Devrem neden elektrik dalgalanmalarına karşı bu kadar hassas?

Geçenlerde acemi elektronik kitaplarında sergilenen bir devre inşa ettim. Yaratılığımın resmini aşağıya ekledim, çünkü soruyla alakalı olabileceğini düşünüyorum.

Yapım işleminin başlangıcında, güç kaynağı kablolarının panele bağlandığı noktaya yerleştirilecek "yumuşatıcı" 100 mikrofaz kapasitör eklemek için belirtilen talimatlar. Bu adımla uğraşmamaya karar verdim çünkü kaliteli bir güç kaynağı kullanıyordum, bu yüzden bu "düzgünleştirici" kapasitöre (büyük hata) ihtiyacım olmadı.

Garip ve açıklanamayan garip devre davranışları deneyimlemeye başlamadan çok uzun sürmedi ve çok fazla sorun giderme ve hiçbir yere varılmadan sonra, yumuşatma kapasitörünü devreye eklemek benim başıma geldi. Devreye kapasitör eklediğimde, problemler ortadan kalktı, fakat devrelerimin yaklaşık 50 miliamper toplam güç kullandığı ve böyle bir kapasitörün yaklaşık 50 miliamper güç kullandığı ve ne düşündüğüme sahip olduğumu düşündüğümde ne kadar mümkün olduğunu merak ettim. oldukça iyi bir güç kaynağı (Rigol DP832).

Meseleleri daha ilginç hale getirmek için, yumuşatma kapasitörünü panonun ortasından panonun ucuna uzağa taşımayı ve sorunların yeniden başlamasına şaşırmamı kararlaştırdım. Kapasitörün tahtadaki farklı bir yere yerleştirilmesi neden bu kadar büyük bir fark?

Daha büyük bir 8200 mikrofarad kapasitör (bir öncekinden 82 kat daha büyük) kondansatör eklemeye karar verdim, bunun tüm sorunlarıma bir son vereceğini, ancak bir kez daha şaşırdığımı, sorunu çözemediğini düşündüm. İşleri normale döndürmek için kapasitörü tekrar panonun ortasına taşımak zorunda kaldım.

Tek sorun bu değildi, kapasitör "mükemmel yerleştirme" de olsa, devreden aynı gücü kullanarak küçük bir mekanik röleye güç vermeye çalıştım ve röle devremi her başlattığında "yeniden başlattı".

Yani soru şu ki, elektrik dalgalanmasındaki en küçük değişime bile duyarlı olan tüm devreler mi? Yoksa peynirli devre prototipleme becerilerim ve yetersiz bir breadboard nedeniyle sorun mu var?

Devrede kullanılan IC:

• NE555P (Hassas Zamanlayıcılar).
• CD4026BE (CMOS On Yıl Sayıcılar / Bölücüler).

Önerilen kapasitör, tabiri caizse, uzun uçlu bir tampondur.

Mükemmel bir güç kaynağınız olsa bile, tasarımınıza geçen kablolar mükemmel olmaktan uzak. Ve bu senin hatan değil, sadece kablolar böyle. Bazı rapçi hakkında bir şarkı yazdığına inanıyorum ... Yine de kablolarla ilgili olduğundan eminim.

Kablolarınız öncelikle gürültüyü toplar. İkincisi, daha sonra bir noktada daha ayrıntılı olarak öğreneceğiniz aptalca özelliklere sahipler, ancak temelde yüksek frekanslı sinyaller için (dijital devre yapar gibi) akım iletmek için çok yüksek isteksizliğe, hatta sadece 50 mA'ya sahipler. Bu sinyalleri sadece herhangi bir kablo üzerinden taşımak zordur. Şimdilik kabloların tepki vermesi biraz yavaş olduğu için bunu görebilirsiniz. Bir akımı açarsanız, sabit bir şekilde beslemesi biraz zaman alacaktır, bu yüzden sık sık açarsanız, güç kaynağında çok fazla gürültü fark etmeye başlarsınız.

Bu kondansatörün eklenmesi, yüksek frekanslı anahtarlama akımlarınızın kondansatörden alınmasına izin verecek, böylece kablolar sadece kısa vadeli ortalama sağlayabiliyor ve normal DC uçları DC'ye yakın kısa vadeli ortalamada çok iyi durumda. Bu ve böylece arzunuz: Herkes mutlu.

Gerçekte, voltaj yönetimi veya voltaj regülatör yongaları için bir çok tasarım kılavuzu, gelen güç kablolarının X veya Y'den uzun olması durumunda "yıldız işaretiyle" 22 μF veya daha büyük bir noktaya paralel olarak 2,2 μF'lik bir giriş kapasitörünü belirtir. kullanılan güç kaynağından bağımsız olarak, kararlılık ve daha iyi gürültü reddi için 22 μF (veya daha fazla) kapasitör ekleyin ".

100 μF kapasitörünü tutmak daha iyi olabilir, çünkü 8200 μF kapasitör fiziksel olarak çok daha büyük olmadıkça daha büyük bir iç dirence sahip olacaktır. Bir kapasitörün iç direnci, düşük akım yüksek frekanslı sinyallerin dalgalanmasını ortadan kaldırmanın ne kadar iyi olduğunu belirler. Küçük, çoğu durumda bunun gibi ilk giriş kapasitörleriyle daha iyidir. Ancak, voltaj regülatörleri sayesinde, her zaman tüm giriş / çıkış kapasitörleri için geçerli değildir, bu yüzden bir kere dikkat edin! Ama bu şimdilik değil.

Her şeyin bu kadar hassas olmadığından, yavaşça değiştirilebilen veya yüksek frekanslı dijital olduğu için mutlu olabilirsiniz, yeniden başlatmaya karşı daha az hassas olan birçok sağlam şey vardır, ancak genellikle bir tahta veya tasarımsa kapasitansı eklemek hala çok iyi bir fikirdir. kablolarla veya bazen panolar arasındaki bir konektörden bile beslenir. Her zaman 100 μF kadar büyük olmak zorunda değildir, ancak kenarı kesmek için biraz (amaçlanan daha yıpranmış okuyucu için ceza). Çalışmak için ses çıkarmamak, gürültü ile çalışmak zorunda kalmaktan her zaman iyidir.

Güç kabloları ve devre arasındaki kapasitörün güç kabloları ve kapasitör arasındaki devreden daha iyi çalışmasının nedeni, iz endüktansının (ister PCB isterse ekmek tahtası olsun) kapasitörün tepkisini sınırlandırmasıdır; Yakındaki teller, sizin devrenizden aynı akım dalgalanmalarına neden olacak, ancak daha düşük bir sırayla mümkün olacak şekilde akımın bir kısmını da sağlamalarını isteyecektir. Anahtarlama sesinizi zaten kabloların üzerine yerleştiriyorsunuz ve kablolar zaten buna tepki gösteriyor. Gürültünüz ilk önce kondansatörü gördüğünde, izlerde bir miktar endüktans olmasına rağmen, gürültü kablolara girmeyecek ve başka sorunlara neden olmayacak, bu da devrenizin gördüğü gürültüyü çok daha büyük bir faktörle azaltacaktır.

Düzenleme: Not: Kondansatör konumu ile ilgili yukarıdaki hususlar bazı açılardan ciddi şekilde basitleştirilmiştir, ancak genel olarak fikri yeterince iyi iletmektedir. Netleştirmek için yeterli olmalı, ancak böyle şeylerin birçok dinamiği var. Daha sonraki yıllarda geriye dönüp bakarken, bunu biraz eksik bulabilirsin. Ama şu anda hepsini bilmene gerek yok. Bu yapacağım.

Bir röle ve bir kapasitör ve paylaşılan güçle ilgili sorunların nedeni, yine de, rölenizin akım yükselmesinin, kondansatörün yardım etmesi için çok büyük olması ve ardından kabloların dayanamamaları veya rölenin serbest kalmasıdır. bir voltaj yükselmesi yaratır. Tasarımınız bir diyot düşüşünü kaldırabilirse bir çözüm olabilir:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

D1, DR832 tarafından beslenen herhangi bir şeyin dijital tamponlama kapasitörünüz C1'den güç çalmasını önler. D2, rölenin tedarikinizde önemli bir gürültü yapmasını önler ve D3, kapattığınızda rölenin hala çektiği güçleri yakalar.

Lehimsiz breadboard ve uzun tellerin kombinasyonu, özellikle de herhangi bir karmaşıklığa ulaştığınızda ölümcüldür. Bunu bir deney olarak deneyin: tüm toprak ve güç kablolarınızı mümkün olduğu kadar kısa olan atlama kablolarıyla değiştirin. İdeal olarak, o kadar kısa olmalıdır ki içlerinde hiç gevşeklik yoktur. Ayrıca, her IC'de ve göstergede güçten toprağa bir kapasitör yerleştirin . Dijital güç için 0.1 uF seramik, analog güç için 1-10 uF tantal elektrolitik kullanın. Her durumda, bağlantıları güç pimlerine olabildiğince yakın yapın. Ekstra atlama telleri bile kullanmamanız en iyisidir - sadece IC uçlarının yanındaki başlık kablolarını takmanız yeterlidir.

Sonunda, bir araya getirilmiş 3 breadboardunuz olduğunu fark ettim. Her breadboard'un üstündeki güç ve toprak bağlantılarına ek olarak, toprakları ve güç otobüslerini birbirine bağlayan IC'lerin hemen altında kısa atlama telleri kullanın, böylece bağlantılar dikdörtgen şeklinde bir ızgara oluşturur.

Breadboard'larda, aktif bileşenlerinizle osilatör oluşturabilen parazitik kapasitörler (pF sırasına göre) ve indüktörler (nH sırasına göre) bulunur. Bu parazitler oldukça küçük olduğundan salınım frekansı büyüktür. Bu sebeple, bazen bir breadboard devresinde "gürültü" görebilirsiniz.

İdeal bir voltaj kaynağınız olsa bile, hemen ekmek tahtasında, bu etkiyi göreceğinizi unutmayın. Breadboard'un etrafından geçen uzun teller istenmeyen salınım olasılığını da arttırır. Bir kapasitörün aktif bileşene yakın yerleştirilmesi bu salınımları önler, çünkü yüksek frekanslarda kapasitörler düşük empedanslı yollardır.

Çoğu zaman, breadboard üzerinde garip davranan bir devre, bir PCB üzerinde gerçekleştirildiğinde mükemmeldir, çünkü bu durumda parazitlerden kurtulursunuz.

... röle tetiklediğinde her zaman devrem “yeniden başlayacak”.

Bir hızlı röle RLY1 en bobin boyunca paralel (veya olmalıdır) "snubber" diyot D3 ilişkin uzun soluklu comment (@ Asmyldof en cevapta şematik şekle bakınız).

Eğer bu diyot geriye monte edilmişse - yani, diyotun anot (+) kablosu +5 VDC rayına (yani, Rigol'ün '+' çıkış terminaline) bağlıysa, o zaman N-MOS transistörü M1 açıldığında etkili bir şekilde crowbar (kısa devre) güç kaynağının D3 ve M1 üzerinden '+' ve '-' çıkış terminalleri, ki bu kesinlikle devrenin "yeniden başlatılmasına" neden olacak. Spesifik olarak, M1 AÇIK konuma geldiğinde ve +5 VDC rayı D3 ve M1 üzerinden toprağa kısa devre yaptığında, +5 VDC rayı üzerindeki voltaj sıfıra yakın volta düşer (voltaj "kahverengi çıktı"), bu da mikrodenetleyiciyi KAPALI duruma getirir (veya diğer Dijital kontrol devresi) bu noktada M1.GATE voltajı (muhtemelen not 1'e bakınız) M1'in kapı kaynağı eşik voltajı VGS'nin (th) altına düşerek M1'in kapanması. Şimdi M1 KAPALI, güç kaynağı rayları üzerinden kaldırıldı, +5 VDC rayındaki potansiyel GROUND'a göre +5 VDC'ye geri döndü ve nominal devre çalışması geri yüklendi.

TL; DR. Devrenizde, keskin diyot D3'ün mevcut olduğundan ve D3'ün katod ucunun tam olarak @ Asmyldof'un şemasında gösterildiği gibi +5 VDC rayına bağlı olduğundan emin olun.

(Not 1) M1'in kapı kaynağı voltajı VGS'yi başka bir şey aktif olarak kullanmıyorsa, M1'in kapısı ve şasi arasına, M1.GATE'i düşük (~ 0 VDC) getirmek için bir acil durum planı olarak 10 kohm'luk bir aşağı direnç direnci yerleştirirdim. M1'in N tipi bir koruma modu MOSFET olduğunu hatırlayın ve VGS <VGS (th) ise M1 kapanacaktır. Bu nedenle çekme direncinin işi, M1'in VGS (th) voltajının oldukça altında bir varsayılan geçit kaynağı voltajı oluşturmaktır - yani, başka bir devre olmadığında VGS << VGS (th) 'nin varsayılan bir koşulunu oluşturmaktır. aktif olarak M1 üzerindeki geçit kaynağı voltajını kullanıyor. (Spesifik olarak, aşağı çekme direnci, M1.GATE üzerindeki sıfır olmayan potansiyellerin toprağa boşaltılması için bir yol sağlar.)

Aşağı çekme (veya yukarı çekme) rezistör konseptinde biraz daha detaylandırma. (1) M1.GATE cihazına aşağı ya da yukarı çekme direncinin bağlı olmadığını ve (2) bir mikrokontrolörün dijital I / O (DIO) çıkış piminin M1.GATE'e bağlı olduğunu varsayalım. Kendinize şu soruyu sorun: mikrodenetleyicinin DIO pimi yüksek empedanslı (HIGH-Z) modu için yapılandırıldığında M1'in çalışma durumu nedir - yani, DIO pinin her iki aktif sürücü çıkış transistörü KAPALI ve mikrodenetleyici aktif değilken herhangi bir voltajı M1.GATE'e sürmek. Bu DIO pimi ve M1.GATE arasındaki tel şimdi çıkarılıp eğer M1.GATE üzerindeki potansiyel bırakılır neredeyse var yüzerZemin potansiyeline göre. Bu durumda VGS'nin ne olduğu hakkında hiçbir fikriniz yok. Sorunları daha da artırmak için, DIO pimi bu HIGH-Z modundayken, yakındaki herhangi bir elektrik / elektrostatik alan, devre gürültüsü vb. M1GATE (yani VGS) üzerindeki potansiyeli etkileyebilir ve M1'in rastgele bir şekilde rasgele olmasına neden olabilir açmak / kapamak. Bir yerleştirme aşağı çekin M1.GATE ve toprak arasında direnç yardımcı olur demirlemek başka bir şey activly M1.GATE üzerine gerilim yönlendirdiğini zaman - (th) VGS oldukça altında olduğunu - ~ 0 VDC varsayılan gerilimde VGS. (M1'in varsayılan olarak AÇIK olmasını istiyorsanız, bunun yerine M1.GATE ve +5 VDC rayı arasına bir çekme direnci bağladığınızı unutmayın. Bu, elbette M1.VGS (th) << +5 VDC olduğunu varsayar. .)

TL; DR. Bir MOSFET anahtar olarak kullanıldığında, başka hiçbir devre elemanının aktif olarak VGS voltajını kullanmıyor olması durumunda varsayılan bir VGS voltajı oluşturmak için aşağı çekme veya yukarı çekme direncinin yerinde olduğundan emin olun .

Devrenizin garip, açıklanamayan davranışının nedenleri:

1. Dijital devreler elektriksel "gürültüye" karşı çok "hassastır".
2. Devrenizin kablo bağlantıları istenen çok şey bırakıyor, ancak asıl sorun uzunlukları. Mümkün olduğunca kısa olmalıdırlar .
3. Yeterli dekuplaj kondansatörü yok. Her bir IC güç pininde bir (.1 uf) ve bir birinci sayaç aşamasının giriş pininde bir tane.

güç kablosuna bir kapsam koymanız ve toprak bağlantısını kesmeniz gerekir. güç kaynağının iyi olduğu varsayımınız doğru olmayabilir. ayrıca muz fişindeki zeminin aslında otobüs pimlerine gittiğinden emin olun. güç gibi. her şeyin iyi oturduğundan emin olun. Bölgeniz nemli ise, bileşenler üzerinde bir miktar silikon bağlayıcı yağı deneyiniz. 8200 uf, ciddi dalgalanmalara ara vermeli ve burada ve burada büyük devrelere sahip birkaç 10 uf ekleyecektir. Mikrodalga şerit çizgi kahramanlık gerektiren bu devre hakkında hiçbir şey yok.

Devre bileşenleri eklerken, baştan başlamayı ve akım ve gerilimi izlemeyi deneyebilirsiniz. Bu o kadar basittir ki neredeyse canlı olarak bağlayabilirsiniz. röle gücü için hepsini çalıştırana kadar ayrı bir duvar siğil kullanın.

Tellerdeki parazitik endüktanslar ani akımların dijital çiplerde sorunlara neden olur. Bazı insanlar her çipin gücü ve toprak uçları arasına bypass kapasitörleri koymuşlardı (20 yıl önce "Elektronik Sanatı" nı hatırlarsam, bunun hakkında güzel bir tartışma yaptılar)