Prawa Murphy’ego rządzą!

Pytanie:

Dlaczego moje wzmacniacze i przetworniki nie pracują poprawnie w opisanym obwodzie?

Odpowiedź:

Prowadząc zajęcia dla początkujących „Analogowe układy scalone: jak o nie dbać”, często słyszę pytania tego typu. Osoba zadająca pytanie jest zaskoczona, gdy proszę o więcej szczegółów przed udzieleniem odpowiedzi – zupełnie, jakby określenie „opisany obwód” zawierało wszystkie potrzebne mi informacje.

Doświadczenie pokazuje, że gdy układ opisany w karcie katalogowej lub w nocie aplikacyjnej zachowuje się niezgodnie z oczekiwaniami, rzadko jest to wina samego układu. Problemy wynikają praktycznie zawsze z tego, że obwód nie został zrealizowany zgodnie z dokumentacją i stanowią przejaw prawa Murphy’ego. Prawo to w najprostszej postaci mówi: „Jeśli coś może pójść źle, pójdzie źle”. Wolę jednak przedstawiać je w innej formie: „Prawa fizyki działają zawsze, nawet gdy nie zwracamy na nie uwagi”.

Opisany projekt obwodu przyjmuje kilka założeń: źródło zasilania będzie pozbawione zakłóceń i skutecznie odsprzężone w zakresie niskich i wysokich częstotliwości, o niskiej impedancji i odpowiedniej wartości napięcia. Również impedancja źródła i obciążenie będą odpowiednie dla danego zastosowania, a komponenty pasywne będą dokładnie takie, jak podano w ich specyfikacji. Otoczenie nie będzie wprowadzać szumów do obwodu, a przyrządy pomiarowe będą pracować poprawnie.

Choć inżynierowie zazwyczaj utrzymują, że chcą rozwiązać swój problem, czasem trudno jest skłonić ich do podania szczegółów potrzebnych do diagnozy. Ważna jest znajomość spodziewanej impedancji źródła i obciążenia. Jeśli źródło zasilania nie jest idealne, jeśli środowisko pracy zawiera szumy magnetyczne, elektrostatyczne, elektromagnetyczne lub nawet akustyczne, jeśli komponenty mają pasożytniczą reaktancję, dużą wrażliwość termoelektryczną, piezoelektryczną lub fotoelektryczną, albo też wydzielają moc większą od dopuszczalnej – wszystkie te przyczyny mogą być źródłem problemów. Ważne jest również to, jaki sprzęt pomiarowy jest używany i czy został sprawdzony pod kątem poprawnej pracy. W praktyce w wielu przypadkach pytam o te kwestie i albo kontakt urywa się całkowicie, albo otrzymuję odpowiedź „udało nam się to rozwiązać”. Co oznacza, że sprawdzenie tego typu szczegółów pozwoliło znaleźć przyczynę problemu.

W poprzednich artykułach z tej serii* omawiałem odsprzęganie zasilania, szumy otoczenia i inne niespodziewane właściwości prostych komponentów. Zachęcam wszystkich, którzy napotykają się na nieoczekiwane zachowania obwodu, do sprawdzenia systemu zgodnie ze wskazówkami zawartymi w tych artykułach.

Jeśli system nie działa, a obwód wygląda tak samo, jak ten na diagramie, dobrze jest przeprowadzić proste testy zachowania tak wielu komponentów, jak to możliwe. Często można to zrobić od ręki przy pomocy multimetru cyfrowego i oscyloskopu. Należy sprawdzić, czy napięcia w każdym węźle są zgodne z oczekiwaniami i czy system nie oscyluje. Jeśli natomiast powinien oscylować, warto dodatkowo sprawdzić częstotliwość tych oscylacji, amplitudę i kształt przebiegu. Wystarczy też dotknąć każdego komponentu, aby sprawdzić, czy żaden nie jest zbyt gorący. Warto również sprawdzić niepoprawne luty, które cechują się wysoką impedancją.

Zawsze lepiej sprawdzić wszystko, zgodnie z zasadą ograniczonego zaufania. To dotyczy też przyrządów testowych – z reguły zakładamy, że pracują poprawnie, ale wcale nie musi tak być. Straciłem kilka godzin, próbując ustalić, dlaczego mój alternator generował jedynie prąd 500 mA zamiast ponad 20 A. Okazało się, że jedno z wyprowadzeń mojego miernika prądu miało rezystancję ponad 25 Ω z powodu słabego lutu i problemem był tylko przyrząd pomiarowy, a nie alternator sam w sobie.

Dopiero po upewnieniu się, że nie mamy do czynienia z przejawami prawa Murphy’ego, można rozpocząć analizę samego obwodu.

________________
* Inne artykuły tego autora można znaleźć na stronie http://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs.html (przyp. red.)

O autorze

James Bryant

James Bryant był kierownikiem ds. aplikacji w firmie Analog Devices w Europie od 1982 roku. W roku 2009 przeszedł na emeryturę, jednak nadal pisze teksty i udziela konsultacji dla firmy. Otrzymał dyplomy z fizyki i filozofii Uniwersytetu W Leeds, a także jest inżynierem i członkiem FBIS. Poza pasją inżyniera, James jest radioamatorem korzystającym ze znaku wywoławczego G4CLF.