Jestem fizykiem z ograniczoną znajomością elektroniki. Zazwyczaj studiuję swoje problemy w Internecie przed poproszeniem o pomoc. Oznacza to, że przedstawię tutaj zarówno pytania, jak i prawdopodobne rozwiązania, i chciałbym, abyście to zrobili potwierdził lub poprawił to, co napisałem.

Chciałbym uzyskać stosunkowo tani generator sygnału hobby do cca. 10 MHz. Mam dwa wymagania:

1. Musi dawać sygnał pływający.
2. Musi istnieć możliwość uziemienia wyjścia w otworze i uzyskania sygnału bez składowej stałej.

Ad 1: Warunek ten można spełnić tylko wtedy, gdy zasilanie i generator sygnału są galwanicznie odseparowane, co można osiągnąć za pomocą transformatora. Dlatego żaden generator sygnału, który jest zasilany prądem stałym (lub ma zewnętrzne źródło zasilania prądem stałym), nie wchodzi w rachubę.

Ad 2: Rozsądnym sposobem spełnienia tego warunku jest użycie generatora sygnału z transformatorem z dwoma uzwojeniami wtórnymi, np. 12V-0V-12V. Gdy wspólny przewód uzwojenia wtórnego jest uziemiony, możliwe jest uzyskanie prawdziwych napięć ujemnych i dodatnich.

Wydaje się, że praktycznie wszystkie tanie generatory sygnałów wykorzystują źródło prądu stałego (co automatycznie wyklucza je ze względu na warunek 1). Jednym z wyjątków jest model FY3200S . Jednak zgodnie z tym filmem generator sygnału FY3200 nie ma prawdziwie płynnego wyjścia (dla napięcia linii 110 V, 50 V i 100 uA na pływającym gruncie!). Na szczęście stopień wtórny wymaga wejść -12 V, 5 V i + 12V, co prawdopodobnie oznacza, że ​​powinien być w stanie wytwarzać sygnały bez składowej stałej (warunek 2).

Autor filmu sugeruje, że problem polega na tym, że urządzenie wykorzystuje mniej odpowiedni zasilacz impulsowy zamiast lepszego liniowego zasilacza i sugeruje wymianę zasilacza. [Podejrzewam, że stosuje się mniej dogodny zasilacz impulsowy, aby urządzenie mogło być używane zarówno na liniach elektroenergetycznych 220 V, jak i 110 V.] Jednak nie ma informacji o konstrukcji zasilacza liniowego ani korzyści wynikających z wymiany zasilacza opatrzony.

Ponieważ liniowy zasilacz nie powinien być trudny do wykonania, wydaje mi się, że najlepszym rozwiązaniem byłoby zastąpienie oryginalnego zasilacza czymś takim:

Mogę łatwo i tanio wyprodukować coś takiego, a także dodać przełącznik na połączeniu między wspólnym drutem uzwojeń wtórnych a ziemią . Korzystając z drugiego etapu FY3200S (a także jego skrzynki) unikałbym znacznie bardziej złożonej elektroniki generowania funkcji.

Czy to wydaje się być dobrym pomysłem? Czy zmniejszyłoby to przynajmniej prądy błądzące, gdyby nie całkowicie je wyeliminowało? Czy powyższy zasilacz jest odpowiedni do zastosowania?

W rzeczywistości posiadam generator sygnałów FY3200S. Kiedy go kupiłem, byłem już świadomy wątpliwej jakości zasilacza impulsowego w nim i zgłaszanych wysokich prądów upływowych. Z tego powodu zastąpiłem wbudowany zasilacz impulsowy prostym regulowanym zasilaczem liniowym (dość powszechny mod dla tych urządzeń). Jeśli chcesz jechać tą trasą, pamiętaj, że musisz podać napięcie + 12V, -12V i + 5V.

Udało mi się znaleźć oryginalny zasilacz impulsowy dla generatora sygnału, więc podłączyłem go z powrotem i wykonałem kilka pomiarów zarówno z oryginalnym przełącznikiem, jak i nowym zasilaniem liniowym. Prawdopodobnie powinienem to zrobić, kiedy zbudowałem zasilanie liniowe, ale hej ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Projekt zasilacza

Zasilacz liniowy jest bardzo prosty:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Diody LED pomagają w debugowaniu i zapewniają, że szyny są regulowane w warunkach bez obciążenia. W tym czasie dokonywałem pomiarów dla obecnych wymagań, ale zapomniałem wyników i nie mogę znaleźć notatek na temat tego projektu. Transformatory są w stanie odpowiednio 133 mA (+ 12V i -12 V każdy) i 425 mA (+ 5 V). Pamiętam, że mój projekt nie miał dużo miejsca, więc może te liczby ci pomogą.

Obwód zasilania w twoim pytaniu wygląda dla mnie do zaakceptowania (chociaż nie uruchomiłem liczb). Jest podobny, z tym wyjątkiem, że wykorzystuje pojedynczy transformator i pobiera napięcie + 5 V z szyny + 12V. Spodziewałbym się, że będzie działać dobrze, po prostu upewnij się, że transformator może dostarczyć wystarczającą ilość prądu do zasilania zarówno + 12V, jak i + 5V na jednej nodze. Zbadaj, jak dopasować rozmiar transformatora i kondensatorów; powinno być mnóstwo informacji na ten temat. Te odpowiedzi mogą być dobrym punktem wyjścia.

Implementacja jest bardziej chaotyczna niż na schemacie, ponieważ musiałem zadowolić się wszystkimi częściami, które miałem wokół. W szczególności szyna 5 V jest zasilana przez dwa transformatory, które są połączone równolegle za swoimi mostkami, a ja musiałem zastosować kondensatory szeregowo (z rezystorami równoważącymi) na szynach ± ​​12V, aby uzyskać odpowiednią wartość napięcia (wyprostowane wyjście transformatora jest jak 24 V DC do ziemi w warunkach bez obciążenia).

Uwagi dotyczące konfiguracji testu

Pamiętaj, że moja konfiguracja testowa jest prawdopodobnie okropna. Żadne z moich gniazd sieciowych nie ma uziemienia bezpieczeństwa (wiem ☹ ...), więc moim odniesieniem do uziemienia dla tych pomiarów był drut podłączony do rur centralnego ogrzewania (które są metalowe i uziemione na centralnym ogrzewaczu). W całym miejscu były też długie przewody, zbierające hałas itp.

Przebiegi zostały zarejestrowane przy użyciu Rigola DS1104Z; pomiary multimetru zostały wykonane przy użyciu EEVBlog 121GW (najpierw wypróbowałem Fluke 17B +, ale okropne jest mierzenie> 500 Hz prądu przemiennego).

Do testów przetestowałem tylko kanał 1 FY3200S. Jego moc wyjściowa została ustawiona na sinusoidę 10 Vpp 1 kHz. Przeprowadziłem również wszystkie testy z falą kwadratową 10 Vpp 1 kHz, ale nie dostarczyłem żadnych nowych informacji, więc wyniki te zostały pominięte. Użyłem również sygnału 0 V DC do pomiarów hałasu zasilacza.

Pomiary

W poniższych wynikach zawsze będę miał oryginalny zasilacz impulsowy po lewej stronie, a zamienny zasilacz liniowy po prawej stronie.

Przebieg

Najpierw przechwytywanie fali testowej. Wygląda czysto, nie ma różnicy między zasilaczami.

Hałas przełączania zasilacza

Gdy generator sygnału jest ustawiony do generowania „sygnału” DC 0 V, jest to przechwytywanie sygnału (50 mV / dz., 5µs / dz.). Lewy obraz pokazuje tętnienie przełączania przy około 37 kHz, którego nie ma na prawym obrazie:

Zbliżenie tętnienia przełączającego (50mV / dz., 50ns / dz.). Lewy obraz pokazuje tętnienie przełączania. Właściwy obraz wydaje się mieć losowy szum (który czasami włącza się luneta, czasem nie):

Pomiary kształtu fali

Multimetr zmierzył falę sinusoidalną jako RMS 3,515 VAC (działa dla 10 Vpp) przy 999,9 Hz.

Fala kwadratowa mierzyła 4,933 VAC RMS (wystarczająco blisko), przy 999,9 Hz.

Nie było znaczącej różnicy między dwoma zasilaczami.

Przesunięcia DC

Przesunięcie DC w sygnale zostało zmierzone multimetrem w trybie DC. Wyniki:

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

Istnieje niewielka różnica na korzyść przełączającego zasilacza. Podejrzewam, że może to być spowodowane asymetrią regulatorów liniowych 7812/7912, których użyłem do zasilacza liniowego, ale nie badałem dalej.

Napięcie upływowe

To jest sedno pytania i najczęstszy powód zastąpienia zasilacza w tych generatorach sygnałów. Zmierzono to poprzez podłączenie oscyloskopu lub multimetru między moim uziemieniem odniesienia (rury centralnego ogrzewania) a ziemią generatora sygnału. Sam sygnał wyjściowy generatora sygnałów (sinus 10 Vpp 1 kHz) pozostawiono niepodłączony.

Oczywiście zasilacz liniowy nadal ma upływ prądu z powodu sprzężenia pojemnościowego w transformatorach i być może okablowaniu, ale wygląda lepiej niż zasilacz przełączający (oba obrazy 50 V / dz, 5 ms / dz):

Pomiary multimetrowe potwierdzają, że napięcie uziemienia obwodu otwartego jest rzeczywiście niższe dla zasilacza liniowego (39 VAC RMS) niż zasilacza przełączającego (92 VAC RMS):

Prąd upływowy

Ale prawdziwa różnica polega na prądzie upływu do ziemi; przy 5,5µA jestem nieco rozczarowany wydajnością liniowego zasilacza tutaj, ale jest on o dwa rzędy wielkości lepszy niż zasilacz przełączający przy 334µA!

Podsumowanie rodzajów

Więc tak. Te rzeczy mają gówniany zasilacz. Nie wierzę w jego bezpieczeństwo, a prąd upływowy ~ 0,3 mA może zepsuć dzień na wrażliwych obwodach. Z tego, co przeczytałem online, niektóre próbki wykazują prąd upływowy> 1mA.

Jednak zastąpienie zasilacza liniowym zasilaczem może to znacznie poprawić i może to być zabawny mały projekt. Użyłem zasilaczy liniowych dla każdej szyny (co również ułatwia pozbycie się tętnienia przełączania), ale słyszałem o innych, które używają konwerterów DC-DC w celu uzyskania niezbędnych szyn z pojedynczego zewnętrznego zasilacza 12VDC lub 5VDC.

Jeśli chcesz wybrać tę trasę, zastanów się, co chcesz zrobić z portem USB, który nie jest izolowany.

Ostatecznie, przy moim zamiennym zasilaczu liniowym, wyniki wyglądają na zadowalające. Brak tętnienia przełączania, prąd upływu 5µA, obwód 30 VAC ziemia-ziemia (co wciąż jest czymś, na co należy uważać). To nie jest idealne, ale za <100 $ jest w porządku na poziomie hobby.

Jakość sygnału przy wyższych częstotliwościach

W swojej ostatniej edycji dodałeś „... do ok. 10 MHz”. Uważaj, że te tanie generatory sygnałów nie są świetne przy wyższych częstotliwościach. Jeśli potrzebujesz, powiedzmy, dobrych fal prostokątnych przy 10 MHz, prawdopodobnie będziesz musiał wydać więcej pieniędzy. Dodałem kilka przechyleń fali prostokątnej FY3200S 10 Vpp przy 10 kHz, 1 MHz, 6 MHz i 10 MHz:

Nie jestem nawet pewien, co się dzieje przy 10 MHz. Być może częstotliwość syntezatora nie jest równomiernie podzielna przez 10 MHz, więc nie wszystkie kwadratowe impulsy mają równą długość, co prowadzi do widocznych tam widm.

Fale sinusoidalne są łatwiejsze, więc wyglądają znacznie lepiej, ale przy wyższych częstotliwościach wykazują również niewielkie zniekształcenia.

Choć wydaje się to mało zaawansowane technologicznie, zalecam użycie dwóch bloków litowych 9 V. Jest prosty, tani, przenośny, nie ma artefaktów konwertera zasilania ani buck. I może siedzieć na półce przez lata i działa tylko wtedy, gdy jest to potrzebne - w dowolnym miejscu.

W przypadku twoich oryginalnych asercji

AD1, Izolacja galwaniczna jest normą. Powiedzmy, że zasilasz ją z wtyczki wyjściowej prądu stałego, która będzie miała transformator sieciowy wewnątrz części, która wtyka wtyczkę, a następnie prostownik i kondensator, o ile źródło prądu stałego jest nieuziemiony w odniesieniu do zasilania komputera, wówczas napięcie DC może płynąć w rozsądnym zakresie (ogólnie + -500 V od uziemienia sieci, chyba że zaznaczono inaczej)

AD2, w przypadku małej złożoności, a następnie tak, można użyć tego rozwiązania do skorygowania dodatniej i ujemnej szyny zasilania. Jest wiele sposobów, aby to zrobić również za pomocą trybów przełączania, ale chyba że chcesz uzyskać więcej informacji na ten temat, zostawię to transformatorom.

Teraz, gdy wyjaśniłem, że źródło zasilania prądem stałym może być galwanicznie izolowane od napięcia sieciowego, powinienem omówić następną część, wasz komentarz na temat FY3200S, To jest efekt uboczny izolacji od zasilania, źródła zasilania w trybie przełączania mogą być takie same zbudowany, aby być izolowanym,

Problem polega na tym, że rzecz łącząca 2 strony, np. Sam transformator, czy to transformator 60 Hz dla zasilania liniowego, czy transformator wyższej częstotliwości dla trybu przełączania, Ma trochę pojemności między dwoma uzwojeniami, ta pojemność na ogół kończy się pozostawieniem około połowy napięcia sieciowego przy bardzo niskim prądzie nałożonym na izolowane strony „masy”, to widzę po przejściu przez to łącze wideo, zasilacze liniowe mają ten sam problem.

Powinienem również zauważyć, że mówi on „100uA”, a nie 50mA, 50mA byłoby śmiertelne dla każdego.

I tylko dla kompletności, zastosowany schemat pokazuje uziemienie sieciowe połączone z uziemieniem wyjściowym z tego powodu, ale spełniłoby to życzenie izolacji galwanicznej. Prawdziwym rozwiązaniem jest podłączenie przewodu odniesienia przed podłączeniem sygnału

Leniwym podejściem do jego zmniejszania jest na ogół rezystor 100 M lub 1 Megaom pomiędzy uziemieniem wyjściowym a uziemieniem sieci, w ten sposób amplituda nałożonej sieci jest niższa, ale w razie potrzeby nadal można ją odciągnąć od tego punktu.

Czasami brutalna siła ma swoje atrakcje.

Istnieje klasa transformatorów zwanych transformatorami izolacyjnymi. Mają one robić dokładnie to, co chcesz, całkowicie izolując urządzenie od sieci elektrycznej.

Jeśli przejdziesz do Digi-key i skorzystasz z funkcji wyszukiwania, możesz znaleźć transformator izolacyjny 50 VA 120/240 do 120 VAC za mniej niż 20 USD.

Innym sposobem osiągnięcia izolacji jest użycie zwykłego generatora funkcji i umieszczenie transformatora izolującego na wyjściu. W wąskich zakresach częstotliwości transformatory są łatwe do zbudowania. Wraz ze wzrostem zakresu częstotliwości coraz trudniej jest wykonać transformator izolujący sygnał.

Zasilacze liniowe wytwarzają również dużo szumów o wysokiej częstotliwości z powodu harmonicznych częstotliwości sieciowych generowanych w prostownikach mocy. Te harmoniczne są zwykle obecne i mierzone w systemach do około 20 MHz. Są one często widoczne w raportach EMI produktu zarówno dla dostaw liniowych, jak i przełączników. Harmoniczne są redukowane przez zastosowanie prostowników mocy o większej prędkości przełączania. Szybsze prostowniki przechowują mniej ładunku. Mechanizm tworzenia wysokich częstotliwości polega na tym, że prąd prostownika szybko zanika, gdy zgromadzony ładunek w diodzie zostanie wyczerpany przez prąd wsteczny. Prąd wsteczny płynie przez krótki czas, gdy dioda gaśnie.

Ta szybka zmiana prądu diody podczas wyłączania może generować jeszcze wyższe częstotliwości. Na przykład wyspecjalizowane diody, które szybko się odrywają, są używane do generowania sygnałów mikrofalowych. Są to tak zwane diody odzyskiwania stopniowego.

Te wysokie częstotliwości będą przechodzić przez małe pojemności, które wypełniają barierę izolacyjną. W systemach audio może to prowadzić do buczącego hałasu, którego trudno się pozbyć.

Dla wszystkich zainteresowanych natknąłem się na więcej informacji w Internecie.

Oto strona internetowa wyjaśniająca budowę liniowego zasilacza dla urządzenia: https://sdgelectronics.co.uk/feeltech-fy3200s/

A oto trzy filmy o produkcie, drugi także o zasilaniu liniowym:

https://youtu.be/9o5MzTOzZo4

https://youtu.be/ML-lmuHoh-0

https://youtu.be/HqF_1y3U_qg