pour le conducteur central et pour la tresse de blindage puisqu'ils sont tous deux dans le même flux donc pas de différence de potentiel entre l'âme et la tresse. Pas de courant, la boucle est ouverte.
C'est par exemple le cas d'une source et d'un ampli sans boucle de masse par la terre.

En fermant la boucle, par la terre, un courant va apparaître dans la tresse de blindage. Les 2 conducteurs âme et tresse voyent toujours un flux identique, tension induite identique mais le courant dans la tresse dont la résistance n'est pas nulle va faire chuter la tension. Dans le conducteur central pas de courant donc pas de chute de tension d'ou apparition d'une différence de potentiel entre l'âme et la tresse donc à l'entrée de l'ampli.

Pour s'en défaire, réduire la résistance du conducteur de blindage, grosse tresse et/ou liaison courte ou bien supprimer le courant en ouvrant la boucle.

Ce n'est pas forcément la meilleure idée sauf à éviter tout passage de courant, la résistance du métal n'étant pas nulle des tensions vont apparaître. Les courants basses fréquences se propagent sur toute la surface et de fait complètement ingérables.

L'impédance d'une plaque ou d'un boitier n'est évidemment pas nulle, mais aucun autre conducteur n'est moins impédant.
Les courants basses fréquences prennent le trajet le moins impédant, et créeront des perturbations bien inférieures à celles créées par un câblage en étoile.
Se connecter au boitier métallique est probablement le meilleur moyen de garantir l'équipotentialité des "masses locales" des circuits interconnectés.

En audio, bien souvent les tensions non désirées sont plus embêtantes qu'une impédance plus élevée.
J'ai fait un petit dessin simplifié des 2 solutions, plan de masse et étoile.

   

Le plan de masse est performant mais ingérable. Les courants se mélangent dans tous les sens et les tensions font n'importe quoi...
C'est pour cette raison que j'ai arrêté au profit des étoiles. Les étoiles c'est bien mais c'est un vrai casse tête surtout en HF mais c'est gérable...

Joël

[herve00fr]

supprimé

[jacquese]

Bonjour,
La gestion des courant dans un plan de masse peut effectivement poser problème. Mais chaque problème sa solution. Les fentes dans le plan c'est pas mal mais c'est pas très précis.
Personnellement je fais comme cela :
- Je trace les pistes de masse comme-ci il n'y avait pas de plan de masse, en optimisant les trajets de courant de manière précise
- J'ajoute une résistance zéro ohm sur mon PCB, connectée à la masse d'un coté et non connecté de l'autre
- je fais un plan de masse et je choisis de le référencer à la "non-connexion" de cette résistance.
- je mets un strap à la place de la résistance.

Si vous avez suivi : au final, le plan de masse est connecté en un seul point à la masse de la carte. Aucun composant ni connecteur n'est branché au plan de masse. Les pistes de masse véhiculant le courant restent indépendantes du plan.
Je choisis le point de connexion au plus près de l'étoile locale.

Je mitige le problème de simili fentes sur toute la longueur des pistes par un plan de masse de chaque côté du PCB. Là où il y un espace entre la piste et le plan, il y un plan de masse de l'autre coté. Chaque plan protège l'autre.

Sur la photo ci-dessous : c'est un circuit à double plan de masse. On voit, au premier plan, la piste de masse de la sortie qui est indépendante du plan. Idem pour les deux résistances qui reviennent vers les condos. La résistance R15 sur la photo est le strap qui permet relier en un point le plan à la masse locale (près du centre des 4 condos de découplage)



Cdlt. Jacques

[gege 94]

Bonjour,
La gestion des courant dans un plan de masse peut effectivement poser problème. Mais chaque problème sa solution. Les fentes dans le plan c'est pas mal mais c'est pas très précis.
Personnellement je fais comme cela :
- Je trace les pistes de masse comme-ci il n'y avait pas de plan de masse, en optimisant les trajets de courant de manière précise
- J'ajoute une résistance zéro ohm sur mon PCB, connectée à la masse d'un coté et non connecté de l'autre
- je fais un plan de masse et je choisis de le référencer à la "non-connexion" de cette résistance.
- je mets un strap à la place de la résistance.

Si vous avez suivi : au final, le plan de masse est connecté en un seul point à la masse de la carte. Aucun composant ni connecteur n'est branché au plan de masse. Les pistes de masse véhiculant le courant restent indépendantes du plan.
Je choisis le point de connexion au plus près de l'étoile locale.

Je mitige le problème de simili fentes sur toute la longueur des pistes par un plan de masse de chaque côté du PCB. Là où il y un espace entre la piste et le plan, il y un plan de masse de l'autre coté. Chaque plan protège l'autre.

Sur la photo ci-dessous : c'est un circuit à double plan de masse. On voit, au premier plan, la piste de masse de la sortie qui est indépendante du plan. Idem pour les deux résistances qui reviennent vers les condos. La résistance R15 sur la photo est le strap qui permet relier en un point le plan à la masse locale (près du centre des 4 condos de découplage)



Cdlt. Jacques

Je crois que tu as de gros efforts à faire en matière de pédagogie... et peut être d'explication ou de différentiation des termes suivants; 0 électrique, masse , terre...
Sans rancune.
gege 94

[jacquese]

Désolé. Il n'est question que de masse alors oui c'est assez confus finalement !

[jsilvestre]

Bonjour Hervé,

"Oui, tu confirmes donc qu'un problème existe aussi avec les boucles ouvertes."

La tension induite n'est pas un problème en elle même, elle est trop faible, il s'agit de mV voire dizaines de mV. Ce qui pose soucis est la différence de tension entre les 2 conducteurs, tension qui se retrouve ajoutée au signal.
Cette tension différentielle est crée par le passage d'un courant dans la résistance du conducteur de masse d'un câble coaxial.
En boucle ouverte pas de courant donc pas de problème.

Il y a une autre solution : réduire la surface de la boucle avec la terre.
Si la terre prend le même trajet que le signal et la masse, tous les problèmes sont résolus.
La solution consiste à connecter le secteur et la terre d'un appareil à celui qui le suit.

Autre solution tout mettre dans un seul boitier. Une seule connection de terre plus de boucle de terre!

Ouvrir la boucle ne supprimera pas le problème, la boucle sera de toutes façons fermée par une capa parasite quelque part

Là ça devient plus compliqué!
Les capacités parasites des transfos laissent passer un courant entre primaire et secondaire, courant qui va transiter d'un appareil à l'autre par la masse.
Les capacités parasites d'un transfo peuvent être modélisées par 2 capacités, une entre phase et secondaire et l'autre entre neutre et secondaire. Leurs valeurs dépendent de la géométrie du transfo et ne sont généralement pas identiques.

Le petit dessin montre un schéma équivalent de 2 appareils reliés par un câble de modulation.
Un courant passe entre phase neutre d'un appareil et phase neutre du 2ème appareil par la tresse du câble de modulation.
Cpe est la capacité entre le fil d'entrée du primaire et le secondaire.
Cps celle entre le fil de sortie du primaire et le secondaire.

   


Maintenant relions les 2 appareils à la terre.

   

Rm est la résistance de la tresse de masse du câble de modulation.
Rt1 est la résistance du fil de terre du câble d'alimentation de l'appareil 1, Rt2 celle de l'appareil 2.
Rt est la résistance de la terre.
Comme à son habitude le courant va se partager entre les différents passages possibles avec une préférence pour le passage le moins résistif. Dans l'ordre Rm puis Rt1 + Rt2 et loin derrière Rt.
Seule une petite partie du courant parasite va retourner directement à la terre, le courant entre les 2 appareils change très peu.
Donc relier les appareils à la terre ne change pas grand choses vis à vis de ce problème...

Cpe et Cps n'ont pas la même valeur et la tension entre neutre et terre est proche de 0. Suivant le sens de connection de la prise secteur la phase va être reliée à Cpe ou à Cps et le courant sera différent. Le rendu à l'écoute aussi.
La première approche est de trouver le bon sens de la prise secteur mais il faut le faire pour chaque appareil. Avec le nombre d'appareils interconnectés le problème devient rapidement inextricable et pas optimal. Pas moyen d'annuler le courant, juste de le réduire.

Une meilleure approche passe par la symétrisation du secteur. Plus de phase et neutre mais 2 phases inversées par rapport à la terre.

   

Cpe et Cps forment un diviseur capacitif. Si leur valeur est identique la tension en sortie du diviseur par rapport à la terre est nulle. Pas de tension donc pas de courant.
A l'origine Cpe et Cps sont différentes. Mais rien n'empêche de rajouter une capa en parallèle sur la plus faible pour les rendre équivalentes. Sauf des questions de sécurité, jouer avec le secteur c'est mal il faut bien savoir ce que l'on fait...

En prenant les précautions qui s'imposent j'ai essayé. Ca marche pas mal, le fondamental 50Hz peut être atténué d'un facteur quelque part entre 100 et 1000. Mais restent les harmoniques, commutations des diodes et autres.
Aux mesures le courant passe de quelques centaines de µA à quelques dixièmes de µA.

La photo montre le courant entre un dac et un ampli alimentés par un secteur symétrisé et capas légèrement différentes:

   

Et le courant après ajustage des 2 capas:

   

Les valeurs efficaces des courant passent de 4µA à 0.2µA. Et la différence à l'écoute est appréciable!

Restent les résidus hautes fréquences difficiles voire impossible à annuler. Peut mieux faire, rendre ces courants inopérants...

Dans le dac il restait un plan de masse dans la partie numérique et ce courant passait par ce plan de masse. En modifiant le câblage des masses pour respecter le principe de l'étoile le courant à été détourné du plan de masse pour passer directement aux alimentations et donc retourner directement au secteur. L'effet sur l'écoute à été important.
En passant par le plan de masse il augmentait le jitter. De pas grand chose, la résistance du plan de masse est dans l'ordre des mΩ, le courant dans les µA et la tension perturbante dans les nV...
Et depuis la mise en étoile de la dernière partie qui ne l'était pas déjà la symétrisation du secteur ne fait plus de différence à l'écoute.

et tu perds le blindage que pourrait t'offrir le boitier.

Avec des choses du genre "casseur de boucle de terre", 2 diodes en anti parallèle dans la connection de terre il est possible de relier le boitier à la masse et à la terre sans créer de boucle. Cette approche est pas mal utilisée en audio pro.

Je ne partage pas cet avis, lorsque je fais un filtre je préfère que l'impédance d'accès à la masse du pied des condensateurs soit très (très) faible.

Le compromis est de limiter l'impédance d'accès à une valeur un peu inférieure à celle des condensateurs. C'est sûr c'est pas toujours simple ou même possible. Après il faut concéder d'autre compromis...

Joël

[jsilvestre]

Bonjour Jacques,

si j'ai bien compris les plans de masses ne sont pas utilisés pour transporter du courant, ils ne font qu'office de blindage contre les champs électriques?
A mon avis ce n'est pas une très bonne idée. Ce blindage à tout intérêt à être fait par le boitier. Sur le PCB il ne sert pas à grand chose et augmente les capacités parasites entre pistes et masses.
Cela peut être voulu mais en audio c'est pas terrible. Un condensateur avec un diélectrique en époxy n'est pas ce que l'on fait de mieux... Surtout pour l'oreille.

J'en suis venu à bannir complètement les plans de masses et à réduire la largeur des pistes au strict minimum requis.
Pour que le circuit fonctionne quand même chaque piste critique est remplacée par sa résistance et son inductance dans le simulateur. Eventuellement le schéma est modifié pour compenser les éléments parasites.

Par exemple le routage des masses d'un dac en cours:
   

Pas de plan de masse, rien que des pistes et des étoiles sur 4 couches.

Joël

[jacquese]

Bonjour Joel,
Oui, le problème du plan c'est la capacité parasite. Maintenant je fais un plan uniquement sur les zone sans modulation et les alims.
Un DAC c'est de la HF. Pas de plan c'est osé ! Les fondeurs de DAC préconisent tous un plan des deux cotés.
Jacques

[Jean-Louis P]

Quelque chose que je ne comprends pas, Joel, c'est que pour les circuits digitaux type DAC il me semble que le plan de masse fait l'objet d'une recommandation quasi systématique et que tous les DAC en kit en ont une. Qu'est ce qu'ils espèrent qui te paraît inutile ?

Merci de vos contributions trop rares

Jean-Louis

PS tu peux nous en dire plus sur ton DAC (;-) ?

[herve00fr]

supprimé