Saya seorang ahli fisika dengan pengetahuan elektronik yang terbatas. Saya biasanya mempelajari masalah saya secara luas di Internet sebelum meminta bantuan. Ini berarti bahwa di sini saya akan menyajikan pertanyaan dan solusi yang mungkin dan saya ingin Anda mengkonfirmasi atau memperbaiki apa yang saya tulis.

Saya ingin mendapatkan generator sinyal hobi yang relatif murah hingga cca. 10MHz. Saya memiliki dua persyaratan:

1. Itu harus memberikan sinyal mengambang.
2. Harus dimungkinkan untuk membumikan output di dalam apertur dan masih mendapatkan sinyal tanpa komponen DC.

Iklan 1: Kondisi ini hanya dapat dipenuhi jika daya dan generator sinyal dipisahkan secara galvanis, yang dapat dicapai dengan menggunakan transformator. Oleh karena itu setiap generator sinyal yang bertenaga DC (atau memiliki sumber daya DC eksternal) tidak ada pertanyaan.

Iklan 2: Cara yang masuk akal untuk memenuhi kondisi ini adalah bahwa generator sinyal menggunakan transformator dengan dua belitan sekunder, misalnya 12V-0V-12V. Ketika kabel umum dari gulungan sekunder di-ground-kan, adalah mungkin untuk mendapatkan voltase negatif dan positif yang sebenarnya.

Tampaknya hampir semua generator sinyal murah menggunakan sumber daya DC (yang secara otomatis mengesampingkannya karena kondisi 1). Satu pengecualian khusus adalah model FY3200S . Namun, menurut video ini , generator sinyal FY3200 tidak memiliki output yang benar-benar melayang (untuk tegangan garis 110V, 50V, dan 100 uA di tanah mengambang!). Untungnya, tahap sekunder membutuhkan input -12V, 5V, dan + 12V, yang mungkin berarti harus mampu membuat sinyal tanpa komponen DC (kondisi 2).

Penulis video menyarankan bahwa masalahnya adalah bahwa perangkat menggunakan catu daya mode sakelar yang kurang tepat daripada catu daya linier yang lebih baik dan menyarankan untuk mengganti catu daya. [Saya menduga bahwa catu daya mode sakelar yang kurang nyaman digunakan agar perangkat dapat digunakan pada saluran listrik 220V dan 110V.] Namun, tidak ada informasi tentang desain catu daya linier atau manfaat mengganti catu daya. disediakan.

Karena catu daya linier seharusnya tidak terlalu sulit untuk dibuat, menurut saya pilihan terbaik memang untuk mengganti catu daya asli dengan sesuatu seperti itu:

Saya bisa dengan mudah dan murah menghasilkan sesuatu seperti itu dan juga menambahkan sakelar pada koneksi antara kawat biasa dari belitan sekunder dan tanah . Dan menggunakan tahap kedua dari FY3200S (dan juga kotaknya) saya akan menghindari berurusan dengan elektronik yang jauh lebih kompleks dari fungsi menghasilkan.

Apakah ini ide yang bagus? Apakah ini setidaknya akan mengurangi arus yang menyimpang jika tidak sepenuhnya menghilangkannya? Apakah catu daya di atas sesuai untuk aplikasi?

Saya sebenarnya memiliki generator sinyal FY3200S. Ketika saya membelinya, saya sudah mengetahui kualitas dipertanyakan dari catu daya switching di dalamnya, dan arus bocor bumi yang dilaporkan tinggi. Untuk alasan ini, saya mengganti catu daya sakelar mode bawaan dengan catu daya linier sederhana yang diatur (mod yang cukup umum untuk unit ini). Jika Anda ingin pergi rute ini, perhatikan bahwa Anda harus memberikan + 12V, -12V, dan + 5V.

Saya berhasil menemukan PSU saklar-mode asli untuk generator sinyal, jadi saya menghubungkannya kembali, dan mengambil beberapa pengukuran dengan switcher asli dan pasokan linear baru. Saya mungkin seharusnya melakukan itu ketika saya membangun persediaan linier, tapi hei ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Desain catu daya

Catu daya linier sangat mudah:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

LEDs membantu debugging, dan membantu memastikan rel dalam peraturan di bawah kondisi tanpa beban. Pada saat saya membuat ini, saya melakukan pengukuran untuk persyaratan saat ini, tetapi saya lupa hasilnya dan tidak dapat menemukan catatan saya pada proyek ini. Transformer mampu masing-masing 133mA (+ 12V dan -12V) dan 425mA (+ 5V). Saya ingat desain saya tidak memiliki banyak ruang kepala, jadi mungkin angka-angka ini membantu Anda.

Rangkaian catu daya dalam pertanyaan Anda terlihat dapat diterima oleh saya (meskipun saya belum menjalankan angkanya). Mirip, kecuali menggunakan transformator tunggal dan mendapatkan + 5V dari rel + 12V. Saya akan berharap itu berfungsi dengan baik, hanya memastikan transformator dapat memberikan arus yang cukup untuk memberi daya baik + 12V dan + 5V pada satu kaki. Meneliti bagaimana mengukur transformator dan kapasitor; harus ada banyak informasi di luar sana tentang masalah itu. Jawaban - jawaban ini mungkin merupakan titik awal yang baik.

Implementasinya lebih berantakan daripada skema, karena saya harus puas dengan bagian apa pun yang saya taruh. Secara khusus, rel 5V ditenagai oleh dua transformer yang diparalelkan setelah jembatannya, dan saya harus menggunakan kapasitor secara seri (dengan menyeimbangkan resistor) pada rel ± 12V untuk mendapatkan peringkat tegangan yang sesuai (output transformator yang diperbaiki seperti 24VDC ke tanah dalam kondisi tanpa beban).

Catatan pengaturan tes

Harap perhatikan bahwa pengaturan pengujian saya mungkin mengerikan. Tidak ada outlet listrik saya yang memiliki ground yang aman (saya tahu ☹ ...), jadi referensi bumi saya untuk pengukuran ini adalah kawat yang dihubungkan ke pipa pemanas sentral (yang terbuat dari logam dan dihubungkan ke pemanas sentral). Juga, ada kabel gondrong di semua tempat mengambil kebisingan, dll ...

Bentuk gelombang ditangkap menggunakan Rigol DS1104Z; pengukuran multimeter dilakukan menggunakan EEVBlog 121GW (saya mencoba Fluke 17B + saya terlebih dahulu, tetapi mengerikan dalam mengukur> 500Hz AC).

Untuk pengujian, saya hanya menguji saluran 1 dari FY3200S. Outputnya diatur ke gelombang sinus 1kHz 10Vpp. Saya juga melakukan semua tes dengan gelombang persegi 10Vpp 1kHz, tetapi itu tidak menghasilkan informasi baru sehingga hasil tersebut telah dihilangkan. Saya juga menggunakan sinyal DC 0V untuk pengukuran kebisingan PSU.

Pengukuran

Dalam hasil di bawah ini, saya akan selalu memiliki PSU saklar-mode asli di sebelah kiri, dan penggantian PSU linier di sebelah kanan.

Bentuk gelombang

Pertama, menangkap bentuk gelombang uji. Terlihat bersih, tidak ada perbedaan antara PSU.

PSU switching noise

Dengan generator sinyal yang diatur untuk menghasilkan sinyal "DC" 0V DC, ini merupakan tangkapan sinyal (50mV / div, 5μs / div). Gambar kiri menunjukkan pergantian riak pada frekuensi 37kHz, yang tidak ada di gambar kanan:

Tampilan dekat dari riak switching (50mV / div, 50ns / div). Gambar kiri menunjukkan riak switching. Gambar kanan hanya muncul memiliki noise acak (yang terkadang memicu lingkup, kadang-kadang tidak):

Pengukuran gelombang

Multimeter mengukur gelombang sinus sebagai 3.515VAC RMS (bekerja untuk 10Vpp), pada 999.9Hz.

Gelombang persegi diukur 4.933VAC RMS (cukup dekat), pada 999.9Hz.

Tidak ada perbedaan yang signifikan antara kedua PSU.

Offset DC

Offset DC dalam sinyal diukur dengan multimeter dalam mode DC. Hasil:

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

Ada perbedaan kecil dalam hal switching PSU. Saya menduga ini mungkin disebabkan oleh asimetri pada regulator linear 7812/7912 yang saya gunakan untuk PSU linier, tetapi saya tidak menyelidiki lebih lanjut.

Tegangan kebocoran bumi

Ini adalah inti dari pertanyaan, dan alasan paling umum untuk mengganti PSU dalam generator sinyal ini. Itu diukur dengan mengaitkan osiloskop atau multimeter antara referensi bumi saya (pipa pemanas sentral) dan tanah generator sinyal. Sinyal keluaran generator sinyal itu sendiri (10Vpp 1kHz sinus) dibiarkan tidak terhubung.

Jelas, PSU linier masih memiliki kebocoran bumi karena kopling kapasitif pada transformator dan mungkin kabel, tetapi terlihat lebih baik daripada PSU switching (keduanya gambar 50V / div, 5ms / div):

Pengukuran multimeter mengkonfirmasi bahwa tegangan ground-to-earth sirkuit terbuka memang lebih rendah untuk PSU linier (39VAC RMS) daripada switching PSU (92VAC RMS):

Kebocoran arus bumi

Tetapi perbedaan sebenarnya adalah pada kebocoran arus bumi; pada 5.5μA, saya sedikit kecewa dengan kinerja PSU linier di sini, tapi dua urutan besarnya lebih baik daripada PSU switching di 334μA!

Kesimpulan macam

Jadi ya. Hal-hal ini datang dengan catu daya yang jelek. Saya kurang percaya pada keamanannya, dan ~ kebocoran arus sebesar 0.3mA dapat merusak hari Anda di sirkuit sensitif. Dan dari apa yang saya baca online, beberapa spesimen menunjukkan kebocoran arus> 1mA.

Namun, mengganti PSU dengan catu daya linier dapat meningkatkan ini banyak, dan itu bisa menjadi proyek kecil yang menyenangkan. Saya menggunakan catu daya linier untuk setiap rel (yang juga membuatnya mudah untuk menghilangkan pergantian riak), tetapi saya pernah mendengar orang lain menggunakan konverter DC-DC untuk mendapatkan rel yang diperlukan dari catu daya 12VDC atau 5VDC eksternal tunggal.

Jika Anda ingin pergi rute ini, pertimbangkan juga apa yang ingin Anda lakukan dengan port USB, yang tidak terisolasi.

Pada akhirnya, dengan PSU linier pengganti saya, hasilnya terlihat dapat diterima. Tidak ada riak switching, arus bocor 5μA, sirkuit terbuka 30VAC bumi-ke-tanah (yang masih harus diwaspadai). Ini tidak sempurna, tetapi untuk <$ 100 tidak apa-apa di tingkat hobi.

Kualitas sinyal pada frekuensi yang lebih tinggi

Dalam hasil edit terakhir Anda, Anda menambahkan "... hingga cca. 10MHz." Berhati-hatilah karena generator sinyal murah ini tidak hebat pada frekuensi yang lebih tinggi. Jika Anda membutuhkan, katakanlah, gelombang persegi yang baik pada 10MHz, Anda mungkin harus mengeluarkan lebih banyak uang. Saya menambahkan beberapa tangkapan dari gelombang persegi FY3200S 10Vpp pada 10kHz, 1MHz, 6MHz, dan 10MHz:

Saya bahkan tidak yakin apa yang terjadi pada 10MHz. Mungkin frekuensi synthesizer tidak terbagi rata oleh 10MHz, jadi tidak semua pulsa persegi memiliki panjang yang sama, yang mengarah ke ghosting yang bisa Anda lihat di sana.

Gelombang sinus lebih mudah, sehingga mereka terlihat jauh lebih baik, tetapi pada frekuensi yang lebih tinggi mereka juga menunjukkan beberapa distorsi kecil.

Sebagai teknologi rendah kedengarannya, saya sarankan menggunakan dua blok lithium 9V. Ini sederhana, murah, portabel, tidak memiliki listrik atau artefak buck converter. Dan itu bisa duduk di rak Anda selama bertahun-tahun dan hanya berfungsi ketika Anda membutuhkannya - di mana saja.

Untuk Pernyataan awal Anda,

AD1, isolasi galvanik adalah norma, Mari katakan Anda mematikannya dari output DC plug-pack, yang akan memiliki transformator listrik di bagian yang menempel di steker diikuti oleh penyearah dan kapasitor, Selama sumber DC Anda bukan ground yang dirujuk seperti catu daya komputer, maka tegangan DC dapat mengambang sesuai alasan (umumnya + -500V dari main ground ground, kecuali dinyatakan lain)

AD2, Untuk kompleksitas rendah, maka ya Anda dapat menggunakan pengaturan itu untuk memperbaiki rel pasokan positif dan negatif. Ada banyak cara yang dapat dilakukan dengan switch-mode juga, tetapi Kecuali Anda ingin info lebih lanjut tentang itu saya akan menyerahkannya pada transformer.

Sekarang saya sudah jelas bahwa pasokan DC dapat diisolasi secara galvanis dari tegangan listrik, saya harus membahas bagian selanjutnya, komentar Anda tentang FY3200S, Ini adalah efek samping dari diisolasi dari listrik, pasokan switchmode sama seperti yang linear dapat dibangun untuk diisolasi,

Masalahnya adalah, hal yang menghubungkan 2 sisi, misalnya transformator itu sendiri, baik itu transformator 60 Hz untuk pasokan linier, atau transformator frekuensi yang lebih tinggi untuk switchmode, Ini memiliki sedikit kapasitansi antara 2 belitan, kapasitansi ini umumnya akhirnya menyisakan sekitar setengah tegangan utama pada arus sangat rendah yang dikenakan super pada sisi "tanah" yang terisolasi, Inilah yang dapat saya lihat dari membaca sekilas tautan video itu, persediaan linier memiliki masalah yang sama.

Saya juga harus menunjukkan dia mengatakan "100uA" bukan 50mA, 50mA akan mematikan bagi siapa pun.

Dan hanya untuk kelengkapan, skema yang Anda gunakan menunjukkan ground utama yang terhubung ke output ground untuk alasan ini, tetapi akan mengalahkan keinginan Anda untuk isolasi galvanik, solusi sebenarnya adalah menghubungkan kawat referensi Anda sebelum Anda menghubungkan sinyal Anda

Pendekatan lazy untuk menguranginya umumnya berupa resistor 100 K atau 1 Mega-ohm antara ground output dan ground utama, dengan cara ini amplitudo dari induk bertumpukan lebih rendah, sementara masih dapat ditarik dari titik itu jika diperlukan.

Terkadang brute force memiliki daya tarik.

Ada kelas transformator yang disebut transformator isolasi. Mereka dimaksudkan untuk melakukan apa yang Anda inginkan dengan sepenuhnya mengisolasi unit dari sumber listrik.

Jika Anda membuka Digi-key dan menggunakan fungsi pencariannya, Anda dapat menemukan 50 VA 120/240 hingga 120 VAC isolator transformator dengan harga kurang dari $ 20.

Cara lain untuk mencapai isolasi adalah dengan menggunakan generator fungsi biasa, dan menempatkan transformator isolasi pada output. Pada rentang frekuensi yang sempit, transformer mudah dibangun. Ketika rentang frekuensi semakin besar, semakin sulit untuk membuat transformator isolasi sinyal.

Cadangan linier juga menghasilkan banyak noise frekuensi tinggi karena harmonik dari frekuensi hantaran listrik yang dihasilkan dalam power rectifier. Harmonik ini biasanya hadir dan dapat diukur dalam sistem hingga sekitar 20MHz. Mereka sering terlihat dalam laporan EMI produk untuk persediaan dan switcher linier. Harmonik dikurangi dengan menggunakan penyearah daya dengan kecepatan switching yang lebih cepat. Penyearah yang lebih cepat menyimpan lebih sedikit biaya. Mekanisme untuk menciptakan frekuensi tinggi adalah bahwa arus penyearah terputus dengan cepat setelah muatan yang tersimpan dalam dioda habis oleh arus balik. Arus balik mengalir untuk waktu yang singkat ketika dioda mati.

Perubahan arus dioda yang cepat ini selama turn-off dapat menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi. Misalnya, dioda khusus yang terputus dengan cepat digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro. Mereka disebut Langkah Pemulihan Dioda.

Frekuensi tinggi ini akan melewati kapasitansi kecil yang menjembatani penghalang isolasi. Dalam sistem audio, ini dapat menyebabkan suara dengung yang sulit untuk dihilangkan.