Was kann Überschwingen und Überschwingen bei einem einfachen Rechteckimpulsgenerator reduzieren?

Ich habe einen einfachen RC- und Schmitt-Trigger-basierten Rechteckimpulsgenerator gebaut. Auf dem Steckbrett weist es einige offensichtliche unerwünschte Eigenschaften auf, die auf die Jumperlänge, das Steckbrett selbst usw. zurückzuführen sind.

Schaltplan- und Steckbrettversion:

Und die Wellenformausgabe:

Insbesondere weist die ansteigende Flanke der Rechteckwelle ein beträchtliches Maß an Überschwingen (etwa 200 mV über 500 mV Spitze) und Klingeln auf. Es ist einfach, es noch schlimmer zu machen, indem Sie R1 berühren. Siehe Änderungen für korrekte Informationen.

Auf der Suche nach Lösungen bin ich auf Begriffe wie Dämpfung und Dämpfung von HF-Schaltkreisen gestoßen, und auf Dinge, die über meinen Hobby- Lohn hinausgehen .

Anindo schlägt in einer Antwort auf eine verwandte Frage vor , einen 50Ω-Widerstand für eine Last zu verwenden. Ich messe den Ausgang des ersten Schmitt-Triggers (IC1D, an Pin 2). Die restlichen Trigger werden mit 220Ω-Widerständen verwendet, um eine Impedanz von ungefähr 50Ω zu erzeugen, aber ich erhalte fast identische Ergebnisse beim Messen am Ausgangsknoten.

Dieser schnelle Impulsgenerator ist nur für mein eigenes Experimentieren / Lernen gedacht, daher ist daran nichts kritisch. Was kann ich tun, wenn ich mich entscheide, daraus ein gelötetes Board zu machen, um sicherzustellen, dass es besser ist als sein Cousin auf dem Steckbrett?

Ich war fälschlicherweise im AC-Modus für die vorherigen Screenshots und Messungen. Hier sind einige weitere Bildschirme, die das Signal an Pin 1 und 2 des IC zeigen (Eingangsdreieckwelle an 1, Ausgangsquadrat an 2). Sie sind jetzt gleichstromgekoppelt. Die Sonden befanden sich immer in X10, aber der Bereich selbst befand sich in X1 (brandneuer Bereich, oops!). Das Überschwingen ist jedoch immer noch signifikant: Auf dem Ausgang, der 0-5 V beträgt, beträgt das Überschwingen (angezeigt durch die gestrichelten weißen Cursorlinien) 2,36 V. Beachten Sie, dass das Überschwingen am Eingang nur etwa 500 mV beträgt. Liegt die Welligkeit des Eingangs an der Nähe der Stifte 1 und 2 auf dem Steckbrett?

Eingang (Kanal 2 / blau) an Pin 1 und Ausgang (Kanal 1 / gelb) an Pin 2:

Überschwingen gemessen mit DC-Kopplung:

Das Entfernen des Widerstands R2 und das Messen an Pin 4 (IC1E-Ausgang) ergab keinen merklichen Unterschied zum Signal an Pin 2.

Ich sollte erwähnen, dass das ursprüngliche Tutorial / Video von W2AEW, von dem ich die Informationen für diese Schaltung erhielt, ebenfalls ein gewisses Überschwingen aufweist, aber nicht in dem Maße, wie ich es habe. Seine Schaltung ist auf eine Platine gelötet, was wahrscheinlich sehr hilfreich ist.

Die Wellenform des ursprünglichen Autors (W2AEW) (am Knoten OUT) mit möglicherweise 500 mV über 5 V:

Gelötete Originalversion des Autors:

Bearbeiten 2:

Hier ist ein Bild des gesamten Aufbaus, einschließlich der Leitungslängen zum Netzteil und Umfang:

Edit 3:

Und schließlich zeigen VCC (gelb) und der OUT-Knoten (blau) auf dem Oszilloskop die übereinstimmende Welligkeit:

Nach dem Aussehen der neuen Scope-Spuren, die der Frage hinzugefügt wurden, insbesondere der Vcc-Spur, scheint es, dass das Klingeln auf eine schlechte Regulierung der Versorgung am Verwendungsort zurückzuführen ist - höchstwahrscheinlich nicht auf die Leistung der Bankversorgung. Kürzere Zuleitungen vom Tischnetzteil tragen zwar zur Verringerung der Zuleitungsinduktivität bei, dies reicht jedoch nicht aus, wenn der Übergang so scharf ist, wie Sie es wünschen.

• Fügen Sie einen kräftigen Kondensator auf dem Steckbrett über die Versorgungsschienen, die dem IC am nächsten liegen, hinzu: Beginnen Sie mit 100 uF.
• Fügen Sie parallel zu dem in Ihrem Schaltplan gezeigten 0,1-uF-Entkopplungskondensator und durch Berühren der Schmitt-Trigger-Versorgungsstifte einen 10-uF-Elektrolytkondensator hinzu.
• Kürzen Sie die Zuleitungen aller drei oben genannten Kondensatoren auf das absolute Minimum, damit die Kontakte des Steckbretts weiterhin einen positiven Kontakt haben. Diese Leitungen erhöhen die Induktivität, die Sie nicht wollen.
• Fügen Sie eine Last von dem Ausgang, den Sie lesen, so nahe wie möglich an den Erdungsstift an - 220 Ohm sollten in Ordnung sein, und Sie möchten wieder, dass die Zuleitungen auf ein Minimum reduziert werden.

• Wenn Sie ein Überschwingen / Unterschwingen von mehr als ein paar hundert Millivolt unbedingt vermeiden müssen, fügen Sie kleine Signal-Schottky-Dioden vom Ausgangspin sowohl zu den Versorgungs- als auch zu den Erdungspins hinzu.
  

  

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

• Dadurch wird sichergestellt, dass die Spitzen an der Anstiegsflanke und an der Abfallflanke des Klingelns gedämpft werden - aufgrund der übermäßigen Energie der Spitzen, die über die Schwelle verteilt werden, wird auch eine gewisse Auswirkung auf die jeweilige Mulde / Spitze des Klingelns erzielt Dioden.
• Schließlich führt das Steckbrett aufgrund seiner Konstruktion Kapazität, Induktivität und alle Arten von parasitärer Kopplung ein. Sogar ein einfaches Perf-Board wird es besser machen. Lange Zuleitungen verstärken dieses Problem einfach, insbesondere bei hohen Frequenzen / scharfen Übergängen, bei denen selbst eine einfache Zuleitung eine Quelle für Kopplung und induktives Klingeln ist.

Ich schreibe dies als Antwort, weil ich nicht dachte, dass in Kommentaren genug Platz wäre. Dennoch ist es wahrscheinlich, dass einige der Punkte, die ich anspreche, die Ursache für Ihre Probleme sind:

Verwenden Sie eine x10-Oszilloskopsonde? Wie sieht die Ausgabe von Pin 2 aus? Schmitt-Trigger werden nicht alle an derselben Stelle auf einer schlecht geformten Rechteckwelle von Pin 2 ausgelöst. Ich kann dies in der Scope-Kurve nachweisen. Sie setzt sich ab und schießt dann wieder ab. Die Chip-Entkopplung vom Bild ist etwas schuppig.

Verwenden Sie tatsächlich 7414s - ich würde die 74AC14 für die beste Geschwindigkeit empfehlen - überprüfen Sie auch den Ausgangsstrom, den diese Geräte liefern können - insbesondere erzeugen einige Geräte bei einer Last von 6k8 und 5 anderen Geräten möglicherweise kein anständiges O / P Eingänge.

Wenn Sie einen der 220R-Widerstände getrennt und das Oszilloskop direkt an den Ausgang (z. B. Pin 4) gehängt haben, wie sieht es aus?

Welchen Vcc verwenden Sie? Sie sagen, dass das Überschwingen 200 mV über dem Spitzenwert von 500 mV liegt. Dies scheint seltsam. Sind Sie sicher, dass alle Wechselrichter schalten? Bei einer 5-V-Versorgung würde ich erwarten, dass eine 5-V-Spitze mit einem Überschwingen darüber auftritt.

Denkanstoß.

Gemäß anderen Antworten und Kommentaren habe ich mich darauf konzentriert, das Überschwingen mit einigen der bereitgestellten Vorschläge zu verringern.

Ich habe folgendes gemacht:

• verkürzte die Zuleitungen zum und vom Steckbrett,
• angepasste Kompensation der Sonden (eine war leicht unterkompensiert)

Dies verringerte das gemessene Überschwingen von ~ 2,4 V auf 1,8 V (über 5 V).

@ AndrejaKos Vorschlag hatte jedoch die größte Wirkung. Ich habe die Feder der Erdungsspitze auf die Sonde gelegt und erneut gemessen, diesmal nur mit einem Überschwingen von 680 mV.

Bis diese Schaltung auf eine Leiterplatte gelötet ist, erwarte ich sicher nicht viel besseres. Dies ist jedoch eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Original.

Messung des Rechteckausgangs an Pin 2:

Kurzer Bodenweg mit Tip Spring:

Auf dem Foto sieht es so aus, als ob der Widerstand die Bodenfeder berührt, ist es aber nicht.

Ich bin nicht davon überzeugt, dass das Überschwingen jemals wirklich so hoch war wie gemessen (oder sogar wirklich bei 680 mV liegt), aber es liegt an unsachgemäßen Messmethoden. Nicht zuletzt hat dies eindeutig gezeigt, dass der Versuch, Hochgeschwindigkeitsereignisse zu messen, wirklich Aufmerksamkeit auf Dinge wie Leitungslänge (Impedanz), Streukapazität und sorgfältige Analyse erfordert.

Hinweis: Ich habe die Widerstände für die anderen fünf Schmitt-Trigger für das Foto entfernt. die ergebnisse waren im grunde gleich mit / ohne sie.

Sie haben ein Stromversorgungsproblem. Edit 3 zeigt VCC (gelb) und der OUT-Knoten (blau) ist die rauchende Waffe. Fügen Sie die Kapazität zwischen VCC und Versorgungsschiene so nah wie möglich an den IC-Pins hinzu. Kondensatorleitungen sind derzeit viel zu lang. Ich würde etwa 100 Mikrofarad-Elektrolyt verwenden, umgangen von einer 0,01-Mikrofarad-Filmkappe und einer kleinen Keramik, z. B. 600 pF. Richten Sie diese so nah wie möglich an den Stiften aus und landen Sie die kleinste direkt auf den Stiften, wenn Sie können. Übrigens zeigen viele Audioverstärker dasselbe Problem. Sie können sie testen, indem Sie einen Lautsprecher zwischen VCC und Masse in Reihe mit einer kleinen Wertekappe anschließen, um DC zu blockieren. Sie hören Musik auf den Versorgungsschienen. Ihr Ziel ist es, diese Musik zu reduzieren oder zu eliminieren.

In dem ursprünglichen Tutorial / Video von W2AEW, aus dem diese Schaltung stammt, erwähnt Alan, dass die Schaltung eine Impedanz von nahezu 50 Ohm "Output **" erreicht.

Ihr früherer Beitrag hat tatsächlich Ihre eigene Frage beantwortet, aber ich vermute, Sie haben nicht bemerkt, dass Sie die Antwort bereits hatten.

Aus Ihrem früheren Beitrag: "Anindo schlägt in einer Antwort auf eine verwandte Frage vor, einen 50-Ohm-Widerstand für eine Last zu verwenden. Ich messe den Ausgang des ersten Schmitt-Triggers (IC1D, an Pin 2). Die verbleibenden Trigger werden mit verwendet 220Ω-Widerstände erzeugen eine Impedanz von ca. 50Ω, aber ich erhalte fast identische Messergebnisse am Ausgangsknoten. "

Ihre 220 Ohm Widerstände bilden die Ausgangsimpedanz für die eingespeiste Energie, sie sind nicht die Lastimpedanz. Sie mussten dann dieses endgültige Ausgangssignal in eine entsprechende charakteristische Impedanz einspeisen, um die eingespeiste Energie vollständig zu verbrauchen und Reflexionen zu verhindern. Lösung: Fügen Sie die 50-Ohm-Last entweder als Lastwiderstand hinzu oder verwenden Sie, falls Ihr Oszilloskop dies unterstützt, die 50-Ohm-Eingangsimpedanzauswahl des Oszilloskops. Es wird auch parasitäre Kapazitäts- / Induktivitätseffekte geben, aber die Impedanzfehlanpassung wird gegenwärtig das dominierende Element sein.