Pytanie:

Dlaczego wzmacniacze i przetworniki nie pracują poprawnie w moim 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 próbą udzielenia odpowiedzi – widocznie określenie „zaprezentowany obwód” jej zdaniem zawiera wszystkie potrzebne mi informacje.

Doświadczenie pokazuje, że gdy schemat opisany w karcie katalogowej układu scalonego lub w nocie aplikacyjnej zachowuje się niezgodnie z oczekiwaniami, to rzadko jest to wina samego układu. Problemy wynikają praktycznie zawsze z tego, że obwód nie został zrealizowany zgodnie z dokumentacją i niepowodzenie jest często przejawem 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 szereg 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 ob­ciążenia będą odpowiednie dla zamierzonego zastosowania, a komponenty pasywne będą miały parametry zgodne z wymaganymi dla danej aplikacji. Również otaczające środowisko nie będzie wprowadzać szumów do obwodu, a przyrządy pomiarowe będą pracować poprawnie.

Mimo iż inżynierowie zazwyczaj utrzymują, że chcą rozwiązać swój problem, to czasami trudno jest skłonić ich do podania szczegółów potrzebnych do diagnozy. Ważna jest znajomość spodziewanej impedancji źródła i obciążenia, jakie mogą wystąpić; na ile źródło zasilania odbiega od idealnego; czy otaczające środowisko pracy zawiera zakłócenia magnetyczne, elektrostatyczne, elektromagnetyczne lub nawet akustyczne; czy zastosowane 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 rzeczywistości, w wielu przypadkach, gdy pytam o te kwestie to 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 wielu wcześniejszych artykułach z tej serii omawiałem odsprzęganie zasilania, szumy otaczającego środowiska i niespodziewane właściwości prostych komponentów. Zachęcam wszystkich, którzy napotykają na nieoczekiwane problemy z wydajnością obwodu, do sprawdzenia systemu w świetle porad podanych w tych artykułach.

Jeśli system nie działa poprawnie i sprawdziłeś, że obwód wygląda tak samo jak ten na schemacie, dobrze jest przeprowadzić proste testy funkcji na jak największej liczbie komponentów. Często można to zrobić od ręki przy pomocy multimetru cyfrowego i oscyloskopu. Sprawdź, czy napięcia w każdym węźle są zgodne z oczekiwaniami i czy system nie oscyluje. Jeśli natomiast powinien oscylować, w takim przypadku sprawdź częstotliwość tych oscylacji, amplitudę i kształt przebiegu. Przez dotyk każdego komponentu, upewnij się, że żaden nie robi się zbyt gorący. Warto również sprawdzić jakość lutowania – niepoprawne luty 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 oczekiwanych ponad 20 A. Okazało się, że jedno z wyprowadzeń mojego miernika prądu miało rezystancję ponad 25 Ohm 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.)