Я фізик з обмеженими знаннями електронної. Зазвичай я широко вивчаю свої проблеми в Інтернеті, перш ніж просити допомоги. Це означає, що тут я викладу і питання, і ймовірні рішення, і я хотів би, щоб ви підтвердили або виправили те, що я написав.

Я хотів би отримати відносно дешевий генератор сигналів хобі до куб. 10 МГц. У мене дві вимоги:

1. Він повинен подавати плаваючий сигнал.
2. Повинно бути можливим заземлити вихід у діафрагмі і все одно отримати сигнал без компонента постійного струму.

Оголошення 1: Ця умова може бути виконана, лише якщо живлення та генератор сигналів будуть гальванічно розділені, що може бути досягнуто за допомогою трансформатора. Тому будь-який генератор сигналів, що працює на постійному струмі (або має зовнішнє джерело постійного струму), не виникає сумніву.

Оголошення 2: Обґрунтованим способом виконання цієї умови є те, що генератор сигналів використовує трансформатор з двома вторинними обмотками, наприклад, 12В-0В-12В. Коли заземлений загальний провід вторинних обмоток, можна отримати справжні негативні та позитивні напруги.

Схоже, практично всі дешеві генератори сигналів використовують джерело живлення постійного струму (що автоматично виключає їх із-за умови 1). Одним з винятків є модель FY3200S . Однак, згідно з цим відео , генератор сигналів FY3200 не має справді плаваючого виходу (для лінійної напруги 110В, 50В та 100 мкА на плаваючому майданчику!). На щастя, вторинна ступінь вимагає входів -12 В, 5 В і + 12 В, що, ймовірно, означає, що вона повинна мати можливість приймати сигнали без компонента постійного струму (умова 2).

Автор відео припускає, що проблема полягає в тому, що пристрій використовує менш відповідне джерело живлення в режимі комутації замість кращого лінійного джерела живлення та пропонує замінити джерело живлення. [Я підозрюю, що джерело живлення в режимі менш комунікативного режиму використовується для того, щоб пристрій можна було використовувати як на лініях електроживлення 220 В, так і на 110 В.] Однак ніякої інформації щодо конструкції лінійного джерела живлення або переваги заміни джерела живлення немає за умови.

Оскільки лінійне джерело живлення не важко зробити, мені здається, найкращим варіантом було б замінити оригінальний блок живлення чимось таким:

Я міг легко і дешево виготовити щось подібне, а також додати комутатор при з'єднанні між загальним проводом вторинних обмоток і землею . І використовуючи другий етап від FY3200S (як і його коробку), я б уникнув роботи зі значно складнішою електронікою генерування функцій.

Це здається гарною ідеєю? Чи принаймні це зменшить бродячі струми, якби не повністю їх усунути? Чи відповідає джерело живлення вище для застосування?

У мене власне генератор сигналів FY3200S. Купуючи його, я вже знав про сумнівну якість джерела живлення комутації всередині нього та повідомляв про високі струми витоку землі. З цієї причини я замінив вбудований блок живлення в режимі комутації простим регульованим лінійним джерелом живлення (досить поширений мод для цих блоків). Якщо ви хочете пройти цей маршрут, зауважте, що вам потрібно буде забезпечити + 12В, -12В та + 5В.

Мені вдалося знайти оригінальний блок живлення в режимі комутації для генератора сигналів, тому я підключив його назад і провів кілька вимірювань як з оригінальним комутатором, так і з новим лінійним джерелом живлення. Я, мабуть, мав би зробити це, коли будував лінійну подачу, але ей ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Дизайн живлення

Лінійний блок живлення дуже простий:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Світлодіоди допомагають налагоджувати та допомагають забезпечити регулювання рейок в умовах без навантаження. У той час, коли я це зробив, я проводив вимірювання поточних вимог, але забув результати і не можу знайти своїх приміток щодо цього проекту. Трансформатори здатні до 133mA (+ 12V та -12V кожен) та 425mA (+ 5V) відповідно. Я пам’ятаю, що мій дизайн не мав великого запасу, тому, можливо, ці цифри вам допоможуть.

Схема живлення у вашому питанні виглядає для мене прийнятною (хоча я не запускав цифри). Це аналогічно, за винятком того, що він використовує один трансформатор і виводить + 5 В з рейки + 12 В. Я б очікував, що він спрацює чудово, просто переконайтесь, що трансформатор може подати достатній струм для живлення як 12 В, так і + 5 В на одній нозі. Дослідження розміру трансформатора та конденсаторів; там має бути багато інформації з цього приводу. Ці відповіді можуть стати гарною відправною точкою.

Реалізація є меншою, ніж схематична, тому що я повинен був робити з будь-якими частинами, які я мав навколо. Зокрема, 5V-рейка працює від двох трансформаторів, які паралельно розташовуються після їх мостів, і мені довелося використовувати конденсатори послідовно (з балансуючими резисторами) на рейках ± 12 В, щоб отримати відповідний показник напруги (вихід випрямленого трансформатора такий, як 24В постійного струму заземлити в умовах без навантаження).

Примітки щодо налаштування тесту

Зверніть увагу, що моя тестова установка, ймовірно, жахлива. Жодна з моїх електричних мереж не має безпечного заземлення (я знаю, ☹ ...), тому моїм земним орієнтиром для цих вимірювань був провід, приєднаний до труб центрального опалення (які металеві та заземлені на центральному обігрівачі). Крім того, всюди були довгі дроти, що піднімали шум тощо.

Форми хвиль були захоплені за допомогою Rigol DS1104Z; вимірювання мультиметрів проводили за допомогою EEVBlog 121GW (я спробував свій Fluke 17B + спочатку, але це жахливо при вимірюванні> 500 Гц змінного струму).

Для тестів я протестував лише канал 1 FY3200S. Його вихід був встановлений на синусоїді 10 Впц 1 кГц. Я також провів усі тести на квадратній хвилі частотою 10 Впг 1кГц, але це не дало жодної нової інформації, тому ці результати були опущені. Я також використовував сигнал 0В постійного струму для вимірювань шуму блоку живлення.

Вимірювання

У наведених нижче результатах я завжди матиму оригінальний блок живлення в режимі комутації зліва, а лінійний блок заміни - праворуч.

Форма хвилі

Спочатку захоплення форми тестової хвилі. Виглядає чистою, різниці між блоками живлення немає.

Шум комутації блоку живлення

Якщо генератор сигналів встановлений для генерації "сигналу" постійного струму 0 В, це захоплення сигналу (50 мВ / дів, 5 мкс / дів). На лівому зображенні показано пульсацію перемикання на 37 кГц, яка відсутня на правій зображенні:

Закриття пульсацій комутації (50mV / div, 50ns / div). На лівому зображенні зображено пульсацію перемикання. На правильному зображенні щойно з’явився випадковий шум (який іноді може приводити до дії, іноді ні):

Вимірювання форми хвилі

Мультиметр вимірював синусоїду як 3,515 ВAC RMS (працює на 10 Впп), на частоті 999,9 Гц.

Квадратна хвиля вимірювала 4,933 VAC RMS (досить близько), на 999,9 Гц.

Не було суттєвої різниці між двома блоками живлення.

Зсуви постійного струму

Зсув постійного струму в сигналі вимірювали за допомогою мультиметра в режимі постійного струму. Результати:

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

Існує невелика різниця на користь комутаційного блоку живлення. Я підозрюю, що це може бути викликано асиметрією лінійних регуляторів 7812/7912, які я використовував для лінійного блоку живлення, але далі я не досліджував.

Напруга витоку Землі

Це суть питання і найпоширеніша причина заміни блоку живлення в цих генераторах сигналів. Він вимірювався підключенням осцилографа або мультиметра між моїм земним еталоном (труби центрального опалення) та землею генератора сигналів. Сам вихідний сигнал генератора сигналу (синус 10Впц 1 кГц) залишився без зв'язку.

Зрозуміло, що лінійний блок живлення все ще має протікання заземлення через ємнісного з’єднання в трансформаторах і, можливо, електропроводки, але це виглядає краще, ніж комутаційний блок живлення (обидва зображення 50 В / div, 5 мс / діл):

Мультиметрові вимірювання підтверджують, що напруга відкритого контура "земля-земля" дійсно нижча для лінійного блоку живлення (39 ВAC RMS), ніж комутаційний блок живлення (92 ВAC RMS):

Струм витоку Землі

Але реальна різниця полягає в струмі витоку землі; при 5,5 мкА я трохи розчарований в лінійній продуктивності блоку живлення тут, але це на два порядки краще, ніж комутаційний блок живлення на рівні 334 мкА!

Висновок роду

Так що так. Ці речі поставляються з шаленим джерелом живлення. Я мало вірю в його безпеку, і струм витоку ~ 0,3 мА може зіпсувати ваш день на чутливих схемах. І з того, що я читав в Інтернеті, деякі зразки виявляють струм витоку 1 мА.

Однак заміна блоку живлення лінійним джерелом живлення може значно покращити це, і це може бути цікавим маленьким проектом. Я використовував лінійні джерела живлення для кожної рейки (що також полегшує позбавлення від пульсацій комутації), але я чув про інших, що використовують перетворювачі постійного струму для отримання необхідних рейок з одного зовнішнього джерела живлення 12 В постійного струму або 5 В постійного струму.

Якщо ви хочете пройти цей маршрут, також врахуйте, що ви хочете зробити з портом USB, який не є окремим.

Зрештою, з моєю заміною лінійного блоку живлення результати виглядають прийнятними. Немає пульсацій комутації, струму витоку 5 мкА, 30В перемкнутих ланцюга від землі до землі (з чим все-таки слід бути обережним). Це не ідеально, але за $ 100 це добре на рівні хобі.

Якість сигналу на більш високих частотах

В останньому редагуванні ви додали "... до приблизно 10 МГц". Слідкуйте за тим, щоб ці дешеві генератори сигналів не великі на більш високих частотах. Якщо вам потрібні, скажімо, хороші квадратні хвилі на 10 МГц, вам, мабуть, доведеться витратити більше грошей. Я додав кілька захоплень квадратної хвилі FY3200S 10Vpp при 10 кГц, 1 МГц, 6 МГц і 10 МГц:

Я навіть не впевнений, що відбувається на 10 МГц. Можливо, частота синтезатора не рівномірно ділиться на 10 МГц, тому не всі квадратні імпульси мають однакову довжину, що призводить до того, що ви можете побачити там привид.

Синусоїди легше, тому вони виглядають значно краще, але на більш високих частотах вони також виявляють невеликі спотворення.

Як би це звучало низькотехнологічно, я рекомендую використовувати два літієві 9В блоки. Він простий, дешевий, портативний, не має жодної артефакти мережі, ані перетворювача доларів. І він може сидіти на вашій полиці роками і просто працює, коли вам це потрібно - де завгодно.

Для ваших оригінальних тверджень,

AD1, гальванічна ізоляція - це норма, скажімо, що ви живите його від відключеного виходу постійного струму, який буде мати мережевий трансформатор всередині тієї частини, яка вставляється в штепсель, а потім випрямляч і конденсатор, доки джерело постійного струму не на землю, на яку посилається джерело живлення комп'ютера, тоді напруга постійного струму може плавати в межах причини (як правило, + -500 В від максимуму заземлення, якщо не вказано інше)

AD2. Для низької складності, так, так, ви можете використовувати цю схему для виправлення позитивної та негативної рейки подачі. Є багато способів, як це можна зробити і в режимах комутації, але якщо ви не хочете отримати додаткову інформацію про це, я залишаю його трансформаторам.

Тепер, коли я з'ясував, що джерело постійного струму може бути гальванічно ізольований від напруги мережі, я повинен висвітлити наступну частину, ваш коментар про FY3200S. Це побічний ефект від ізоляції від електромережі, джерела живлення комутаторів, як і лінійні. побудований для ізоляції,

Проблема полягає в тому, що з'єднує дві сторони, наприклад, сам трансформатор, будь то трансформатор 60 Гц для лінійного живлення або трансформатор вищої частоти для комутатора. Він має трохи ємності між двома обмотками, ця ємність взагалі в кінцевому підсумку залишає приблизно половину напруги мережі при дуже низькому струмі, накладеному на ізольовану сторону "землею". Це те, що я можу бачити, прокинувши це відеопосилання, лінійні джерела мають ту саму проблему.

Я також повинен зазначити, що він каже, що "100uA" не 50mA, 50mA було б смертельно для кого-небудь.

І тільки для повноти використана схема, яка показує заземлення мережі, пов'язана з вихідною землею з цієї причини, але переможе ваше бажання гальванічної ізоляції. Справжнє рішення - підключити опорний провід перед тим, як підключити сигнал

Ледачий підхід до його зменшення, як правило, є резистором 100 К або 1 Мега-Ом між вихідним заземленням та землею мережі. Таким чином, амплітуда накладеної електромережі є меншою, але при необхідності все-таки її можна відсунути від цієї точки.

Іноді груба сила має свої привабливості.

Існує клас трансформаторів, який називається ізоляційними трансформаторами. Вони призначені робити саме те, що ви хочете, повністю ізолюючи прилад від електромережі.

Якщо ви перейдете до Digi-key і використовуєте їх функцію пошуку, ви можете знайти трансформатор від 50 Вт 120/240 до 120 В змінного струму менш ніж за 20 доларів.

Інший спосіб досягти ізоляції - використовувати звичайний генератор функцій і поставити ізоляційний трансформатор на вихід. У вузьких діапазонах частот трансформатори легко побудувати. По мірі збільшення діапазону частот стає важче зробити трансформатор сигналу ізоляції.

Лінійні джерела також створюють багато високочастотного шуму через гармоніку мережевих частот, що генеруються в силових випрямлячах. Ці гармоніки зазвичай є і вимірюються в системах до 20 МГц. Вони часто помітні в звітах EMI про продукти як для лінійних джерел живлення, так і для комутаторів. Гармоніка зменшується за рахунок використання силових випрямлячів з більш швидкими перемиканнями. Швидші випрямлячі зберігають менше заряду. Механізм створення високих частот полягає в тому, що струм випрямляча швидко відключається після того, як збережений заряд в діоді вичерпується зворотним струмом. Зворотний струм тече ненадовго, коли діод вимикається.

Ця швидка зміна діодного струму під час відключення може генерувати ще більші частоти. Наприклад, спеціалізовані діоди, які швидко відключаються, використовуються для генерування мікрохвильових сигналів. Їх називають діодами відновлення кроків.

Ці високі частоти пройдуть через невеликі ємності, які перетинають ізоляційний бар'єр. В аудіосистемах це може призвести до гучного шуму, від якого важко позбутися.

Для всіх, хто цікавиться, я натрапив на більше інформації в Інтернеті.

Ось веб-сторінка, яка пояснює побудову лінійного джерела живлення для пристрою: https://sdgelectronics.co.uk/feeltech-fy3200s/

Ось три відео про продукт, друге також про лінійне джерело живлення:

https://youtu.be/9o5MzTOzZo4

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

https://youtu.be/HqF_1y3U_qg