O que pode reduzir a superação e o toque de um simples gerador de pulso de onda quadrada?
Criei um simples gerador de pulso de onda quadrada baseado em gatilho de RC e Schmitt. Na tábua de pão, possui algumas qualidades indesejadas óbvias devido ao comprimento do jumper, à própria tábua de pão etc.
Versão esquemática e de ensaio:
E a saída da forma de onda:
Em particular, a borda ascendente da onda quadrada tem uma quantidade substancial de superação (cerca de 200mV acima do pico de 500mV) e zumbido. É fácil piorar, tocando fisicamente em R1. Veja as edições para obter informações corretas.
Ao procurar soluções, me deparei com termos como amortecedores e amortecimento de circuitos de RF e coisas além da minha classe de pagamento por hobby .
Anindo sugere em uma resposta a uma pergunta relacionada que se deve usar um resistor de 50Ω para uma carga. Estou medindo a saída do primeiro gatilho Schmitt (IC1D, no pino 2). Os gatilhos restantes são usados ​​com resistores de 220Ω para criar uma impedância de aproximadamente 50Ω, mas obtenho resultados quase idênticos medindo no nó de saída.
Este gerador de pulso de ponta rápida é puramente para minha própria experiência / educação, portanto não há nada crítico nisso. Se eu decidir fazer uma placa soldada, que tipo de coisas posso fazer para garantir que seja melhor do que seu primo de tábua de pão?
Por engano, eu estava no modo acoplado CA para as capturas de tela e medições anteriores. Aqui estão mais algumas telas mostrando o sinal nos pinos 1 e 2 do IC (onda do triângulo de entrada em 1, quadrado da saída em 2). Eles agora estão acoplados em corrente contínua. As sondas sempre estavam no X10, mas o escopo em si estava no X1 (novo escopo, opa!). A superação, no entanto, ainda é significativa: na saída que é de 0-5V, a superação (mostrada pelas linhas tracejadas do cursor branco) é de 2,36V. Observe que o excesso na entrada é de apenas cerca de 500mV. A ondulação da entrada ocorre devido à proximidade dos pinos 1 e 2 na placa de ensaio?
Entrada (canal 2 / azul) no pino 1 e saída (canal 1 / amarelo) no pino 2:
Ultrapassagem medida com acoplamento DC:
A remoção do resistor R2 e a medição no pino 4 (saída IC1E) não produziram nenhuma diferença perceptível em relação ao sinal no pino 2.
Devo mencionar que o tutorial / vídeo original do W2AEW, de onde obtive as informações para este circuito, também tem alguma superação, mas não no grau que tenho. Seu circuito é soldado em uma placa que provavelmente ajuda bastante.
Forma de onda do autor original (W2AEW) (no nó OUT) com talvez 500mV acima de 5V:
Versão soldada do autor original:
Aqui está uma imagem da configuração geral, incluindo comprimentos de chumbo para o PSU e escopo:
E, finalmente, o VCC (amarelo) e o nó OUT (azul) no escopo para mostrar a ondulação coincidente:
Underdamping fará com que um sistema ultrapasse e oscile assim. Você está tentando reduzir criticamente a saída, já que seu driver é muito forte. en.wikipedia.org/wiki/Damping
Para mais informações, tenho uma pergunta anterior sobre a medição desse mesmo circuito.
@ trav1s Concordo que o amortecimento crítico é o que eu quero e que ele está atualmente sub-amortecido. Só não tenho certeza de que maneiras posso conseguir isso.
Seu escopo e probes podem apresentar todos os tipos de distorção. Seu escopo deve ter uma saída de teste de onda quadrada. Quando você toca isso com sua sonda, que imagem você tira? Seu probe deve ter um ajuste de compensação; você pode definir isso para mostrar artefatos mínimos na saída de teste (supostamente limpa).
@JYelton Você pode experimentar alguns condutores de terra realmente curtos, como os que estão aqui conectados ao pino de terra do IC? Eu gostaria de saber como isso afeta a leitura.
Pela aparência dos novos rastreamentos de escopo adicionados à pergunta, especificamente o rastreio Vcc, parece que o toque é originário de uma má regulamentação do suprimento no ponto de uso - provavelmente não na saída do suprimento de bancada. Embora os fios mais curtos da fonte de alimentação da bancada certamente ajudem a reduzir a indutância, isso não será suficiente quando a transição for tão nítida quanto você procura.
Adicione um capacitor robusto na placa de ensaio através dos trilhos de suprimento, o mais próximo do IC: Comece com 100 uF.
Paralelamente ao capacitor de desacoplamento de 0,1 uF mostrado em seu esquema, e tocando nos pinos de alimentação do Schmitt Trigger, adicione um capacitor eletrolítico de 10 uF.
Corte os terminais dos três capacitores acima ao mínimo, o que ainda fará um contato positivo com os contatos da placa de ensaio. Esses leads estão adicionando indutância que você não deseja.
Adicione uma carga da saída que você está lendo ao pino de aterramento, o mais próximo possível do pino de saída - 220 Ohms deve ser bom e, novamente, você deseja que os condutores sejam reduzidos ao mínimo.
Se você absolutamente precisar evitar overshoot / undershoot além de algumas centenas de miliVolts, adicione pequenos diodos Schottky de sinal do pino de saída aos pinos de alimentação e de aterramento, assim:
Isso garantirá que o pico na borda ascendente e a calha na borda descendente do toque sejam amortecidos - haverá algum efeito na respectiva calha / pico do toque, devido ao excesso de energia dos picos sendo dissipados através do diodos.
Finalmente, a tábua de pão, devido à natureza de sua construção, introduz capacitância, indutância e todos os tipos de acoplamentos parasitas. Mesmo uma simples placa de desempenho será melhor. Os cabos longos simples exacerbam esse problema, especialmente em altas frequências / transições nítidas, onde até um simples fio condutor é uma fonte de acoplamento e toque indutivo.
Por favor, explique o uso do R1?
Sem carga, um sinal é mais suscetível a EMI e toque indutivo. R1 carrega a linha, fornecendo um desvio para alguma energia indutiva no processo. Quando os diodos são adicionados, isso se torna menos importante, pois a própria corrente de fuga do diodo ignora parte da energia que toca.
Estou escrevendo isso como uma resposta, porque não achei que houvesse espaço suficiente nos comentários. Dito isto, é provável que vários dos pontos que estou afirmando possam ser a causa dos seus problemas: -
Você está usando uma sonda de escopo x10? Como é a saída do pino 2 - os gatilhos schmitt nem todos são acionados no mesmo ponto em uma onda quadrada de formato ruim do pino 2 - eu posso ver evidências disso no rastreamento do escopo - ele começa a estabilizar e dispara novamente. A separação dos chips da imagem é um pouco esquisita.
Você está realmente usando 7414s - eu recomendaria o 74AC14 para obter a melhor velocidade - também verifique a corrente de saída que esses dispositivos podem fornecer - em particular, alguns dispositivos podem não produzir um O / P decente a partir da seção do oscilador, com carga 6k8 e outras 5 entradas.
Se você desconectou um dos resistores 220R e pendurou o osciloscópio diretamente na saída (pino 4), como é?
O que Vcc você está usando - você diz que a superação é de 200mV no pico de 500mV - isso parece estranho - você tem certeza de que todos os inversores estão trocando. De uma fonte de 5V, eu esperaria ver um pico de 5V com qualquer superação em cima disso.
Sonda X10 sim. O pino 2 é a forma de onda incluída na pergunta. O pino 1 é uma onda de triângulo de entrada que também possui alguns toques (posso incluir se você acha que seria útil). Este é um 74AC14 (versão avançada do CMOS). VCC é 5V. E por último, mas não menos importante, preciso refazer as medições com o acoplamento DC e não o acoplamento CA, para que os valores de 200mV e 500mV sejam baseados no acoplamento CA. Também vou desconectar um 220R e atualizar a pergunta com novas informações.
@ JYelton - talvez o pico de 500mV seja realmente 5V?
Se o pino 1 tocar um pouco, está começando a parecer terra ou oscilação do Vcc devido ao layout da placa de ensaio - quanto tempo duram os cabos de energia e o terra da luneta está próximo ao pino 7? Você pode ver o Vcc balançar usando o escopo?
@JYelton A indutância do chumbo soa o culpado.
@JYelton Power lead length (indutância realmente), limitações da placa de ensaio, limitações de desacoplamento e geralmente "nada é facilmente considerado como uma verdadeira referência 0V" são seus problemas, mas não reduza as variações nos limiares do gatilho schmitt que ainda desempenham seu papel quando esses problemas são resolvidos. classificado.
Por outras respostas e comentários, concentrei-me em reduzir o excesso com algumas das sugestões fornecidas.
encurtou os leads indo e saindo da tábua de pão,
compensação ajustada nas sondas (uma estava ligeiramente sub-compensada)
Isso reduziu o overshoot medido de ~ 2.4V a 1.8V (acima de 5V).
A sugestão de @ AndrejaKo teve o maior efeito, no entanto. Coloquei a mola de aterramento da ponta na sonda e medi novamente, desta vez vendo apenas um excesso de 680mV.
Até que este circuito seja soldado a um PCB, certamente não espero muito melhor. Mas isso é uma melhoria significativa em relação ao original.
Medição da saída de onda quadrada no pino 2:
Caminho de terra curto com mola de ponta:
A foto faz parecer que o resistor está tocando a mola de terra, mas não está.
Não estou convencido de que a superação tenha sido realmente tão alta quanto medida (ou até realmente é de 680mV), mas que métodos de medição inadequados foram os culpados. No entanto, isso mostrou definitivamente que tentar medir eventos de alta velocidade realmente requer atenção a coisas como comprimento do condutor (impedância), capacitância dispersa e análise cuidadosa.
Nota: removi os resistores dos outros cinco gatilhos Schmitt para a foto; os resultados foram basicamente os mesmos com / sem eles.
Você tem um problema de fonte de alimentação. Edite 3, mostrando VCC (amarelo) e o nó OUT (azul) é a arma de fumar. Adicione capacitância entre o VCC e o trilho de suprimento, o mais próximo possível dos pinos do IC. Atualmente, os cabos do capacitor são muito longos. Eu usaria cerca de 100 microfolares eletrolíticos, contornados com uma tampa de filme de microfarad .01 e uma pequena cerâmica, digamos 600 pF. Alinhe-os o mais próximo possível dos pinos e aterre o menor direito nos pinos, se puder. BTW, muitos amplificadores de áudio exibem esse mesmo problema. Você pode testá-los conectando um alto-falante entre o VCC e o terra, em série com um pequeno limite de valor para bloquear o DC. Você ouvirá música nos trilhos de suprimentos. Seu objetivo é reduzir ou eliminar essa música.
— Michael Huntress
No tutorial / vídeo original do W2AEW, de onde este circuito veio, Alan menciona que o circuito alcança uma impedância "Output **" de 50 ohm.
Seu post anterior realmente respondeu à sua própria pergunta, mas suspeito que você não percebeu que já tinha a resposta.
Do seu post anterior: "Anindo sugere em uma resposta a uma pergunta relacionada que se deve usar um resistor de 50Ω para uma carga. Estou medindo a saída do primeiro gatilho Schmitt (IC1D, no pino 2). Os gatilhos restantes são usados ​​com Resistores de 220Ω para criar uma impedância de aproximadamente 50Ω, mas obtenho resultados quase idênticos medindo no nó de saída "
Seus resistores de 220 ohm estão formando a impedância de saída para a energia lançada, eles não são a impedância de carga. Você então precisava alimentar esse sinal de saída final com uma impedância característica correspondente para esgotar / consumir completamente a energia lançada e evitar reflexos. Solução: basta adicionar a carga de 50 ohm como resistor de carga ou, se o seu osciloscópio suportar, basta usar a seleção de impedância de entrada de 50 ohm do osciloscópio. Também haverá efeitos de capacitância / indutância parasitas, mas a incompatibilidade de impedância será o elemento dominante no momento.