¿Por qué se cruzan dos temporizadores 555 en subcircuitos separados? (Poltergeist in the Breadboard)

Question

Como introducción a la electrónica, estoy siguiendo el libro de Charles Platt Marca: Electronics (2ª edición).

Todos los circuitos funcionaban como se esperaba, hasta que Experimento 17: Establece tu tono .

En circuito en figure 4-37 (página 163), dos 555 timers se utilizan en modo astable (como osciladores). La salida del primer temporizador (baja frecuencia) se conecta al pin de control del segundo temporizador (audiofrecuencia), para generar un sonido de sirena... ¡al menos supuestamente!

Ejemplo mínimo

Me he enfrentado a diferentes " sorprendente " con este circuito, y mientras intentaba salir de esta situación, extraje el ejemplo mínimo que se muestra a continuación:

Este circuito tiene dos 555 timers en modo astable montados como subcircuitos separados en la misma protoboard. (Los llamo separados porque, por lo que sé, sólo comparten los raíles de alimentación). El temporizador izquierdo debe tener una frecuencia ~1/10 del temporizador derecho (gracias a la izquierda discharge resistor siendo 100K, comparado con 10K a la derecha)

Este comportamiento es el que observo si sólo proporciono energía a un temporizador a la vez. Pero si conecto ambos al mismo tiempo (como se muestra en la imagen anterior), entonces ocurre algo que no puedo explicar:

• Ambos empiezan a parpadear en sincronía, a una frecuencia alta (pero no exactamente la frecuencia del segundo temporizador, sino algo más alta).

No puedo ver cómo esos dos subcircuitos separados pueden hablar... Y desde mi comprensión de experimento 17 del libro se supone que no.

Preguntas

• ¿Hay un ser malicioso viviendo dentro de la protoboard, y cómo debería llamarlo?

• Si no, ¿cuál es la explicación racional de este comportamiento?

Detalles adicionales:

• Proporciono 9V a través de algún transformador universal que proporciona un voltaje bastante estable.
• Los temporizadores están marcados 99AG7ZM NE555P
• El condensador cerámico en serie con el pin de control es de 0,01F (marcado: 103), como recomienda el libro.
• El condensador electrolítico es 10F 25V
• He probado a sustituir ambos temporizadores por otros (exactamente el mismo modelo), con el resultado de exactamente el mismo comportamiento.
• Inicialmente, construí los dos subcircuitos muy cerca, y probé otra construcción con más distancia (como las fotos en el post).

Medidas

La medición de la tensión a través del condensador electrolítico (de temporización) da un valor que oscila entre ~3,1V y ~6V en cada subcircuito, que es exactamente lo que se espera. Es cierto cuando sólo hay un subcircuito conectado al bus de alimentación .

Medición de la tensión del mismo condensador en el subcircuito izquierdo cuando AMBOS temporizadores están conectados al bus de alimentación da una tensión estable ~3,27V (apenas oscila entre 3,265 y 3,275). Tampoco puedo explicarlo (aunque sospecho que se trata del mismo problema).

Primeros planos

Aquí hay un primer plano del subcircuito izquierdo:

Y el subcircuito correcto:

Answer 1

¿Por qué dejaste fuera el C3?

De Make: Electronics (1ª edición) de Charles Platt:

Todo tiene una razón de ser en un circuito electrónico (y Platt explicó por qué es necesario). Usted lo ha aprendido por las malas.

De la p155:

Ajusta tu fuente de alimentación para que suministre 9 voltios. Será conveniente para este experimento que suministre positivo por el lado derecho y negativo por el lado izquierdo de la protoboard, como se sugiere en la Figura 4-14. C3 es un condensador grande, de al menos 100 µF, que se coloca a través de la fuente de alimentación para suavizarla y proporcionar un almacén local de carga para alimentar los circuitos de conmutación rápida, así como para proteger contra otras caídas transitorias de tensión. Aunque el 555 no es especialmente de conmutación rápida, otros chips sí lo son, y deberías acostumbrarte a protegerlos.

Los comentarios y otras respuestas han dicho que deberías usar un condensador de desacoplamiento de 0,1µF. Puede intentarlo, pero parece que tiene un cable de alimentación largo y Platt ha recomendado 100µF. Así que empieza por poco y ve aumentando, como en el experimento.

Para que funcione, tendrás que enlazar los circuitos a través de R7. IC1 enciende IC2.

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¿Por qué Charles Platt omitió el C3 en su segunda edición?

De la p99 de Make: Electronics (2ª edición) de Charles Platt:

Un adaptador universal como el de la Figura 3-1 es la opción más versátil, ya que proporciona una gama conmutable de salidas. Suelen ser de 3V, 4,5V o 5V, 6V, 9V y 12V. Los adaptadores universales están pensados para alimentar dispositivos pequeños como grabadoras de voz, teléfonos y reproductores multimedia. Puede que no ofrezcan una salida de CC perfectamente suave o precisa, pero deberías ser capaz de suavizar la potencia tú mismo con un par de condensadores, como ilustraré cuando lleguemos a un proyecto que utilice el adaptador.

No estoy seguro de que lo haga más adelante en el libro. Considera cuatro fuentes de energía: Batería de 9V; adaptador universal con condensadores suavizantes; adaptador fijo con regulador de 5V; y una fuente de alimentación de sobremesa. Afirma que una de las tres últimas es esencial. Lo más probable es que la pila de 9V se descargue, lo que afecta al buen funcionamiento de los circuitos.

Está considerando fuentes de alimentación de mejor calidad, por lo que elimina la necesidad de condensadores de desacoplamiento. Esto realmente depende de la implementación de los usuarios de la fuente de alimentación y el cableado. No descarta los condensadores de desacoplamiento, sino que distingue entre fuentes de alimentación buenas y otras de peor calidad.

10µF o 22µF en la entrada de alimentación y el circuito apretado ayudará a pesar de todo. 0.1µF además no lastimaría.

Answer 2

Cuando los osciladores funcionen y enciendan y apaguen los LED, crearán ondulaciones de tensión en la fuente de alimentación a medida que cambie la demanda de corriente.

Estas ondulaciones de tensión pueden provocar el funcionamiento incorrecto de otros dispositivos en el mismo carril de alimentación.

Como se menciona en los comentarios, añade un condensador de desacoplamiento a través de los pines de alimentación en cada uno de los temporizadores 555. Un valor de 0.1uF debería ser suficiente. Conéctalos lo más cerca posible de los pines de alimentación del 555.

Esto suavizará las ondulaciones que puedan estar afectando a tu circuito.

Answer 3

Ambos están conectados a la misma fuente de alimentación con cables largos. Los cables tienen inductancia.

Los osciladores 555 oscilan y cuando conmutan de estado pueden recibir un pico de corriente corto pero alto de la fuente de alimentación.

Como la inductancia impide las corrientes de alta frecuencia, la tensión de alimentación de los chips puede bajar cada vez que conmutan.

Las caídas en la tensión de alimentación son comunes a ambos chips, por lo que su funcionamiento se ve afectado por las caídas de tensión, independientemente del chip que haya causado la caída.

El efecto es similar al de, por ejemplo, dos metrónomos que funcionan en perfecta sincronía sobre una mesa tambaleante que actúa como plataforma vibratoria común para ambos metrónomos.

La fuente de alimentación también puede ser una fuente de alimentación conmutada que puede causar ondulación de tensión de alta frecuencia para los chips.

Las barras colectoras de la protoboard también tienen inductancia y capacitancia parásitas entre ellas.

Lo más importante es que los chips no tienen condensadores de derivación de la fuente de alimentación entre sus pines de tensión de alimentación, que actuarían como un almacenamiento de energía local para evitar que el suministro local tenga una caída cuando el chip necesita un pulso de corriente rápidamente. Incluso un 10nF en cada chip serviría, lo mejor es probar con un 100nF en cada chip, y tal vez un 10 a 100 uF en la entrada de alimentación de la protoboard para el almacenamiento a granel.

Answer 4

No hay poltergeist en la protoboard, el poltergeist es la protoboard y son notorios por sus valores parásitos que pueden crear dolores de cabeza para los diseñadores .

El circuito tiene este aspecto:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

La resistencia y la inductancia proceden de los raíles de la protoboard, por no mencionar los nF de capacitancia cruzada entre los raíles y otros raíles. La inductancia se estimó, podría y probablemente es mucho más. La inductancia es lo que mata el circuito, porque cuando cualquiera de los temporizadores necesita energía, la inductancia de la protoboard la bloquea momentáneamente (probablemente en microsegundos). Esto significa que realmente necesitas un osciloscopio para comprobar si hay caídas de tensión en los raíles y se necesita un condensador de bypass.

Answer 5

Me gustaría sugerirle que eche un vistazo a este vídeo de EEVBlog Es un excelente profesor y tiene toda una serie de vídeos sobre condensadores de bypass.