为什么我的电路对电波动如此敏感？

我最近完成了在初学者的电子书中展示的电路的制作。我在下面列出了我的创作图片，因为我认为它可能与问题相关。

在构建过程的开始，说明中指定了添加“平滑的” 100微法拉电容器的位置，该电容器应放置在电源电缆与电路板连接的位置。我决定不打扰该步骤，因为我使用的是优质电源，所以我认为我不需要那个“平滑”电容器（大错误）。

不久之后，我开始经历怪异且莫名其妙的奇数电路行为，经过大量的故障排除且一无所获之后，我想到在电路中增加平滑电容器。当我将电容器添加到电路中后，问题就消失了，但是我发现自己想知道这种电容器有多么重要，因为我的电路仅使用了50毫安的总功率，而我认为这是合理的电源（Rigol DP832）。

为了使事情变得更有趣，我决定将平滑电容器从电路板的中心移到电路板的一端，令我惊讶的是问题再次出现。为什么仅仅通过将电容器放置在电路板上的不同位置而产生如此大的差异？

我决定添加一个功能更强的8200微法拉电容器（是前一个电容器的82倍），以为这将解决我所有的问题，但令我惊讶的是，那仍然无法解决问题。实际上，我不得不将电容器移回板的中心，以使情况恢复正常。

这不是唯一的问题，即使电容器处于“完美放置”状态，我也尝试使用来自电路的相同功率为小型机械继电器供电，并且每次继电器触发我的电路都会“重启”。

所以问题是，是否所有电路都对最小的电波动变化敏感？还是由于我的电路原型设计技巧低下和面包板效率低下而导致的问题？

该电路中使用的IC为：

• NE555P（精密计时器）。
• CD4026BE（CMOS十年计数器/分频器）。

建议的电容器可以说是一个长引线缓冲器。

即使您拥有完美的电源，但设计所需的电缆也远非完美。那不是你的错，而是电缆的方式。我相信一些说唱歌手为此写过一首歌...我很确定它还是关于电缆的。

您的电缆首先会吸收噪音。其次，它们具有愚蠢的特性，您将在稍后的某个位置详细了解，但是基本上，对于高频信号（例如数字电路），它们非常不愿意传导电流，甚至可能只有50 mA。这些信号很难通过任何电缆传输。您现在可以看到它，因为电缆的反应速度有点慢。如果接通电流，它们将需要一些时间来稳定地供电，因此，如果经常接通电流，您将开始注意到电源上的大量噪声。

添加该电容器将允许您从电容器获得高频开关电流，因此电缆只能提供短期平均值，正常的DC引线在短期平均接近DC的情况下非常好，它们可以在这样，您的供应也可以：每个人都很高兴。

实际上，许多用于电压管理或稳压器芯片的设计指南都指定了2.2μF的输入电容器，例如，它与22μF或更大的点并联，并带有星号表示“如果输入的电源线长于X或Y，无论使用哪种电源，都应添加22 µF（或更高）的电容器以提高稳定性和更好的噪声抑制能力。”

最好保留100μF的电容，因为8200μF的电容将具有较大的内部电阻，除非物理上也大得多。电容器的内部电阻决定了电容器在消除低电流高频信号纹波方面的性能。在大多数情况下，像这样的第一个输入电容器越小越好。但是，对于电压调节器来说，这并不总是适用于所有输入/输出电容器，因此一旦提防，请注意！但这不是现在。

您可能不会对所有事物都这么敏感，缓慢切换或高频数字化感到满意，有很多坚固的东西对重启不那么敏感，但是如果是板子或设计，增加一些电容通常还是一个好主意由电线或有时甚至通过板之间的连接器供电。它不一定总是必须大到100μF，但要稍微减小一点即可（对于需要更耐候的阅读器来说是双关语）。没有噪音总是比需要噪音更好。

电源线和电路之间的电容器比电源线和电容器之间的电路工作更好的原因是因为走线电感（无论是PCB还是面包板）都会限制电容器的响应（如果您有电）在附近的电线上，您的电路会要求它们也提供一些电流，这会引起相同的突降，但可能更低。您已经基本上将开关噪声施加到电缆上，并且电缆已经对其产生反应。当您的噪声首先进入电容器时，即使走线中有一些电感，该噪声也不会进入电缆，也不会引起任何其他问题，从而将电路所看到的噪声降低了很多。

编辑：注意：上面关于电容器位置的上述说明在某些方面已得到严格简化，但通常可以很好地传达这一想法。要澄清它就足够了，但是这种事情有很多动力。在以后的几年中，您可能会发现这有点缺乏。但是您现在不需要一无所知。这样就可以了。

仍然使用继电器和电容器以及共享电源的原因还是出问题了，这是因为继电器的电流尖峰太大，电容器无法提供帮助，而电缆也无法跟上，或者因为继电器释放产生电压尖峰。一个解决方案可能是，如果您的设计可以处理二极管压降：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

D1可以防止DR832供电的任何东西窃取数字缓冲电容器C1的电力。D2可以防止继电器在电源上产生任何明显的噪声，而D3可以捕获继电器在关闭时仍然产生的任何功率尖峰。

无焊面包板和长电线的组合是致命的，特别是当您遇到任何复杂的情况时。尝试进行以下实验：用尽可能短的跳线替换所有接地线和电源线。理想情况下，它们应该太短以至于根本没有松弛。另外，在每个 IC和显示屏上都将一个电容器连接到电源。数字电源使用0.1 uF陶瓷，模拟电源使用1-10 uF钽电解。在任何情况下，都应使连接尽可能靠近电源引脚。最好甚至不使用额外的跳线-只需将盖帽引线插入IC引脚旁边即可。

最后，我注意到您将3个面包板组合在一起。除了每个面包板顶部的电源和接地连接之外，在将接地和电源总线连接在一起的IC下方还应短接跳线，以便这些连接形成一个矩形网格。

面包板具有寄生电容器（pF左右）和电感器（nH左右），可以与有源元件形成振荡器。由于这些寄生效应很小，因此振荡频率很大。因此，有时您会在试验板电路上看到“噪声”。

请注意，即使在面包板上有理想的电压源，您仍然会看到这种效果。面包板周围的长导线也增加了不必要的振荡的机会。将电容器靠近有源元件放置可以防止这些振荡，因为在高频下，电容器是低阻抗路径。

很多时候，当在PCB板上实现电路时，在面包板上表现异常的电路就可以很好地工作，因为在这种情况下，您可以摆脱寄生效应。

...每次继电器触发我的电路都会“重启”。

关于“缓冲”二极管D3 的快速评论，该二极管在继电器RLY1的线圈上并联（或应该并联）（请参见@Asmyldof的回复中的示意图）。

如果该二极管向后安装-即，如果二极管的阳极（+）引线连接到+5 VDC电源轨（即Rigol的“ +”输出端子），则当N-MOS晶体管M1导通时，您将有效撬棒（短路）通过D3和M1的电源的“ +”和“-”输出端子，这肯定会导致电路“重新启动”。具体来说，当M1接通并且+5 VDC电源通过D3和M1接地时，+ 5 VDC电源上的电压下降到接近零伏（电压“掉电”），从而关闭微控制器（或其他）。数字控制电路），此时M1.GATE上的电压（可能，请参见注释1）降至M1的栅极-源极阈值电压VGS（th）以下，从而将M1关断。现在M1已关闭， 移除电源轨两端的电压，相对于接地，+ 5 VDC轨上的电势恢复为+5 VDC，并且恢复标称电路工作。

TL; DR。在您的电路中，请确保存在缓冲二极管D3，并且确保D3的阴极引线完全按@Asmyldof的示意图所示连接至+5 VDC电源轨。

（注1）我也将在M1的栅极和地面之间安装一个10kΩ 下拉电阻作为应急计划，以在没有其他驱动M1的栅极-源极电压VGS的情况下将M1.GATE降为低电平（〜0 VDC）。回想一下，M1是N型增强模式MOSFET，如果VGS <VGS（th），则M1将关闭。因此，下拉电阻的工作是创建一个默认栅极-源极电压，该电压远低于M1的VGS（th）电压-即，当没有其他电路时，创建默认条件VGS << VGS（th）正在积极驱动M1上的栅源电压。（特别是，下拉电阻器提供了一种将M1.GATE上任何非零电势接地的方法。）

关于下拉（或上拉）电阻器概念的进一步说明。假设（1）下拉电阻和上拉电阻均未连接至M1.GATE，并且（2）微控制器的数字I / O（DIO）输出引脚未连接至M1.GATE。问自己一个问题：当微控制器的DIO引脚配置为高阻抗（HIGH-Z）模式时，即，当DIO引脚的两个有源驱动输出晶体管都关闭且微控制器不处于活动状态时，M1的工作状态是什么？将任何电压驱动到M1.GATE。几乎就好像DIO引脚和M1.GATE之间的电线被拔掉了一样，现在M1.GATE上的电势仍然浮动相对于地电位。在这种情况下，您不知道什么是VGS。更糟的是，当DIO引脚处于此HIGH-Z模式时，附近的任何电场/静电场，电路噪声等现在都可能影响M1.GATE上的电势（即VGS），并且实际上会导致M1随机打开/关闭。在M1.GATE和地面之间放置一个下拉电阻有助于将VGS 锚定在默认电压〜0 VDC处，该电压远低于VGS（th），而其他任何情况下都不会将电压主动驱动到M1.GATE上。（请注意，如果您希望默认情况下将M1设为ON，则应在M1.GATE和+5 VDC电源轨之间连接一个上拉电阻。当然，这假定M1.VGS（th）<< +5 VDC ）

TL; DR。每当MOSFET被用作开关，确保一个下拉或上拉电阻器是在适当位置，以建立一个默认的VGS电压对于其中没有其他的电路元件主动驱动VGS电压的情况下。

电路行为奇怪，无法解释的原因是：

1. 数字电路对电子“噪声” 非常 “敏感”。
2. 电路的布线连接有很多不足之处，但主要问题是它们的长度。它们应尽可能短。
3. 去耦电容器不足。每个IC电源引脚上一个（.1uf），而第一计数器级的输入引脚上一个。

您需要将示波器放在电源线上，并断开接地连接。您对电源良好的假设可能不正确。还要确保香蕉插头上的接地线实际上是连接到总线的针脚上的。以及力量。确保一切正常。如果您的区域潮湿，请在组件上涂一些硅连接器油脂。8200 uf应该可以缓冲任何严重的波动，在这里和那里有大型电路的地方加几个10 ufs。这个电路没有什么需要微波带状线英雄。

您可以尝试重新开始，并在添加电路组件时监视电流和电压。这是如此简单，您几乎可以将其实时连接起来。请使用单独的壁式电源适配器为继电器供电，直到完全正常工作为止。

导线上的寄生电感会导致数字芯片突然产生电流。有些人在每个芯片的电源和地线之间放置了旁路电容器（如果我记得20年前的《电子艺术》曾经有过很好的讨论）