Проблемы управления реле МК. Помехи от МК для аудиосигнала

[Гость ruslan-sbor]

:smile: В следующий раз приму к сведению.

Кстати вопрос. У Atmega 8 есть ноги 7-VCC, 8-GND, 22-GND, 21-AREF, 20-AVCC. То есть 2 земли и 2 "плюса". Я подвклбчил питание к 22 и 20 ноге, а может стоило иначе?

[Yamazaki]

AVCC это питание аналоговой части (в данном случае АЦП). Если АЦП задействован, для понижения помех ставят на AVCC отдельный RC-фильтр. В вашем случае земля подключается на 8-GND, 22-GND, питание - напрямую на 7-VCC, 20-AVCC.

 

Мне стало не понятно, мне нужно эти входы подтягивать к потенциалу источника питания или они сами собой подтянутся?

В атмеге есть свои подтягивающие резисторы, включаются ассемблерной командой (обсуждали тут https://forum.datagor.ru/index.php?showtopic=9456 ), но лучше использовать внешние, т.к. встроенные имеют слишком большой номинал, вход получается не слишком помехозащищенный.

[Гость alvis]

Оно не само собой получается, это плод труда высококвалифицированных инженеров.

Вот именно к ним (точнее к нему, человеку, который всю жизнь разрабатывает метрологические устройства подобного плана) я и отправился, с вопросом,процитировав Вашу фразу

На тех частотах, на которых работает МК, этот дроссель уже не дроссель и ничего не сглаживает.

Эх, с каким азартом он полювался огнём... :smile:

Самой приличной фразой, которую можно здесь частично процитировать, было "ты где этой ... набрался?", бо, я уже подходил к нему с подобным вопросом по поводу своего контроллера для "Динамита"...

Вот тут и пошли примеры по поводу пикоампер. :smile:

[Yamazaki]

Александр, ваш товарищ может обплеваться хоть огнем, хоть серной кислотой, но это несомненный факт - реальная катушка никогда не соответствует идеальной модели индуктивности.

Более реалистичное приближение из аппликухи 363-1 компании Coilcraft:

Частота SRF, выше которой катушка теряет индуктивные свойства, может достигать, даже гигагерца и более, но у катушек реле, специально не спроектированных под высокие частоты, она легко может быть гораздо меньше. У меня конечно нет гигагерцевого осциллографа, чтобы продемонстрировать вам на осциллограммах сдвиг фазы в зависимости от частоты, но если у вас есть поблизости метролог с доступом к крутому оборудованию, он мог бы и сам провести такой эксперимент, хотя бы ради интереса.

 

 

Добавлено после раздумий:

С Википедии:

Паразитная емкость и собственный резонанс

 

Межвитковая паразитная емкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка эквивалентно представляет собой идеальную индуктивность, включенной последовательно с резистором активного сопротивления обмотки с присоединенной параллельно этой цепочке паразитной ёмкостью (см. рис). В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостный. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

[Гость ruslan-sbor]

Итак, после переработки прикрепил схему. Что нового:

1. Добавились резисторы R1-R8 по 4,7 кОм, подтягивающие ноги МК к потенциалу источника питания.

2. Добавились оптопары U1-U8 с резисторами по 330 Ом.

Буду рад услышать замечания/предложения к схеме :smile:

[Yamazaki]

Руслан, у оптопар есть такой параметр как коэффициент передачи (в даташите current transfer ratio), и для выбранной tlp621 он может быть от 0,5 до 6. Это значит, что при токе через светодиод 20мА (максимальная нагрузка для одного выхода атмеги) ток через фототранзистор может составлять в худшем случае 0,5*20=10мА при 5В питании. Коэффициент от экземпляра к экземпляру различается в указанных пределах, вполне возможно такое, что выход оптопары не сможет дать необходимый ток, понадобится добавить ещё каскад усиления.

При наличии резистора 330 Ом ток через светодиод будет равняться (5-1.15)/330=11мА, ток через фототранзистор для худших экземпляров может не превышать 5.5мА.

Изменено 26 Мая, 2014 в 18:44 пользователем yamazaki

[Гость ruslan-sbor]

Сергей, спасибо большое за как всегда развернутый ответ :smile:

Но меня терзают смутные сомнения.

1. Согласно даташита на Atmega 8 максимальный выходной ток с ноги может составлять аж 40мА, но никак не 20мА.

2. Коэффициент передачи тока для оптопары действительно меняется в широких пределах, но во-первых его можно сузить выбором приписки "GB" к обозначению, а во-вторых это ж все-таки полупроводник и конечно его свойства зависят от многих параметров (кстати странно, но в даташите на TLP621 я не нашел графика зависимости коэффициента передачи от разных параметров). Короче мне кажется, что коэффциент 0,5 не очень реалистичен, если конечно оптопару не греть и так далее.

3. В селекторе я буду использовать реле Takamisawa RY-5W-K. При напряжении срабатывания в 5 вольт и сопротивлении катушки 165 Ом, ток выходит 5/165=30мА. То есть МК может такой ток обеспечить даже без дополнительного транзистора. Максимальный ток коллектора фототранзистора оптопары равен 50мА, то есть хватает с запасом.

4. Учитывая коэффициент передачи равным 1 и потребный ток для реле в 30мА, выходит, что для светодиода надо также обеспечить ток в 30мА, то есть резистор будет (5-1,15)/30=128 Ом.

 

Кстати резисторы в 4,7 кОм на кнопках не шибко много?

Изменено 27 Мая, 2014 в 04:40 пользователем ruslan-sbor

[Wal]

Друзья, всем привет! Есть не большой вопрос.

 

В селекторе аудио входов/выходов планирую применять реле, управляемые сигналами от микроконтроллера. То есть конкретно с некоторой ноги некоторого порта подавать управляющий сигнал на обмотку реле.

Но мы прекрасно знаем, что ядро микроконтроллера может генерить помехи, как и любая цифровая микросхема, а обмотка реле по сути - такой же трансформатор, находящийся к тому же близ сигнальных контактов релюхи. Отсюда вопрос: как лучшим образом обезопасить сигнальный аудио тракт от такой возможной неприятности?

 

Спасибо!

Мне кажется или проблема какая-то надуманная?

Трансформатор - это фигня как минимум с двумя обмотками. Где у реле вторая обмотка? Что и куда будет трансформироваться?

Да и работает трансформатор с переменным током (так уж устроен), а обмотки реле коммутируются постоянным напряжением.

Если и будут какие-то наводки на сигнальный тракт в моменты переключения реле, то вы их скорее всего не заметите.

 

МК работает на мегагерцах, их мы по определению не слышим. Да и мегагерцы бегают внутри и в непосредственной близости от МК.

На портах управления реле их быть не должно.

 

Разумные методы защиты: 1. разнести плату контроллера и плату с реле на максимально возможное расстояние. 2. заэкранировать плату контроллера. 3. использовать реле в металлическом корпусе (были такие советские).

 

У меня используется регулятор громкости Никитина с управлением от МК. Никаких помех не замечаю.

Повторили конструкцию около десятка радиолюбителей. Никто не жалуется.

[Гость ruslan-sbor]

Валерий, Вам кажется :smile:

 

1. Таки да, трансформатор это фигня с двумя обмотками, но кто Вам сказал, что "второй обмоткой" не может быть дорога на плате или проводник. Если б электромагнитное поле транса распространялось строго между его обматками, то фоновых шумов от транса мы б не слышали. В любом мало-мальски серьезном аудио устройстве транс лучше размещать сантиметрах в 15 от сигнальной части или при невозможности - возводить металлическую перегородку, соединенную с корпусом. Это я к тому, что обмотка реле очень даже может послужить обмоткой трансформатора.

 

2. Про постоянное напряжение я в курсе. И то что с ним транс не работает я тоже знаю. Но я гвоорю про помеху, которая вообще говоря, кроме как переменной, другую природу и иметь не может.

 

3. Совершенно точно - мегагерцы. Но а как быть с интермодуляционными искажениями? Обратите внимание на практически любой ЦАП. В каждом из них применяется ФВЧ, необходимый для удаления разного мусора в высокочастотной области после оверсэмплинга и работы цифровых схем, а частоты там повыше мегагерца будут. А то что не должно в теории и что что бывает по факту - разные вещи.

 

4. Платы с МК и реле и так будут разнесены.

 

5. Применять советсткие реле самая не разумная вещь, пусть даже в железном корпусе, потому что кроме как для елочных гирлянд они не годятся никуда. Проблема тут в деградации свойств металла контактов, который начинает со временем обладать в некоторой степени полупроводниковыми свойствами. Если хотите сузить динамический диапазон и испортить АЧХ - пожалуйста.

[Гость alvis]

несомненный факт - реальная катушка никогда не соответствует идеальной модели индуктивности.

Не, а кто-ж с этим спорит? И при чём тут это вообще? Речь идёт о том, что те наводки, которые могут возникнуть при работе микроконтроллера и непонятно каким образом пролезут в порт, к которому подключено реле, будут успешно подавлены на корню. (накрайняк, можно какие-то пикушки на землю бросить, для верности)

[Wal]

Валерий, Вам кажется :smile:

 

1. Таки да, трансформатор это фигня с двумя обмотками, но кто Вам сказал, что "второй обмоткой" не может быть дорога на плате или проводник. Если б электромагнитное поле транса распространялось строго между его обматками, то фоновых шумов от транса мы б не слышали. В любом мало-мальски серьезном аудио устройстве транс лучше размещать сантиметрах в 15 от сигнальной части или при невозможности - возводить металлическую перегородку, соединенную с корпусом. Это я к тому, что обмотка реле очень даже может послужить обмоткой трансформатора.

Для повышения коэффициента связи между обмотками в трансформаторах используется сердечник и/или катушки мотаются одна на другую. Обмотка реле и дорожка платы размещённая под углом да ещё и на расстоянии будут иметь весьма незначительную связь. уж точно до трансформаторной далеко.

2. Про постоянное напряжение я в курсе. И то что с ним транс не работает я тоже знаю. Но я гвоорю про помеху, которая вообще говоря, кроме как переменной, другую природу и иметь не может.

Ну из курса физики известно, что наведённое напряжение зависит кроме всего прочего от длины проводника. Какая длина контактов реле? Больше имеет смысл загнаться уменьшением длины дорожек до реле.

3. Совершенно точно - мегагерцы. Но а как быть с интермодуляционными искажениями? Обратите внимание на практически любой ЦАП. В каждом из них применяется ФВЧ, необходимый для удаления разного мусора в высокочастотной области после оверсэмплинга и работы цифровых схем, а частоты там повыше мегагерца будут. А то что не должно в теории и что что бывает по факту - разные вещи.

Для фильтрации таких помех на входе любого приличного усилителя ставят фильтр. Всего две детали: резистор и конденсатор. Кстати, многие самодельщики в ЦАПах, которые эксплуатируются с ламповыми усилителями, выходные фильтры исключают. Характеристики (особенно фазовые) у них не очень, а ВЧ-помехи отлично отфильтрует выходной транс уся.

5. Применять советские реле самая не разумная вещь, пусть даже в железном корпусе, потому что кроме как для елочных гирлянд они не годятся никуда. Проблема тут в деградации свойств металла контактов, который начинает со временем обладать в некоторой степени полупроводниковыми свойствами. Если хотите сузить динамический диапазон и испортить АЧХ - пожалуйста.

Если маньячить до конца :smile: , то предлагаю снять металлические крышки с совковых реле и одеть их на современные.

[Yamazaki]

1. Согласно даташита на Atmega 8 максимальный выходной ток с ноги может составлять аж 40мА, но никак не 20мА.

2. Коэффициент передачи тока для оптопары действительно меняется в широких пределах, но во-первых его можно сузить выбором приписки "GB" к обозначению, а во-вторых это ж все-таки полупроводник и конечно его свойства зависят от многих параметров (кстати странно, но в даташите на TLP621 я не нашел графика зависимости коэффициента передачи от разных параметров). Короче мне кажется, что коэффциент 0,5 не очень реалистичен, если конечно оптопару не греть и так далее.

3. В селекторе я буду использовать реле Takamisawa RY-5W-K. При напряжении срабатывания в 5 вольт и сопротивлении катушки 165 Ом, ток выходит 5/165=30мА. То есть МК может такой ток обеспечить даже без дополнительного транзистора. Максимальный ток коллектора фототранзистора оптопары равен 50мА, то есть хватает с запасом.

1)Точно, вы правы, нашел в даташите: абсолютный максимум для каждой ножки 40мА. И там же: максимальный ток через пины Vcc и GND - 200мА.

И на всякий случай ещё такое ограничение:

"Хотя каждый пин может выдать больший ток, чем тестовый (20ма для питания 5В и 10ма при питании 3В) в установившемся режиме, должно соблюдаться следующее:

* Сумма токов нагрузки всех портов не более 300мА

* С0-С5 -сумма токов нагрузки не более 100мА

* B0 - B7, C6, D0 - D7 и XTAL2 -сумма токов нагрузки не более 200мА"

Если 8 оптопар кушают по 30мА, получается 240, а ещё светодиоды индикации...

 

2)В конце концов, если религия не позволяет приделать несколько транзисторов, оптопары можно просто отобрать по току, конструкция же не массового производства.

В этом контексте я дико тащусь от мощных полевых фотореле, например IR выпускает релюху PVN012a, которая коммутирует до 6А постоянного тока, а управляется обычным светодиодом. Конечно, для данного проекта они слишком дороги, но вообще штука крутая.

 

3) Реле царские :smile:

 

Кстати резисторы в 4,7 кОм на кнопках не шибко много?

Нормально. Например, встроенные там от 20 до 50кОм (видимо, технология не позволяет сделать величину точнее)

 

Добавлено после раздумий:

Стоп, а зачем так много реле на схеме? Они же сдвоенные, неужели 8 входов будут задействованы?

 

Добавлено после раздумий:

Кажется, я какую-то фигню сморозил :smile: это ж коммутатор, реле не все одновременно будут работать. Значит тока хватит!