Je suis physicien avec une connaissance limitée de l'électronique. J'étudie généralement mes problèmes sur Internet avant de demander de l'aide. Cela signifie que je présenterai ici à la fois les questions et les solutions probables et j'aimerais que vous confirmiez ou corrigiez ce que j'ai écrit.

Je voudrais obtenir un générateur de signaux passe-temps relativement bon marché jusqu'à cca. 10 MHz. J'ai deux exigences:

1. Il doit donner un signal flottant.
2. Il doit être possible de mettre à la terre la sortie à l'intérieur de l'ouverture tout en obtenant un signal sans composante continue.

Ad 1: Cette condition ne peut être remplie que si l'alimentation et le générateur de signaux sont séparés galvaniquement, ce qui peut être réalisé en utilisant un transformateur. Par conséquent, tout générateur de signaux alimenté en courant continu (ou doté d'une source d'alimentation CC externe) est hors de question.

Ad 2: La manière raisonnable de remplir cette condition est que le générateur de signaux utilise un transformateur avec deux enroulements secondaires, par exemple 12V-0V-12V. Lorsque le fil commun des enroulements secondaires est mis à la terre, il est possible d'obtenir de véritables tensions négatives et positives.

Il semble que pratiquement tous les générateurs de signaux bon marché utilisent une source d'alimentation CC (ce qui les exclut automatiquement en raison de la condition 1). Une exception notable est le modèle FY3200S . Cependant, selon cette vidéo , le générateur de signaux FY3200 ne possède pas de sortie réellement flottante (pour une tension de ligne de 110 V, 50 V et 100 uA sur le sol flottant!). Heureusement, l'étage secondaire nécessite des entrées -12V, 5V et + 12V, ce qui signifie probablement qu'il devrait être capable de produire des signaux sans composante CC (condition 2).

L'auteur de la vidéo suggère que le problème est que l'appareil utilise une alimentation à découpage moins appropriée au lieu d'une meilleure alimentation linéaire et suggère de remplacer l'alimentation. [Je soupçonne que l'alimentation à découpage moins conviniente est utilisée pour que l'appareil puisse être utilisé sur les lignes électriques 220V et 110V.] Cependant, aucune information sur la conception de l'alimentation linéaire ou l'avantage de remplacer l'alimentation n'est à condition de.

Étant donné que l'alimentation linéaire ne devrait pas être trop difficile à réaliser, il me semble que la meilleure option serait en effet de remplacer l'alimentation d'origine par quelque chose comme ça:

Je pourrais facilement et à moindre coût produire quelque chose comme ça et également ajouter un interrupteur à la connexion entre le fil commun des enroulements secondaires et la terre . Et en utilisant le deuxième étage du FY3200S (ainsi que sa boîte), j'éviterais de traiter avec une électronique beaucoup plus complexe de génération de fonctions.

Cela semble-t-il être une bonne idée? Cela réduirait-il au moins les courants vagabonds, sinon les éliminer complètement? L'alimentation ci-dessus est-elle appropriée pour l'application?

Je possède en fait un générateur de signaux FY3200S. Lorsque je l'ai acheté, j'étais déjà conscient de la qualité douteuse de l'alimentation à découpage à l'intérieur et des courants de fuite à la terre signalés. Pour cette raison, j'ai remplacé l'alimentation à découpage intégrée par une simple alimentation linéaire régulée (un mod assez courant pour ces unités). Si vous souhaitez suivre cette voie, notez que vous devrez fournir + 12V, -12V et + 5V.

J'ai réussi à trouver le bloc d'alimentation à découpage d'origine pour le générateur de signal, alors je l'ai raccroché et j'ai pris plusieurs mesures avec le commutateur d'origine et la nouvelle alimentation linéaire. J'aurais probablement dû faire ça quand j'ai construit l'offre linéaire, mais bon ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Conception de l'alimentation

L'alimentation linéaire est très simple:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Les LED facilitent le débogage et aident à garantir que les rails sont en régulation dans des conditions à vide. Au moment où j'ai fait cela, j'ai pris des mesures pour les exigences actuelles, mais j'ai oublié les résultats et je ne trouve pas mes notes sur ce projet. Les transformateurs sont capables de 133mA (+ 12V et -12V chacun) et 425mA (+ 5V) respectivement. Je me souviens que ma conception n'avait pas beaucoup de marge, alors peut-être que ces chiffres vous aident.

Le circuit d'alimentation dans votre question me semble acceptable (même si je n'ai pas exécuté les chiffres). C'est similaire, sauf qu'il utilise un seul transformateur et dérive le + 5V du rail + 12V. Je m'attendrais à ce qu'il fonctionne très bien, assurez-vous simplement que le transformateur peut fournir suffisamment de courant pour alimenter les + 12V et + 5V sur une jambe. Rechercher comment dimensionner le transformateur et les condensateurs; il devrait y avoir beaucoup d'informations à ce sujet. Ces réponses peuvent être un bon point de départ.

L'implémentation est plus compliquée que le schéma, car je devais me contenter des pièces que j'avais autour. En particulier, le rail 5V est alimenté par deux transformateurs qui sont mis en parallèle après leurs ponts, et j'ai dû utiliser des condensateurs en série (avec des résistances d'équilibrage) sur les rails ± 12V pour obtenir la tension nominale appropriée (la sortie du transformateur redressée est comme 24VDC à la terre dans des conditions à vide).

Notes de configuration du test

Veuillez noter que ma configuration de test est probablement terrible. Aucune de mes prises de courant n'a de terre de sécurité (je sais ☹ ...), donc ma référence à la terre pour ces mesures était un fil relié aux tuyaux de chauffage central (qui sont métalliques et mis à la terre au radiateur central). De plus, il y avait des fils assez longs partout pour capter le bruit, etc.

Les formes d'onde ont été capturées à l'aide d'un Rigol DS1104Z; les mesures du multimètre ont été effectuées à l'aide d'un EEVBlog 121GW (j'ai d'abord essayé mon Fluke 17B +, mais c'est terrible à mesurer> 500Hz AC).

Pour les tests, je n'ai testé que le canal 1 du FY3200S. Sa sortie a été réglée sur une onde sinusoïdale de 10 Vpp 1 kHz. J'ai également effectué tous les tests avec une onde carrée de 10 Vpp 1 kHz, mais cela n'a donné aucune nouvelle information, donc ces résultats ont été omis. J'ai également utilisé un signal 0V DC pour les mesures de bruit PSU.

Des mesures

Dans les résultats ci-dessous, j'ai toujours le bloc d'alimentation à découpage d'origine à gauche et le bloc d'alimentation linéaire de remplacement à droite.

Forme d'onde

D'abord une capture de la forme d'onde de test. Semble propre, aucune différence entre les blocs d'alimentation.

Bruit de commutation PSU

Le générateur de signaux étant configuré pour générer un "signal" 0 V CC, il s'agit d'une capture du signal (50 mV / div, 5 µs / div). L'image de gauche montre une ondulation de commutation à environ 37 kHz, ce qui est absent sur l'image de droite:

Un gros plan de l'ondulation de commutation (50mV / div, 50ns / div). L'image de gauche montre l'ondulation de commutation. La bonne image semble juste avoir un bruit aléatoire (que parfois la portée déclenche, parfois pas):

Mesures de forme d'onde

Le multimètre a mesuré l'onde sinusoïdale à 3,515 VAC RMS (fonctionne pour 10 Vpp), à 999,9 Hz.

L'onde carrée mesurait 4,933 VCA RMS (assez proche), à ​​999,9 Hz.

Il n'y avait pas de différence significative entre les deux UPE.

Décalages CC

Le décalage CC dans le signal a été mesuré avec le multimètre en mode CC. Résultats:

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

Il y a une petite différence en faveur de l'alimentation à commutation. Je soupçonne que cela pourrait être causé par une asymétrie dans les régulateurs linéaires 7812/7912 que j'ai utilisés pour le bloc d'alimentation linéaire, mais je n'ai pas enquêté davantage.

Tension de fuite à la terre

C'est le cœur de la question et la raison la plus courante pour remplacer le bloc d'alimentation dans ces générateurs de signaux. Il a été mesuré en connectant l'oscilloscope ou le multimètre entre ma référence à la terre (tuyaux de chauffage central) et la terre du générateur de signaux. Le signal de sortie du générateur de signal lui-même (sinus 10 Vpp 1 kHz) n'a pas été connecté.

De toute évidence, le bloc d'alimentation linéaire présente toujours une fuite à la terre en raison du couplage capacitif dans les transformateurs et peut-être du câblage, mais il semble meilleur que le bloc d'alimentation de commutation (à la fois l'image 50 V / div, 5 ms / div):

Les mesures du multimètre confirment que la tension terre à terre en circuit ouvert est en effet inférieure pour le bloc d'alimentation linéaire (39VAC RMS) que le bloc d'alimentation de commutation (92VAC RMS):

Courant de fuite à la terre

Mais la vraie différence réside dans le courant de fuite à la terre; à 5,5 µA, je suis légèrement déçu des performances du bloc d'alimentation linéaire ici, mais c'est deux fois mieux que le bloc d'alimentation à 334 µA!

Conclusion de toutes sortes

Donc voilà. Ces choses viennent avec une alimentation électrique merdique. J'ai peu confiance en sa sécurité et un courant de fuite de ~ 0,3 mA peut gâcher votre journée sur des circuits sensibles. Et d'après ce que j'ai lu en ligne, certains spécimens présentent un courant de fuite> 1mA.

Cependant, le remplacement du bloc d'alimentation par une alimentation linéaire peut grandement améliorer cela, et cela peut être un petit projet amusant. J'ai utilisé des alimentations linéaires pour chaque rail (ce qui facilite également l'élimination de l'ondulation de commutation), mais j'ai entendu parler d'autres utilisant des convertisseurs DC-DC pour dériver les rails nécessaires à partir d'une seule alimentation externe 12VDC ou 5VDC.

Si vous souhaitez suivre cette voie, pensez également à ce que vous aimeriez faire avec le port USB, qui n'est pas isolé.

Au final, avec mon bloc d'alimentation linéaire de remplacement, les résultats semblent acceptables. Aucune ondulation de commutation, courant de fuite de 5µA, terre à la terre en circuit ouvert de 30VAC (ce qui est toujours quelque chose à faire attention). Ce n'est pas parfait, mais pour <100 $, c'est bien au niveau du passe-temps.

Qualité du signal à des fréquences plus élevées

Dans votre dernier montage, vous avez ajouté "... jusqu'à environ 10 MHz". Attention, ces générateurs de signaux bon marché ne sont pas excellents à des fréquences plus élevées. Si vous avez besoin, par exemple, de bonnes ondes carrées à 10 MHz, vous devrez probablement dépenser plus d'argent. J'ai ajouté quelques captures de l'onde carrée FY3200S 10 Vpp à 10 kHz, 1 MHz, 6 MHz et 10 MHz:

Je ne sais même pas ce qui se passe à 10 MHz. Peut-être que la fréquence du synthétiseur n'est pas divisible de manière égale par 10 MHz, donc toutes les impulsions carrées ne sont pas de même longueur, ce qui conduit aux images fantômes que vous pouvez y voir.

Les ondes sinusoïdales sont plus faciles, donc elles ont l'air beaucoup mieux, mais aux fréquences plus élevées, elles montrent également de petites distorsions.

Aussi bas que cela puisse paraître, je recommande d'utiliser deux blocs au lithium 9V. C'est simple, bon marché, portable, sans artefacts de convertisseur secteur ou buck. Et il peut rester sur votre étagère pendant des années et ne fonctionne que lorsque vous en avez besoin - n'importe où.

Pour vos assertions originales,

AD1, l'isolement galvanique est la norme, disons que vous le mettez hors tension avec un plug-pack de sortie DC, qui aura un transformateur secteur à l'intérieur de la partie qui colle dans la fiche suivi d'un redresseur et d'un condensateur, tant que votre source DC est non référencé à la masse comme une alimentation d'ordinateur, la tension continue peut flotter dans des limites raisonnables (généralement + -500 V par rapport à la masse du réseau max, sauf indication contraire)

AD2, pour une faible complexité, alors oui, vous pouvez utiliser cet arrangement pour rectifier un rail d'alimentation positif et négatif. Il existe de nombreuses façons de le faire avec des modes de commutation également, mais à moins que vous ne vouliez plus d'informations à ce sujet, je m'en remettrai aux transformateurs.

Maintenant que j'ai clarifié qu'une alimentation CC peut être isolée galvaniquement de la tension secteur, je devrais couvrir la partie suivante, votre commentaire sur le FY3200S, c'est un effet secondaire d'être isolé du secteur, les alimentations à découpage tout comme les alimentations linéaires peuvent être construit pour être isolé,

Le problème est que la chose reliant les 2 côtés, par exemple le transformateur lui-même, que ce soit un transformateur 60Hz pour une alimentation linéaire, ou un transformateur de fréquence plus élevée pour un mode de commutation, Il a un peu de capacité entre les 2 enroulements, cette capacité généralement finit par laisser environ la moitié de la tension secteur à un très faible courant superposé aux côtés isolés "masse", c'est ce que je peux voir en parcourant cette liaison vidéo, les alimentations linéaires ont le même problème.

Je dois également souligner qu'il dit que "100uA" et non 50mA, 50mA serait mortel pour n'importe qui.

Et juste pour être complet, le schéma que vous avez utilisé montre la masse du secteur liée à la masse de sortie pour cette raison, mais irait à l'encontre de votre souhait d'isolation galvanique.La vraie solution est de connecter votre fil de référence avant de connecter votre signal

L'approche paresseuse pour la réduire est généralement une résistance de 100K ou 1 méga-ohm entre la masse de sortie et la masse du secteur, de cette façon l'amplitude du secteur superposé est plus faible, tout en pouvant être retirée de ce point si nécessaire.

Parfois, la force brute a ses attraits.

Il existe une classe de transformateurs appelés transformateurs d'isolement. Ils sont destinés à faire exactement ce que vous voulez en isolant complètement l'appareil du secteur.

Si vous allez sur Digi-key et utilisez leur fonction de recherche, vous pouvez trouver un transformateur d'isolement de 50 VA 120/240 à 120 VAC pour moins de 20 $.

Une autre façon de réaliser l'isolement est d'utiliser un générateur de fonction ordinaire et de mettre le transformateur d'isolement à la sortie. Sur des gammes de fréquences étroites, les transformateurs sont faciles à construire. À mesure que la gamme de fréquences s'élargit, il devient plus difficile de fabriquer un transformateur d'isolement du signal.

Les alimentations linéaires font également beaucoup de bruit à haute fréquence en raison des harmoniques des fréquences du secteur qui sont générées dans les redresseurs de puissance. Ces harmoniques sont généralement présentes et mesurables dans des systèmes jusqu'à environ 20 MHz. Ils sont souvent visibles dans les rapports EMI des produits pour les alimentations linéaires et les commutateurs. Les harmoniques sont réduites en utilisant des redresseurs de puissance avec des vitesses de commutation plus rapides. Les redresseurs plus rapides stockent moins de charge. Le mécanisme de création des hautes fréquences est que le courant du redresseur se coupe rapidement après que la charge stockée dans la diode est épuisée par le courant inverse. Le courant inverse circule pendant une courte période lorsque la diode s'éteint.

Ce changement rapide du courant de diode pendant l'arrêt peut générer des fréquences encore plus élevées. Par exemple, des diodes spécialisées qui se détachent rapidement sont utilisées pour générer des signaux micro-ondes. Ils sont appelés diodes de récupération par étapes.

Ces hautes fréquences passeront par de petites capacités qui franchissent la barrière d'isolement. Dans les systèmes audio, cela peut entraîner un bourdonnement qui peut être difficile à éliminer.

Pour toute personne intéressée, je suis tombé sur plus d'informations sur Internet.

Voici la page Web qui explique la construction d'une alimentation linéaire pour l'appareil: https://sdgelectronics.co.uk/feeltech-fy3200s/

Et voici trois vidéos sur le produit, la seconde également sur l'alimentation linéaire:

https://youtu.be/9o5MzTOzZo4

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

https://youtu.be/HqF_1y3U_qg