ฉันเป็นนักฟิสิกส์ที่มีความรู้ด้านอิเล็กทรอนิคส์ จำกัด ฉันมักจะศึกษาปัญหาของฉันอย่างกว้างขวางบนอินเทอร์เน็ตก่อนขอความช่วยเหลือ ซึ่งหมายความว่าที่นี่ฉันจะนำเสนอทั้งคำถามและวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้และฉันต้องการให้คุณยืนยันหรือแก้ไขสิ่งที่ฉันเขียน

ฉันต้องการรับเครื่องกำเนิดสัญญาณงานอดิเรกที่ค่อนข้างถูกถึง cca 10MHz ฉันมีข้อกำหนดสองข้อ:

1. มันจะต้องให้สัญญาณลอย
2. ต้องสามารถทำการกราวด์เอาต์พุตภายในรูรับแสงและยังคงได้รับสัญญาณโดยไม่มีส่วนประกอบ DC

โฆษณา 1: เงื่อนไขนี้สามารถบรรลุได้ก็ต่อเมื่ออำนาจและเครื่องกำเนิดสัญญาณแยกออกจากกันด้วยไฟฟ้าซึ่งสามารถทำได้โดยใช้หม้อแปลง ดังนั้นเครื่องกำเนิดสัญญาณใด ๆ ที่ใช้ไฟกระแสตรง (หรือมีแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงภายนอก) จึงเป็นที่สงสัย

โฆษณา 2: วิธีที่เหมาะสมในการปฏิบัติตามเงื่อนไขนี้คือเครื่องกำเนิดสัญญาณใช้หม้อแปลงไฟฟ้ากับขดลวดทุติยภูมิสองอันเช่น 12V-0V-12V เมื่อสายสามัญของขดลวดทุติยภูมิถูกต่อสายดินก็เป็นไปได้ที่จะได้รับแรงดันลบและบวกที่แท้จริง

ดูเหมือนว่าเครื่องกำเนิดสัญญาณราคาถูกเกือบทั้งหมดจะใช้แหล่งจ่ายไฟ DC (ซึ่งจะออกกฎโดยอัตโนมัติเนื่องจากเงื่อนไข 1) หนึ่งสะดุดตายกเว้นรุ่นFY3200S อย่างไรก็ตามตามวิดีโอนี้เครื่องกำเนิดสัญญาณ FY3200 ไม่มีเอาต์พุตลอยอย่างแท้จริง (สำหรับแรงดันไฟฟ้าสาย 110V, 50V และ 100 uA บนพื้นลอย!) โชคดีที่ขั้นตอนที่สองต้องการอินพุต -12V, 5V และ + 12V ซึ่งอาจหมายถึงว่าสามารถสร้างสัญญาณได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ DC (เงื่อนไขที่ 2)

ผู้เขียนวิดีโอแนะนำว่าปัญหาคืออุปกรณ์ใช้แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ที่เหมาะสมน้อยลงแทนที่จะใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่ดีกว่าและแนะนำให้เปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ [ฉันสงสัยว่าจะใช้แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์แบบ Convinient น้อยลงเพื่อให้สามารถใช้อุปกรณ์ได้ทั้งสายไฟ 220V และ 110V] อย่างไรก็ตามไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับการออกแบบของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นหรือประโยชน์ของการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟคือ ให้.

เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นไม่ควรยากที่จะทำดูเหมือนว่าทางเลือกที่ดีที่สุดคือการแทนที่แหล่งจ่ายไฟดั้งเดิมด้วยบางสิ่งเช่นนั้น:

ฉันได้อย่างง่ายดายและสิ่งที่ผลิตอย่างถูกเช่นนั้นและยังสามารถเพิ่มสวิทช์ที่เชื่อมต่อระหว่างสายร่วมกันของขดลวดทุติยภูมิและพื้นดิน และการใช้ขั้นตอนที่สองจาก FY3200S (รวมถึงกล่อง) ฉันจะหลีกเลี่ยงการจัดการกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากขึ้นของการสร้างฟังก์ชั่น

สิ่งนี้ดูเหมือนจะเป็นความคิดที่ดีหรือไม่? อย่างน้อยนี่จะช่วยลดกระแสเร่ร่อนถ้าไม่กำจัดพวกมันทั้งหมดหรือไม่? แหล่งจ่ายไฟด้านบนเหมาะสมกับการใช้งานหรือไม่?

ฉันเป็นเจ้าของเครื่องกำเนิดสัญญาณ FY3200S จริงๆ เมื่อฉันซื้อมันฉันก็ตระหนักถึงคุณภาพที่น่าสงสัยของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิทซ์ด้านในและกระแสการรั่วไหลของโลกสูงที่รายงาน ด้วยเหตุนี้ฉันจึงเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ในตัวโดยใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่ควบคุมง่าย (ตัวดัดแปลงทั่วไปสำหรับหน่วยเหล่านี้) หากคุณต้องการใช้เส้นทางนี้โปรดทราบว่าคุณจะต้องให้ + 12V, -12V และ + 5V

ฉันจัดการเพื่อหา PSU โหมดสวิตช์ดั้งเดิมสำหรับเครื่องกำเนิดสัญญาณดังนั้นฉันจึงติดมันกลับขึ้นมาและทำการวัดหลายครั้งด้วยทั้งสวิตช์เดิมและแหล่งจ่ายเชิงเส้นใหม่ ฉันน่าจะทำอย่างนั้นเมื่อฉันสร้างเสบียงเชิงเส้น แต่เดี๋ยวก่อน¯ \ _ (ツ) _ / ¯

การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นตรงไปตรงมามาก:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ไฟ LED ช่วยในการดีบั๊กและช่วยให้แน่ใจว่ารางอยู่ในระเบียบภายใต้สภาวะที่ไม่มีโหลด ในขณะที่ฉันทำสิ่งนี้ฉันได้ทำการตรวจวัดตามข้อกำหนดปัจจุบัน แต่ฉันลืมผลลัพธ์และไม่พบบันทึกของฉันในโครงการนี้ หม้อแปลงมีความสามารถในการ 133mA (+ 12V และ -12V แต่ละคน) และ 425mA (+ 5V) ตามลำดับ ฉันจำได้ว่าการออกแบบของฉันมีพื้นที่ว่างไม่มากนักดังนั้นตัวเลขเหล่านี้อาจช่วยคุณได้

วงจรแหล่งจ่ายไฟในคำถามของคุณดูเป็นที่ยอมรับสำหรับฉัน (แม้ว่าฉันจะไม่ได้เรียกใช้ตัวเลข) มันคล้ายกันยกเว้นจะใช้หม้อแปลงตัวเดียวและรับ + ​​5V จากราง + 12V ฉันคาดหวังว่ามันจะทำงานได้ดีเพียงแค่ให้แน่ใจว่าหม้อแปลงสามารถส่งมอบกระแสไฟฟ้าให้กับพลังงานทั้ง + 12V และ + 5V ที่ขาเดียว วิจัยขนาดหม้อแปลงและตัวเก็บประจุ ควรมีข้อมูลมากมายในหัวข้อนั้น คำตอบเหล่านี้ อาจเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี

การนำไปใช้นั้นมีความยุ่งเหยิงกว่าแผนผังเพราะฉันต้องทำอะไรก็ได้กับส่วนที่ฉันวางไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถไฟ 5V ถูกขับเคลื่อนโดยหม้อแปลงสองตัวที่ขนานกันหลังสะพานของพวกเขาและฉันต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบอนุกรม (พร้อมตัวต้านทานสมดุล) บนราง± 12V เพื่อให้ได้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม ลงกราวด์ภายใต้สภาวะที่ไม่มีโหลด)

ทดสอบบันทึกการตั้งค่า

โปรดทราบว่าการตั้งค่าการทดสอบของฉันน่ากลัว แหล่งจ่ายไฟหลักของฉันไม่มีพื้นที่ปลอดภัย (ฉันรู้ว่า☹ ... ) ดังนั้นการอ้างอิงดินของฉันสำหรับการวัดเหล่านี้จึงเป็นลวดที่ผูกติดกับท่อความร้อนส่วนกลาง (ซึ่งเป็นโลหะ นอกจากนี้ยังมีสายไฟยาวไปทั่วสถานที่เก็บเสียง ฯลฯ ...

รูปคลื่นถูกจับโดยใช้ Rigol DS1104Z การวัดมัลติมิเตอร์ดำเนินการโดยใช้ EEVBlog 121GW (ฉันลอง Fluke 17B + ของฉันก่อน แต่มันแย่มากที่การวัด> 500Hz AC)

สำหรับการทดสอบฉันทดสอบเฉพาะแชนเนล 1 ของ FY3200S เท่านั้น เอาท์พุทของมันถูกตั้งค่าเป็นคลื่นไซน์ 10Vpp 1kHz ฉันยังทำการทดสอบทั้งหมดด้วยคลื่นสี่เหลี่ยม 10Vpp 1kHz แต่นั่นไม่ได้ให้ข้อมูลใหม่ดังนั้นผลลัพธ์เหล่านั้นจึงถูกตัดออกไป ฉันใช้สัญญาณ 0V DC สำหรับการวัดสัญญาณรบกวน PSU

วัด

ในผลลัพธ์ด้านล่างฉันจะมี PSU โหมดสวิตช์ดั้งเดิมทางด้านซ้ายเสมอและ PSU เชิงเส้นทดแทนที่ด้านขวา

รูปแบบของคลื่น

ก่อนการจับสัญญาณการทดสอบ ดูสะอาดไม่มีความแตกต่างระหว่าง PSU

เสียงสลับ PSU

ด้วยชุดเครื่องกำเนิดสัญญาณเพื่อสร้าง "สัญญาณ" 0V DC นี่คือการจับสัญญาณ (50mV / div, 5µs / div) ภาพด้านซ้ายแสดงการสลับระลอกที่บาง 37kHz ซึ่งหายไปในภาพด้านขวา:

ภาพระยะใกล้ของสวิตชิ่งระลอก (50mV / div, 50ns / div) ภาพด้านซ้ายแสดงถึงการสลับระลอก ภาพด้านขวาดูเหมือนจะมีจุดรบกวนแบบสุ่ม (ซึ่งบางครั้งขอบเขตจะเปิดใช้งานในบางครั้งอาจไม่ใช่):

การวัดรูปคลื่น

มัลติมิเตอร์วัดคลื่นไซน์เป็น 3.515VAC RMS (ใช้งานได้ 10Vpp) ที่ 999.9Hz

คลื่นสี่เหลี่ยมวัด 4.933VAC RMS (ใกล้พอ) ที่ 999.9Hz

ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง PSU ทั้งสอง

DC ออฟเซ็ต

DC ออฟเซ็ตในสัญญาณถูกวัดด้วยมัลติมิเตอร์ในโหมด DC ผล:

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

มีความแตกต่างเล็กน้อยในความโปรดปรานของการเปลี่ยน PSU ฉันสงสัยว่าอาจเกิดจากความไม่สมดุลในตัวควบคุมเชิงเส้น 7812/7912 ที่ฉันใช้สำหรับ PSU เชิงเส้น แต่ฉันไม่ได้ตรวจสอบเพิ่มเติม

แรงดันไฟฟ้ารั่วโลก

นี่คือหัวใจของคำถามและสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดในการแทนที่ PSU ในเครื่องกำเนิดสัญญาณเหล่านี้ มันถูกวัดโดยการต่อออสซิลโลสโคปหรือมัลติมิเตอร์ระหว่างการอ้างอิงโลกของฉัน (ท่อความร้อนกลาง) และพื้นดินของเครื่องกำเนิดสัญญาณ สัญญาณเอาท์พุทกำเนิดสัญญาณตัวเอง (10Vpp 1kHz ไซน์) ถูกทิ้งไม่เชื่อมต่อ

เห็นได้ชัดว่า PSU เชิงเส้นยังคงมีการรั่วไหลของโลกเนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์แบบ capacitive ในหม้อแปลงและอาจจะเดินสาย แต่มันดูดีกว่าการสลับ PSU (ทั้งภาพ 50V / div, 5ms / div):

การวัดมัลติมิเตอร์ยืนยันว่าแรงดันไฟฟ้าจากพื้นดินสู่วงจรเปิดต่ำกว่าจริงสำหรับ PSU เชิงเส้น (39VAC RMS) มากกว่าสวิตช์ PSU (92VAC RMS):

กระแสไฟรั่วโลก

แต่ความแตกต่างที่แท้จริงคือกระแสรั่วไหลของโลก ที่ 5.5µA ฉันผิดหวังเล็กน้อยกับประสิทธิภาพการทำงานของ linear PSU ที่นี่ แต่มันมีขนาดสองออเดอร์ที่ดีกว่าการสลับ PSU ที่ 334µA!

บทสรุปของแปลก ๆ

ใช่แล้ว สิ่งเหล่านี้มาพร้อมกับแหล่งจ่ายไฟเส็งเคร็ง ฉันมีความเชื่อมั่นในความปลอดภัยเพียงเล็กน้อยและกระแสไฟรั่วที่ 0.3mA สามารถทำลายวันของคุณในวงจรที่มีความละเอียดอ่อน และจากสิ่งที่ฉันได้อ่านทางออนไลน์มีตัวอย่างบางส่วนแสดง> กระแสรั่ว 1mA

อย่างไรก็ตามการแทนที่ PSU ด้วยแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นสามารถปรับปรุงสิ่งนี้ได้มากและมันอาจเป็นโครงการสนุก ๆ ฉันใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นสำหรับทุกรถไฟ (ซึ่งทำให้ง่ายต่อการกำจัดระลอกคลื่นสลับ) แต่ฉันเคยได้ยินคนอื่น ๆ ที่ใช้ตัวแปลง DC-DC เพื่อหารางที่จำเป็นจากแหล่งจ่ายไฟ 12VDC หรือ 5VDC ภายนอกเดียว

หากคุณต้องการใช้เส้นทางนี้ให้พิจารณาสิ่งที่คุณต้องการจะทำกับพอร์ต USB ซึ่งไม่ได้แยก

ในที่สุดด้วยการแทนที่ PSU เชิงเส้นของฉันผลลัพธ์ดูยอมรับได้ ไม่มีระลอกการสลับกระแสไฟรั่ว 5µA วงจรเปิดสู่พื้นดิน 30VAC (ซึ่งยังเป็นสิ่งที่ต้องระวังด้วย) มันไม่สมบูรณ์แบบ แต่สำหรับ <$ 100 มันก็โอเคในระดับงานอดิเรก

คุณภาพของสัญญาณที่ความถี่สูงขึ้น

ในการแก้ไขล่าสุดของคุณคุณเพิ่ม"... มากถึง cca. 10MHz" ระวังว่าเครื่องกำเนิดสัญญาณราคาถูกเหล่านี้ไม่ค่อยดีนักในย่านความถี่สูง ถ้าคุณต้องการพูดว่าคลื่นสี่เหลี่ยมที่ดีที่ 10MHz คุณอาจต้องใช้เงินมากขึ้น ฉันได้เพิ่มการจับคลื่นสี่เหลี่ยม FY3200S 10Vpp ที่ 10kHz, 1MHz, 6MHz และ 10MHz:

ฉันไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่าเกิดอะไรขึ้นที่ 10MHz บางทีความถี่ซินธิไซเซอร์นั้นไม่สามารถหารได้อย่างสม่ำเสมอด้วย 10MHz ดังนั้นพัลส์สแควร์ทั้งหมดจึงมีความยาวไม่เท่ากันซึ่งนำไปสู่ ​​ghosting ที่คุณเห็น

คลื่นไซน์นั้นง่ายขึ้นดังนั้นพวกเขาจึงดูดีกว่ามาก แต่ที่ความถี่สูงกว่าพวกเขายังแสดงการบิดเบือนเล็กน้อย

ฉันขอแนะนำให้ใช้บล็อกลิเธียม 9V สองก้อน มันง่ายราคาถูกพกพาไม่มีสิ่งประดิษฐ์ไฟและเจ้าชู้ และมันสามารถวางบนชั้นวางของคุณเป็นเวลาหลายปีและใช้งานได้เมื่อคุณต้องการ - ทุกที่

สำหรับคำยืนยันดั้งเดิมของคุณ

AD1 การแยกกระแสไฟฟ้าเป็นบรรทัดฐานให้บอกว่าคุณกำลังปิดชุดเอาท์พุท DC ซึ่งจะมีตัวแปลงไฟหลักภายในส่วนที่เกาะติดปลั๊กตามด้วยตัวเรียงกระแสและตัวเก็บประจุตราบใดที่แหล่งจ่ายไฟ DC ของคุณเป็น ไม่กราวด์อ้างอิงเช่นแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์จากนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสามารถลอยได้ภายในเหตุผล

AD2 สำหรับความซับซ้อนที่ต่ำคุณสามารถใช้การจัดเรียงนั้นเพื่อแก้ไขรางจ่ายบวกและลบ มีหลายวิธีที่สามารถทำได้ด้วยโหมดสวิตช์เช่นกัน แต่ถ้าคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ฉันจะปล่อยให้มันเปลี่ยนรูป

ตอนนี้ฉันได้เคลียร์แล้วว่าแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงสามารถแยกกระแสไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าหลักได้ฉันควรจะครอบคลุมส่วนต่อไปความคิดเห็นของคุณเกี่ยวกับ FY3200S นี่คือผลข้างเคียงของการแยกตัวจากแหล่งจ่ายไฟหลัก สร้างขึ้นเพื่อแยก

ปัญหาคือสิ่งที่เชื่อมต่อทั้ง 2 ด้านเช่นหม้อแปลงเองไม่ว่าจะเป็นหม้อแปลง 60Hz สำหรับแหล่งจ่ายเชิงเส้นหรือหม้อแปลงความถี่สูงสำหรับสวิตช์โหมดมีความจุเล็กน้อยระหว่าง 2 ขดลวดความจุนี้โดยทั่วไป จบลงด้วยการปล่อยแรงดันไฟฟ้าประมาณครึ่งหนึ่งที่กระแสต่ำมากที่กำหนดบนพื้นดิน "แยก" นี่คือสิ่งที่ฉันเห็นได้จากการข้ามลิงค์วิดีโอวิดีโอเสบียงเชิงเส้นมีปัญหาเดียวกัน

ฉันควรชี้ให้เห็นว่าเขาบอกว่า "100uA" ไม่ใช่ 50mA, 50mA จะเป็นอันตรายต่อทุกคน

และเพื่อความสมบูรณ์แผนผังที่คุณใช้แสดงให้เห็นแหล่งจ่ายไฟหลักที่เชื่อมโยงกับเอาท์พุทกราวด์ด้วยเหตุผลนี้ แต่จะเอาชนะความปรารถนาของคุณสำหรับการแยกกัลวานิกทางออกที่แท้จริงคือการเชื่อมต่อสายอ้างอิงของคุณก่อนที่จะเชื่อมต่อสัญญาณ

วิธีขี้เกียจในการลดมันมักจะเป็นตัวต้านทาน 100K หรือ 1 Mega-ohm ระหว่างเอาท์พุทกราวด์และกราวด์เมนด้วยวิธีนี้แอมพลิจูดของไฟที่ซ้อนทับจะลดลงในขณะที่ยังคงสามารถดึงออกจากจุดนั้นได้

บางครั้งกำลังดุร้ายมีแหล่งท่องเที่ยว

มีคลาสของหม้อแปลงที่เรียกว่าหม้อแปลงแยก พวกเขาตั้งใจจะทำสิ่งที่คุณต้องการโดยการแยกหน่วยออกจากแหล่งจ่ายไฟหลัก

หากคุณไปที่ Digi-key และใช้ฟังก์ชั่นการค้นหาคุณสามารถค้นหาหม้อแปลงแยก 50 VA 120/240 ถึง 120 VAC ในราคาต่ำกว่า $ 20

อีกวิธีหนึ่งในการทำให้เกิดการแยกคือการใช้เครื่องกำเนิดฟังก์ชั่นธรรมดาและวางหม้อแปลงแยกไว้ที่เอาต์พุต ในช่วงความถี่แคบ ๆ หม้อแปลงนั้นสามารถสร้างได้ง่าย เมื่อช่วงความถี่ใหญ่ขึ้นมันก็ยากที่จะทำหม้อแปลงแยกสัญญาณ

วัสดุเชิงเส้นยังทำเสียงความถี่สูงมากเนื่องจากเสียงประสานของความถี่ไฟที่สร้างขึ้นในวงจรเรียงกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วฮาร์โมนิกเหล่านี้จะสามารถวัดได้ในระบบที่มีความถี่สูงถึง 20MHz พวกเขามักจะมองเห็นได้ในรายงาน EMI ของผลิตภัณฑ์สำหรับวัสดุสิ้นเปลืองเชิงเส้นและตัวสลับ เสียงดนตรีจะลดลงโดยใช้วงจรเรียงกระแสไฟฟ้าที่มีความเร็วในการเปลี่ยนเร็วขึ้น วงจรเรียงกระแสที่เร็วกว่าจะเก็บประจุน้อยลง กลไกในการสร้างความถี่สูงก็คือกระแส rectifier จะหลุดออกอย่างรวดเร็วหลังจากที่ประจุที่เก็บไว้ในไดโอดหมดลงโดยกระแสย้อนกลับ กระแสย้อนกลับไหลในช่วงเวลาสั้น ๆ เมื่อไดโอดปิด

การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกระแสไดโอดในช่วงปิดเครื่องสามารถสร้างความถี่ที่สูงขึ้นได้ ตัวอย่างเช่นไดโอดเฉพาะที่ปิดอย่างรวดเร็วจะใช้ในการสร้างสัญญาณไมโครเวฟ พวกเขาเรียกว่าขั้นตอนการกู้คืนขั้นตอน

ความถี่สูงเหล่านี้จะผ่านความจุขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกับกำแพงกั้นการแยก ในระบบเสียงสิ่งนี้อาจทำให้เกิดเสียงดังที่ยากต่อการกำจัด

สำหรับผู้ที่สนใจฉันได้สะดุดกับข้อมูลเพิ่มเติมบนอินเทอร์เน็ต

นี่คือหน้าเว็บที่อธิบายการสร้างแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นสำหรับอุปกรณ์: https://sdgelectronics.co.uk/feeltech-fy3200s/

และนี่คือวิดีโอสามเรื่องเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ส่วนอีกอันเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น:

https://youtu.be/9o5MzTOzZo4

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

https://youtu.be/HqF_1y3U_qg