Схемы генераторов импульсных сигналов

Простой генератор прямоугольных импульсов на логических элементах

Схема генератора на CD4011BE

На рисунке приведена простейшая схема генератора на логических элементах. Ничего лишнего: времязадающая RC-цепочка и микросхемка.

Данное устройство собрано на микросхеме CD4011BE (отечественный аналог К561ЛА7). Она содержит в себе 4 логических элемента 2И-НЕ. Сразу вспомним, что элемент 2И-НЕ имеет два входа, и сперва применяет к двум входным сигналам операцию И, а затем результат инвертирует (операция НЕ). Вот табличка логики:

Вход 1 Вход 2 Выход
1
1 1
1 1
1 1

Впрочем, на схеме входы элементов соединены друг с другом. Это значит, что нам от элемента нужна только операция НЕ. Один элемент инвертирует сигнал, то есть поворачивает его на 180 градусов. Значит, два последовательных элемента повернут сигнал на 360 градусов = 0 градусов. Это как раз и требуется: для работы генератора должна обеспечиваться положительная обратная связь, то есть сигнал с выхода должен попадать на вход в «фазе», чтобы поддерживать сам себя.

Принцип работы

Допустим, после включения питания на входе DD1.1 установился низкий уровень. Значит, на выходе будет высокий уровень, который попадает на вход DD1.2, на выходе которого, в свою очередь, будет опять низкий уровень. Конденсатор C1 разряжен. И он начинает заряжаться через резистор R1, который правым выводом подключён к выходу DD1.1 — к точке, где потенциал высокий.

Постепенно напряжение на C1 растёт, и в какой-то момент окажется достаточным для переключения DD1.1 в состояние 1 на входе, 0 на выходе. Тут же и DD1.2 поменяет состояние на противоположное: 0 на входе, 1 на выходе. И процессы в RC-цепочке пойдут в обратную сторону, до тех пор, пока напряжение на конденсаторе снова не переключит DD1.1, а за ним DD1.2 и весь цикл повторится сначала. Описание несколько упрощённое (вблизи момента переключения там происходят чуть более сложные процессы), но достаточное для первоначального понимания.

Пробуем на практике

Как вы уже поняли, частота генератора определяется параметрами времязадающей RC-цепочки: от сопротивления резистора и ёмкости конденсатора будет зависеть, сколько времени будет длиться заряд/разряд конденсатора. Примерная формула такова:

Верхняя частота генератора ограничена скоростью переключения КМОП-элементов (условно, порядка 2 МГц). При этом и на достаточно низких частотах генератор работает уверенно:

  • С1 . . . . . . . 1 мкФ
  • R1 . . . . . . . 680 кОм
  • f . . . . . . . . 1 Гц.

Схема собрана на макетной плате. Чтобы увидеть работу генератора, я подключил к его выходу светодиод через токоограничивающий резистор. Считается, что микросхема этого типа может выдерживать выходной ток до 6.8 мА, так что вполне способна засветить не очень мощный светодиод без дополнительного ключа на транзисторе. Вот что получилось:

Ну а вот как выглядит сигнал генератора на осциллограмме:

Осциллограмма выходного сигнала генератора

Осциллограмма выходного сигнала генератора

Улучшение схемы

Как можно было бы доработать эту схему? Вот некоторые соображения.

Частота такого генератора весьма нестабильна. Для исправления этого недостатка часто заменяют конденсатор на кварцевый резонатор нужной частоты, а также пропускают сигнал ещё через один-два элемента 2И-НЕ.

Для регулировки частоты можно постоянный резистор заменить на подстроечный, а также добавить переключатель и несколько конденсаторов, чтобы менять ёмкость. Однако, как и в любой схеме, есть ограничения на номиналы деталей. Например, сопротивление R1 не может быть менее 1 кОм.

Более интересная задача — регулировка скважности. В приведённой схеме длительность импульса равна длительности паузы, скважность 50%. А что если мы хотим короткий импульс и длинную паузу, или наоборот? Тогда нужно последовательно с R1 включить примерно такую конструкцию:

генератор на логических элементах с регулировкой скважности

Схема регулировки скважности

Здесь заряд и разряд конденсатора идут через разные плечи R2 благодаря диодам VD1 и VD2, так что соотношение импульса и паузы будет разное в зависимости от положения движка R2.

Схемы генераторов импульсных сигналов

Генераторы импульсных помех .
В нашей лаборатории группа инженеров-электриков провела испытания различных типов электронных счётчиков электроэнергии, которые включены в реестр "Средств измерений", на воздействие наносекундных и микросекундных импульсов на компоненты их электросхем . Для испытаний был специально разработан и изготовлен "Имитатор импульсных помех" — МИБПП. Это изобретение запатентовано в Патентном Бюро РФ.
Патент на изобретение удостоверяет не только авторство, но и приоритет изобретения, а также исключительное право (право использовать и запрещать третьим лицам использовать изобретение без нашего согласия).

Тип наносекундных помех является причиной большинства сбоев. При всем своем разнообразии, наносекундные помехи обладают некоторыми общими свойствами:

  • Одиночная НП — это почти дельта-функция, у нее чрезвычайно широкий спектр, до гигагерц
  • НП имеет ничтожную энергию, в отличие от МП она, как правило, не "выжигает" радиоэлектронные устройства, а вызывает обратимый сбой.

При испытание было выявлено следующие недостатки электронных счётчиков:
1. При включенном генераторе приемник измерительной информации (контроллер) регистрирует отсутствие сигнала c токового шунта или трансформатора тока. Поэтому ПВ у всех генераторов не превышает 75%, за исключением имитатора импульсных помех — МИБПП. Если ПВ будет 100%, то это будет регистрироваться АСКУЭ как неисправный прибор учета электроэнергии. ПВ — это продолжительность включения генератора , т. е. время его непрерывной работы.
2. Погрешность передачи информации проявляется как погрешность счета импульсов вследствие наличия помех и тепловых шумов в линии связи. Погрешность в зависимости от типа счётчика составляет от -48 до -75%. То есть счётчик передает и показывает на 48-75% меньше фактического расхода электроэнергии. Например, при потреблении электроэнергии в количестве 100 квт, счётчик покажет и передаст только 25 квт.
3.Поскольку длительность ложного тактового импульса намного меньше, чем длительность "настоящих" тактовых импульсов счётчика, внутренняя логика микропроцессора может придти в непредсказуемое состояние. Например, микроконтроллер не складывает количество пришедших импульсов для преобразования их в получение количества энергии.
3.Микропроцессор "зависает", и не всякий встроенный сторожевой таймер сможет его сбросить, так как в некоторых микроконтроллерах сторожевые таймеры тактируются от общего генератора, и сами могут "зависнуть" после воздействия такой помехи.
4. Сбоить могут только устройства, обладающие памятью, такие как микропроцессоры, счетчики, и пр.
5. НП определенной частоты полностью стирают энергонезависимую память счётчика.
6. АСКУЭ неспособна вычислить действия потребителя при подключении генераторов помех, так как эта функция не заложена в ПО АСКУЭ.
На основании этих испытаний мы разработали линейку приборов — генераторы импульсных помех, которые могут быть использованы для экономии электроэнергии.
Естественно, использование этих устройств для "экономии электроэнергии" противозаконно!
Ко всем генераторам прилагается техническое описание и подробная инструкция по эксплуатации.
Гарантия на все генераторы 5 лет.

Генератор импульсных помех ГИП-4/75
Генератор импульсных помех (ГИП) со встроенным устройством связи-развязки.

Генератор наносекундных импульсных помех в цепях ввода-вывода со встроенным устройством связи-развязки предназначен для создания нормированных наносекундных импульсных помех (НП) в цепях электропитания и передачи данных, при проведении испытаний технических средств, которые могут подвергаться воздействию НП.

  • Встроенное устройство связи развязки, предназначенное для ввода НП в цепи электропитания однофазного и трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц и действующим значением напряжения 220/380 В. Потребляемый ГИП ток — до 10 А. Электропитание ГИП осуществляется через встроенное УСР.
  • Наличие автоматического режима запуска;
  • Наличие встроен ного электронный таймера, предназначенного для программируемого управления ГИП (включения и выключения);
  • Автоматическая настройка частоты;
  • Частотомер несущей частоты электронного счётчика;
  • Наличие принудительного воздушного охлаждения;
  • Вес 8,9 кг.
  • Погрешность счётчиков при подключении ГИП до -75%. Полностью стирает из памяти контроллера все данные.
  • Стоимость — Старая цена 15560 — новая цена 19 450 рублей.

Генератор импульсных помех ГИП-3/52

Генератор кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 150кГц

Предназначен для создания кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 150 кГц при проведении испытаний электронных счётчиков.

Потребляемый ГИП ток — до 7,5 А. Электропитание ГИП осуществляется через встроенное УСР.

Встроенное устройство связи-развязки УСР предназначенное для ввода помех в однофазные линии связи, состоящие из одной пары проводов.

  • Ручной режим запуска;
  • Ручное включение и выключение ГИП;
  • Ручная настройка частот;
  • Погрешность счётчиков при подключении ГИП до -52%;
  • Наличие автоматической защиты от перегрева генератора;
  • Для подключения к трёхфазной сети применяется внешнее УСР;
  • Вес 6,3 кг;
  • Погрешность счётчиков при подключении ГИП до -52%. Полностью стирает из памяти контроллера все данные;
  • ПВ — 55%
  • Стоимость — старая цена 8 370 — новая цена 10462 рубля.
Читайте также  Бмв е36 сцепление схема

Генератор импульсных помех ГИП-3/48

Генератор кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 75кГц. Предназначен в основном для испытания электронных счётчиков типа NP5 — NP7 (NP515 NP523 NP542 NP543 NP71L NP73E) и типа Меркурий.

Предназначен для создания кондуктивных помех в полосе частот от 0 до 75 кГц при проведении испытаний технических средств электронных счётчиков.

Потребляемый ГИП ток — до 6,5 А. Электропитание ГИП осуществляется через встроенное УСР.

Встроенное устройство связи-развязки УСР предназначенное для ввода помех в однофазные линии связи, состоящие из одной пары проводов.
Ручной режим запуска;

  • Ручное включение и выключение ГИП;
  • Ручная настройка частот;
  • Имеется индикатор перегрева генератора;
  • Для подключения только к однофазной сети;
  • Вес 5,8 кг;
  • Погрешность счётчиков при подключении ГИП до -48%. Полностью стирает из памяти контроллера все данные;
  • ПВ — 45%
  • Стоимость — старая цена 5 540 — новая цена 6925 рублей.

УСРН 10.3 — устройство связи-развязки для одно- и трёхфазных линий переменного тока 220/380 в.

Устройство связи-развязки УСРН 10.3

Предназначено для ввода наносекундных импульсных помех в цепи электропитания постоянного и трехфазного переменного тока от испытательного генератора ГИП.
номинальное напряжение питания испытуемых ТС:
переменное фазное, частотой 50 Гц (действующее значение) 0 — 250 В
линейное напряжение 0 — 400 В
постоянное напряжение 0 — 300 В
максимальный потребляемый ток испытуемого ТС подключаемого к УСР в каждой фазе 10 А
Стоимость — старая цена 1730 — новая цена 2162 рубля.

Мощный имитатор быстрых переходных процессо в — МИБПП.

Имитатор импульсных помех, содержащий генератор импульсов, сумматор и ключ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности имитации при одновременном упрощении устройства за счет сокращения общего количества блоков, введены интегратор, ограничитель амплитуды и нелинейный преобразователь амплитуды, при этом выход генератора импульсов через последовательно соединенные сумматор, интегратор и ограничитель амплитуды соединен с первым входом ключа, второй вход которого объединен с первым входом сумматора, второй вход которого через нелинейный преобразователь амплитуды соединен с выходом интегратора.

Генератор быстрых электрических переходных процессов:

  • Генератор быстрых электрических переходных процессов амплитудой до 8 кВ
  • Частоты импульсных помех — до 500 кГц
  • Встроенная одно- или трёхфазная связующая цепь — УСР.
  • Стоимость старая цена 32 870 — новая цена 41 087 рублей.

Технические описания и руководства по эксплуатации на генераторы.

Настоящее техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для изучения устройства и принципа работы, а также для руководства по эксплуатации генераторов серии (в дальнейшем именуемые "генераторы").

В техническом описании даны назначение, технические данные и состав генератора, сведения об устройстве и работе, принципиальные электросхемы и блок-схемы.
В инструкции по эксплуатации даны указания мер безопасности, подготовка генератора к работе, возможные неисправности в методы их устранения, техническое обслуживание, наладка генераторов.

Полное техническое описание содержит:
Устройство и работа генератора

  • Принцип действия
  • Конструкция
  • Блок-схема
  • Принципиальная электрическая схема
  • Наладка генераторов.

Устройство и работа составных частей генератора

  • Частотомер.
  • Микроконтроллер (процессор).
  • ШИМ.
  • Платы силовые ПС.
  • Генератор НП (наносекундных помех).
  • Устройство выбора режимов УВР.
  • Устройство выделения сигналов УВС .
  • Устройство адаптивного управления УАУ.
  • Устройство согласования УСРН.
  • Устройство выбора несущей частоты УВНЧ.
  • Устройство управления УУ
  • Дешифратор технологических команд ДТК
  • Стабилизаторы питания.
  • Электронный таймер.

Стоимость полного технического описания любого генератора (ГИП-4/75, ГИП-3/52, ГИП-3/48) — 990 рублей.

Как приобрести товары этого раздела?

Генераторы импульсных сигналов

Наиболее распространены генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.

Генераторы импульсных сигналов (импульсные генераторы) могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем и синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходе внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Генераторы прямоугольных импульсов делятся на мультивибраторы и блокинг-генераторы. И те и другие могут работать как в автоколебательном, так и в ждущем режимах.

Автоколебательные мультивибраторы могут быть построены на дискретных, логических элементах или операционных усилителях. Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ представлен на рис. 18.12.

Рис. 18.12 . Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ

В данной схеме с помощью резисторов R1 и R2 введена положительная обратная связь, что является необходимым условием для возникновения электрических колебаний. В зависимости от напряжения на выходе (которое может быть равно либо +Епит, либо –Епит, где Епит – напряжение питания ОУ) на неинвертирующем входе ОУ устанавливается или напряжение U+1, или напряжение U+2. Емкость С, входящая в цепь отрицательной обратной связи, перезаряжается с постоянной времени τ=RC. Период следования импульсов Т определяется выражением

.

Таким образом, данный мультивибратор формирует прямоугольные импульсы напряжения.

Блокинг-генераторы используют для получения мощных прямоугольных импульсов малой длительности (от долей микросекунды до долей миллисекунды) и скважностью до нескольких десятков тысяч. Основным элементом таких генераторов является импульсный трансформатор (рис. 18.13).

Рис. 18.13. Автоколебательный блокинг-генератор

Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режимах или в режиме синхронизации. Во время паузы (выходное напряжение отсутствует) происходит перезаряд конденсатора по цепи E–R–W2 с постоянной времени τ1=RC. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе С (и, следовательно, на базе транзистора) становится равным нулю, транзистор начинает открываться (выходить из режима отсечки), начинает протекать ток коллектора, что вызывает появление сигнала положительной обратной связи (через обмотку трансформатора W2), под действием которой транзистор скачкообразно переходит в режим насыщения. При этом конденсатор С перезаряжается по цепи W2–C – входное сопротивление транзистора rвх с постоянной времени τ2=rвх·С. При увеличении напряжения на конденсаторе С ток базы начинает уменьшаться и в конце заряда транзистор выходит из насыщения и закрывается. После этого энергия, запасенная в индуктивности, разряжается на нагрузку. Так как rвх<<R, то время нахождения транзистора в открытом состоянии tu, а следовательно, и длительность импульса на нагрузке значительно меньше периода следования импульсов.

Генератор линейно изменяющегося напряжения. Линейно изменяющимся напряжением (ЛИН) называют напряжение, которое в течение промежутка времени, называемого рабочим ходом, изменяется по линейному закону, а затем в течение промежутка времени, называемого обратным ходом, возвращается к исходному уровню (рис. 12.16).

Рис. 18.14. Линейно изменяющееся напряжение

На рис. 18.14 приняты следующие обозначения: U–начальный уровень, Um–амплитуда ЛИН, Тр–время рабочего хода, Т –время обратного хода.

Устройства, предназначенные для формирования ЛИН, называют генераторами ЛИН (ГЛИН). Генераторы ЛИН часто называют генераторами пилообразного напряжения.

Принцип построения генераторов ЛИН основан на заряде емкости постоянным током. Основой ГЛИН (рис. 18.15) является емкость, через которую от источника постоянного тока ИТ протекает постоянный ток, благодаря чему при разомкнутом ключевом устройстве КУ напряжение на емкости определяется выражением

, (при iс=I=const), т.е. изменяется по линейному закону.

ГЛИН могут работать либо в ждущем (рис. 18.15,а), либо в автоколебательном режиме (рис. 18.15,б). ГЛИН в автоколебательном режиме формирует ЛИН регулярно, а для получения ЛИН в ГЛИН в ждущем режиме необходим внешний импульс напряжения Uвх.

Рис. 18.15. Генераторы линейно изменяющихся напряжений,

работающих в ждущем (а) и автоколебательном (б) режимах

Читайте также  Схемы простейших генераторов синусоидальных колебаний

Все ГЛИН можно разделить на три типа:

а) с интегрирующей RC-цепочкой (рис. 18.15);

б) с токостабилизирующим двухполюсником (рис. 18.16);

в) с компенсирующей обратной связью (ОС) (рис. 18.17).

Рис. 18.16. ГЛИН на основе транзисторного ключа

(с интегрирующей RC-цепочкой)

До момента времени t1 транзисторный ключ находится в режиме насыщения, т.е. напряжение Uкэ, а значит, и напряжение Uвых, равны нулю. При подаче в момент времени t1 запирающего импульса напряжения транзистор входит в режим отсечки, и емкость С заряжается от источника Ек через резистор Rк, причем напряжение на емкости стремится к уровню Ек. В момент времени t2 транзистор вновь входит в режим насыщения, и емкость через малое сопротивление промежутка коллектор–эмиттер транзистора разряжается.

Рассмотрим принцип построения ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником, обеспечивающим протекание через него постоянного тока независимо от приложенного напряжения (рис. 18.17). Простейшим токостабилизирующим элементом является транзистор. При постоянном токе базы (например, iбэ), даже при значительном уменьшении напряжения uэк между эмиттером и коллектором (например, от U2 до U1) коллекторный ток транзистора уменьшается незначительно.

Рис. 18.17. ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником

Недостатком данной схемы является то, что при подключении к выходу (т.е. к емкости С) сопротивления нагрузки искажается линейность выходного напряжения.

Рассмотрим ГЛИН с компенсирующей ОС (на основе ОУ) (рис. 18.18). В момент времени t1 ключ К размыкается и осуществляется и осуществляется прямой ход, а в момент времени t2 ключ замыкается, емкость С разряжается и на выходе устанавливается нулевое напряжения. Емкость С заряжается постоянным током, а значит, напряжение на ней (как и напряжение Uвых) изменяется по линейному закону (рис. 18.18,б). Компенсирующее напряжение Uк повторяет напряжение на емкости Uc при размыкается ключа и заряде емкости от источника U. Поскольку компенсирующее напряжение включено встречно по отношению к напряжению на емкости, то напряжение, приложенное к резистору R, все время постоянно и равно U.

Рис. 18.18. ГЛИН с компенсирующей обратной связью

Протекающий через резистор R ток определяется выражением

iR=(EUвх)/R.

Если ОУ близок к идеальному, (К→ ∞, Uвх→ 0, i→ 0), то iR=E/R=const. Тогда выходное напряжение определяется выражением

.

Схемы генераторов импульсных сигналов

Генераторы импульсных сигналов являются источниками видеоимпульсов с известной формой, длительностью, частотой повторения и высотой. Основная форма импульсов прямоугольная. Прямоугольный импульс идеальной формы характеризуется длительностью и высотой Реальная форма импульса отличается от идеальной, и для его характеристики существуют обязательные правила. Длительность импульса определяется на уровне Высота импульса ограничивается точкой пересечения усредненной линии вершины импульса с его фронтом. Длительность фронта соответствует времени нарастания импульса от до длительность спада времени убывания сигнала от до Импульс принимается прямоугольным в том случае, если меньше Выбросы на вершинах импульсов и в паузе между ними оцениваются в процентах от высоты импульса.

Имеются генераторы импульсных сигналов специальной формы — пилообразной, трапецеидальной, колоколообразной.

Генераторы импульсных сигналов прямоугольной формы разделяются по назначению на три группы: генераторы общего применения; генераторы с точной установкой параметров сигнала; генераторы кодовых комбинаций и псевдослучайных последовательностей импульсов.

Генераторы первых двух групп выполняются одпоканальными и многоканальными с числом каналов 2, 3 или 5. В одиоканальных генераторах на одном или нескольких связанных выходах получают последовательность импульсов одинаковой длительности и частоты повторения; изменять можно высоту и полярность. В многоканальных — на нескольких не связанных между собой выходах получают синхронные последовательности импульсов с возможностью независимого изменения на каждом выходе длительности, высоты и полярности. Генераторы второй группы выпускаются с точной калибровкой одного из параметров: амплитуды, длительности, частоты повторения и временных сдвигов.

Совокупность генераторов импульсных сигналов обеспечивает получение импульсов длительностью от долей наносекунды до единиц

секунд, частоту повторения — от долей герца до сотен мегагерц, высоту — от единиц милливольт до десятков вольт.

Генераторы общего применения используются для запуска радиотехнических устройств, для модуляции сигналов ультравысокочастотных и сверхвысокочастотных генераторов, для исследования импульсных характеристик полупроводниковых и электронных приборов.

Генераторы с точной установкой параметров импульсов применяются для проверки переходных характеристик широкополосных усилителей и осциллографов; поверки генераторов общего применения и измерителей временных интервалов.

Генераторы кодовых комбинаций и пакетов импульсов, а также их псевдослучайной последовательности используются для испытания логических схем и устройств, аппаратуры каналов связи с импульсно-кодовой модуляцией, интегральных схем, устройств вычислительно! техники. Эти генераторы выпускаются с устройствами программированного и дистанционного управления параметрами сигналов и пригодна для использования в автоматических системах различного назначения.

Рис. 4-18. Структурная схема генератора импульсных сигналов

Специальные генераторы пилообразных импульсов применяются для модуляции сигналов генераторов шума, генераторов качающейся частоты (свип-генераторов), для измерения амплитудно-частотных характеристик.

Основными характеристиками импульсных генераторов являются: частота повторения длительность импульса длительность фронта длительность спада максимальное значение амплитуды, минимальная скважность и погрешность установки параметров импульса.

Несмотря на многообразные требования к генераторам прямоугольных импульсов, большинство их строится по одинаковой структурной схеме (рис. 4-18), в которой осуществляется последовательное поблочное формирование параметров импульсов.

Задающий генератор вырабатывает синусоидальное или импульсное напряжение. В первом случае он выполняется по схеме RC- или LC-генератора, во втором — по одной из схем релаксационных генераторов. Частота генерации определяет частоту повторения последовательности импульсов. Предусмотрена синхронизация задающего генератора от внешнего источника через блок синхронизации БС. В этом же блоке напряжение задающего генератора преобразуется в последовательность коротких импульсов, с помощью которых запускается блок формирования импульсов Эти же импульсы можно использовать в качестве синхроимпульсов для внешних устройств — осциллографов и др.

С помощью блока задержки можно сдвигать начальное положение импульсов на выходе генератора. Во втором блоке формирования устанавливается нужная длительность импульса а в выходном

усилителе необходимое значение амплитуды и полярность. С помощью резистивиого аттенюатора на втором выходе устанавливаются импульсы с высотой, в раз и 4) меньшей, чем на первом выходе. Контроль высоты импульсов осуществляется пиковым вольтметром! иногда высота импульса еравнивается с опорным напряжением.

Форма выходных импульсов сохраияетоя при работе генератора на определенную нагрузку, которая у разных генераторов «оставляет 50, 75, 500 и 1000 Ом.

Генераторы световых импульсов

Дополнив предыдущий генератор несколькими деталями, удастся получить светодиодную «мигалку» (рис. 2.3).

Генератор работает следующим образом. При включении ис­точника питания конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться

clip_image002

Рис. 2.2. Печатная плата и размещение элементов звукового пробника

clip_image004

Рис. 2.3. Генератор световых импульсов на транзисторах

каждый по своей цепи. Конденсатор С1 по цепи R1, С1, R2, а конденса­тор С2 по цепи R3, С2, R2. Поскольку постоян­ная времени второй це­пи много меньше пер­вой, сначала зарядится до напряжения источ­ника питания конден­сатор С2. По мере заря­да конденсатора С1 транзистор VT1 начина­ет открываться и от­крывает транзистор VT2. Далее процесс от?срывания обеих транзисторов происходит лавинообразно. Сопротивление участ­ка эмиттер-коллектор транзистора VT2 становится очень ма­лым, и напряжение питания батареи GB1 оказывается прило­женным к резистору R2. Благодаря элементам R3, С2, называе­мым схемой «вольтодобавки», заряженный до напряжения ис­точника питания конденсатор С2 оказывается подключенным последовательно с гальваническим элементом и приложенное к светодиоду напряжение почти удваивается. В процессе разряда конденсатора С2 светодиод некоторое время светится, так как к нему приложено напряжение выше порогового. Конденсатор С1 также начинает разряжаться, что приводит к закрытию тран­зистора VT1, а вслед за ним и VT2. Процесс этот снова происхо­дит лавинообразно, до надежного закрытия обоих транзисто­ров. Далее конденсаторы С1 и С2 опять начинают заряжаться и работа устройства повторяется, как это было описано выше.

Частота генерации зависит от сопротивления резисторов R1, R2, емкости конденсатора С1 и напряжения источника питания GB1. При указанных на схеме значениях указанных элементов она составляет около 1,3 Гц. Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 0,12 мА. При питании от элемента АА данное устройство подобно «лампочке Пинк Флойдыча» (в свое время группа Pink Floyd выпустила компакт-диск с альбомом Pulse, в котором был встроен мигающий светодиод) — способно непре­рывно работать в течение более одного года.

Читайте также  Схемы трехфазных генераторов для электродвигателей

Светоизлучающий диод HL1 должен иметь рабочее напря­жение менее 2 В. Можно использовать АЛ112, АЛ307А, АЛ310, АЛ316 (красный цвет свечения), АЛ360 (зеленый цвет свечения).

Печатная плата и размещение элементов генератора свето­вых импульсов на транзисторах приведены на рис. 2.4. Можно использовать транзисторы КТ315, КТ361 с любыми буквенны­ми индексами. Конденсатор С1 типа К10-17, К10-47, ок­сидный С2 — К50-16, К50-35. В простых конструкциях, по­добных этой, можно отказать­ся от печатного монтажа, вы­полнив его предварительно за­луженным медным проводом толщиной 0,4…0,6 мм. Выво­ды деталей обрезают на рас­стоянии 3…4 мм от платы и вокруг каждого вывода дела­ют 1—2 витка монтажного провода. Затем пропаивают витки паяльником. На выво­ды элементов, которые при­подняты над платой (транзи­сторы VT1, VT2, светодиод HL1), надевают отрезки поли­вини лхлоридных трубочек, лучше разноцветных. Можно вве­сти свой «стандарт» маркировки элементов, например, для вывода эмиттера всегда использовать трубочки синего цвета, коллектора — красного, а базы — белого. Кстати, при монта­же располагайте элементы на плате так, чтобы надписи на них всегда можно было прочесть. Еще лучше, чтобы все надписи были обращены в одну сторону, например, слева направо.

Еще один генератор световых импульсов представляет со­бой формирователь прямоугольных импульсов на ОУ (рис. 2.5). Резисторы R1, R2 образуют искусственную среднюю точку. Цепь отрицательной обратной связи образуют элементы R5, С1, а цепь положительной обратной связи — делитель R3, R4. Выходное напряжение генератора поступает на неинвер-

clip_image006

%ис. 2.4. Печатная плата и размещение элементов генератора световых импульсов

clip_image008

Рис. 2.5. Генератор световых импульсов на ОУ

^еихмах г^п , А = ^вых мах^^у ПОДаННОГО На вГО НвИНВерТИруЮ-

тирующий вход через делитель R3, R4 с коэффициентом де-ления К =-. Предположим, что на выходе ОУ имеет-

ся максимальное напряжение (по отношению к искусствен­ной средней точке соединения резисторов R1, R2), которое обозначим +Ubwx max- С этоГо момента времени конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R5. ОУ работает в режи­ме компаратора (устройства сравнения), сравнивает напряже­ние на конденсаторе С1 с частью выходного напряжения ДЗ

щий вход. До момента времени, пока напряжение на инверти­рующем входе меньше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение ОУ не изменяется. Как только оказывается пре­вышенным порог переключения ОУ, выходное напряжение на­чинает уменьшаться, а положительная обратная связь через делитель R3, R4 придает этому процессу лавинообразный ха­рактер. Напряжение на выходе ОУ быстро достигает макси­мального отрицательного значения -Пвых max- Процесс переза­рядки конденсатора С1 пойдет в другую сторону. Как только напряжение на конденсаторе С1 станет более отрицательным, чем напряжение на резисторе R3 делителя R3, R4, ОУ вновь

clip_image010

Рис. 2.6. Печатная плата генератора световых импульсов на ОУ с размещением элементов

перейдет в состояние, при котором выходное напряжение ста­нет положительным +Ubwx max- Далес процесс повторится. Та­ким образом, при генерировании колебаний конденсатор С1 периодически перезаряжается в диапазоне напряжений от +Ubwx maxK ДО -Пвых тахК. Период колебаний мультивибратора равен Т = = 2Д5С11п[1 + (2ДЗ/Д4)]. При R3-= R4 период колебаний составляет Т = 2,2R5 С1.

Печатная плата и размещение элементов приведены на рис. 2.6. Кроме ОУ К553УД2 можно использовать К153УД2, а также многие другие ОУ, например, КР140УД608, КР140УД708. Место установки этих типов ОУ показано на рис. 2.6 штриховыми линиями. Поскольку указанные ОУ име­ют внутренние цепи частотной коррекции, надобность в кон­денсаторе С2 в этом случае отпадает. Резисторы МЛТ, С1-4, С2-10, С2-33 мощностью 0,125 или 0,25 Вт, конденсаторы КМ, КЛС, К10.

Учитывая, что в генераторе световых импульсов работают ОУ практически любого типа, можно изготовить своеобразный «тестер» для проверки ОУ. Интересное конструктивное испол­нение такого устройства предложено в [28].

Третья схема генератора световых импульсов выполнена на цифровой КМОП-микроохеме. Она может найти применение в качестве имитатора охранной системы, в игрушках, схемах сигнализации режимов работы. Схема генератора световых им­пульсов приведена на рис. 2.7. Она состоит из генератора на элементах DD1.1, DDI.2 и включенных последовательно буфер­ных элементов DD1.3, DDI.4. В силу невысокой нагрузочной

clip_image012

способности элементов КМОП в генераторе установлены усили­тели мощности на транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4. На вы­ходах усилителей мощности наблюдаются импульсы противо­положной полярности с частотой следования, определяемой частотозадающими элементами R2, С1 генератора. Частота ге­нератора примерно равна Fr= 1,4 R2C1. При указанных на схе­ме элементах она составляет около 1 Гц.

Конденсатор С2 блокировочный по цепи питания устройства. Резистор R1 защищает вход микросхемы от перегрузок, рези­сторы R3, R4 определяют ток через светодиоды. В качестве при­мера на рис. 2.7 показгшы четыре варианта подключения свето-диодов к генератору световых импульсов, которые могут найти применение в конкретных конструкциях радиолюбителя. Для улучшения понимания принципа работы устройства конденса­торы СЗ, С4 изображены там, где они используются в работе.

Для первого и второго вариантов устанавливать транзисто­ры VT2, VT4 и конденсаторы СЗ, С4 не требуется. В первом ва­рианте используются отдельные светодиоды любого цвета све­чения, подключаемые анодом к выходам 1 и 2 генератора (ли­бо только к одному из выходов). Наиболее широко распростра­ненные светодиоды серии АЛ307 имеют следующие цвета свечения в зависимости от индексов: К — красный, Р — оран­жевый, М, Е — желтый, Г — зеленый.

Во втором варианте применен двухцветный светодиод АЛС331АМ с отдельными выводами от кристаллов, который поочередно загорается зеленым и красным цветом.

Третий и четвертый варианты подключения рассчитаны на использование двухцветных светодиодов со встречно-парал­лельным включением. Здесь можно использовать светодиоды КИПД41А—КИПД41М или любые из серии КИПД45.

В третьем варианте конденсаторы СЗ, С4 не устанавливают­ся, резистор R4 можно заменить перемычкой, а резистор R3 имеет номинал 470 Ом.

В четвертом варианте подключения сопротивление резисто­ров R3 и R4 составляет около 120 Ом. Подбором сопротивле­ний этих резисторов и выбором емкостей конденсаторов СЗ, С4 можно установить различную длительность вспышек светодио­дов HL5, HL6. При увеличении емкости цвет свечения будет меняться скачком; при указанной на схеме наблюдаются ко­роткие вспышки с поочередным изменением цвета свечения.

Печатная плата генератора световых импульсов и размеще­ние деталей на ней показаны на рис. 2.8. В генераторе кроме указанной на схеме можно использовать аналогичную микро­схему серии К1561. При изменении рисунка печатной платы можно применить и другие микросхемы серий К176, К561, К1561. Конденсатор С1 типа К10-17, К73, К78, остальнй[е — К50-6, К50-16, К50-35. Резисторы МЛТ, С2-33, С1-4. Транзи­сторы VT1, VT3 — любые из серий КТ315, КТ3102, а VT2, VT4 — из серий КТ361, КТ3107.

clip_image014

Рис. 2.8. Печатная плата и размещение элементов генератора световых импульсов на цифровой микросхеме

Налаживание генератора световых импульсов сводится к установке требуемой частоты переключения светодиодов, кото­рая грубо может выбрана подбором конденсатора С1, а точ­нее — резистором R2. На время настройки частоты можно со­ставить R2 из двух резисторов — переменного (1…2 мОм) и постоянного 100 кОм. После установки требуемой частоты ге­нератора измеряют сопротивление цепочки из указанных ре­зисторов и заменяют постоянным. Иногда требуется изменить яркость свечения светодиодов, которая выбирается подбором резисторов R3, R4. Необходимо следить за тем, чтобы не был превышен максимальный ток через светодиоды.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: