¿Qué puede reducir el sobreimpulso y el zumbido en un simple generador de pulso de onda cuadrada?

He construido un simple generador de pulso de onda cuadrada basado en disparador Schmitt y RC. En el tablero, tiene algunas cualidades obvias no deseadas debido a la longitud del puente, el tablero en sí, etc.

Versión esquemática y de tablero:

Y la salida de la forma de onda:

En particular, el borde ascendente de la onda cuadrada tiene una cantidad sustancial de sobreimpulso (aproximadamente 200 mV sobre un pico de 500 mV) y zumbidos. Es fácil empeorarlo tocando físicamente R1. Ver ediciones para la información correcta.

Al buscar soluciones, me he encontrado con términos como amortiguadores y amortiguadores para circuitos de RF y cosas más allá de mi calificación salarial de aficionado .

Anindo sugiere en una respuesta a una pregunta relacionada que uno debe usar una resistencia de 50Ω para una carga. Estoy midiendo la salida del primer disparador Schmitt (IC1D, en el pin 2). Los disparadores restantes se usan con resistencias de 220Ω para crear una impedancia de aproximadamente 50Ω, pero obtengo resultados casi idénticos al medir en el nodo de salida.

Este generador de pulso de vanguardia es puramente para mi propia experimentación / educación, por lo que no hay nada crítico al respecto. Si decido hacer una placa soldada, ¿qué tipo de cosas puedo hacer para asegurarme de que sea mejor que su primo de placa?

Por error, estaba en modo AC acoplado para las capturas de pantalla y mediciones anteriores. Aquí hay algunas pantallas más que muestran la señal en el pin 1 y 2 del IC (onda triangular de entrada en 1, cuadrado de salida en 2). Ahora están acoplados a CC. Las sondas siempre estaban en X10, pero el alcance en sí estaba en X1 (¡nuevo alcance, ¡Uy!). Sin embargo, el sobreimpulso sigue siendo significativo: en la salida que es 0-5V, el sobreimpulso (mostrado por las líneas punteadas del cursor blanco) es 2.36V. Tenga en cuenta que el sobreimpulso en la entrada es de solo unos 500 mV. ¿La ondulación de entrada se debe a la proximidad de los pines 1 y 2 en la placa de pruebas?

Entrada (cap. 2 / azul) en el pin 1, y salida (cap. 1 / amarillo) en el pin 2:

Sobreimpulso medido con acoplamiento DC:

Quitar la resistencia R2 y medir en el pin 4 (salida IC1E) no produjo ninguna diferencia notable de la señal en el pin 2.

Debo mencionar que el tutorial / video original de W2AEW de donde obtuve la información para este circuito también tiene un exceso, pero no en el grado que tengo. Su circuito está soldado en una placa que probablemente ayude mucho.

Forma de onda del autor original (W2AEW) (en el nodo OUT) con quizás 500mV sobre 5V:

Versión soldada del autor original:

Edición 2:

Aquí hay una imagen de la configuración general que incluye las longitudes de los cables a la fuente de alimentación y el alcance:

Edición 3:

Y finalmente, VCC (amarillo) y el nodo OUT (azul) en el osciloscopio para mostrar la ondulación coincidente:

Desde el aspecto de las nuevas trazas de alcance agregadas a la pregunta, específicamente la traza Vcc, parece que el timbre se origina en una mala regulación del suministro en el punto de uso , lo más probable es que no en la salida de suministro de banco. Si bien los cables más cortos de la fuente de alimentación de banco ciertamente ayudarán a reducir la inductancia del cable, eso no será suficiente cuando la transición sea tan aguda como está buscando.

• Agregue un condensador fuerte en la placa de prueba a través de los rieles de suministro, más cercano al IC: comience con 100 uF.
• En paralelo con el condensador de desacoplamiento de 0.1 uF que se muestra en su esquema, y ​​tocando los pines de suministro del disparador Schmitt, agregue un condensador electrolítico de 10 uF.
• Recorte los cables de los 3 condensadores anteriores al mínimo, lo que aún hará contacto positivo con los contactos de la placa de pruebas. Esas pistas están agregando inductancia que no desea.
• Agregue una carga de la salida que está leyendo al pin de tierra, lo más cerca posible del pin de salida: 220 ohmios deberían estar bien, y nuevamente desea que los cables se reduzcan al mínimo.

• Si absolutamente debe evitar el sobreimpulso / subimpulso más allá de unos pocos cientos de milivoltios, agregue pequeños diodos Schottky de señal desde el pin de salida a los pines de alimentación y tierra, por lo tanto:
  

  

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

• Esto asegurará que el pico en el borde ascendente y el canal en el borde descendente del anillo estén amortiguados; también habrá algún efecto en el canal / pico respectivo del anillo debido al exceso de energía de los picos que se están disipando a través del diodos
• Finalmente, la placa de pruebas, debido a la naturaleza de su construcción, introduce capacitancia, inductancia y todo tipo de acoplamiento parasitario. Incluso un simple perf-board funcionará mejor. Los cables largos simples exacerban este problema, especialmente a altas frecuencias / transiciones bruscas, donde incluso un cable simple es una fuente de acoplamiento y timbre inductivo.

Escribo esto como respuesta porque no pensé que habría suficiente espacio en los comentarios. Dicho esto, es probable que varios de los puntos que estoy haciendo puedan ser la causa de sus problemas:

¿Está utilizando una sonda de alcance x10? ¿Cómo se ve la salida del pin 2? Los disparadores schmitt no se dispararán todos en el mismo punto en una onda cuadrada mal formada desde el pin 2. Puedo ver evidencia de esto en el seguimiento del alcance: comienza a asentarse y luego se dispara nuevamente. El desacoplamiento de la imagen es un poco escamoso.

¿Está utilizando realmente 7414s? Recomiendo el 74AC14 para obtener la mejor velocidad. También verifique dos veces la corriente de salida que estos dispositivos pueden suministrar, en particular, algunos dispositivos pueden no producir un o / p decente desde la sección del oscilador con una carga de 6k8 y otros 5 entradas

Si desconectó una de las resistencias 220R y colgó el osciloscopio directamente en la salida (por ejemplo, el pin 4), ¿cómo se ve?

¿Qué Vcc está utilizando? Dice que el sobreimpulso es de 200 mV por encima del pico de 500 mV, esto parece extraño, ¿está seguro de que todos los inversores están cambiando? De un suministro de 5V, esperaría ver un pico de 5V con cualquier sobreimpulso además de esto.

Comida para el pensamiento.

Según otras respuestas y comentarios, me concentré en reducir el exceso con algunas de las sugerencias proporcionadas.

Hice lo siguiente:

• acorté los cables que iban hacia y desde la placa de pruebas,
• compensación ajustada en las sondas (una estaba ligeramente compensada)

Esto redujo el exceso medido de ~ 2.4V a 1.8V (más de 5V).

Sin embargo, la sugerencia de @ AndrejaKo tuvo el mayor efecto. Puse el resorte de punta en la sonda y volví a medir, esta vez solo vi un sobreimpulso de 680mV.

Hasta que este circuito se suelde a una PCB, ciertamente no espero mucho mejor. Pero esta es una mejora significativa del original.

Medición de salida de onda cuadrada en el pin 2:

Corto camino de tierra con punta de resorte:

La foto hace que parezca que la resistencia está tocando el resorte del suelo, pero no lo es.

No estoy convencido de que el sobreimpulso haya sido realmente tan alto como se midió (o incluso sea realmente de 680 mV), pero que los métodos de medición inadecuados han sido los culpables. Sin embargo, si nada más, esto ha demostrado definitivamente que tratar de medir eventos de alta velocidad realmente requiere atención a cosas como la longitud del cable (impedancia), la capacitancia parásita y un análisis cuidadoso.

Nota: eliminé las resistencias de los otros cinco disparadores Schmitt para la foto; los resultados fueron básicamente los mismos con / sin ellos.

Tienes un problema de suministro de energía. Edición 3, que muestra VCC (amarillo) y el nodo OUT (azul) es la pistola humeante. Agregue capacitancia entre VCC y el riel de suministro, lo más cerca posible de los pines IC. Los cables del condensador son actualmente demasiado largos. Usaría alrededor de 100 microfaradios electrolíticos, evitados con una tapa de película de microfaradios .01 y una pequeña cerámica, digamos 600 pF. Alinéelos lo más cerca posible de los pines y, si puede, aterrice el más pequeño en los pines Por cierto, muchos amplificadores de audio muestran este mismo problema. Puede probarlos conectando un altavoz entre VCC y tierra, en serie con un límite de valor pequeño para bloquear la CC. Escuchará música en los rieles de suministro. Tu objetivo es reducir o eliminar esta música.

En el tutorial / video original de W2AEW de donde vino este circuito, Alan menciona que el circuito alcanza una impedancia de "Salida **" de 50 ohmios.

Su publicación anterior en realidad respondió a su propia pregunta, pero sospecho que no se dio cuenta de que ya tenía la respuesta.

De su publicación anterior: "Anindo sugiere en una respuesta a una pregunta relacionada que uno debe usar una resistencia de 50Ω para una carga. Estoy midiendo la salida del primer disparador Schmitt (IC1D, en el pin 2). Los disparadores restantes se usan con Resistencias de 220Ω para crear una impedancia de aproximadamente 50Ω, pero obtengo resultados casi idénticos al medir en el nodo de salida "

Sus resistencias de 220 ohmios están formando la impedancia de salida para la energía lanzada, no son la impedancia de carga. Luego necesitaba alimentar esa señal de salida final en una impedancia característica correspondiente para agotar / consumir completamente la energía lanzada y evitar reflejos. Solución: simplemente agregue la carga de 50 ohmios como resistencia de carga o, si su osciloscopio lo admite, simplemente use la selección de impedancia de entrada de 50 ohmios del Scope. También habrá efectos parásitos de capacitancia / inductancia, pero el desajuste de impedancia será el elemento dominante en la actualidad.