Tại sao mạch của tôi rất nhạy cảm với dao động điện?

Gần đây tôi đã hoàn thành việc xây dựng một mạch được giới thiệu trong cuốn sách điện tử của người mới bắt đầu. Tôi đã bao gồm hình ảnh của sáng tạo của tôi dưới đây vì tôi nghĩ nó có thể trở nên phù hợp với câu hỏi.

Khi bắt đầu quá trình xây dựng, các hướng dẫn được chỉ định để thêm một tụ điện 100 microfarad "làm mịn" được đặt ngay tại nơi cáp nguồn được kết nối với bảng. Tôi quyết định không bận tâm đến bước đó vì tôi đang sử dụng một nguồn cung cấp năng lượng chất lượng vì vậy tôi không nghĩ rằng tôi cần tụ điện "làm mịn" (sai lầm lớn).

Không lâu trước khi tôi bắt đầu trải qua hành vi mạch kỳ lạ và không thể giải thích được và sau rất nhiều sự cố và không đi đến đâu, tôi đã thêm tụ điện làm trơn vào mạch. Ngay khi tôi thêm tụ điện vào mạch, các vấn đề đã biến mất, nhưng tôi thấy mình tự hỏi làm thế nào mà một tụ điện như vậy lại quan trọng đến mức các mạch của tôi sử dụng tổng công suất 50 milliamp và tôi có cái mà tôi nghĩ là cung cấp năng lượng khá tốt (Rigol DP832).

Để làm cho vấn đề trở nên thú vị hơn, tôi quyết định di chuyển tụ điện trơn tru từ trung tâm của bảng sang một đầu của bảng và thật ngạc nhiên, các vấn đề lại bắt đầu. Tại sao một sự khác biệt lớn như vậy chỉ bằng cách đặt tụ điện ở một nơi khác trên bảng?

Tôi đã quyết định bổ sung một tụ điện 8200 microfarad mạnh hơn (lớn hơn 82 lần so với trước đây) vì nghĩ rằng điều này sẽ chấm dứt tất cả các vấn đề của tôi nhưng một lần nữa tôi ngạc nhiên, điều đó vẫn không khắc phục được vấn đề. Tôi thực sự đã phải di chuyển tụ điện trở lại trung tâm của bảng để làm cho mọi thứ trở lại bình thường.

Đó không phải là vấn đề duy nhất, ngay cả với tụ điện ở "vị trí hoàn hảo", tôi đã cố gắng cấp nguồn cho rơle cơ nhỏ bằng cách sử dụng cùng một nguồn điện từ mạch và mỗi khi rơle kích hoạt mạch của tôi sẽ khởi động lại khởi động lại.

Vì vậy, câu hỏi là, tất cả các mạch nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ nhất trong dao động điện? Hoặc là vấn đề do kỹ năng tạo mẫu mạch của tôi và một bảng mạch không hiệu quả?

IC được sử dụng trong mạch là:

• NE555P (Bộ hẹn giờ chính xác).
• CD4026BE (Bộ đếm / Bộ chia thập phân CMOS).

Các tụ điện khuyên là một bộ đệm dài, có thể nói.

Ngay cả khi bạn có một nguồn cung cấp năng lượng hoàn hảo, các dây cáp chạy theo thiết kế của bạn vẫn không hoàn hảo. Và đó không phải là lỗi của bạn, đó chỉ là cách cáp. Tôi tin rằng một số rapper đã viết một bài hát về điều đó ... Tôi khá chắc chắn rằng đó là về dây cáp.

Cáp của bạn trước tiên nhận tiếng ồn. Thứ hai, chúng có những đặc điểm ngớ ngẩn mà bạn sẽ tìm hiểu sau này tại một số điểm chi tiết hơn, nhưng về cơ bản đối với các tín hiệu tần số cao (như mạch kỹ thuật số), chúng có độ miễn cưỡng rất cao để dẫn dòng điện, thậm chí có thể chỉ 50 mA. Những tín hiệu này khó truyền qua bất kỳ cáp nào. Bây giờ bạn có thể thấy nó vì các dây cáp hơi chậm phản ứng. Nếu bạn bật dòng điện, họ sẽ mất một thời gian để cung cấp ổn định, vì vậy nếu bạn chuyển đổi thường xuyên, bạn sẽ bắt đầu nhận thấy nhiều tiếng ồn trên nguồn điện.

Thêm tụ điện đó sẽ cho phép dòng điện chuyển đổi tần số cao của bạn được lấy từ tụ điện, do đó, cáp chỉ có thể cung cấp mức trung bình ngắn hạn, và dây dẫn DC bình thường rất tốt ở mức trung bình ngắn hạn gần DC, chúng có thể thực hiện nhiều ampe tại đó và như vậy có thể cung cấp của bạn: Mọi người đều hạnh phúc.

Trong thực tế, nhiều hướng dẫn thiết kế để quản lý điện áp hoặc chip điều chỉnh điện áp chỉ định một tụ điện đầu vào là 2,2 μF, ví dụ, song song với một chấm 22 μF hoặc lớn hơn, với dấu hoa thị "nếu cáp nguồn đến dài hơn X hoặc Y, Bất kể nguồn điện nào được sử dụng, hãy thêm tụ 22 μF (hoặc nhiều hơn) để ổn định và loại bỏ tiếng ồn tốt hơn ".

Thậm chí có thể tốt hơn để giữ tụ 100 μF, bởi vì tụ 8200 F sẽ có điện trở trong lớn hơn, trừ khi nó cũng lớn hơn nhiều về mặt vật lý. Điện trở trong của tụ điện xác định mức độ tốt của việc lấy đi gợn sóng của tín hiệu tần số cao dòng thấp. Nhỏ hơn là tốt hơn trong hầu hết các trường hợp với các tụ đầu vào đầu tiên như thế này. Nhưng, với các bộ điều chỉnh điện áp, điều đó không phải lúc nào cũng áp dụng cho tất cả các tụ điện đầu vào / đầu ra, vì vậy một khi bạn đã có được những cảnh giác đó! Nhưng đó không phải là bây giờ.

Bạn có thể hài lòng về việc không phải mọi thứ đều nhạy cảm, chuyển đổi chậm hoặc giống nhau kỹ thuật số tần số cao, có nhiều thứ mạnh mẽ ít nhạy cảm hơn với việc khởi động lại, nhưng thường vẫn là một ý tưởng rất tốt để thêm một số điện dung nếu một bảng hoặc thiết kế được cung cấp với dây hoặc đôi khi thậm chí thông qua một kết nối giữa các bảng. Nó không phải luôn luôn phải lớn đến 100 μF, nhưng một chút để làm nổi bật (chơi chữ cho người đọc phong hóa hơn dự định). Không có tiếng ồn để làm việc luôn tốt hơn là phải làm việc với tiếng ồn.

Lý do tụ điện giữa dây nguồn và mạch hoạt động tốt hơn mạch giữa dây nguồn và tụ điện là vì điện cảm dấu vết (dù là PCB hay bảng mạch bánh mì) sẽ hạn chế phản ứng của tụ điện, nếu bạn có nguồn điện dây gần đó, mạch của bạn cũng sẽ yêu cầu họ cung cấp một số dòng điện, điều này sẽ gây ra các loại tương tự, nhưng có thể theo thứ tự thấp hơn. Về cơ bản, bạn đã đặt tiếng ồn chuyển đổi của bạn lên cáp và cáp đã phản ứng với nó. Khi tiếng ồn của bạn nhìn thấy tụ điện trước tiên, ngay cả với một số điện cảm trong dấu vết, tiếng ồn sẽ không đi vào dây cáp và không gây ra bất kỳ vấn đề nào nữa, làm giảm tiếng ồn mà mạch của bạn nhìn thấy bởi một yếu tố lớn hơn nhiều.

Chỉnh sửa: Lưu ý: Ở trên về vị trí tụ điện được đơn giản hóa nghiêm trọng ở một số khía cạnh, nhưng nó thường truyền tải ý tưởng đủ tốt. Để làm rõ nó nên đủ, nhưng có nhiều động lực cho những thứ như thế này. Trong những năm sau nhìn lại, bạn có thể thấy điều này là một chút thiếu. Nhưng bạn không cần phải biết tất cả điều đó ngay bây giờ. Điều này sẽ làm.

Lý do với một rơle và một tụ điện và những thứ năng lượng được chia sẻ bị trục trặc, bởi vì, sự tăng vọt hiện tại của rơle của bạn quá lớn để tụ điện không thể theo kịp và sau đó các dây cáp không thể theo kịp, hoặc vì việc giải phóng rơle tạo ra một điện áp tăng vọt. Một giải pháp có thể là, nếu thiết kế của bạn có thể xử lý thả diode:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

D1 ngăn không cho bất cứ thứ gì được cung cấp bởi DR832 lấy cắp năng lượng từ tụ điện đệm kỹ thuật số C1 của bạn. D2 ngăn rơle tạo ra bất kỳ tiếng ồn đáng kể nào trên nguồn cung cấp của bạn và D3 bắt được bất kỳ sự cố đột biến nào mà rơle vẫn tạo ra khi bạn tắt nó.

Sự kết hợp giữa bánh mì không hàn và dây dài là rất nguy hiểm, đặc biệt là khi bạn gặp phải bất kỳ sự phức tạp nào. Hãy thử điều này như một thử nghiệm: thay thế tất cả các dây nối đất và nguồn của bạn bằng các nút nhảy càng ngắn càng tốt. Lý tưởng nhất là chúng nên ngắn đến mức không có sự chậm chạp nào trong chúng. Ngoài ra, đặt một tụ điện từ nguồn xuống đất tại mỗi IC và hiển thị. Sử dụng gốm sứ 0,1 uF cho nguồn điện kỹ thuật số và điện phân tantalum 1-10 uF cho nguồn điện tương tự. Trong mọi trường hợp, làm cho các kết nối càng gần các chân nguồn càng tốt. Tốt nhất là bạn thậm chí không sử dụng thêm jumper - chỉ cần cắm các nắp dẫn vào bên cạnh các chân IC.

Cuối cùng, tôi nhận thấy bạn có 3 tấm ván cùng nhau. Ngoài các kết nối nguồn và mặt đất ở đầu mỗi bảng, hãy chạy các bước nhảy ngắn ngay bên dưới IC của bạn kết nối các căn cứ và các thanh sức mạnh với nhau, để các kết nối tạo thành một lưới hình chữ nhật.

Breadboard có tụ điện ký sinh (theo thứ tự pF) và cuộn cảm (theo thứ tự nH) có thể tạo thành bộ dao động với các thành phần hoạt động của bạn. Vì các ký sinh trùng này khá nhỏ, tần số dao động lớn. Vì lý do này đôi khi bạn thấy "tiếng ồn" trên một mạch bánh mì.

Lưu ý rằng, ngay cả khi bạn có một nguồn điện áp lý tưởng, ngay trên bảng mạch, bạn vẫn sẽ thấy hiệu ứng này. Các dây dài chạy xung quanh bảng điều khiển cũng làm tăng cơ hội dao động không mong muốn. Đặt một tụ điện gần với thành phần hoạt động sẽ ngăn chặn các dao động này, bởi vì tại các tụ điện tần số cao là các đường trở kháng thấp.

Nhiều lần, một mạch hoạt động kỳ lạ trên bảng điều khiển là hoàn toàn tốt khi nhận ra trên PCB, bởi vì trong trường hợp đó bạn thoát khỏi ký sinh trùng.

... Mỗi khi rơle kích hoạt mạch của tôi sẽ khởi động lại máy.

Một nhận xét dài dòng nhanh chóng liên quan đến diode "snubber" D3 song song (hoặc nên) song song trên cuộn dây RLY1 của rơle (xem hình vẽ sơ đồ trong câu trả lời của @ Asmyldof).

Nếu diode đó được cài đặt ngược - nghĩa là, nếu đạo trình anode (+) của diode được kết nối với đường ray +5 VDC (nghĩa là đầu ra đầu ra '+' của Rigol), thì khi bóng bán dẫn N-MOS M1 bật ON, bạn sẽ có hiệu quả xà beng (đoản mạch) các đầu ra đầu ra '+' và '-' của bộ nguồn thông qua D3 và M1, điều này chắc chắn sẽ khiến mạch "khởi động lại". Cụ thể, khi M1 bật ON và ngắn mạch đường ray +5 VDC để nối đất qua D3 và M1, điện áp trên đường ray +5 VDC giảm xuống gần 0 volt (điện áp "nâu"), làm TẮT vi điều khiển (hoặc khác mạch điều khiển kỹ thuật số), tại đó điện áp trên M1.GATE (có thể, xem ghi chú 1) giảm xuống dưới điện áp ngưỡng cổng nguồn của VGS (th) của M1, do đó tắt M1 TẮT. Bây giờ M1 đã TẮT, trên các đường ray cung cấp điện được loại bỏ, tiềm năng trên đường ray +5 VDC khôi phục lại +5 VDC so với NHÓM và hoạt động mạch danh nghĩa được phục hồi.

TL; DR. Trong mạch của bạn, đảm bảo rằng diode snubber D3 có mặt và dây dẫn catốt của D3 được kết nối với đường ray +5 VDC chính xác như được hiển thị trong sơ đồ của @ Asmyldof.

(Lưu ý 1) Tôi cũng sẽ cài đặt một điện trở kéo xuống 10 kohm giữa cổng của M1 và mặt đất như một kế hoạch dự phòng để đưa M1.GATE xuống thấp (~ 0 VDC) khi không có gì khác đang tích cực điều khiển VGS điện áp nguồn cổng của M1. Hãy nhớ lại rằng M1 là MOSFET chế độ tăng cường loại N và nếu VGS <VGS (th) thì M1 sẽ tắt TẮT. Do đó, công việc của điện trở kéo xuống là tạo ra một điện áp nguồn cổng mặc định thấp hơn điện áp VGS (th) của M1 - tức là để tạo ra một điều kiện mặc định của VGS << VGS (th) - khi không có mạch khác đang tích cực điều khiển điện áp nguồn cổng trên M1. (Cụ thể, điện trở kéo xuống cung cấp phương tiện xả xuống đất bất kỳ tiềm năng khác không nào trên M1.GATE.)

Một số chi tiết phức tạp hơn về khái niệm điện trở kéo xuống (hoặc kéo lên). Giả sử (1) không có điện trở kéo xuống cũng không kéo lên được kết nối với M1.GATE và (2) chân đầu ra I / O (DIO) kỹ thuật số của vi điều khiển được kết nối với M1.GATE. Hãy tự hỏi mình câu hỏi này: trạng thái hoạt động của M1 là gì khi chân DIO của vi điều khiển được cấu hình cho chế độ trở kháng cao (CAO-Z) - tức là khi cả hai bóng bán dẫn đầu ra ổ đĩa hoạt động của chân DIO đều TẮT và vi điều khiển không hoạt động lái xe bất kỳ điện áp vào M1.GATE. Gần như là dây giữa pin DIO và M1.GATE đã bị loại bỏ và bây giờ tiềm năng trên M1.GATE còn lại để nổiliên quan đến tiềm năng mặt đất. Trong tình huống này, bạn không biết VGS là gì. Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn, khi chân DIO ở chế độ CAO Z này, mọi trường điện / tĩnh điện gần đó, nhiễu mạch, v.v. giờ đây có thể ảnh hưởng đến tiềm năng trên M1.GATE (tức là VGS) và theo nghĩa đen có thể khiến M1 ngẫu nhiên BẬT / TẮT. Việc đặt một điện trở kéo xuống giữa M1.GATE và mặt đất giúp neo VGS ở điện áp mặc định ~ 0 VDC - thấp hơn VGS (th) - khi không có gì khác đang kích hoạt điện áp vào M1.GATE. (Lưu ý rằng nếu bạn muốn M1 được BẬT theo mặc định, thay vào đó, bạn sẽ kết nối một điện trở kéo lên giữa M1.GATE và đường ray +5 VDC. Tất nhiên, điều này giả định rằng M1.VGS (th) << +5 VDC .)

TL; DR. Bất cứ khi nào MOSFET được sử dụng làm công tắc, hãy đảm bảo có điện trở kéo xuống hoặc điện trở kéo lên để thiết lập điện áp VGS mặc định cho trường hợp không có thành phần mạch nào khác đang chủ động điều khiển điện áp VGS.

Những lý do cho hành vi kỳ lạ, không thể giải thích được của mạch của bạn là:

1. Mạch kỹ thuật số rất "nhạy cảm" với "nhiễu" điện.
2. Các kết nối dây của mạch của bạn để lại rất nhiều mong muốn, nhưng vấn đề chính là chiều dài của chúng. Chúng nên càng ngắn càng tốt .
3. Không đủ tụ tách rời. Một (.1uf) ở mỗi chân nguồn IC và một ở chân đầu vào của tầng đếm đầu tiên.

bạn cần đặt một phạm vi trên dây dẫn điện và lỗi kết nối mặt đất. giả định của bạn rằng việc cung cấp năng lượng tốt có thể không chính xác. cũng đảm bảo rằng mặt đất trên phích cắm chuối thực sự sẽ đi đến các chân buss. cũng như sức mạnh. đảm bảo mọi thứ chỗ ngồi tốt. Nếu khu vực của bạn ẩm ướt hãy thử một số mỡ kết nối silicon trên các thành phần. 8200 uf sẽ đệm bất kỳ biến động nghiêm trọng nào thêm một vài 10 uf ở đây và ở đó với các mạch lớn. không có gì về mạch này đòi hỏi anh hùng dòng vi sóng.

bạn có thể thử bắt đầu lại và theo dõi dòng điện và điện áp hiện tại khi bạn thêm các thành phần mạch. điều này đơn giản đến mức bạn gần như có thể kết nối nó trực tiếp. sử dụng một mụn cóc tường riêng biệt cho công suất rơle cho đến khi bạn làm cho nó hoạt động.

các cuộn cảm ký sinh trên dây gây ra vấn đề với chip kỹ thuật số dòng điện đột ngột. một số người đặt tụ điện bỏ qua giữa nguồn và điện cực của mỗi chip (nếu tôi nhớ lại từ "Art of Electronics" 20 năm trước. đã có một cuộc thảo luận thú vị về nó)