회로가 왜 전기 변동에 매우 민감합니까?

나는 최근 초급 전자 책에 전시 된 회로를 완성했다. 나는 그 작품이 그 질문과 관련이 있다고 생각하기 때문에 아래 그림을 포함시켰다.

빌드 프로세스가 시작될 때 "부드러운"100 마이크로 패럿 커패시터를 추가하여 전원 공급 케이블이 보드에 연결된 위치에 바로 배치되도록 지시했습니다. 품질 전원 공급 장치를 사용하고 있기 때문에 그 단계를 방해하지 않기로 결정했기 때문에 "부드러운"커패시터 (큰 실수)가 필요하지 않다고 생각했습니다.

이상하고 설명 할 수없는 홀수 회로 동작을 경험하기 시작한 지 얼마되지 않아서 많은 문제 해결과 아무데도 실패한 후 회로에 평활 커패시터를 추가하는 것이 발생했습니다. 커패시터를 회로에 추가하자마자 문제가 사라졌지 만 회로에서 총 50 밀리 암페어의 전력을 사용한다는 점에서 그러한 커패시터가 얼마나 중요한지 궁금해했습니다. 상당히 좋은 전원 공급 장치 (Rigol DP832).

문제를 더 흥미롭게하기 위해 스무딩 커패시터를 보드 중앙에서 보드의 한쪽 끝으로 옮기고 문제가 다시 시작되었다는 사실에 놀랐습니다. 커패시터를 보드의 다른 곳에 두는 것만으로도 큰 차이가있는 이유

나는 이것이 내 모든 문제를 끝내고 다시 한 번 놀라게 할 것이라고 생각하는 더 강력한 8200 마이크로 패럿 커패시터 (이전의 것보다 82 배 더 큼)를 추가하기로 결정했지만 여전히 문제를 해결하지 못했습니다. 실제로 커패시터를 보드 중앙으로 다시 옮겨야 정상으로 돌아갑니다.

"완벽한 배치"에서 커패시터를 사용해도 문제가 아니었다. 나는 회로에서 동일한 전력을 사용하여 작은 기계식 계전기에 전력을 공급하려고 시도했다. 계전기가 트리거 될 때마다 회로가 "재부팅"될 것이다.

문제는 모든 회로가 전기 변동의 가장 작은 변화에도 민감합니까? 아니면 제 치즈 회로 프로토 타입 기술과 비효율적 인 브레드 보드로 인해 문제가 발생합니까?

회로에 사용 된 IC는 다음과 같습니다.

• NE555P (정밀 ​​타이머).
• CD4026BE (CMOS 10 년 카운터 / 분배기).

조언 된 커패시터는 말하자면 긴 리드 버퍼입니다.

완벽한 전원 공급 장치가 있어도 설계에 맞는 케이블은 완벽하지 않습니다. 그리고 그것은 당신의 잘못이 아닙니다, 그것은 단지 케이블의 방식입니다. 나는 랩퍼가 그것에 관한 노래를 썼다고 믿는다. 나는 그것이 케이블에 관한 것이라고 확신한다.

케이블이 먼저 잡음을 발생시킵니다. 둘째, 그들은 나중에 좀 더 자세하게 배울 수있는 어리석은 특성을 가지고 있지만, 기본적으로 고주파 신호 (예 : 디지털 회로 제조)의 경우 전류, 심지어는 50mA까지 매우 높은 저항을 가지고 있습니다. 이러한 신호는 모든 케이블을 통해 전송하기가 어렵습니다. 케이블이 약간 느리게 반응하는 것을 볼 수 있습니다. 전류를 켜면 지속적으로 전원을 공급하는 데 시간이 걸리므로 자주 스위치를 켜면 전원 공급 장치에 많은 노이즈가 발생하기 시작합니다.

커패시터를 추가하면 커패시터에서 고주파 스위칭 전류를 얻을 수 있으므로 케이블은 단기 평균 만 공급할 수 있으며 일반 DC 리드는 단기 평균 DC 근처에서 매우 우수하며 당신의 공급은 가능합니다 : 모두 행복합니다.

실제로, 전압 관리 또는 전압 조정기 칩에 대한 많은 설계 안내서는 2.2μF의 입력 커패시터를 지정합니다 (예 : 점선 22μF 이상 병렬). "입력 전원 케이블이 X 또는 Y보다 길면 사용 된 전원 공급 장치에 관계없이 22μF (또는 그 이상) 커패시터를 추가하여 안정성과 노이즈 제거를 개선하십시오. "

8200μF 커패시터는 물리적으로 훨씬 크지 않으면 내부 저항이 더 크므로 100μF 커패시터를 유지하는 것이 더 좋습니다. 커패시터의 내부 저항은 저 전류 고주파 신호의 리플을 얼마나 잘 제거 할 수 있는지 결정합니다. 대부분의 경우 이와 같은 첫 번째 입력 커패시터는 작을수록 좋습니다. 그러나 전압 레귤레이터를 사용하면 모든 입력 / 출력 커패시터에 항상 적용되는 것은 아니므로 일단주의하십시오! 하지만 지금은 그렇지 않습니다.

이 민감한, 느린 스위칭 또는 고주파 디지털 같은 모든 것에 대해 행복하지는 않지만 재부팅에 훨씬 덜 민감한 많은 강력한 것들이 있지만 보드 또는 디자인의 경우 커패시턴스를 추가하는 것이 여전히 좋은 생각입니다. 전선 또는 때로는 보드 사이의 커넥터를 통해 전원이 공급됩니다. 항상 100μF만큼 커야 할 필요는 없지만 가장자리를 없애기 위해 조금만 기다려야합니다 (날씨가 풍성한 독자에게는 적합합니다). 소음이없는 것이 항상 소음이있는 것보다 낫습니다.

전력선과 회로 사이의 커패시터가 전력선과 커패시터 사이의 회로보다 더 나은 이유는 트레이스 인덕턴스 (PCB 또는 브레드 보드인지 여부)가 커패시터의 응답을 제한하기 때문입니다. 근처에 전선이 있으면 회로에서 전류를 공급하도록 요청하여 동일한 종류의 딥을 유발하지만 낮은 순서로 가능합니다. 이미 기본적으로 스위칭 노이즈를 케이블에 놓고 케이블이 이미 반응하고 있습니다. 트레이스에 약간의 인덕턴스가 있어도 잡음이 커패시터를 먼저 볼 때 잡음이 케이블로 들어 가지 않고 더 이상 문제를 일으키지 않으므로 회로에서 볼 수있는 잡음이 훨씬 더 크게 줄어 듭니다.

편집 : 참고 : 커패시터 위치에 대한 위의 내용은 일부 측면에서 심각하게 단순화되었지만 일반적으로 아이디어를 충분히 전달합니다. 명확히하기 위해서는 충분해야하지만 이와 같은 것들에는 많은 역학이 있습니다. 나중에 되돌아 보면 약간 부족한 것으로 보일 수 있습니다. 그러나 지금 당장 모든 것을 알 필요는 없습니다. 할 것입니다.

릴레이와 커패시터 및 공유 전원 문제가 여전히 잘못된 이유는 릴레이의 전류 스파이크가 너무 커서 커패시터가 도울 수 없어서 케이블을 유지할 수 없거나 릴레이가 해제되어 있기 때문입니다. 전압 스파이크를 만듭니다. 설계에서 다이오드 드롭을 처리 할 수있는 경우 해결책이 될 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

D1은 DR832로 구동되는 모든 것이 디지털 버퍼링 커패시터 C1의 전원을 훔치는 것을 방지합니다. D2는 계전기가 전원 공급 장치에 심각한 소음을 발생시키지 않도록하고 D3은 전원을 끌 때 계전기가 여전히 발생하는 전력 스파이크를 포착합니다.

솔더리스 브레드 보드와 긴 와이어의 조합은 특히 복잡 할 때 치명적입니다. 이것을 실험으로 사용해보십시오. 모든 접지 및 전원 와이어를 가능한 한 짧은 점퍼로 교체하십시오. 이상적으로는 너무 짧아서 느슨해지지 않아야합니다. 또한 각 IC 및 디스플레이 에서 커패시터를 전원에서 접지로 연결하십시오 . 디지털 전력에는 0.1 uF 세라믹을, 아날로그 전력에는 1-10 uF 탄탈륨 전해액을 사용하십시오. 모든 경우에 가능한 한 전원 핀에 가깝게 연결하십시오. 여분의 점퍼를 사용하지 않는 것이 가장 좋습니다. IC 핀 옆에 캡 리드를 꽂기 만하면됩니다.

마지막으로, 3 개의 브레드 보드가 함께 뭉쳤습니다. 각 브레드 보드 상단의 전원 및 접지 연결 외에도 접지와 전원 버스를 함께 연결하는 IC 바로 아래에 짧은 점퍼를 연결하여 연결이 직사각형 그리드를 형성합니다.

브레드 보드에는 활성 구성 요소와 함께 발진기를 형성 할 수있는 기생 커패시터 (pF 순서)와 인덕터 (nH 순서)가 있습니다. 이러한 기생 성분이 매우 작기 때문에 발진 주파수가 큽니다. 이러한 이유로 브레드 보드 회로에 "노이즈"가 표시되는 경우가 있습니다.

브레드 보드에 이상적인 전압 소스가 있더라도이 효과는 여전히 나타납니다. 브레드 보드 주위를 길게 연결하면 원치 않는 진동의 가능성이 높아집니다. 고주파에서 커패시터는 임피던스 경로가 낮기 때문에 커패시터를 능동 부품 가까이에두면 이러한 진동을 방지 할 수 있습니다.

브레드 보드에서 이상하게 동작하는 회로는 PCB에서 실현 될 때 완벽하게 괜찮습니다.이 경우 기생을 제거하기 때문입니다.

... 릴레이가 트리거 될 때마다 회로가“재부팅”됩니다.

빠른 릴레이 RLY1의 코일에서 병렬로 (또는이어야한다)은 "스 너버"다이오드 D3에 대한 장황한 코멘트 (@ Asmyldof의 회신 회로도 그림 참조).

해당 다이오드가 거꾸로 설치된 경우, 즉 다이오드의 양극 (+) 리드가 + 5VDC 레일 (예 : Rigol의 '+'출력 단자)에 연결된 경우 N-MOS 트랜지스터 M1이 켜지면 효과적으로 crowbar (단락) D3 및 M1을 통한 전원 공급 장치의 '+'및 '-'출력 단자로 인해 회로가 "재부팅"됩니다. 특히 M1이 켜지고 + 5VDC 레일 단락이 D3 및 M1을 통해 접지로 단락되면 + 5VDC 레일의 전압이 거의 0V (전압 "갈색")로 떨어지며 마이크로 컨트롤러 (또는 기타 M1.GATE의 전압 (주 1 참조)이 M1의 게이트 소스 임계 전압 VGS (th) 아래로 떨어지면 M1이 차단됩니다. 이제 M1이 꺼져 있습니다. 전원 공급 장치 레일을 가로 질러 제거하면 +5 VDC 레일의 전위가 접지에 비해 +5 VDC로 복원되고 공칭 회로 작동이 복원됩니다.

TL; DR. 회로에서 스 너버 다이오드 D3이 있고 @Asmyldof의 회로도에 표시된대로 D3의 음극 리드가 + 5VDC 레일에 연결되어 있는지 확인하십시오.

(주 1) 또한 M1의 게이트 소스 전압 VGS를 구동하는 다른 요소가 없을 때 M1.GATE를 낮게 (~ 0VDC)로 만드는 비상 계획으로 M1의 게이트와 접지 사이에 10kΩ 풀다운 저항을 설치합니다 . M1은 N 형 강화 모드 MOSFET이며 VGS <VGS (th)이면 M1이 꺼집니다. 따라서 풀다운 저항의 역할은 M1의 VGS (th) 전압보다 훨씬 낮은 기본 게이트 소스 전압을 생성하는 것입니다. 즉, 다른 회로가 없을 때 VGS << VGS (th)의 기본 조건을 생성하는 것입니다. M1에서 게이트 소스 전압을 능동적으로 구동하고 있습니다. (풀다운 저항은 구체적으로 M1.GATE에서 0이 아닌 전위를 접지하기 위해 방전하는 수단을 제공합니다.)

풀다운 (또는 풀업) 저항 개념에 대한 자세한 설명. (1) 풀다운 또는 풀업 저항이 M1.GATE에 연결되어 있지 않고 (2) 마이크로 컨트롤러의 디지털 I / O (DIO) 출력 핀이 M1.GATE에 연결되어 있다고 가정합니다. 마이크로 컨트롤러의 DIO 핀이 하이 임피던스 (HIGH-Z) 모드로 구성되어있을 때, 즉 DIO 핀의 활성 드라이브 출력 트랜지스터가 모두 꺼져 있고 마이크로 컨트롤러가 활성화되지 않은 경우 M1의 작동 상태는 무엇입니까? M1.GATE에 전압을 공급합니다. 마치 DIO 핀과 M1.GATE 사이의 전선이 제거 된 것처럼 보이고 이제 M1.GATE의 전위가 떠 다니는 것처럼 보입니다.접지 전위 대비 이 상황에서는 VGS가 무엇인지 전혀 모릅니다. 설상가상으로, DIO 핀이이 HIGH-Z 모드에있을 때, 근처의 모든 전기 / 정전기 장, 회로 노이즈 등이 이제 M1.GATE의 전위 (예 : VGS)에 영향을 미치고 문자 그대로 M1이 무작위로 발생할 수 있습니다 ON / OFF. M1.GATE와 접지 사이에 풀다운 저항을 배치하면 VGS (th)보다 훨씬 낮은 ~ VDC의 기본 전압에서 VGS 를 고정 하는 데 도움이됩니다 . (M1을 기본적으로 ON으로 설정하려면 대신 M1.GATE와 + 5VDC 레일 사이에 풀업 저항을 연결해야합니다 . 물론 M1.VGS (th) << + 5VDC라고 가정합니다. .)

TL; DR. MOSFET이 스위치로 사용될 때마다 다른 회로 요소가 VGS 전압을 능동적으로 구동하지 않는 경우 기본 VGS 전압을 설정 하기 위해 풀다운 또는 풀업 저항이 제 위치에 있는지 확인하십시오 .

회로가 이상하고 설명 할 수없는 이유는 다음과 같습니다.

1. 디지털 회로는 전기 "소음"에 매우 "민감하다".
2. 회로의 배선 연결은 많이 필요하지만 주요 문제는 길이입니다. 그들은해야 가능한 한 짧게 .
3. 디커플링 커패시터가 충분하지 않습니다. 각 IC 전원 핀에서 1 개 (.1uf), 첫 번째 카운터 스테이지의 입력 핀에서 1 개.

전원 리드에 스코프를 설치하고 접지 연결을 버그로 해결해야합니다. 전원 공급 장치가 양호하다는 가정이 올바르지 않을 수 있습니다. 또한 바나나 플러그의 접지가 실제로 버스 핀으로 가는지 확인하십시오. 힘뿐만 아니라 모든 것이 제대로 자리 잡고 있는지 확인하십시오. 지역이 습한 경우 부품에 실리콘 커넥터 그리스를 바르십시오. 8200 uf는 심각한 변동을 완충해야하며 여기 저기에 큰 회로가있는 10 uf가 몇 개 추가됩니다. 이 회로에는 마이크로파 스트립 라인 영웅이 필요한 것은 없습니다.

회로 구성 요소를 추가 할 때 다시 시작하고 전류 흐름과 전압을 모니터링 할 수 있습니다. 이것은 너무 간단하여 거의 배선 할 수 있습니다. 릴레이 전원이 작동 할 때까지 별도의 벽 사마귀를 사용하십시오.

전선의 기생 인덕턴스로 인해 디지털 칩의 갑작스런 전류 문제가 발생합니다. 어떤 사람들은 각 칩의 전원과 접지 리드 사이에 바이 패스 커패시터를 넣었다 (20 년 전에 "Art of Electronics"에서 기억한다면)