Tôi là một nhà vật lý với kiến ​​thức hạn chế về điện tử. Tôi thường nghiên cứu các vấn đề của mình trên Internet trước khi yêu cầu giúp đỡ. Điều này có nghĩa là ở đây tôi sẽ trình bày cả câu hỏi và giải pháp có thể xảy ra và tôi muốn bạn xác nhận hoặc sửa những gì tôi đã viết.

Tôi muốn có được một bộ tạo tín hiệu sở thích tương đối rẻ lên đến cca. 10 MHz. Tôi có hai yêu cầu:

1. Nó phải cho tín hiệu nổi.
2. Có thể nối đất đầu ra trong khẩu độ và vẫn nhận được tín hiệu không có thành phần DC.

Quảng cáo 1: Điều kiện này chỉ có thể được đáp ứng nếu nguồn và bộ tạo tín hiệu được tách biệt về mặt điện, có thể đạt được bằng cách sử dụng máy biến áp. Do đó, bất kỳ bộ tạo tín hiệu nào được cấp nguồn DC (hoặc có nguồn điện DC bên ngoài) là không cần thiết.

Quảng cáo 2: Cách hợp lý để đáp ứng điều kiện này là bộ tạo tín hiệu sử dụng máy biến áp với hai cuộn dây thứ cấp, ví dụ: 12V-0V-12V. Khi dây chung của cuộn dây thứ cấp được nối đất, có thể nhận được điện áp âm và dương thực sự.

Có vẻ như thực tế tất cả các bộ tạo tín hiệu giá rẻ đều sử dụng nguồn điện DC (tự động loại bỏ chúng do điều kiện 1). Một ngoại lệ đáng chú ý là mô hình FY3200S . Tuy nhiên, theo video này , bộ tạo tín hiệu FY3200 không có đầu ra thực sự nổi (đối với điện áp đường dây 110 V, 50V và 100 uA trên mặt đất nổi!). May mắn thay, tầng thứ cấp yêu cầu đầu vào -12V, 5V và + 12V, điều đó có nghĩa là nó có thể tạo tín hiệu mà không cần thành phần DC (điều kiện 2).

Tác giả của video cho thấy vấn đề là thiết bị sử dụng nguồn điện chế độ chuyển đổi ít phù hợp hơn thay vì cung cấp năng lượng tuyến tính tốt hơn và đề nghị thay thế nguồn điện. [Tôi nghi ngờ rằng việc cung cấp năng lượng cho công tắc ít thuận tiện hơn được sử dụng để thiết bị có thể được sử dụng trên cả hai đường dây điện 220 V và 110v.] Tuy nhiên, không có thông tin nào về thiết kế của nguồn điện tuyến tính hoặc lợi ích của việc thay thế nguồn điện là cung cấp.

Do việc cung cấp năng lượng tuyến tính không quá khó để thực hiện, nên đối với tôi, lựa chọn tốt nhất thực sự sẽ là thay thế nguồn cung cấp năng lượng ban đầu bằng một thứ như thế:

Tôi có thể dễ dàng và rẻ tiền sản xuất một cái gì đó như thế và cũng có thể thêm một công tắc ở kết nối giữa dây chung của cuộn dây thứ cấp và mặt đất . Và sử dụng giai đoạn thứ hai từ FY3200S (cũng như hộp của nó) tôi sẽ tránh được việc xử lý các thiết bị điện tử phức tạp hơn nhiều trong việc tạo chức năng.

Điều này có vẻ là một ý tưởng tốt? Điều này ít nhất sẽ làm giảm dòng đi lạc nếu không loại bỏ hoàn toàn chúng? Là nguồn cung cấp trên phù hợp cho các ứng dụng?

Tôi thực sự sở hữu một bộ tạo tín hiệu FY3200S. Khi tôi mua nó, tôi đã nhận thức được chất lượng đáng ngờ của nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi bên trong nó, và dòng điện rò rỉ đất cao được báo cáo. Vì lý do này, tôi đã thay thế nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi tích hợp bằng nguồn cung cấp điện tuyến tính được điều chỉnh đơn giản (một mod khá phổ biến cho các đơn vị này). Nếu bạn muốn đi theo con đường này, lưu ý rằng bạn sẽ cần cung cấp + 12V, -12V và + 5V.

Tôi đã tìm được PSU chế độ chuyển đổi ban đầu cho bộ tạo tín hiệu, vì vậy tôi đã nối nó lại và thực hiện một số phép đo với cả bộ chuyển đổi ban đầu và nguồn cung cấp tuyến tính mới. Có lẽ tôi nên làm điều đó khi tôi xây dựng nguồn cung cấp tuyến tính, nhưng hey _ \ _ (ツ) _ /

Thiết kế cung cấp điện

Việc cung cấp năng lượng tuyến tính rất đơn giản:

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

Các đèn LED hỗ trợ gỡ lỗi, và giúp đảm bảo đường ray được điều chỉnh trong điều kiện không tải. Tại thời điểm tôi thực hiện điều này, tôi đã thực hiện các phép đo cho các yêu cầu hiện tại, nhưng tôi quên kết quả và không thể tìm thấy ghi chú của mình về dự án này. Các máy biến áp có khả năng lần lượt là 133mA (+ 12V và -12V) và 425mA (+ 5V). Tôi nhớ thiết kế của tôi không có nhiều khoảng trống, vì vậy có lẽ những con số này giúp bạn.

Mạch cung cấp điện trong câu hỏi của bạn có vẻ chấp nhận được với tôi (mặc dù tôi không chạy các số). Nó tương tự, ngoại trừ nó sử dụng một biến áp duy nhất và lấy được + 5V từ đường ray + 12V. Tôi hy vọng nó sẽ hoạt động tốt, chỉ cần đảm bảo máy biến áp có thể cung cấp đủ dòng điện để cung cấp năng lượng cho cả + 12V và + 5V trên một chân. Nghiên cứu làm thế nào để kích thước máy biến áp và tụ điện; cần có nhiều thông tin về chủ đề đó Những câu trả lời có thể là một điểm khởi đầu tốt.

Việc thực hiện phức tạp hơn sơ đồ, bởi vì tôi phải thực hiện với bất kỳ phần nào tôi đã đặt xung quanh. Đặc biệt, đường ray 5V được cung cấp bởi hai máy biến áp song song sau cầu của họ và tôi đã phải sử dụng các tụ điện nối tiếp (với điện trở cân bằng) trên đường ray ± 12V để có được mức điện áp phù hợp (đầu ra của máy biến áp được chỉnh lưu giống như 24VDC tiếp đất trong điều kiện không tải).

Kiểm tra ghi chú thiết lập

Xin lưu ý rằng thiết lập thử nghiệm của tôi có lẽ là khủng khiếp. Không có cửa hàng chính nào của tôi có mặt đất an toàn (tôi biết ...), vì vậy tham chiếu trái đất của tôi cho các phép đo này là một sợi dây được nối với các ống sưởi ấm trung tâm (là kim loại và được nối đất ở lò sưởi trung tâm). Ngoài ra, có những sợi dây dài ở khắp nơi phát ra tiếng ồn, v.v ...

Dạng sóng được chụp bằng Rigol DS1104Z; phép đo vạn năng được thực hiện bằng EEVBlog 121GW (Tôi đã thử Fluke 17B + trước tiên, nhưng thật tệ khi đo> 500Hz AC).

Đối với các thử nghiệm, tôi chỉ thử nghiệm kênh 1 của FY3200S. Đầu ra của nó được đặt thành sóng hình sin 10Vpp 1kHz. Tôi cũng đã thực hiện tất cả các thử nghiệm với sóng vuông 10Vpp 1kHz, nhưng điều đó không mang lại bất kỳ thông tin mới nào nên những kết quả đó đã bị bỏ qua. Tôi cũng đã sử dụng tín hiệu DC 0V cho các phép đo nhiễu PSU.

Đo

Trong các kết quả bên dưới, tôi sẽ luôn có PSU chế độ chuyển đổi ban đầu ở bên trái và PSU tuyến tính thay thế ở bên phải.

Dạng sóng

Đầu tiên là chụp dạng sóng thử nghiệm. Trông sạch sẽ, không có sự khác biệt giữa các PSU.

Tiếng ồn chuyển đổi PSU

Với bộ tạo tín hiệu được đặt để tạo "tín hiệu" DC 0V, đây là một tín hiệu thu được (50mV / div, 5 gợi ý / div). Hình ảnh bên trái cho thấy chuyển đổi gợn ở tần số 37kHz, không có trên hình ảnh bên phải:

Cận cảnh gợn chuyển đổi (50mV / div, 50ns / div). Hình ảnh bên trái cho thấy gợn chuyển đổi. Hình ảnh bên phải chỉ xuất hiện nhiễu ngẫu nhiên (đôi khi phạm vi sẽ kích hoạt, đôi khi không):

Đo dạng sóng

Đồng hồ vạn năng đo sóng hình sin là 3.515VAC RMS (hoạt động trong 10Vpp), ở 999.9Hz.

Sóng vuông đo được 4.933VAC RMS (đủ gần), ở 999.9Hz.

Không có sự khác biệt đáng kể giữa hai PSU.

Offs DC

Độ lệch DC trong tín hiệu được đo bằng đồng hồ vạn năng ở chế độ DC. Các kết quả:

            |  switching PSU |  linear PSU
------------+----------------+-------------
  sine wave |        17.9 mV |     20.7 mV
square wave |        19.1 mV |     23.8 mV

Có một sự khác biệt nhỏ trong việc ủng hộ PSU chuyển đổi. Tôi nghi ngờ điều này có thể do sự bất đối xứng trong các bộ điều chỉnh tuyến tính 7812/7912 mà tôi đã sử dụng cho PSU tuyến tính, nhưng tôi đã không điều tra thêm.

Điện áp rò rỉ trái đất

Đây là trọng tâm của câu hỏi và là lý do phổ biến nhất để thay thế PSU trong các bộ tạo tín hiệu này. Nó được đo bằng cách nối máy hiện sóng hoặc vạn năng giữa tham chiếu trái đất của tôi (ống sưởi ấm trung tâm) và mặt đất của bộ tạo tín hiệu. Bản thân tín hiệu đầu ra của bộ tạo tín hiệu (sin 10Vpp 1kHz) không được kết nối.

Rõ ràng, PSU tuyến tính vẫn có hiện tượng rò rỉ đất do khớp nối điện dung trong máy biến áp và có lẽ là nối dây, nhưng nó có vẻ tốt hơn so với PSU chuyển đổi (cả hình ảnh 50V / div, 5ms / div):

Các phép đo vạn năng xác nhận rằng điện áp nối đất mạch hở thực sự thấp hơn đối với PSU tuyến tính (39VAC RMS) so với PSU chuyển mạch (92VAC RMS):

Dòng rò trái đất

Nhưng sự khác biệt thực sự là trong dòng rò trái đất; ở 5,5 LờiA, tôi hơi thất vọng về hiệu suất PSU tuyến tính ở đây, nhưng nó có hai bậc tốt hơn so với PSU chuyển đổi ở 334 lờiA!

Kết luận các loại

Vì vậy, vâng. Những điều này đi kèm với một nguồn cung cấp năng lượng crappy. Tôi có ít niềm tin vào sự an toàn của nó, và dòng rò ~ 0,3mA có thể làm hỏng ngày của bạn trên các mạch nhạy cảm. Và từ những gì tôi đã đọc trực tuyến, một số mẫu vật thể hiện dòng rò> 1mA.

Tuy nhiên, thay thế PSU bằng nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính có thể cải thiện điều này rất nhiều, và nó có thể là một dự án nhỏ thú vị. Tôi đã sử dụng nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính cho mọi đường ray (cũng giúp dễ dàng thoát khỏi gợn chuyển đổi), nhưng tôi đã nghe nói về những người khác sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC để lấy đường ray cần thiết từ một nguồn cung cấp điện 12VDC hoặc 5VDC bên ngoài.

Nếu bạn muốn đi theo con đường này, hãy xem xét những gì bạn muốn làm với cổng USB không bị cô lập.

Cuối cùng, với PSU tuyến tính thay thế của tôi, kết quả có thể chấp nhận được. Không có gợn chuyển mạch, dòng rò 5 5A, dòng đất nối đất 30VAC (vẫn là điều cần cẩn thận). Nó không hoàn hảo, nhưng với <$ 100, nó ổn ở cấp độ sở thích.

Chất lượng tín hiệu ở tần số cao hơn

Trong lần chỉnh sửa mới nhất của bạn, bạn đã thêm "... lên tới 10 MHz." Coi chừng những bộ tạo tín hiệu giá rẻ này không lớn ở tần số cao hơn. Nếu bạn cần, giả sử, sóng vuông tốt ở 10 MHz, có lẽ bạn sẽ phải chi nhiều tiền hơn. Tôi đã thêm một số ảnh chụp của sóng vuông FY3200S 10Vpp ở 10kHz, 1 MHz, 6 MHz và 10 MHz:

Tôi thậm chí không chắc chắn những gì đang xảy ra ở 10MHz. Có lẽ tần số tổng hợp không chia hết cho 10 MHz, vì vậy không phải tất cả các xung vuông đều có độ dài bằng nhau, dẫn đến hiện tượng bóng mờ bạn có thể thấy ở đó.

Sóng hình sin dễ dàng hơn, vì vậy chúng trông tốt hơn đáng kể, nhưng ở tần số cao hơn, chúng cũng cho thấy một số biến dạng nhỏ.

Công nghệ thấp như âm thanh của nó, tôi khuyên bạn nên sử dụng hai khối lithium 9V. Nó đơn giản, rẻ tiền, di động, không có đồ tạo tác chính cũng như bộ chuyển đổi buck. Và nó có thể ngồi trên kệ của bạn trong nhiều năm và chỉ hoạt động khi bạn cần nó - bất cứ nơi nào.

Đối với các xác nhận ban đầu của bạn,

AD1, cách ly Galvanic là chuẩn mực, Hãy nói rằng bạn cấp nguồn cho nó khỏi gói cắm đầu ra DC, sẽ có một biến áp chính bên trong bộ phận cắm vào phích cắm theo sau là bộ chỉnh lưu và tụ điện, miễn là nguồn DC của bạn là không được nối đất như nguồn cung cấp năng lượng của máy tính thì điện áp DC có thể nổi trong lý do (thường là + -500V từ nguồn điện cực đại, trừ khi có quy định khác)

AD2, Đối với độ phức tạp thấp, thì có, bạn có thể sử dụng sự sắp xếp đó để khắc phục đường ray cung cấp tích cực và tiêu cực. Có nhiều cách có thể được thực hiện với các chế độ chuyển đổi, nhưng trừ khi bạn muốn biết thêm thông tin về việc tôi sẽ để nó cho máy biến áp.

Bây giờ tôi đã làm rõ rằng nguồn cung cấp DC có thể được cách ly về điện với nguồn điện áp, tôi nên trình bày phần tiếp theo, nhận xét của bạn về FY3200S, Đây là một tác dụng phụ của việc cách ly với nguồn điện, nguồn cung cấp công tắc giống như tuyến tính có thể được xây dựng để bị cô lập,

Vấn đề là, thứ kết nối hai bên, ví dụ như chính máy biến áp, có thể là máy biến áp 60Hz cho nguồn cung cấp tuyến tính hoặc biến áp tần số cao hơn cho một công tắc, Nó có một chút điện dung giữa hai cuộn dây, điện dung này nói chung cuối cùng để lại khoảng một nửa điện áp lưới điện ở mức cực thấp áp đặt ở các mặt bị cô lập "mặt đất", Đây là những gì tôi có thể thấy từ việc lướt qua liên kết video đó, các nguồn cung cấp tuyến tính có cùng một vấn đề.

Tôi cũng nên chỉ ra rằng anh ta nói "100uA" chứ không phải 50mA, 50mA sẽ gây tử vong cho bất cứ ai.

Và để hoàn thiện, sơ đồ bạn đã sử dụng cho thấy mặt đất được liên kết với mặt đất đầu ra vì lý do này, nhưng sẽ đánh bại mong muốn của bạn về cách ly điện, Giải pháp thực sự là kết nối dây tham chiếu của bạn trước khi bạn kết nối tín hiệu của mình

Cách tiếp cận lười biếng để giảm nó thường là điện trở 100K hoặc 1 Mega-ohm giữa mặt đất đầu ra và mặt đất chính, theo cách này, biên độ của các nguồn chính được đặt thấp hơn, trong khi vẫn có thể được kéo ra khỏi điểm đó nếu cần.

Đôi khi lực lượng vũ phu có điểm hấp dẫn của nó.

Có tồn tại một lớp máy biến áp gọi là máy biến áp cách ly. Họ dự định làm chính xác những gì bạn muốn bằng cách cách ly hoàn toàn thiết bị khỏi nguồn điện.

Nếu bạn truy cập Digi-key và sử dụng chức năng tìm kiếm của họ, bạn có thể tìm thấy một biến áp cách ly 50 VA 120/240 đến 120 VAC với giá dưới 20 đô la.

Một cách khác để đạt được sự cô lập là sử dụng một bộ tạo chức năng thông thường và đặt biến áp cách ly ở đầu ra. Trong phạm vi tần số hẹp, máy biến áp dễ dàng để xây dựng. Khi dải tần trở nên lớn hơn, việc tạo ra một biến áp cách ly tín hiệu sẽ khó hơn.

Các nguồn cung cấp tuyến tính cũng tạo ra nhiều nhiễu tần số cao do sự hài hòa của các tần số chính được tạo ra trong các bộ chỉnh lưu nguồn. Những sóng hài này thường có mặt và đo được trong các hệ thống lên đến khoảng 20 MHz. Chúng thường được nhìn thấy trong các báo cáo EMI sản phẩm cho cả nguồn cung cấp và bộ chuyển đổi tuyến tính. Các sóng hài được giảm bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu nguồn với tốc độ chuyển đổi nhanh hơn. Các chỉnh lưu nhanh hơn lưu trữ ít phí. Cơ chế để tạo ra các tần số cao là dòng điện chỉnh lưu tắt nhanh sau khi điện tích được lưu trữ trong diode bị cạn kiệt bởi dòng ngược. Dòng điện ngược trong một thời gian ngắn khi diode tắt.

Sự thay đổi nhanh chóng này của dòng diode trong quá trình tắt có thể tạo ra tần số cao hơn. Ví dụ, các điốt chuyên dụng tắt nhanh được sử dụng để tạo tín hiệu vi sóng. Chúng được gọi là Điốt phục hồi bước.

Những tần số cao này sẽ đi qua các công suất nhỏ bắc qua hàng rào cách ly. Trong các hệ thống âm thanh, điều này có thể dẫn đến một tiếng ồn ù khó có thể loại bỏ.