Что может уменьшить выбросы и звон на простом генераторе прямоугольных импульсов?

Я построил простой генератор прямоугольных импульсов на основе RC и триггера Шмитта. На макете у него есть некоторые очевидные нежелательные качества из-за длины перемычки, самого макета и т. Д.

Схема и макетная версия:

И выходной сигнал:

В частности, нарастающий фронт прямоугольной волны имеет значительное превышение (примерно 200 мВ на пике 500 мВ) и звон. Это легко сделать хуже, физически касаясь R1. Смотрите правки для правильной информации.

В поисках решений я столкнулся с такими терминами, как демпфирование и демпфирование радиочастотных цепей, и с вещами, выходящими за рамки моей зарплаты для любителей .

Аниндо предлагает в ответе на связанный вопрос, что следует использовать резистор 50 Ом для нагрузки. Я измеряю выход первого триггера Шмитта (IC1D, на выводе 2). Остальные триггеры используются с резисторами 220 Ом для создания импеданса приблизительно 50 Ом, но я получаю почти идентичные результаты измерения на выходном узле.

Этот генератор быстрых импульсов предназначен исключительно для моих собственных экспериментов / обучения, поэтому в этом нет ничего критического. Если я решу сделать из него паяную доску, что я могу сделать, чтобы она была лучше, чем ее двоюродная сестра?

Я по ошибке был в режиме переменного тока для предыдущих скриншотов и измерений. Вот еще несколько экранов, показывающих сигнал на выводах 1 и 2 микросхемы (входной треугольник на 1, выходной квадрат на 2). Теперь они связаны с DC. Пробники всегда были в X10, но сама область была в X1 (совершенно новая область, ой!). Однако перерегулирование все еще является значительным: на выходе, который составляет 0-5 В, перерегулирование (показано пунктирными белыми линиями курсора) составляет 2,36 В. Обратите внимание, что превышение на входе составляет всего около 500 мВ. Является ли пульсация на входе из-за близости штырьков 1 и 2 на макете?

Вход (ch. 2 / синий) на выводе 1 и выход (ch. 1 / желтый) на выводе 2:

Измеренное превышение с муфтой постоянного тока:

Удаление резистора R2 и измерение на выводе 4 (выход IC1E) не дали заметного отличия от сигнала на выводе 2.

Я должен упомянуть, что исходное руководство / видео от W2AEW, откуда я получил информацию для этой схемы, также имеет некоторые отклонения, но не до такой степени, как у меня. Его схема припаяна на плате, что, вероятно, очень помогает.

Форма сигнала оригинального автора (W2AEW) (в узле OUT) с напряжением 500 мВ более 5 В:

Оригинальная авторская паянная версия:

Изменить 2:

Вот картина общей установки, включая длину отведения к блоку питания и область:

Изменить 3:

И, наконец, VCC (желтый) и узел OUT (синий) в области видимости, чтобы показать совпадающую пульсацию:

Судя по появлению новых трассировок объема, добавленных к вопросу, в частности, трассировки Vcc, становится ясно, что звонки возникают из-за плохого регулирования подачи в точке использования - скорее всего, не на выходе эталонного питания. Хотя более короткие выводы от настольного источника питания, безусловно, помогут за счет снижения индуктивности, этого будет недостаточно, если переход будет таким же резким, как вы ищете.

• Добавьте здоровенный конденсатор на макетную плату через направляющие питания, ближайший к ИС: начните с 100 мкФ.
• Параллельно с развязывающим конденсатором 0,1 мкФ, показанным на схеме, и прикосновением к контактам питания триггера Шмитта добавьте электролитический конденсатор 10 мкФ.
• Обрежьте выводы всех трех конденсаторов, приведенных выше, до минимума, который все еще будет иметь положительный контакт с контактами макета. Эти выводы добавляют индуктивность, которую вы не хотите.
• Добавьте нагрузку от выходного сигнала, который вы читаете, к контакту заземления, как можно ближе к выходному контакту - 220 Ом должно быть в порядке, и снова вы хотите, чтобы выводы были обрезаны до минимума.

• Если вам абсолютно необходимо избегать превышения / превышения в пределах нескольких сотен милливольт, добавьте малые сигнальные диоды Шоттки с выходного контакта на контакты питания и заземления, таким образом:
  

  

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

• Это обеспечит демпфирование пика на переднем крае и впадине на заднем крае звонка - это также окажет некоторое влияние на соответствующий впадину / пик звонка из-за избыточной энергии пиков, рассеиваемых через диоды.
• Наконец, макет, в силу характера его конструкции, вводит емкость, индуктивность и все виды паразитных связей. Даже простая доска с надписью будет лучше. Простые длинные провода усугубляют эту проблему, особенно при высоких частотах / резких переходах, когда даже простой проводной провод является источником связи и индуктивного звонка.

Я пишу это как ответ, потому что я не думал, что в комментариях будет достаточно места. Сказав это, вполне вероятно, что некоторые из моих замечаний могут быть причиной ваших проблем:

Вы используете зонд X10? Как выглядит выходной сигнал с контакта 2 - триггеры Шмитта не все срабатывают в одной и той же точке на прямоугольной волне неправильной формы с контакта 2 - я могу видеть доказательства этого на трассировке области действия - он начинает восстанавливаться, а затем снова срабатывает. Отделение чипа от картинки немного облупилось.

Используете ли вы на самом деле 7414s - я бы порекомендовал 74AC14 для лучшей скорости - также дважды проверьте выходной ток, который эти устройства могут подавать - в частности, некоторые устройства могут не генерировать приличное o / p из секции генератора при нагрузке 6k8 и 5 других входы.

Если вы отсоединили один из резисторов 220R и повесили прицел прямо на выход (скажем, контакт 4), как он выглядит?

Какой Vcc вы используете - вы говорите, что перерегулирование составляет 200 мВ на вершине пика 500 мВ - это кажется странным - вы уверены, что все инверторы переключаются. Из источника питания 5 В я ожидал бы увидеть пик 5 В при любом превышении.

Пища для размышлений.

Что касается других ответов и комментариев, я сосредоточился на снижении выброса с некоторыми из предложенных предложений.

Я сделал следующее:

• укоротил провода, идущие к макету и обратно,
• скорректированная компенсация на датчиках (один был немного компенсирован)

Это уменьшило измеренный выброс с ~ 2,4 В до 1,8 В (более 5 В).

Однако предложение @ AndrejaKo дало наибольший эффект. Я положил наконечник заземляющей пружины на зонд и измерил снова, на этот раз только с превышением 680 мВ.

Пока эта схема не припаяна к печатной плате, я, конечно, не ожидаю намного лучшего. Но это значительное улучшение по сравнению с оригиналом.

Измерение прямоугольной волны на выводе 2:

Короткая дорожка заземления с концевой пружиной:

На фотографии это выглядит так, как будто резистор касается заземляющей пружины, но это не так.

Я не уверен, что превышение когда-либо было таким же высоким, как измеренное (или даже действительно на уровне 680 мВ), но виноваты были неправильные методы измерения. Хотя, если не сказать ничего другого, это окончательно показало, что попытка измерить высокоскоростные события действительно требует внимания к таким вещам, как длина провода (полное сопротивление), паразитная емкость и тщательный анализ.

Примечание: я снял резисторы для других пяти триггеров Шмитта для фотографии; результаты были в основном одинаковыми с / без них.

У вас проблема с питанием. Отредактируйте 3, показывая VCC (желтый) и узел OUT (синий) - дымящийся пистолет. Добавьте емкость между VCC и шиной питания, как можно ближе к выводам IC. Проводники конденсаторов в настоящее время слишком длинные. Я хотел бы использовать около 100 мкФ электролитов, обойдя их пленкой из 0,01 мкФ и небольшой керамикой, скажем, 600 пФ. Выровняйте их как можно ближе к булавкам и, если можете, посадите самый маленький прямо на булавки. Кстати, многие аудио усилители отображают эту же проблему. Вы можете проверить их, подключив динамик между VCC и землей, последовательно с небольшой заглушкой для блокировки постоянного тока. Вы услышите музыку на направляющих. Ваша цель - уменьшить или устранить эту музыку.

В оригинальном уроке / видео от W2AEW, откуда появилась эта схема, Алан упоминает, что схема достигает довольно близкого к 50 Ом сопротивления «Output **».

Ваш предыдущий пост фактически ответил на ваш собственный вопрос, но я подозреваю, что вы не поняли, что у вас уже был ответ.

Из вашего предыдущего поста: «Anindo предлагает в ответе на связанный вопрос, что следует использовать резистор 50 Ом для нагрузки. Я измеряю выход от первого триггера Шмитта (IC1D, на выводе 2). Остальные триггеры используются с Резисторы 220 Ом для создания полного сопротивления приблизительно 50 Ом, но я получаю почти идентичные результаты измерения на выходном узле »

Ваши 220-омные резисторы формируют выходное сопротивление для запущенной энергии, они не являются сопротивлением нагрузки. Затем вам нужно было подать этот окончательный выходной сигнал в соответствующий характеристический импеданс, чтобы полностью истощить / потребить запущенную энергию и предотвратить отражения. Решение: Просто добавьте нагрузку 50 Ом в качестве нагрузочного резистора или, если ваш прицел поддерживает это, просто используйте выбор входного сопротивления 50 Ом Scope. Также будут иметь место эффекты паразитной емкости / индуктивности, но несоответствие импеданса будет доминирующим элементом в настоящее время.