Здравствуйте мои уважаемые читатели!
Очень интересную тему предложил Петр, Радиолюбитель
И начнём разбираться со старого одесского анекдота:
Приморский бульвар в Одессе, на лавочке сидит Абрам и читает большую книгу. К нему подходит Мойша, здоровается и спрашивает: - что ты читаешь?
ТЕОРИЮ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ!!!
А, что это такое «теория относительности»? Простыми словами можешь объяснить?
Могу! Это когда что-то относительно чего-то!
Не понятно! А ещё проще можешь объяснить?
Пожалуйста! Два волоса на голове – это много или мало?
Конечно, МАЛО!!!
А если у тебя в тарелке с супом???
О-о-о!!! Конечно, МНОГО!!!
Вот тебе и вся теория относительности!!!
Разбираемся с волосами в электронике!!!
Петр предложил интересную тему и надо разобраться в двух вопросах: - почему появляется возбуждение; - почему выходит из строя стабилизатор напряжения.
Начнём с возбуждения, и почему ёмкость 0,1 мкФ его устраняет…
Когда я писал дипломную работу, а она была на цифровых микросхемах, пришлось очень подробно разбираться с требованиями к монтажу цифровых микросхем…
И самым основным требованием для микросхем серий ТТЛ ( 155, 133 и т.д. ) была установка блокировочных конденсаторов параллельно выводам питания микросхем, очень серьёзное требование – на каждый корпус, один конденсатор! Для простых микросхем ( ЛА, ЛН, ТВ, ТМ и т.д. ) ёмкость конденсатора 0,047 мкФ, а для микросхем повышенной интеграции – 0,1 мкФ. Сколько микросхем, столько и конденсаторов, и обязательно КМ!!! Что это за конденсаторы, мои читатели догадались!
Почему такое требование? Очень просто! Если их не ставить или ставить «абы как» - появляются «волосы»! Чтобы их найти требуется осциллограф с очень высокой полосой пропускания и с очень маленькой ёмкостью щупа, и всего тракта, иначе импульсы рассмотреть не получится!
Хочу предложить моим читателям заглянуть в материал и внимательно рассмотреть осциллограммы
Очень интересный и полезный материал про калибратор для связного приёмника, а меня он заинтересовал именно хорошими осциллограммами. Калибратор был неотъемлемой частью любого связного приёмника, а для радиолюбительских целей будет полезным прибором, один для всех приёмников.
И теперь рассмотрим одну осциллограмму
Рис. 1. Осциллограмма цифрового сигнала 500 кГц.
Очень качественный сигнал!!! Фронты практически идеальные, но вот на сигнале непонятные всплески. Рассмотрим их подробнее
Рис. 2. Всплески на вершинах импульсов.
Рис.3. Всплески между импульсами.
Что это за импульсы? Каким образом и почему они возникают? Давайте разбираться… Привожу короткий абзац от автора с пояснительной осциллограммой
Рис. 4. Осциллограмма «исправленного» сигнала.
Что можно сказать про «исправления» - не ошибается только тот, кто ничего не делает! Ошибка несущественная! Автор просто заузил полосу пропускания хорошего осциллографа, а возбуждения там не было – там были «волосы».
Все эти всплески и есть волосы и надо особо отметить – они есть на проводниках питания, только они намного уже и там их рассмотреть очень непросто, но они там есть!!!
На осциллограммах автора они не очень большие по амплитуде, но на самом деле величина их может достигать величины 70 – 80% от напряжения питания, и наличие таких импульсов может сильно влиять на работу триггеров и других элементов, и вызывать образование дополнительных импульсов в общей последовательности, а иногда полностью нарушать работу всего устройства…
Где же образуются эти импульсы? Правильно, они образуются в выходных каскадах логических элементов! И связано это с перезарядом паразитных ёмкостей проводников, подключенных к выводам микросхем и сквозным токам в выходном каскаде при переходе с «нуля» в «единицу» и обратно.
Рассмотрим схему выходного каскада одного из элементов ТТЛ-микросхемы с соединением к следующему элементу
Рис. 5. Выходной каскад одного ТТЛ элемента, соединённый с одним из входов другого ТТЛ элемента.
Когда открыт транзистор VT1 на выходе элемента DD1.1 присутствует напряжение «логической единицы» и проводник заряжен до этого уровня. И этот заряд распределён относительно всех токопроводящих элементов на плате, ёмкость его может быть различной, и зависит от длины проводника и, расположенных рядом других элементов и проводников. При переходе из «единицы» в «ноль», транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 открывается, при этом ёмкость данного проводника разряжается до величины напряжения «логического нуля». Это идеальный случай, когда рядом другие ёмкости проводов не подвержены воздействию переходам из нуля в единицы и обратно. Желательно, чтобы транзисторы переключались одновременно, но реально, такое практически сделать очень трудно – транзисторы открываются и закрываются не мгновенно, а «плавно» с задержкой и это зависит от частотных свойств транзисторов. Эту проблему решают при разработке микросхем, и изменить это при разработке схемы невозможно. Выход есть – применение более быстродействующих микросхем, но сквозные токи всё равно есть, только длительности импульсов сквозного тока имеют очень малую величину. А с импульсами перезарядки ёмкостей соединительных проводов можно бороться, для этого увеличивают расстояния между проводниками, уменьшают их длину и расположение относительно других элементов схемы…
И как же бороться с «волосами»? Только параллельным подключением блокировочных конденсаторов – одна микросхема - один конденсатор! Конденсатор должен быть высокочастотный и наличие такого конденсатора ( даже большой ёмкости!!! ) в блоке питания, не отменяет это требование и тогда генератор частоты 0,5 – 1 Гц возбуждаться на ВЧ не будет.
Правило простое и про него забывать не надо
Рис. 6. Самый правильный вариант борьбы с «волосами»!
Надеюсь, мои читатели обратили внимание, что на схеме указана индуктивность. И от этой индуктивности избавиться очень трудно, вот для этого и ставятся конденсаторы непосредственно на микросхемах.
Вот примерно так выглядит плата на ТТЛ-логике серии К155
Рис. 7. Сложный генератор импульсов на серии К155.
Обратите внимание – все конденсаторы подключены рядом с выводами питания микросхем.
А теперь разберёмся почему «горит» выходной транзистор в блоке питания
И такая проблема была не только у Петра
И многие с ней сталкивались и ещё не один раз столкнутся…
В чём же причина, транзистор выдерживает ток 300 мА, схема потребляет всего 60 мА, а транзистор выходит из строя?
Смотрим схему стандартного линейного стабилизатора или регулятора напряжения в упрощённом варианте
Рис. 8. Упрощённая схема регулятора напряжения.
Выходной каскад практически всех регуляторов (стабилизаторов ) напряжения выполнен на эмиттерном повторителе в качестве выходного. Если на выходе регулятора дополнительно к электролитическому конденсатору установлен параллельно керамический высокочастотный конденсатор, то такая схема работает прекрасно! Но, что будет если удалить или не устанавливать конденсатор С2, а нагрузка «загенерировала» и в ней так же по питанию не установлены ВЧ-конденсаторы?
Конденсатор С1 электролитический и его ёмкость на высоких частотах не может погасить или сгладить всплески нагрузки. В итоге транзистор, включенный по схеме ОК ( эмиттерный повторитель ) превращается в усилитель по схеме с общей базой, но без коллекторной нагрузки
Рис. 9. Вот так схема с ОК превращается в усилитель с ОБ!
И вот здесь в силу вступают частотные свойства транзистора КТ817. Граничная частота этих транзисторов не превышает 3 МГц или немного выше, а в схеме с ОБ будет выше.
И если нагрузка «загенерировала» на предельной частоте микросхемы CD4011, а это 8 МГц ( гармоники были слышны на 88,3 МГц ) то такому усилителю будет очень и очень плохо! При частоте 8 МГц и при отсутствии нагрузки коллекторный переход просто расплавится из-за перегрева.
Если кто-то из читателей прокомментирует и напишет: « а как же стабилизаторы на микросхемах работают?», отвечаю: « так же!».
Микросхемные стабилизаторы имеют такой же выходной каскад на эмиттерном повторителе
Рис. 10. Фрагмент схемы 7805 ( выходной каскад ).
И как видим Т16 ( выходной транзистор ) включен эмиттерным повторителем. Что будет с такой микросхемой-стабилизатором при генерирующей нагрузке с частотой 5 … 8 МГц я не знаю, но согласно, паспортных данных на микросхему, у неё частотные свойства до 100 кГц. Но можно предположить, что такую нагрузку она не «потянет». Надежда только на внутреннюю защиту по температуре и по току…
Какой можно сделать вывод?
Не забываем ставить блокировочные конденсаторы, подключая их выводы рядом с выводами питания микросхем. Конденсаторы не экономим!
И учитываем, что питание устройства от литиевых аккумуляторов ( любого типа ) так же требует установку блокировочных ВЧ-конденсаторов, так как такие аккумуляторы хорошо работают только на постоянном токе из-за конструктивного сходства с электролитическими конденсаторами…
При конструировании БП ( если предполагается импульсная нагрузка ) выбираем регулятор напряжения в котором выходной транзистор включен по схеме с ОЭ, но не эмиттерным повторителем.
Спасибо Петру за интересную тему!!!
Отдельная благодарность Старому Радио Любителю!!! Чаще заглядывайте на его канал и найдёте там много интересной информации.
Вот коротко о питании цифровых микросхем и блокировочных конденсаторах в цепях питания таких микросхем. И ещё надо добавить почему на микросхемах серии К561 такое не наблюдалось, а с импортными микросхемами CD4011 или аналогичными такое проявляется… Надо отметить, что современные импортные производители микросхемы усовершенствуют, граничные частоты транзисторов возросли существенно, а вот корпуса остались стандартными, но дело не в габаритах – здесь явная экономия золота на проводниках, соединяющих кристаллы с выводами. Даже можно предположить, что вместо золота там применяют алюминий. В СССР такие попытки ( замена золота алюминием ) были, но от этого быстро отказались. Как применялись проводники золотые, так и остались!
Пишите комментарии, возможно, я что-то упустил, ставьте лайки.
Берегите себя!!! Желаю всем здоровья, хорошего настроения и успехов во всех делах!!!
И желаю всем чистого и мирного неба над головой!!!