Technika cyfrowa - #5 - syrena alarmowa, efekt świetlny

[Treker (Damian Szymański)]

@madzel witam na forum i dziękuję za informację - dopisuję do zmiany podczas przyszłej aktualizacji tego kursu 🙂

[cyprino]

Miałem podobny problem z projektem syreny alarmowej jak kilku przedmówców. Mianowicie, po włączeniu układ działał przez moment (jedno do kilku piśnięć) po czym milkł i scalak/bramka zaczynał się gwałtownie nagrzewać.

Po dwukrotnym rozmontowaniu i zmontowaniu układu i 2 godzinach prób i błędów znalazłem dwa rozwiązania, choć nie potrafię ich uzasadnić od strony teorii/fizyki. Mianowicie:

1.       Odwrócenie tranzystora T1 o 180°, tzn. zamiana miejscami emitera z kolektorem.

Albo

2.       Wymiana rezystora R6 z 10k na 100k (przy zachowaniu oryginalnego podłączania tranzystora T1)

Zastwosowanie jednej z powyższych modyfikacji powoduje w moim wypadku, że układ działa prawidłowo, tzn.ciągle i bez przegrzewania bramki.

Czy ktoś z bardziej doświadczonych kolegów/koleżanek pomógłby mi zrozumieć przyczyny pierwotnego problemu?

[Treker (Damian Szymański)]

@cyprino odnotowałem pytanie - sprawdzimy ten temat i wrócimy niebawem z odpowiedzią 🙂 

[Gieneq]

Dnia 24.08.2022 o 14:09, cyprino napisał:

Odwrócenie tranzystora T1 o 180°, tzn. zamiana miejscami emitera z kolektorem.

@cyprino to nie ma sensu.

Dnia 24.08.2022 o 14:09, cyprino napisał:

Wymiana rezystora R6 z 10k na 100k

To ma większy sens, ale to raczej nie tędy droga.

Możliwe że bramki z jakiegoś powodu mają mniejszy "fan out" czyli obciążalność wyjściową. Innymi słowy można z wyjścia pobrać mniej prądu. 100k to trochę za dużo, pozostań przy 10k.

Jak już szukałbym problemu w finalnym obciążeniu całej bramki czyli tu:

Sprawdź takie metody:

1. R3 na 10k,
2. R3 3,3k ale równolegle z piezo daj 10k.

Przy przełączaniu pojawia się duży prąd, piezo jest sterowane napięciem a nie prądem. Zwiększenie R3 da mniejszy prąd przy przełączaniu, może będzie się mniej grzać. Dodanie równolegle rezystora/kondensatora zwiększy prąd ale pozwoli na efektywiejsze wykorzystanie:

https://forbot.pl/blog/kurs-arduino-ii-syrena-alarmowa-mosfet-w-praktyce-id15497#:~:text=Całość zasilamy wyższym,jego szybkie rozładowywanie.

Jak zauważysz że coś się zmienia to możesz zrobić kombinacje 1 i 2.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[cyprino]

Dziękuję za porady, złożę układ jeszcze raz i przetestuję.

[RakietowyKim]

@Treker w schemat układu syreny wkradł się babol, wolna bramka w cmos (not)  podłaczona jest do vdd, zamiast do gnd. Podłaczenie do gnd sprawia że syrena działa, a do plusa sprawia że tylko jeden sygnał idzie i pozniej cisza. 

Edytowano Sierpień 31, 2022 przez RakietowyKim

[RakietowyKim]

Uff, zadanie dodatkowe zrobione było trochę problemów, bo jeden LED mnie się nie świecił, a drugi świecił na stało. Rozwiązaniem w przypadku nieświęcącego było inne podłączenie rezystora wcześniej niż szły kabelki do innych sekcji niż chwytanie wszystkiego z jednego "węzła wychodzącego" skąd rozchodziła się masa kabli. Ten gdy świecił na stało to przy CMOS AND jeden kabelek przez przypadek przechodził tak że poszedł w sekcje gdzie jest zwieranie do masy. Więc opłaca się sprawdzać układ a nie poddawać się. 

Edytowano Sierpień 31, 2022 przez RakietowyKim
dodanie zdjecia

[Gieneq]

Przetestowałem układ i niestety albo stety "U mnie działa". 

14 godzin temu, RakietowyKim napisał:

podłaczona jest do vdd, zamiast do gnd

Nie ma to znaczenia, ważne żeby wyprowadzenia były do czegoś podłączone.

Dnia 26.08.2022 o 09:19, Gieneq napisał:

z jakiegoś powodu mają mniejszy "fan out" czyli obciążalność wyjściową

Sprostowanie - nie. Działający układ nie pobiera prawie prądu, a połączone ze sobą bramki nie są w żaden sposób przeciążone:

Jak wyglądają sygnały? Mierzę w 2 węzłach:

Na generatorze wolnozmiennym bez podłączonej kolejnej sekcji czyli brak kondensatora C2:

Podłączam dość bezpiecznie - jak nóżka jest za luźna to dopycham czym się da, np kabelkiem szerokości 2. Wyniki:

Widać że amplituda to około 11V czyli się zgadza - obecność kondensatora podwaja amplitudę, układ nie jest rail-2-rail więc nie ma tam idealnie 6,1 V które ustawiłem na zasilaczu. Częstotliwość 4,98Hz. Wypełnienie na oko 40% dlaczego? Tu może ktoś się wypowie ale domyślam się, że konstrukcja wyjść najpewniej w układzie totem-pole powoduje że plus i minus na wyjściu mają inne parametry przez co rozładowanie kondensatora przebiega inaczej.

Na generatorze szybkozmiennym bez podłączonej poprzedniej sekcji czyli brak kondensatora C2:

Sytuacja podobna tylko mamy częstotliwość 1000x większą. 4,67 kHz jest podobno najlepiej słyszaną częstotliwością.

Finalny układ z C2:

I dla porównania modulowanie amplitudowe częstotliwości - widać jak stan wysoki na węźle wycina stan na węźle częstotliwości podstawowej. W rogu jest wyświeltona inna częstotliwość, wynika to z interpretacji wypełnienia, bo gdy odczyta się częstotliwość samemu to wyjdzie coś nieco innego:

Ale to nie koniec, bo układ nie ma przerw w generowaniu dźwięku tylko zmienia się częstotliwość. To co wyżej jest mierzone w węzłach z kondensatorem czyli tam gdzie generowany jest przebieg tworzący impulsy - im większa amplituda tym kondensator dłużej się ładuje co przekłada się na mniejszą częstotliwość czyli większy okres.

Na wyjściu pierwszego bloku mamy sygnał prostokątny, który steruje tranzystorem. Wysokie napięcie powoduje otwarcie kondensatora i podkradanie prądu stąd na drugim bloku zmienia się częstotliwość. Stan niski zamknie tranzystor uniemożliwiając ucieczkę ładunków z kondensatora separującego.

Ostatecznie mamy 2 nieco różniące się częstotliwości:

Skąd ewentualne problemy? Niestety płytka stykowa i częstotliwości to złe połączenie, więcej z tym frustracji niż nauki. Ale jak już chcemy coś budować to trzeba upewnić się, że mamy przyzwoite połączenia.

Jak mam wątpliwości czy nóżka rezystora 'siedzi', to dopycham ją czymś obok, albo kawałkiem drutu. Jeżeli wkładasz rękę w układ i coś się zmienia to masz luźne połączenia. Niestety tak jest, nawet przy budowie tego układu miałem 2 problemy - jeden z drucikiem łączącym masę - nie wiem jak ale nie łączył. Drugie to układ który nie stykał dopóki się go nie przycisnęło palcem.

Dlaczego układ się grzeje? Może być uszkodzony, włożony na odwrót. Sprawdzałem czy działa 74HC04 - odpowiednik w innej technologii. O dziwo nie, ale nie wiem czy to nie wina problemów z połączeniami które później odkryłem.

Niestety elektronika nie jest prosta, nie są to klocki lego, jest to żmudna i frustrująca praca. Więc jedyne co mogę doradzić to próbować, kombinować, mierzyć co się da, doszukiwać się błędów.

 

[Mateusz218]

Witam,

Nie wiem czemu ale w pierwszym układzie musze mieć obrócony tranzystor o 180 stopni bo inaczej bramka się nagrzewa. 

[Gieneq]

@Mateusz218 tranzystor to nie ot taki element który się obraca i nagle działa, przyczyna jest inna, a to że działa to przypadek. Zbuduj każdą sekcję generatora osobno i każdorazowo podłącz głośnik, zmierz napięcia - zmiany sa za szybkie i będa złe pomiary, daj większe pojemności żeby wydłużyć czas przełączania i wrzuć zdjęcie to pomyślimy co dalej.

[Gieneq]

@Mateusz218 @cyprino sprawdziłem układ jeszcze raz na częściach z zestawu i faktycznie po włączeniu układ wydaje pisk (działa generator wysokiej częstotliwości), a po chwili przełącza się generator niskiej częstotliwości, układ się zacina i zaczyna się grzać.

Wspominałem o parametrze fanout bramek - maksymalny prąd jaki może oddać bramka, ale w tym przypadku prąd jest niewielki. Innym istotnym parametrem układów pracujących w sprzężeniu zwrotnym może być obciążenie pojemnościowe czyli to, że podłączymy do wyjścia kondensator. Jest pewna tolerancja dla której układ nie wpada w oscylacje (tu odsyłam do teorii sterowania, zera i bieguny modelu układu). Możliwe, że w takim stanie wewnątrz układu do połowy otwierają się para tranzystorów i zaczyna przez nie przepływać prąd. Na multimetrze można zauważyć, że pobór prądu układu narasta.

Najwyraźniej dystrybutor układów wprowadził w obieg układy o innej dopuszczalnej kapacytancji prze co układ działa niestabilnie, ale na szczęście można to łatwo naprawić.

Możliwe rozwiązanie to zmiana elementów RC tak by zmienić tzw. stałą czasową. Najłatwiej jest zamienić R6 na 100k w ten sposób ograniczy się prąd płynący przez C2. Można też zmniejszyć C2 ale nie ma kondensatora w zestawie. Można też dodać rezystor w emiterze tranzystora co zmniejszy przepływ prądu - rezystor w emiterze w ogólności działa stabilizująco na pracę tranzystora.

Zmiana R2 pomoże ustabilizować generator, można dać 100k ale zmieni się częstotliwość.

Edytowano Wrzesień 30, 2022 przez Gieneq

[KaroleL]

Witam wszystkich. Mam pytanie odnośnie tego fragmentu: "Generator złożony z bramek US1A i US1B wytwarza sygnał o częstotliwości ok. 2,76kHz." 

Gdy policzyłem częstotliwość samych tylko US1A i US1B, przy uwzględnieniu jednego kondensatora C1, to mi wyszło ok. 4,5kHz. Natomiast przy pracy 2 kondensatorów w połączeniu równoległym ok. 2,27kHz. W żadnym wypadku nie wychodzi mi 2,76kHz jak podano w artykule. Przy jakich parametrach została obliczona ta częstotliwość?

[Treker (Damian Szymański)]

@KaroleL witam na forum 🙂 Wartość podana w artykule to częstotliwość, która została zmierzona za pomocą oscyloskopu.

Rozbieżność względem obliczeń wynika z kilku względów. Pierwszy, ten najbardziej podstawowy - tolerancja wszystkich elementów (rezystory, kondensatory), mamy też płytkę stykową, która wprowadza dodatkowe zmienne. Co więcej, każdy producent nieco inaczej ustala progi przerzutu, a one też są obarczone sporymi rozrzutami. Aby uzyskać dokładne wyniki konieczne byłoby również uwzględnienie m.in. rezystancji wejściowej bramek, która jest nieliniowa - to dodatkowe utrudnienie.

[inzynierek_mech]

Hej, ode mnie wielkie podziękowanie dla @mn860618. U mnie zadziałało. Dodanie rezystora 3,3k pomiędzy (R1, R2, C1), a C2 rozwiązało problem. Dodaję zdjęcia poglądowe. Teraz syrena wyje głośno oraz moduluje dźwięk. Warto by to dodać do aktualizacji kursu.

[jacek50]

Układ z modulowaną syreną nie ma prawa działać. Syrena działa tylko przez chwilę. Tranzystor będzie się zatka, generator po chwili stanie a układ scalony grzeje się jak szalony. Błąd tkwi w schemacie zapomnieliście zbocznikować kondensator C2 rezystorem np. 56k. Prąd płynący przez tranzystor musi mieć składową stałą. Jeśli C2 zbocznikuje się rezystancją rzędu kilkudziesięciu kiloomów układ działa stabilnie zgodnie z założeniami.