जब मैंने 7400 प्रतियोगिता में भाग लिया, तो मैंने महसूस किया कि प्रस्तुत तर्क सर्किटों में से कई में विश्वसनीय संचालन के लिए सबसे सरल सुरक्षा तत्वों की कमी है। सबसे आम डिजाइन दोषों में से एक इंटरलॉकिंग टैंक की कमी थी। बाद में, मर्फी के कानून पर एक लेख पढ़ने के बाद, मैंने अलगाव और अवरुद्ध कैपेसिटर के बारे में थोड़ा लिखने का फैसला किया।

एक व्यक्ति के रूप में, जिसे इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में एक पुराना-टाइमर कहा जा सकता है, मैं अपने स्वयं के अनुभव से अलगाव की कमी की समस्या से परिचित हुआ। मैंने एक बड़ी इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी में एक इंटर्न के रूप में अपना पहला हाई-स्पीड सर्किट एक साथ रखा। वह सर्किट, एक डिजिटल आवृत्ति मीटर, 74Fxx परिवार के तर्क पर इकट्ठा किया गया था और 11 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर काम किया था (उस समय इसे बहुत माना जाता था)। यह एक 23 × 16 सेमी बोर्ड (डबल यूरोकॉर्ड ) था, जिसमें तार लपेटने से जुड़े लगभग 40 माइक्रोचिप्स थे। जब इसे चालू करने का समय आया, तो मैंने देखा कि सर्किट को उस तरह से काम नहीं करना चाहिए, जैसे उसने पूरी तरह से बकवास कर दिया।

कई बार विधानसभा की जाँच करने के बाद, मैंने अपने प्रबंधक को समस्या के बारे में बताया, और उन्होंने बोर्ड को देखा और कहा: “पर्याप्त अवरोधक संधारित्र नहीं हैं। प्रत्येक चिप के पास उन्हें शक्ति पर रखो, फिर हम बात करेंगे। "पूरी तरह से भ्रमित, मैंने किया, जैसा कि कहा गया था, और - लो और निहारना! - यह सब तुरंत काम किया। प्रतीत होता है कि अप्रभावित क्षमता ने सर्किट काम क्यों किया? मेरे पर्यवेक्षक ने मुझे स्विचिंग के दौरान अशुभ धाराओं के बारे में, कंडक्टरों को शामिल करने के बारे में और अलगाव के बारे में बताया। मैं मानता हूं कि वास्तव में वह क्या कह रहा था, यह समझने से पहले कई साल बीत गए, लेकिन सबक सीखा गया था: हमेशा डिजिटल माइक्रोकिरिट्स की शक्ति पर कैपेसिटर लगाए।

"अवरुद्ध संधारित्र" और "अलगाव" शब्द यादृच्छिक शब्द नहीं हैं, लेकिन इस संदर्भ में एक निश्चित अर्थ है:
आइसोलेशन - एक ऐसी क्रिया जिसका उद्देश्य (पॉवर) माइक्रो सर्किट के पावर सर्किट को एक आम पावर सोर्स से अलग करना है;
अवरोधक संधारित्र - एक संधारित्र को इस तरह से स्थापित किया जाता है कि यह माइक्रोक्रिक्यूट की विद्युत आपूर्ति को दरकिनार कर देता है और स्थानीय विद्युत स्रोत के रूप में कार्य करता है।

यह सब इतना महत्वपूर्ण क्यों है? उदाहरण के लिए, यहां एक नज़र डालें:


चित्रा 1. अवरुद्ध कैपेसिटर की कमी।

क्या यह डिजिटल सिग्नल जैसा दिखता है? कैपेसिटर को अवरुद्ध किए बिना आपको ऐसी बकवास मिलती है।

कृपया ध्यान दें कि घड़ी की गति महत्वपूर्ण नहीं है । समस्या संकेत के बढ़ते और गिरते किनारों की है। तो, एक ही विचार 1 हर्ट्ज, 20 kHz या 50 MHz पर काम करने वाले सिस्टम पर लागू होता है। नीचे दिए गए उदाहरणों में उपयोग की जाने वाली आवृत्तियों का चयन किया जाता है ताकि वे आसानी से एक आस्टसीलस्कप पर देखे जा सकें।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उच्च आवृत्ति पर विफलता प्रति इकाई समय के मोर्चों की एक बड़ी संख्या के कारण कम से कम तेजी से होती है। हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि कम आवृत्ति वाले सर्किट मज़बूती से काम करेंगे। यह मामले से बहुत दूर है, वे मर्फी के कानून के अनुसार, आसानी से विफल हो जाएंगे। ओह, और क्या आपने 16 मेगाहर्ट्ज पर अपने छोटे माइक्रोकंट्रोलर्स के बारे में सोचा है?

सर्ज माप

क्या होता है यह देखने के लिए, आपको सर्किट से बहने वाली धाराओं को मापने की आवश्यकता है। यहाँ चित्रण के लिए एक सरल प्रयोगात्मक सेटअप संकलित किया गया है:


चित्रा 2. इन्वर्टर कनेक्ट करना।

चित्रा 3. मापने की योजना।

पल्स जनरेटर 10 pF के समाई के साथ लोड 74HC04 इन्वर्टर से जुड़ा हुआ है। इनवर्टर आउटपुट, TP1 पर संकेत, ऊपरी तरंग में दिखाया गया है। पावर स्रोत माइक्रोक्रिकिट 7 और 14. के टर्मिनलों से जुड़ा हुआ है। 10 ओम का एक वर्तमान मापने वाला अवरोध पृथ्वी के कंडक्टर के अंतराल में शामिल है।

बिंदु TP2 पर वोल्टेज चिप द्वारा खपत वर्तमान के लिए आनुपातिक है और नीचे तरंग पर प्रदर्शित होता है। यदि आवश्यक हो तो एक अवरुद्ध संधारित्र जुड़ा या डिस्कनेक्ट किया जा सकता है। आस्टसीलस्कप जांच 1:10 डिवाइडर से लैस हैं, इसलिए तरंग के ऊर्ध्वाधर पैमाने को 10. से गुणा किया जाना चाहिए। सभी 74HC04 अप्रयुक्त इनपुट ग्राउंडेड हैं। स्थापना इस तरह दिखती है:


चित्रा 4. एक ब्रेडबोर्ड पर संस्थापन।

चित्र 5 उच्च और निम्न आवृत्तियों पर आने वाली समस्याओं को दर्शाता है। बाईं ओर के चित्र - एक अवरुद्ध संधारित्र के बिना, दाईं ओर - इसके साथ।


चित्रा 5. आउटपुट वोल्टेज (ऊपरी चैनल) और वर्तमान खपत (निचला चैनल)।
ऊपर 330 kHz की घड़ी आवृत्ति है, नीचे 3.3 मेगाहर्ट्ज है।
बाईं ओर - एक अवरुद्ध संधारित्र के बिना, दाईं ओर - इसके साथ।

चित्र 5 से कुछ अवलोकन:

• मापा वर्तमान केवल GND पैर और एक अवरुद्ध संधारित्र के माध्यम से वर्तमान है। यह चिप द्वारा खपत वर्तमान के अनुरूप नहीं है। एक ही समय में Vcc और GND के पैरों के माध्यम से करंट को मापना मुश्किल है (आस्टसीलस्कप के डिज़ाइन द्वारा लगाई गई सीमाएँ। - नोट अनुवाद। ) । हालांकि, जीएनडी पिन के माध्यम से करंट को मापना निदर्शी उद्देश्यों के लिए पर्याप्त है।
• तार्किक "1" के साथ, आउटपुट पर एक उच्च-आवृत्ति "रिंगिंग" देखी जाती है। इसकी अवधि 2 V से अधिक है, और वृद्धि आपूर्ति वोल्टेज से अधिक है। एक ब्लॉकिंग कैपेसिटर को जोड़ने से "रिंगिंग" लगभग कम हो जाता है। झटका अभी भी बना हुआ है, लेकिन बहुत तेजी से बाहर निकलता है
• संकेत के किनारे भस्म वर्तमान की वृद्धि ("सुइयों") के अनुरूप हैं। एक अवरुद्ध संधारित्र का जोड़ इन उत्सर्जन को कम करता है और बढ़ते और गिरते किनारों पर उन्हें सममित बनाता है। एमिशन रेंज -22 से +45 mA तक बिना ब्लॉकिंग कैपेसिटर के है और -32 से +36 mA है।
• एक अवरुद्ध संधारित्र की उपस्थिति में वर्तमान का सममित आकार कहता है कि ऊर्जा संग्रहीत और वापस निकाली गई है। यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है।
• अवशिष्ट आरएफ रिंगिंग काफी हद तक आस्टसीलस्कप जांच (नहीं दिखाया गया) की स्थिति पर निर्भर करता है, जो इंगित करता है कि सर्किट में संयम नियंत्रण रेखा तत्व और रेडियो आवृत्ति एंटेना शामिल हैं। बोर्ड पर स्थान और कनेक्टिंग तारों की सापेक्ष स्थिति दोलनों के आयाम और आवृत्ति पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। इन हस्तक्षेपों को पूरी तरह से समाप्त नहीं किया जा सकता है, लेकिन सर्किट बोर्ड को ठीक से विस्तारित करके उन्हें बहुत कम किया जा सकता है।

संकेत मोर्चों पर करीब से नज़र डालें:


चित्रा 6. आउटपुट वोल्टेज (ऊपरी चैनल) और वर्तमान खपत (कम चैनल) के मोर्चों।
ऊपर एक अनुगामी (गिरता हुआ) सामने है, नीचे एक अनुगामी (आरोही) सामने है।
बाईं ओर - एक अवरुद्ध संधारित्र के बिना, दाईं ओर - इसके साथ।

अनुमानित वर्तमान ड्रा

74HC04 चिप CMOS तकनीक का उपयोग करके बनाई गई है। इसका मतलब यह है कि स्थिर वर्तमान खपत शून्य के करीब है। केवल "0" से "1" और "1" से "0" पर स्विच करने पर करंट की खपत होती है। स्विच करते समय, सभी लोड और आवारा समाई को रिचार्ज किया जाना चाहिए। प्रयोगात्मक डिजाइन के लिए, लोड में 10 पीएफ की समाई है। यहां आपको टर्मिनल कैपेसिटेंस और आवारा कैपेसिटेंस जोड़ने की जरूरत है, जो लगभग 5 + 2 पीएफ हैं। आस्टसीलस्कप जांच में 10 पीएफ की धारिता होती है, जिसे भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। इस प्रकार, इन्वर्टर आउटपुट पर कुल भार समाई लगभग 27 pF है।

आउटपुट कैपेसिटी को लगभग 4.3 ns में 0 से 5 V तक चार्ज करने की आवश्यकता होती है। सरलता के लिए यह मानते हुए कि चार्जिंग चालू स्थिर है, हम इसके मूल्य का अनुमान लगाते हैं:
क्यू = आई · टी = सी · यू
I = (5 · 27 · 10 ^-12 ) / (4.3 · 10 ^-9 ) = 31.4 mA

इसका मतलब यह है कि एक विशाल वर्तमान (सीएमओएस मानकों द्वारा - लगभग। ट्रांस। ) प्रत्येक स्विचिंग में इन्वर्टर आउटपुट के माध्यम से अंदर या बाहर प्रवाहित होता है। ऊर्जा कहां से आती है? बेशक, एक शक्ति स्रोत से। चित्रा 6 में यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि वर्तमान तुरंत नहीं होता है, लेकिन एक निश्चित स्तर तक बढ़ जाता है, और फिर फिर से गिरता है। यह व्यवहार स्पष्ट रूप से आगमनात्मक तत्वों की उपस्थिति को इंगित करता है।

यह दाएं तरफ चित्रा 6 में सबसे अच्छा देखा जाता है, जहां वर्तमान में अधिकतम उस समय पहुंच जाता है जब आउटपुट वोल्टेज शून्य हो जाता है। फिर वर्तमान ड्रॉप, आउटपुट वोल्टेज में गिरावट का कारण बनता है। मापा वर्तमान के साथ रेटेड वर्तमान यथोचित रूप से अच्छा है, यह देखते हुए कि केवल सबसे सरल अनुमान लगाया गया था।

तो हमें एक अवरुद्ध संधारित्र की आवश्यकता क्यों है?

एक बार फिर, चित्रा 6 के निचले आधे हिस्से पर करीब से नज़र डालें। बाईं ओर, आउटपुट वोल्टेज कुछ समय के लिए 5 वी तक नहीं पहुंचता है, और दाईं ओर लगभग तुरंत पहुंचता है। एक अवरुद्ध संधारित्र के बिना, चिप में पर्याप्त शक्ति नहीं होती है कि वह सामने की तरफ बने, और वोल्टेज 4 वोल्ट पर अटक जाता है। एक अवरुद्ध संधारित्र थोड़ी देर के लिए आवश्यक तात्कालिक शक्ति प्रदान करता है।

ब्लॉकिंग कैपेसिटर लोड कैपेसिटेंस से लगभग 4000 गुना बड़ा है, जिसका अर्थ है कि यह उम्मीद है कि वोल्टेज ड्रॉप 4000 गुना कम होगा (आउटपुट वोल्टेज के आयाम से। - लगभग। ट्रांस। ) - लगभग 1-2 एमवी।

जब "1" से "0" पर वापस जा रहे हैं, जैसा कि ऊपर चित्र 6 में, अवरुद्ध संधारित्र जारी ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक जलाशय के रूप में कार्य करता है। लोड कैपेसिटेंस को डिस्चार्ज किया जाता है और करंट को जमीन में छोड़ना चाहिए। हालांकि, ऊर्जा को तुरंत एक शक्ति स्रोत में स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, और एक अवरुद्ध संधारित्र अस्थायी रूप से इसे संग्रहीत करेगा।

स्थानीय बिजली की आपूर्ति

मुख्य शक्ति स्रोत कंडक्टरों के शामिल होने के कारण पर्याप्त शक्ति के साथ चिप प्रदान नहीं कर सकता है। प्रत्येक तार में एक परजीवी इंडक्शन होता है, जो करंट में बदलाव को रोकता है। प्रेरण की परिभाषा से:
U = L dI / dt ⇒ dI = U dt / L

इस समीकरण से यह देखा जाता है कि वर्तमान में परिवर्तन अधिष्ठापन के विपरीत आनुपातिक है। दूसरे शब्दों में, यदि अधिष्ठापन बढ़ जाता है, तो एक निश्चित अवधि में वर्तमान को बदलना मुश्किल हो जाता है, अन्य सभी चीजें समान होती हैं। इसके अलावा, करंट में बदलाव से इंडक्शन में वोल्टेज कम हो जाता है। तार (या बोर्ड पर ट्रैक) जितना अधिक होता है, उतनी ही उच्च गति होती है, यह वर्तमान में तेजी से परिवर्तन का प्रतिरोध करता है, और अधिक से अधिक वोल्टेज ड्रॉप होगा।

एक अवरुद्ध संधारित्र एक स्थानीय ऊर्जा भंडारण उपकरण है। इसे हमेशा संधारित्र से संधारित्र से माइक्रोक्रेसीट में शामिल करने के लिए माइक्रोक्रिकिट के पावर पिंस के करीब संभव के रूप में स्थापित किया जाना चाहिए। यह सर्किटरी आम और स्थानीय बिजली सर्किटों को डिकॉय करती है।

लोड बढ़ाएं

माइक्रोक्रेसीट में छह इनवर्टर होते हैं, इसलिए वर्तमान खपत को बढ़ाने के लिए सर्किट को बदला जा सकता है:


चित्रा 7. अतिरिक्त भार के साथ प्रायोगिक डिजाइन।


चित्रा 8. अतिरिक्त भार के साथ एक सर्किट के लिए आउटपुट वोल्टेज (ऊपरी चैनल) और वर्तमान खपत (निचला चैनल)।
ऊपर 330 kHz की घड़ी आवृत्ति है, नीचे 3.3 मेगाहर्ट्ज है।
बाईं ओर - एक अवरुद्ध संधारित्र के बिना, दाईं ओर - इसके साथ।

5 और 6 के आंकड़ों की तुलना में, वर्तमान माप चैनल के लिए Y अक्ष के साथ एक अलग पैमाने पर ध्यान दें।

जीएनडी पिन के माध्यम से वर्तमान में एक अवरुद्ध संधारित्र की अनुपस्थिति में लगभग 70 एमए का उत्सर्जन होता है। यदि उत्तरार्द्ध स्थापित किया गया है, तो हम फिर से आरोही और गिरने वाले मोर्चों पर A 50 एमए के आयाम के साथ उत्सर्जन के एक सममित रूप का निरीक्षण करते हैं।

ध्यान दें कि संकेत सामने, जैसा कि नीचे बाईं ओर चित्रा 8 में देखा गया है, अब बहुत अधिक कोमल है। चिप बस जल्दी से स्विच करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं है। एक अवरुद्ध संधारित्र (दाईं ओर 8 चित्रा) स्थापित करना सामने के ढलान को एक स्वीकार्य स्तर तक पुनर्स्थापित करता है।


चित्रा 9. आउटपुट वोल्टेज (ऊपरी चैनल) और वर्तमान खपत (कम चैनल) के मोर्चों।
बाईं ओर अनुगामी (गिरता हुआ) सामने है, दाईं ओर अग्रणी (आरोही) सामने है।
अवरोधक संधारित्र स्थापित।

सिग्नल मोर्चों की एक विस्तृत परीक्षा से वर्तमान वृद्धि की बढ़ती अवधि का पता चलता है, जो बड़ी ऊर्जा जरूरतों के कारण होता है। माइक्रोकिरिट का भार पहले की तुलना में लगभग छह गुना अधिक है (पहले इन्वर्टर को शेष इनवर्टरों की इनपुट क्षमताओं पर लोड किया गया है, जो प्रत्येक 5 गुना 5 पीएफ हैं)।

यह सिर्फ एक सरल उदाहरण था - छह इनवर्टर की एक चिप। अब उपर्युक्त को कई तत्वों और कई आंतरिक कनेक्शनों वाले एक जटिल तर्क सर्किट में शामिल करें। इसमें बहुत सारी आवारा क्षमताएं हैं जो इनपुट संकेतों में हर परिवर्तन के साथ रिचार्ज होनी चाहिए। अंत में, कई हजारों वाल्वों वाले एक माइक्रोकंट्रोलर की कल्पना करें।

ग्राउंडिंग

उपरोक्त स्पष्टीकरण और दृष्टांतों को इस तथ्य की स्पष्ट समझ देनी चाहिए कि अवरोधक संधारित्र एक महत्वपूर्ण तत्व है जो अपना विशेष कार्य करता है। यह स्थानीय रूप से ऊर्जा स्रोत की ऊर्जा को संग्रहीत करता है, इसे आवश्यक होने पर बाहर निकालता है, और अतिरिक्त ऊर्जा में भी लेता है।

Vcc कंडक्टर के माध्यम से मुख्य ऊर्जा स्रोत से स्थानीय ऊर्जा भंडारण की लगातार भरपाई की जाती है। इसी समय, अतिरिक्त ऊर्जा को जीएनडी कंडक्टर के माध्यम से बिजली स्रोत में छुट्टी देनी चाहिए। एक अवरुद्ध संधारित्र में ऊर्जा के निर्वहन से वोल्टेज में वृद्धि होती है, और वास्तव में, संक्षेप में एक अलग क्षमता वाले सर्किट पर एक स्थानीय क्षेत्र बनाता है। इस असंतुलन का खात्मा बहुत महत्वपूर्ण है और इसका इस्तेमाल ग्राउंडिंग के जरिए किया जाता है। (यहां, ग्राउंडिंग का मतलब हमारे ग्रह के द्रव्यमान से नहीं, बल्कि एक शक्ति स्रोत के एक आम तार से एक संबंध है। - ध्यान दें अनुवाद )

मुद्रित सर्किट बोर्डों में अक्सर अलग-अलग परतें होती हैं, जो किसी शक्ति स्रोत के सामान्य कंडक्टर को तत्वों को जोड़ने के लिए बहुत प्रभावी होती हैं। अतिरिक्त ऊर्जा के निर्वहन के लिए एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया भूमि लेआउट अत्यंत महत्वपूर्ण है। लेकिन सावधान रहें, एड़ी की धाराएं एक निरंतर जमी हुई परत में हो सकती हैं, और एक सामान्य तार के साथ कई कनेक्शन तथाकथित हो सकते हैं। मिट्टी के छोरों।

अनुभव के साथ एक परिचित डेवलपर से संपर्क करना हमेशा एक अच्छा विचार होगा। अधिकांश गलतियाँ पहले से ही किसी के द्वारा पहले ही की जा चुकी हैं, और उन्हें विज्ञापन infinitum दोहराने की कोई आवश्यकता नहीं है।