Я физик с ограниченными знаниями в области электроники. Я обычно тщательно изучаю свои проблемы в Интернете, прежде чем обратиться за помощью. Это означает, что здесь я представлю как вопросы, так и возможные решения, и я хотел бы, чтобы вы подтвердили или исправили то, что я написал.

Я хотел бы получить относительно дешевый генератор сигналов хобби до CCA. 10МГц. У меня есть два требования:

1. Он должен давать плавающий сигнал.
2. Должна быть возможность заземления выхода внутри апертуры и получения сигнала без компонента постоянного тока.

Объявление 1: Это условие может быть выполнено только в том случае, если питание и генератор сигналов гальванически развязаны, что может быть достигнуто с помощью трансформатора. Поэтому ни о каком генераторе сигналов, который питается от постоянного тока (или имеет внешний источник питания постоянного тока), не может быть и речи.

Объявление 2: Разумный способ выполнить это условие заключается в том, что в генераторе сигналов используется трансформатор с двумя вторичными обмотками, например, 12В-0В-12В. Когда общий провод вторичных обмоток заземлен, можно получить истинные отрицательные и положительные напряжения.

Кажется, что практически все дешевые генераторы сигналов используют источник питания постоянного тока (который автоматически исключает их из-за условия 1). Заметным исключением является модель FY3200S . Однако, согласно этому видео , генератор сигналов FY3200 не обладает действительно плавающим выходом (для линейного напряжения 110 В, 50 В и 100 мкА на плавающем заземлении!). К счастью, для вторичной ступени требуются входы -12 В, 5 В и + 12 В, что, вероятно, означает, что она должна иметь возможность передавать сигналы без компонента постоянного тока (условие 2).

Автор видео предполагает, что проблема заключается в том, что устройство использует менее подходящий импульсный источник питания, а не лучший линейный источник питания, и предлагает заменить источник питания. [Я подозреваю, что менее удобный импульсный источник питания используется для того, чтобы устройство могло использоваться как на линиях электропитания 220 В, так и на 110 В.] Однако, никакой информации о конструкции линейного блока питания или преимуществах замены блока питания нет. при условии.

Поскольку создание линейного источника питания не должно быть сложным, мне кажется, что лучшим вариантом действительно будет заменить оригинальный источник питания чем-то вроде этого:

Я мог бы легко и дешево произвести что-то подобное, а также добавить переключатель на соединении между общим проводом вторичных обмоток и землей . И используя вторую ступень от FY3200S (как и ее коробку), я бы избегал иметь дело с гораздо более сложной электроникой генерации функций.

Кажется ли это хорошей идеей? Это хотя бы уменьшит паразитные токи, если не устранит их полностью? Подходит ли указанный выше источник питания для данного применения?

Я на самом деле владею генератором сигналов FY3200S. Когда я купил его, я уже знал о сомнительном качестве импульсного источника питания внутри него и о высоких токах утечки на землю. По этой причине я заменил встроенный импульсный источник питания на простой регулируемый линейный источник питания (довольно распространенный мод для этих устройств). Если вы хотите пойти по этому пути, обратите внимание, что вам нужно обеспечить + 12В, -12В и + 5В.

Мне удалось найти оригинальный блок питания с переключаемым режимом для генератора сигналов, поэтому я подключил его снова и провел несколько измерений как с оригинальным коммутатором, так и с новым линейным источником питания. Я, вероятно, должен был сделать это, когда построил линейный источник питания, но эй ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Конструкция блока питания

Линейный источник питания очень прост:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Светодиоды помогают отладке и помогают обеспечить регулировку рельсов в условиях холостого хода. В то время, когда я делал это, я проводил измерения для текущих требований, но я забыл результаты и не могу найти свои заметки по этому проекту. Трансформаторы способны на 133 мА (+ 12 В и -12 В каждый) и 425 мА (+ 5 В) соответственно. Я помню, что у моего дизайна не было большого запаса, поэтому, возможно, эти цифры помогут вам.

Схема питания в вашем вопросе выглядит приемлемой для меня (хотя я не запускаю цифры). Это похоже, за исключением того, что он использует один трансформатор и получает + 5 В от шины + 12 В. Я ожидаю, что он будет работать нормально, просто убедитесь, что трансформатор может подавать достаточный ток для питания + 12 В и + 5 В на одной ножке. Исследуйте, как определить размер трансформатора и конденсаторов; там должно быть много информации на эту тему. Эти ответы могут быть хорошей отправной точкой.

Реализация сложнее, чем схема, потому что мне приходилось обходиться любыми деталями, которые у меня были. В частности, шина 5 В питается от двух трансформаторов, которые параллельны их мостам, и мне пришлось использовать конденсаторы последовательно (с балансировочными резисторами) на шинах ± 12 В, чтобы получить соответствующее номинальное напряжение (выход выпрямленного трансформатора равен 24 В постоянного тока). заземлить в условиях холостого хода).

Примечания по настройке теста

Обратите внимание, что мои настройки теста, вероятно, ужасны. Ни в одной из моих розеток нет защитного заземления (я знаю ☹ ...), поэтому моим эталоном заземления для этих измерений был провод, подключенный к трубам центрального отопления (металлические и заземленные на центральном нагревателе). Кроме того, повсюду были длинные провода, улавливающие шум и т. Д.

Сигналы были получены с помощью Rigol DS1104Z; Измерения мультиметра были выполнены с использованием EEVBlog 121GW (сначала я попробовал свой Fluke 17B +, но это ужасно при измерении> 500 Гц переменного тока).

Для тестов я тестировал только 1 канал FY3200S. Его выходной сигнал был настроен на синусоидальную волну 10 Вpp 1 кГц. Я также выполнил все тесты с прямоугольной волной 10 Вpp 1 кГц, но это не дало никакой новой информации, поэтому эти результаты были опущены. Я также использовал сигнал 0 В постоянного тока для измерения шума блока питания.

измерения

В приведенных ниже результатах у меня всегда будет оригинальный блок питания с переключением режимов слева, а запасной линейный блок питания - справа.

форма волны

Сначала захват испытательного сигнала. Выглядит чисто, никакой разницы между блоками питания.

Шум переключения БП

Когда генератор сигналов настроен на генерацию «сигнала» постоянного тока 0 В, это захват сигнала (50 мВ / дел, 5 мкс / дел). Левое изображение показывает пульсацию переключения при частоте 37 кГц, которая отсутствует на правом изображении:

Крупный план пульсации переключения (50 мВ / дел, 50 нс / дел). Левое изображение показывает пульсации переключения. На правильном изображении только что появился случайный шум (который иногда включается прицелом, иногда нет):

Измерения формы волны

Мультиметр измерил синусоидальную форму как среднеквадратичное значение 3,515 В (работает для 10 В постр.) При 999,9 Гц.

Прямоугольная волна измеряла среднеквадратичное значение 4,933 В переменного тока (достаточно близко) при частоте 999,9 Гц.

Не было существенной разницы между двумя блоками питания.

Смещения постоянного тока

Смещение постоянного тока в сигнале измерялось мультиметром в режиме постоянного тока. Результаты:

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

Есть небольшая разница в пользу переключения блока питания. Я подозреваю, что это может быть вызвано асимметрией в линейных регуляторах 7812/7912, которые я использовал для линейного блока питания, но я не стал исследовать дальше.

Напряжение утечки на землю

Это суть вопроса и самая распространенная причина замены блока питания в этих генераторах сигналов. Он был измерен путем подключения осциллографа или мультиметра между моим эталонным заземлением (трубы центрального отопления) и заземлением генератора сигналов. Сам выходной сигнал генератора сигналов (синусоидальный сигнал 10 В на частоту 1 кГц) не был подключен.

Очевидно, что линейный блок питания все еще имеет утечку на землю из-за емкостной связи в трансформаторах и, возможно, в проводке, но он выглядит лучше, чем переключающий блок питания (оба изображения: 50 В / дел, 5 мс / дел):

Измерения мультиметра подтверждают, что напряжение заземления разомкнутой цепи действительно ниже для линейного блока питания (39 В переменного тока), чем для переключающего блока питания (92 В переменного тока):

Ток утечки на землю

Но реальная разница заключается в токе утечки на землю; при 5,5 мкА я немного разочарован в линейной производительности блока питания, но он на два порядка лучше, чем у переключающего блока питания при 334 мкА!

Вывод сортов

Так что да. Эти вещи идут с дерьмовым источником питания. Я мало верю в его безопасность, и ток утечки ~ 0,3 мА может испортить вам жизнь в чувствительных цепях. И из того, что я читал в Интернете, некоторые образцы имеют ток утечки> 1 мА.

Однако замена блока питания линейным источником питания может значительно улучшить это, и это может быть забавным небольшим проектом. Я использовал линейные источники питания для каждой шины (что также облегчает избавление от пульсации переключения), но я слышал о других, использующих преобразователи постоянного тока в постоянный ток для получения необходимых шин от одного внешнего источника питания 12 В или 5 В постоянного тока.

Если вы хотите пойти по этому пути, также подумайте, что вы хотели бы сделать с портом USB, который не изолирован.

В конце концов, с моей заменой линейного блока питания результаты выглядят приемлемыми. Отсутствие пульсации переключения, ток утечки 5 мкА, разомкнутая цепь 30 В перем. Тока на землю (с чем еще нужно быть осторожным). Это не идеально, но за <100 долларов это нормально на уровне хобби.

Качество сигнала на высоких частотах

В своем последнем редакторе вы добавили «... до примерно 10 МГц». Помните, что эти дешевые генераторы сигналов не очень хороши на высоких частотах. Если вам нужны, скажем, хорошие прямоугольные волны на 10 МГц, вам, вероятно, придется потратить больше денег. Я добавил несколько снимков прямоугольной волны FY3200S 10 В при частоте 10 кГц, 1 МГц, 6 МГц и 10 МГц:

Я даже не уверен, что происходит на 10 МГц. Возможно, частота синтезатора не делится равномерно на 10 МГц, поэтому не все квадратные импульсы имеют одинаковую длину, что приводит к появлению ореолов, которые вы можете увидеть там.

Синусоидальные волны легче, поэтому они выглядят значительно лучше, но на более высоких частотах они также показывают небольшие искажения.

Не смотря на то, что это звучит низко, я рекомендую использовать два литиевых блока на 9 В. Он простой, дешевый, портативный, не имеет ни артефактов, ни сетевого преобразователя. И он может сидеть на полке годами и работать, когда вам это нужно - где угодно.

Для ваших оригинальных утверждений,

AD1, Гальваническая развязка является нормой. Допустим, вы подключаете его к выходному штекеру постоянного тока, в котором будет установлен сетевой трансформатор, который вставляется в штекер, за которым следуют выпрямитель и конденсатор, пока ваш источник постоянного тока работает. не заземляется как источник питания компьютера, тогда напряжение постоянного тока может колебаться в пределах разумного (обычно + -500 В от макс. заземления сети, если не указано иное)

AD2, Для низкой сложности, тогда да, вы можете использовать это устройство для исправления положительной и отрицательной шины снабжения. Есть много способов сделать это и с помощью режимов переключения, но если вам не нужна дополнительная информация, я оставлю это трансформаторам.

Теперь, когда я выяснил, что источник постоянного тока может быть гальванически развязан от сетевого напряжения, я должен покрыть следующую часть, ваш комментарий о FY3200S. Это побочный эффект от изоляции от сети, импульсные источники питания могут быть такими же, как линейные. построен, чтобы быть изолированным,

Проблема в том, что вещь, соединяющая две стороны, например, сам трансформатор, будь то трансформатор 60 Гц для линейного источника питания или трансформатор более высокой частоты для режима переключения, имеет небольшую емкость между двумя обмотками, эта емкость обычно в итоге остается около половины сетевого напряжения при очень малом токе, наложенном на изолированные стороны «земли». Это то, что я могу видеть по скиммингу этой видеосвязи, линейные источники питания имеют ту же проблему.

Я также должен отметить, что он говорит «100 мкА», а не 50 мА, 50 мА будет смертельным для любого.

И просто для полноты, схема, которую вы использовали, показывает, что заземление сети связано с выходным заземлением по этой причине, но будет препятствовать вашему желанию гальванической развязки. Реальное решение - это подключить опорный провод, прежде чем подключить ваш сигнал.

Ленивый подход к его уменьшению - это обычно сопротивление 100 кОм или 1 Мега Ом между выходным заземлением и заземлением сети. Таким образом, амплитуда наложенной сети ниже, но при этом ее можно отвести от этой точки, если это необходимо.

Иногда у грубой силы есть свои достопримечательности.

Существует класс трансформаторов, называемых изолирующими трансформаторами. Они предназначены для того, чтобы делать именно то, что вы хотите, полностью изолируя устройство от электросети.

Если вы зайдете в Digi-key и воспользуетесь их функцией поиска, вы сможете найти изолирующий трансформатор на 120 ВА от 120/240 до 120 В переменного тока менее чем за 20 долларов.

Другой способ добиться изоляции - использовать обычный генератор функций и поставить изолирующий трансформатор на выходе. В узких частотных диапазонах трансформаторы легко построить. По мере того как частотный диапазон увеличивается, становится все труднее создать изолирующий трансформатор сигнала.

Линейные источники питания также создают много высокочастотного шума из-за гармоник сетевых частот, которые генерируются в выпрямителях мощности. Эти гармоники обычно присутствуют и измеряются в системах с частотой до 20 МГц. Они часто видны в отчетах EMI по продуктам как для линейных источников питания, так и для коммутаторов. Гармоники уменьшаются при использовании силовых выпрямителей с более высокими скоростями переключения. Более быстрые выпрямители сохраняют меньше заряда. Механизм создания высоких частот заключается в том, что ток выпрямителя быстро отключается после того, как накопленный заряд в диоде истощается обратным током. Обратный ток течет в течение короткого времени, когда диод выключается.

Это быстрое изменение тока диода во время отключения может генерировать еще более высокие частоты. Например, специализированные диоды, которые быстро отключаются, используются для генерации микроволновых сигналов. Они называются пошаговыми диодами восстановления.

Эти высокие частоты будут проходить через небольшие емкости, которые перекрывают изолирующий барьер. В аудиосистемах это может привести к жужжанию, от которого трудно избавиться.

Для всех интересующихся я наткнулся на дополнительную информацию в интернете.

Вот веб-страница, которая объясняет построение линейного источника питания для устройства: https://sdgelectronics.co.uk/feeltech-fy3200s/

И вот три видео о продукте, второе также о линейном питании:

https://youtu.be/9o5MzTOzZo4

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

https://youtu.be/HqF_1y3U_qg