¿Por qué mi circuito es tan increíblemente sensible a la fluctuación eléctrica?

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Hace poco terminé de construir un circuito mostrado en un libro de electrónica para principiantes. He incluido la imagen de mi creación a continuación porque creo que puede ser relevante para la pregunta.

Alcomienzodelprocesodecompilación,lasinstruccionesespecificadasparaagregaruncapacitordemicrofaradde100"suavizado" se colocarán justo donde los cables de la fuente de alimentación estaban conectados a la placa. Decidí no molestarme con ese paso porque estaba usando una fuente de alimentación de calidad, así que no pensé que necesitaba ese condensador de "suavizado" (gran error).

No pasó mucho tiempo antes de que empecé a experimentar un extraño y inexplicable comportamiento extraño del circuito y después de una gran cantidad de solución de problemas y sin llegar a ninguna parte, se me ocurrió agregar el condensador de suavizado al circuito. Tan pronto como agregué el condensador al circuito, los problemas desaparecieron, pero me pregunté cómo es posible que ese condensador tuviera tanta importancia, ya que mis circuitos utilizan una potencia total de 50 miliamperios y tengo lo que creo que es un Fuente de alimentación razonablemente buena (Rigol DP832).

Para hacer las cosas más interesantes, decidí mover el condensador de suavizado del centro del tablero a un extremo del tablero y, para mi sorpresa, los problemas comenzaron de nuevo. ¿Por qué una diferencia tan grande simplemente colocando el condensador en un lugar diferente en la placa?

Decidí agregar un capacitor de microfarad 8200 más robusto (que es 82 veces más grande que el anterior) pensando que esto pondría fin a todos mis problemas, pero para mi sorpresa, una vez más, eso no solucionó el problema. En realidad, tuve que mover el condensador de vuelta al centro del tablero para que las cosas vuelvan a la normalidad.

Ese no fue el único problema, incluso con el condensador en una "ubicación perfecta", traté de alimentar un pequeño relé mecánico usando la misma energía del circuito y cada vez que el relé activaba mi circuito se "reiniciaba".

Entonces, la pregunta es, ¿son todos los circuitos sensibles incluso al cambio más pequeño en la fluctuación eléctrica? ¿O es que el problema se debe a mis habilidades de creación de prototipos de circuito cursi y una placa de pruebas ineficiente?

Los IC utilizados en el circuito son:

  • NE555P (temporizadores de precisión).
  • CD4026BE (Contadores / divisores de décadas CMOS).
pregunta T555 25.06.2015 - 02:42

7 respuestas

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El condensador recomendado es un búfer de largo conductor, por así decirlo.

Incluso si tuviera una fuente de alimentación perfecta, los cables que se adaptan a su diseño distan mucho de ser perfectos. Y no es tu culpa, es solo cómo son los cables. Creo que un rapero escribió una canción sobre eso ... Estoy bastante seguro de que se trataba de cables de todos modos.

Sus cables en primer lugar captan ruido. En segundo lugar, tienen características tontas que aprenderá más adelante en algún momento con más detalle, pero básicamente para señales de alta frecuencia (como las que hacen los circuitos digitales) tienen una gran reticencia a conducir la corriente, posiblemente incluso solo 50 mA. Esas señales son difíciles de transportar sobre cualquier cable. Se puede ver por ahora como los cables son un poco lentos para reaccionar. Si enciende una corriente, tardarán un tiempo en suministrarla constantemente, por lo que si la cambia con frecuencia, comenzará a notar mucho ruido en la fuente de alimentación.

Agregar ese capacitor permitirá que las corrientes de conmutación de alta frecuencia se tomen del capacitor, de modo que los cables puedan suministrar solo el promedio a corto plazo, y los cables de CC normales son muy buenos a un promedio de corto plazo cerca de DC, pueden hacerlo muchos amplificadores en eso y también puede su suministro: Todos felices.

De hecho, muchas guías de diseño para la gestión de voltaje o los chips reguladores de voltaje especifican un capacitor de entrada de 2.2 μF, por ejemplo, paralelo a un valor de 22 μF o más, con un asterisco que indica "si los cables de alimentación entrantes son más largos que X" o Y, independientemente de la fuente de alimentación utilizada, agregue el capacitor de 22 μF (o más) para la estabilidad y un mejor rechazo del ruido ".

Incluso puede ser mejor mantener el capacitor de 100 μF, ya que el capacitor de 8200 μF tendrá una resistencia interna mayor, a menos que también sea físicamente mucho más grande. La resistencia interna de un capacitor determina qué tan bueno es al eliminar la onda de las señales de alta frecuencia de baja corriente. Más pequeño es mejor en la mayoría de los casos con los primeros capacitores de entrada como este. Pero, con los reguladores de voltaje, eso no siempre se aplica a todos los capacitores de entrada / salida, ¡así que una vez que llegue a esos, tenga cuidado! Pero eso no es por ahora.

Puede estar contento de que no todo sea tan sensible, que cambie lentamente o que sea de alta frecuencia digital, hay muchas cosas sólidas que son mucho menos sensibles a los reinicios, pero a menudo es una buena idea agregar algo de capacitancia si un El tablero o diseño se alimenta con cables o, a veces, incluso a través de un conector entre tableros. No siempre tiene que ser tan grande como 100 μF, sino un poco para quitarse el borde (juego de palabras para el lector más intencionado). No tener ruido para trabajar es siempre mejor que tener que trabajar con ruido.

La razón por la que el condensador entre los cables de alimentación y el circuito funciona mejor que el circuito entre los cables de alimentación y el condensador se debe a que la inductancia de traza (ya sea una PCB o una placa de pan) limitará la respuesta del condensador, si luego tenga los cables de alimentación cerca, su circuito les pedirá que también suministren parte de la corriente, lo que causará los mismos tipos de inmersiones, pero es posible en un orden inferior. Básicamente, ya está poniendo su ruido de conmutación en los cables y los cables ya reaccionan a él. Cuando su ruido ve el capacitor primero, incluso con cierta inductancia en las trazas, el ruido no entrará en los cables y no causará más problemas, lo que reduce el ruido que su circuito ve en un factor mucho mayor.

Editar: Nota: Lo anterior sobre la posición del capacitor está muy simplificado en algunos aspectos, pero generalmente transmite la idea lo suficientemente bien. Para aclarar debería ser suficiente, pero hay muchas dinámicas para cosas como esta. En los últimos años, mirando hacia atrás, es posible que esto le falte un poco. Pero no necesitas saber todo eso ahora. Esto hará.

La razón de que un relé y un condensador y la energía compartida vayan a salir mal es porque el pico de corriente de su relé es demasiado grande para que el condensador lo ayude y luego los cables no pueden continuar tampoco, o porque el relé de liberación crea un pico de voltaje. Una solución podría ser, si su diseño puede manejar una caída de diodo:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

D1 evita que cualquier cosa que funcione con la DR832 le robe energía a su condensador de búfer digital C1. D2 evita que el relé emita un ruido significativo en su suministro y D3 detecta cualquier pico de energía que el relé todavía produce cuando lo apaga.

    
respondido por el Asmyldof 25.06.2015 - 03:26
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La combinación de tablas de pan sin soldadura y cables largos es mortal, especialmente cuando se llega a cualquier complejidad. Pruebe esto como un experimento: reemplace todos sus cables de tierra y de alimentación con puentes que sean lo más cortos posible. Idealmente, deberían ser tan cortos que no tengan ninguna holgura. Además, coloque un condensador de la alimentación a tierra en cada IC y la pantalla. Use 0,1 uF de cerámica para la potencia digital y 1-10 uF de electrolíticos de tantalio para la potencia analógica. En todos los casos, haga las conexiones lo más cerca posible de los pines de alimentación. Es mejor si ni siquiera usa puentes adicionales, solo conecte los cables de la tapa junto a los pines del IC.

Finalmente, me doy cuenta de que tienes 3 tablas de agrupación agrupadas. Además de las conexiones de alimentación y de tierra en la parte superior de cada placa de pruebas, ejecute puentes cortos justo debajo de los circuitos integrados que conectan los buses de conexión a tierra, para que las conexiones formen una cuadrícula rectangular.

    
respondido por el WhatRoughBeast 25.06.2015 - 03:15
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Breadboards tienen capacitores parásitos (en el orden de pF) e inductores (en el orden de nH) que pueden formar osciladores con sus componentes activos. Como estos parásitos son bastante pequeños, la frecuencia de oscilación es grande. Por esta razón, a veces se ve "ruido" en un circuito de pruebas.

Tenga en cuenta que, incluso si tuviera una fuente de voltaje ideal, justo en el tablero, todavía vería este efecto. Los cables largos que recorren el tablero también aumentan las posibilidades de oscilación no deseada. La colocación de un capacitor cerca del componente activo evita estas oscilaciones, ya que a altas frecuencias los capacitores tienen trayectorias de baja impedancia.

Muchas veces, un circuito que se comporta de forma extraña en la placa de pruebas está perfectamente bien cuando se realiza en una PCB, porque en ese caso te deshaces de los parásitos.

    
respondido por el Leo 25.06.2015 - 02:49
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... cada vez que el relé activó mi circuito se "reiniciaría".

Un comentario rápido quick sobre el diodo D3 "amortiguador" que está (o debería estar) en paralelo a través de la bobina del relé RLY1 (consulte la figura esquemática en la respuesta de @ Asmyldof).

Si ese diodo está instalado al revés, es decir, si el cable del ánodo (+) del diodo está conectado al riel de +5 VCC (es decir, el terminal de salida '+' de Rigol), entonces, cuando el transistor N-MOS M1 se encienda usted efectivamente palanca (cortocircuito) los terminales de salida '+' y '-' de la fuente de alimentación a través de D3 y M1, lo que definitivamente hará que el circuito se "reinicie". Específicamente, cuando M1 se enciende y el riel de +5 VCC se cortocircuita a tierra a través de D3 y M1, el voltaje en el riel de +5 VCC cae a cerca de cero voltios (voltaje "marrón"), que apaga el microcontrolador (u otro circuito de control digital), en cuyo punto la tensión en M1.GATE (posiblemente, vea la nota 1) cae por debajo de la tensión de umbral de fuente-puerta de M1 VGS (th), con lo que se apaga M1. Ahora que M1 está APAGADO, el D1 + M1 palanca a través de los rieles de la fuente de alimentación se elimina, el potencial en el riel de +5 VCC se restaura a +5 VCC con relación a TIERRA, y se restaura la operación nominal del circuito.

TL; DR. En su circuito, asegúrese de que esté presente el diodo amortiguador D3 y que el cable del cátodo de D3 esté conectado al riel de +5 VCC exactamente como se muestra en el esquema de @ Asmyldof.

(Nota 1) También instalaría una resistencia desplegable de 10 kohm entre la puerta y el suelo de M1 como un plan de contingencia para reducir la M1.GATE (~ 0 VDC) cuando no hay nada más que esté manejando activamente. Voltaje de fuente-fuente M1 VGS. Recuerde que M1 es un MOSFET de modo de refuerzo de tipo N, y si VGS < VGS (th) entonces M1 se apagará. Por lo tanto, el trabajo del resistor desplegable es crear un voltaje de fuente de compuerta predeterminado que sea muy inferior al voltaje VGS (th) de M1, es decir, para crear una condición predeterminada de VGS < < VGS (th): cuando ningún otro circuito está activando activamente la tensión de la fuente de la compuerta en M1. (Específicamente, la resistencia desplegable proporciona un medio para descargar a tierra cualquier potencial distinto de cero en M1.GATE).

Más información sobre el concepto de resistencia desplegable (o desplegable). Suponga que (1) ni una resistencia de extracción ni de activación está conectada a M1.GATE, y (2) el pin de salida de E / S digital (DIO) de un microcontrolador está conectado a M1.GATE. Hágase esta pregunta: ¿cuál es el estado operativo de M1 cuando el pin DIO del microcontrolador está configurado para el modo de alta impedancia (ALTA Z), es decir, cuando los dos transistores de salida active drive del pin DIO están girados Apagado y el microcontrolador no está activando activamente ningún voltaje en M1.GATE. Es casi como si el cable entre el pin DIO y M1.GATE se hubiera eliminado y ahora el potencial en M1.GATE se deje a flotar en relación con el potencial de tierra. En esta situación no tienes idea de lo que es VGS. Para empeorar las cosas, cuando el pin DIO está en este modo ALTO-Z, cualquier campo eléctrico / electrostático cercano, ruido de circuito, etc. ahora puede afectar el potencial en M1.GATE (es decir, VGS) y literalmente puede causar que M1 aleatoriamente encender / apagar. La colocación de una resistencia desplegable entre M1.GATE y tierra ayuda a anclar VGS a un voltaje predeterminado de ~ 0 VDC, que está muy por debajo de VGS (th), cuando nada más está activando activamente un voltaje en M1.GATE. (Tenga en cuenta que si quisiera que M1 estuviera ENCENDIDO de manera predeterminada, en su lugar, conectaría una resistencia pull up entre M1.GATE y el riel de +5 VDC. Esto supone, por supuesto, que M1.VGS ( th) < < +5 VDC.)

TL; DR. Siempre que se use un MOSFET como interruptor, asegúrese de que haya una resistencia pull down o pull up para establecer un voltaje VGS predeterminado para el caso en el que no haya otros elementos de circuito. Conduciendo activamente el voltaje VGS.

    
respondido por el Jim Fischer 28.06.2015 - 11:19
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Las razones de un comportamiento extraño e inexplicable de su circuito son:

  1. Los circuitos digitales son muy "sensibles" al "ruido" eléctrico.
  2. Las conexiones de cableado de su circuito dejan mucho que desear, Pero el problema principal es su longitud. Deben ser tan cortos como posible .
  3. No hay suficientes condensadores de desacoplamiento. Uno (.1uf) en cada potencia de IC Pin, y uno en el pin de entrada de la primera etapa del contador.
respondido por el Guill 28.06.2015 - 03:26
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necesitas poner un alcance en el cable de alimentación y desconectar la conexión a tierra. su suposición de que la fuente de alimentación es buena puede no ser correcta. También asegúrese de que la conexión a tierra en el conector banana realmente vaya a las clavijas del bus. así como el poder. asegúrese de que todo se siente bien. Si su área es húmeda, pruebe un poco de grasa de conector de silicona en los componentes. Las 8200 uf deberían amortiguar cualquier fluctuación grave, agregar un par de 10 ufs aquí y allá con circuitos grandes. No hay nada en este circuito que requiera de heroicas líneas de tiras de microondas

puede intentar volver a empezar y controlar el flujo de corriente y el voltaje a medida que agrega componentes del circuito. Esto es tan simple que casi se podría conectar. use una verruga de pared separada para la potencia del relé hasta que haga que todo funcione.

    
respondido por el SkipBerne 25.06.2015 - 19:37
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las inductancias parásitas en los cables causan problemas con las corrientes repentinas de los chips digitales. algunas personas colocan condensadores de derivación entre los cables de alimentación y tierra de cada chip (si recuerdo que hace 20 años, "Art of Electronics" tuve una buena discusión al respecto)

    
respondido por el kcdallas 25.06.2015 - 06:03

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