Генератор высокой частоты. Схемы генератора ВЧ своими руками

Высокочастотные генераторы служат для образования колебаний электрического тока в интервале частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. Такие устройства создают с применением контуров колебаний LС или резонаторов на кварцах, которые являются элементами задания частоты. Схемы работы остаются такими же. В некоторых цепях контуры гармонических колебаний заменяются кварцевыми резонаторами.

Генератор ВЧ

Устройство для остановки электросчетчика энергии служит для питания электроприборов бытового назначения. Его выходное напряжение 220 вольт, потребляемая мощность 1 киловатт. Если в приборе применить составляющие элементы с характеристиками мощнее, то от него можно запитывать более мощные устройства.

Такой прибор включается в розетку бытовой сети, от него идет питание на нагрузку потребителей. Схема электрических проводов не подвергается каким-либо изменениям. Систему заземления подключать нет необходимости. Счетчик при этом работает, но учитывает примерно 25% энергии сети.

Действие устройства остановки в подключении нагрузки не к питанию сети, а к конденсатору. Заряд этого конденсатора совпадает с синусоидой напряжения сети. Заряд происходит высокочастотными импульсами. Ток, который расходуется потребителями из сети, состоит из высокочастотных импульсов.

Счетчики (электронные) имеют преобразователь, который не чувствителен к высоким частотам. Поэтому, расход энергии импульсного вида счетчик учитывает с отрицательной погрешностью.

Схема прибора

Главные составляющие элементы прибора: выпрямитель, емкость, транзистор. Конденсатор подключен по последовательной цепи с выпрямителем, когда выпрямитель производит работу на транзистор, заряжается в данный момент времени до размера напряжения линии питания.

Зарядка осуществляется частотными импульсами 2 кГц. На нагрузке и емкости напряжение близко к синусу на 220 вольт. Для ограничения тока транзистор в период заряда емкости, предназначен резистор, подключенный с каскадом ключа по последовательной схеме.

Генератор выполнен на логических элементах. Он образует импульсы 2 кГц с амплитудой на 5 вольт. Сигнальная частота генератора определена свойствами элементов С2-R7. Такие свойства могут использоваться для настройки максимальной погрешности учета расхода энергии. Создатель импульсов выполнен на транзисторах Т2 и Т3. Он предназначен для управления ключом Т1. Создатель импульсов рассчитан так, что транзистор Т1 начинает насыщаться в открытом виде. Поэтому на нем расходуется небольшая мощность. Транзистор Т1 тоже закрывается.

Выпрямитель, трансформатор и остальные элементы создают блок питания низкой стороны схемы. Такой блок питания работает на 36 В для микросхемы генератора.

Сначала делают проверку блока питания отдельно от схемы с низким напряжением. Блок должен создавать ток выше 2-х ампер и напряжение 36 вольт, 5 вольт для генератора с малой мощностью. Далее делают наладку генератора. Для этого отключают силовую часть. От генератора должны идти импульсы размером 5 вольт, частотой 2 килогерца. Для настройки выбирают конденсаторы С2 и С3.

Создатель импульсов при проверке должен выдавать импульсный ток на транзисторе около 2 ампер, иначе транзистор выйдет из строя. Для проверки такого состояния включают шунт, при выключенной силовой схеме. Напряжение импульсов на шунте измеряют осциллографом на работающем генераторе. Основываясь на расчете, вычисляют значение тока.

Далее, проверяют силовую часть. Восстанавливают все цепи по схеме. Конденсатор отключают, вместо нагрузки применяют лампу. При подключении прибора напряжение при нормальной работоспособности прибора должно равняться 120 вольт. На осциллографе видно напряжение нагрузки импульсами с частотой, определенной генератором. Импульсы модулируются синусом напряжения сети. На сопротивлении R6 – импульсами выпрямленного напряжения.

При исправности устройства включают емкость С1, в результате напряжение повышается. При дальнейшем повышении размера емкости С1 доходит до 220 вольт. Во время этого процесса нужно контролировать температуру транзистора Т1. При сильном нагревании на небольшой нагрузке возникает опасность, что он не вошел в режим насыщения или не осуществилось полное закрытие. Тогда нужно сделать настройку создания импульсов. На практике такого нагрева не наблюдается.

В итоге, подключается нагрузка по номиналу, определяется емкость С1 такого значения, чтобы создать для нагрузки напряжение 220 вольт. Емкость С1 выбирают осторожно, с небольших значений, потому что повышение емкости резко повышает ток транзистора Т1. Амплитуду токовых импульсов определяют, если подключить осциллограф к резистору R6 по параллельной схеме. Импульсный ток не поднимется выше допускаемого для определенного транзистора. Если нужно, то ток ограничивают путем повышения значения сопротивления резистора R6. Оптимальным решением будет выбрать наименьший размер емкости конденсатора С1.

При данных радиодеталях прибор рассчитан на потребление 1 киловатта. Чтобы повысить мощность потребления, нужно применить более мощные силовые элементы ключа на транзисторе и выпрямителя.

При выключенных потребителях устройство расходует немалую мощность, учитываемую счетчиком. Поэтому лучше выключать этот прибор при отключенной нагрузки.

Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ

Генераторы высокой частоты выполнены на широко применяемой схеме. Различия генераторов заключаются в цепочке RС эмиттера, которая задает транзистору режим по току. Для образования обратной связи в цепи генератора от индуктивной катушки создают вывод клеммы. Генераторы ВЧ работают нестабильно на биполярных транзисторах из-за влияния транзистора на колебания. Свойства транзистора могут измениться при колебаниях температуры и разности потенциалов. Поэтому образующаяся частота не остается постоянной величиной, а «плавает».

Чтобы транзистор не влиял на частоту, нужно уменьшить связь контура колебаний с транзистором до минимальной. Для этого нужно снизить размеры емкостей. На частоту оказывает влияние изменение нагрузочного сопротивления. Поэтому нужно между нагрузкой и генератором включить повторитель. Для подключения напряжения к генератору применяют постоянные блоки питания с небольшими импульсами напряжения.

Генераторы, сделанные по схеме, изображенной выше, имеют максимальные характеристики, собраны на полевиках. Во многих схемах генераторов ВЧ сигнал выхода снимается с контура колебаний через небольшой конденсатор, а также с электродов транзистора. Здесь нужно учесть, что вспомогательная нагрузка контура колебаний изменяет его свойства и частоту работы. Часто это свойство применяют для замера разных физических величин, для проверки технологических параметров.

На этой схеме показан измененный генератор высокой частоты. Значение обратной связи и лучшие условия возбуждения выбирают при помощи элементов емкости.

Из всего количества схем генераторов выделяются варианты с ударным возбуждением. Они действуют за счет возбуждения контура колебаний сильным импульсом. В итоге электронного удара в контуре образуются затухающие колебания по синусоидальной амплитуде. Такое затухание происходит из-за потерь в контуре гармонических колебаний. Скорость таких колебаний вычисляется по добротности контура.

Сигнал ВЧ на выходе будет стабильным в том случае, если импульсы будут иметь высокую частоту. Такой вид генераторов самый старый из всех рассматриваемых.

Ламповый генератор ВЧ

Чтобы получить плазму с определенными параметрами, необходимо подвести необходимую величину к разряду мощности. Для эмиттеров на плазме, работа которых основана на разряде высокой частоты, применяется схема подведения мощности. Схема изображена на рисунке.

Усилитель мощности на лампах преобразовывает энергию электрического постоянного тока в переменный ток. Главным элементом работы генератора стала электронная лампа. В нашей схеме это тетроды ГУ-92А. Это устройство представляет собой электронную лампу на четырех электродах: анод, экранирующая сетка, управляющая сетка, катод.

Сетка управления, на которую поступает сигнал высокой частоты малой амплитуды, закрывает часть электронов, когда сигнал характеризуется отрицательной амплитудой, и повышает ток на аноде, при положительном сигнале. Экранирующая сетка создает фокус электронного потока, увеличивает усиление лампы, снижает емкость прохода между сеткой управления и анодом в сравнении с 3-электродной системой в сотни раз. Это уменьшает выходные искажения частот на лампе при действии на высоких частотах.

Генератор состоит из цепей:

1. Цепь накала с питанием низкого напряжения.
2. Цепь возбуждения и питания сетки управления.
3. Цепь питания сетки экрана.
4. Анодная цепь.

Между антенной и выходом генератора находится ВЧ трансформатор. Он предназначен для отдачи мощности на эмиттер от генератора. Нагрузка контура антенны не равна величине отбираемой наибольшей мощности от генератора. Эффективность передачи мощности от каскада выхода усилителя к антенне может быть достигнута при согласовании. Элементом согласования выступает емкостный делитель в цепи контура анода.

Элементом согласования может работать трансформатор. Его наличие необходимо в разных согласующих схемах, потому что без трансформатора не осуществится высоковольтная развязка.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Генераторы высокой частоты | Техника и Программы

Высокочастотные генераторы предназначены для получе­ния электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, вы­полняют с использованием LC-колебательных контуров или квар­цевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, по­этому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) мо­гут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Рис. 12.1

(рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практи­ке схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3…1/5 части, считая от заземленного вы­вода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь коле­бательного контура с транзистором, до минимума уменьшив пе­реходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно нпияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки иключить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Рис. 12.2

Рис. 12.3

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

, собранные по схеме «ем­костной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим харак­теристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с ко­лебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза- земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и ра­бочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контро­ля технологических параметров.

Рис. 12.4

Рис. 12.5

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного ва­рианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положи­тельной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособ­на в широком диапазоне значений индуктивности катушки коле­бательного контура (от 200 мкГч до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измери­тельного преобразователя электрических и неэлектрических ве­личин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (тун­нельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно

Рис. 12.6

Рис. 12.7

Рис. 12.8

источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям- бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емко­сти транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод HL1 стабилизирует рабочую точку и индицирует вклю­ченное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на поле­вых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Рис. 12.9

Рис. 12.10

Ма рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низко­вольтного стабилизатора напряжения использован прямосме- щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наибо­лее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный генератор, по схеме очень напоминаю­щий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 яв­ляется схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].

нот генератор отличает высокая стабильность частоты, способ­ность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполяр­ном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Рис. 12.11

Рис. 12.12

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа ос­нована на периодическом возбуждении колебательного конту­ра (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбуж­денном таким образом колебательном контуре возникают по­степенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебатель­ном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматривае­мых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колеба­ний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на коле­бательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в гла­вах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Рис. 12.13

Рис. 12.14

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы ко­торых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки раз­личных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устрой­ствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Дня этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный нтемент (рис. 12.15).

Рис. 12.15

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низ­кой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шу­мящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

nauchebe.net

Генераторы высокой частоты — Мегаобучалка

 

Высокочастотные измерительные генераторы (генераторы ВЧ) пред-назначаются для испытаний и наладки радиоустройств (входных цепей, усилителей высокой и промежуточной частот радиоприемников), питания измерительных схем, снятия амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников и т. п.

Они генерируют как синусоидальные, так и модулированные по амплитуде и частоте колебания.

С целью уменьшения взаимосвязей отдельных элементов генератора, влияющих на стабильность его работы, устранения или сильного ослабления влияния внешних паразитных электромагнитных полей, а также «пролезания» генерируемых колебаний помимо

выходного устройства все узлы и блоки генератора тщательно экранируют.

На рис. 5-6 приведена структурная схема типового генератора сигналов высокой частоты.

Важнейшим узлом прибора является задающий генератор, который служит для создания синусоидальных колебаний в заданном диапа-зоне частот.

К нему предъявляют два основных требования: высокая стабиль-ность частоты и «чистота» формы генерируемых колебаний.

Для удовлетворения этих требований задающий генератор наи-более часто выполняют по схеме LC-генератора с так называемой электронной связью между анодной и сеточной цепями (по схеме Шембеля-Доу). Колебательные контуры генератора выполняют из высокодобротных деталей. В схеме применяется температурная ком-

пенсация нестабильности частоты или термостабилизация элементов контуров. Лампа задающего генератора ставится в облегченный режим. Возможно выполнение ЗГ и на транзисторе.

 

Перестройка частоты задающего генератора в пределах поддиа-пазона производится изменением емкости переменного конденсатора колебательного контура. Переключение поддиапазонов осуществляется сменой катушек индуктивности контуров. Обычно эти элементы колебательных контуров задающего генератора сопряжены с аналогичными элементами анодного (коллекторного) контура буфферного усилителя — модулятора.

Буферный усилитель генератора обычно строят по схеме резонанс-ного усилителя с LС-контуром. Он уменьшает реакцию задающего генератора на изменение внешней нагрузки и усиливает напряжение колебаний, поступающих от задающего генератора. Иногда буферный усилитель выполняет роль умножителя частоты (Г4-7Л).

В некоторых типах генераторов Г4 регулировка уровня напряжения, подаваемого на выходные аттенюаторы, осуществляется в буферном каскаде. Так, например, в Г4-18А этот уровень регулируется путем изменения постоянного напряжения на экранной сетке лампы усилителя-модулятора. На эту же сетку в режиме амплитудной модуляции через разделительную емкость подается переменное модулирующее напряжение низкой частоты от внутреннего или внешнего источника.

Внутренние источники модулирующего напряжения, применяемые в генераторах ВЧ, чаще всего являются генераторами синусоидальных колебании низкой частоты (400 или 1000 Гц). Однако это могут быть и импульсные генераторы (как, например, в генераторах ГЗ-8, Г4-9).

Система аттенюаторов (плавный и ступенчатый аттенюаторы и выносной делитель, рис. 5-6) служит для плавной и ступенчатой регулировки выходного сигнала.

 

 

Примечание. f — установленное по шкале генератора значение ча-стоты; НГ — непрерывная генерации; AM — амплитудная модуляции; ЧМ — частотная модуляция; ИМ — импульсная модуляция.

Контрольные приборы предназначаются для измерения параметров выходного сигнала (например, выходного уровня и коэффициента
глубины модуляции).

В настоящее время выпускаются генераторы типов Г4-18А, Г4-42,Г4-45 и др.

Основные характеристики некоторых высокочастотных генераторов даны в табл. 5-2.

Импульсные генераторы

 

Импульсные генераторы — источники импульсных сигналов различной формы — применяются при испытаниях, регулировках и на-стройках импульсных электронных устройств, при снятии переходных

характеристик отдельных узлов и всей схемы; используются в качестве источников, модулирующих напряжение в генераторах сверхвысоких частот, и т. д.

Наибольшее применение находят измерительные генераторы перио-дической последовательности прямоугольных импульсов, общая структурная схема которых представлена на рис. 5-7.

В этой схеме задающий генератор ЗГ вырабатывает напряжение, частота которого регулируется в заданных пределах, и определяет частоту следования импульсов выходного сигнала. Наиболее часто —это блокинг-генератор или мультивибратор, реже — генератор синусоидальных колебаний RС-типа.

Формирующее устройство вырабатывает прямоугольные импульсы различной длительности. В состав формирующего устройства могут входить ограничители, линии задержки, ждущие блокинг-генераторы и мультивибраторы, фантастроны, триггеры и т. п.

 

Выходное устройство необходимо для согласования генератора с нагрузкой и содержит обычно инвертирующий каскад и катодный (эмиттерный) повторитель, что позволяет на низкоомной нагрузке (50, 75, 150, 200 Ом) получать импульсы обеих полярностей. Выходное устройство содержит также делители напряжения для регулирования напряжения выходных импульсов.

Измерители параметров выходного сигнала предназначаются для измерения высоты, а иногда и для контроля формы импульсов выход-ного сигнала.

Генераторы могут иметь вспомогательные устройства — схему внешнего запуска и выход импульсов синхронизации.

Схема внешнего запуска позволяет синхронизировать частоту следования выходных импульсов напряжением внешнего генератора и, как правило, имеет усилительный и инвертирующий каскады.

Импульсы на выходе синхронизации, несколько опережающие импульсы на основном выходе генератора, часто используют для запуска внешних приборов (например, осциллографа).

Один из способов формирования периодической последователь-ности прямоугольных импульсов поясняется рис. 5-8 и 5-9.

Как уже отмечалось, формирующее устройство в измерительном генераторе выполняет две задачи: задержку фронта импульсов основного выхода относительно фронта импульсов на выходе синхронизации и формирование прямоугольных импульсов основного выхода (импульсов заданной длительности, с крытыми фронтами и срезами и плоскими вершинами). Поэтому оно включает схемы задержки и формирования импульсов.

Время задержки импульсов на основном выходе относительно импульсов синхронизации (рис. 5-8) либо плавно регулируется (переключатели В₁ в положении 1), либо фиксированно (переключатели В₁ в положении 2).

В первом случае импульс, выработанный задающим генератором в момент времени t₀, запускает одновибратор. Последний выдает прямоугольный импульс, длительность которого (τ₃ = t₁ — t₀) устанавливается оператором. Этот импульс дифференцируется RС-цепочкой, в результате чего образуются два остроконечных импульса: отрицательный, фронт которого соответствует времени t₀, и положительный, фронт которого соответствует времени среза импульса t_1. Отрицательный импульс ограничивается диодным ограничителем, а положительный поступает на ждущий блокинг-генератор, который запускается и выдает короткий импульс с крутым фронтом. Этим импульсом запускается схема формирования, выходных прямоугольных импульсов. Таким образом, фронт выходного импульса оказывается задержанным относительно фронта выходного синхронизирующего импульса на время τ₃. Во втором случае импульс от задающего генератора задерживается искусственной линией задержки на время 0,2—0,5 мкс.

Схема формирования прямоугольных импульсов (рис. 5-9) рабо-тает следующим образом. Задержанный импульс со схемы задержки поступает на ждущий блокинг-генератор. Блокинг-генератор выраба-тывает короткий импульс с очень крутым фронтом. Этот импульс поступает на две цепи: на двусторонний ограничитель 1 и на катодный повторитель.

Ограничитель 1 формирует из поступившего импульса короткий
прямоугольный импульс определенной высоты. Этим импульсом запу- скается ждущий блокинг-генератор широкого импульса. Так как запуск производится импульсом с фиксированной, относительно небольшой высотой, в начале импульсов нет выбросов вершины. Крутизна фронта широкого импульса, формируемого ждущим блокинг-генератором широкого импульса, определяется крутизной запускающего импульса.

—

 

Параметры этого блокинг-генератора подобраны такими, чтобы дли-тельность его импульса τ_ш._и была больше максимальной требуемой длительности выходных импульсов (например, в приборах Г5-8 и Г5-15 при максимальной длительности выходных импульсов 10 мкс длительность τ_ш._и = 12÷15 мкс).

Нужная длительность выходных импульсов обеспечивается срывом работы блокинг-генератора широкого импульса в момент времени t₂. Срыв работы блокинг-генератора происходит потому, что в момент t₂ выход блокинг-генератора широкого импульса шунтируется электрон-ным ключом. Такой метод позволяет получить импульсы нужной дли-тельности с крутым срезом. Момент срыва t₂ определяется временем задержки, установленным на искусственных линиях задержки.

Сформированные таким образом импульсы с крутыми фронтами и срезами поступают на ограничитель 2, где выравниваются («срезаются»)вершины, и затем на выходное устройство.

Измерители высоты импульсов ¹ многих импульсных измерительных генераторов строятся по схемам, реализующим метод сравнения измеряемой высоты импульсов с образцовым напряжением.

Рисунки 5-10 и 5-11 поясняют принцип действия одного из вариантов таких измерителей.

Измеритель высоты импульсов (рис. 5-10) содержит сравнивающее устройство (диод Д, импульсный трансформатор Тр), источник

 

образцового напряжения (переменный резистор R, подключенный к стабилизированному напряжению U_CT) и индикатор равенства изме-ряемого и образцового напряжений. Индикатор равенства — неоно-вая лампа HЛ — для повышения чувствительности измерителя (и тем самым точности измерения) подключен к выходу сравнивающего устройства через усилитель импульсов и одновибратор — расширитель импульсов сравнения. Применение расширителя импульсов позволяет сделать чувствительность индикатора равенства практически независимой от длительности измеряемых импульсов.

Измеритель высоты импульсов работает следующим образом.

 

Первоначально образцовое напряжение устанавливают максимальным (Uо.макс; рис. 5-11, 2) и заведомо большим высоты импульсов, поступающих на вход измерителя (рис. 5-11, 1).

Поскольку образцовое напряжение U₀._макс включено встречно и больше высоты импульсов U_m, сравнивающий диод Д закрыт, через первичную обмотку трансформатора ток не проходит и на его вторичной обмотке нет напряжения. Одновибратор находится в состоянии устойчивого равновесия, которое характеризуется низким напряже-нием между точками подключения электродов неоновой лампочки HЛ1 и она не горит. Затем образцовое напряжение с помощью резистора R снижают до величины U₀, несколько меньшей высоты импульсов U_m (рис. 5-11).При этом на время действия импульсов диод Д открывается и через первичную обмотку трансформатора протекают импульсы тока (рис. 5-11, 3). Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются импульсы напряжения (t₂, которые после усиления в нужной полярности поступают на одновибратор и переводят его в неустойчивое состояние, характеризующееся резким повышением напряжения на неоновой лампе. Неоновая лампа загорается, что свидетельствует о примерном равенстве высоты импульсов U_m и образцового напряжения U₀. После возвращения одновибратора в исходное положение лампа гасится(момент t₂).

В момент прихода следующего импульса (t₃) лампа снова вспых-нет, затем погаснет и т.д. Поскольку минимальная частота повторения импульсов обычно превышает 10 Гц, свечение неоновой лампы воспринимается как немигающее. Значение образцового напряжения (а следовательно, и высоту импульсов) можно определить по шкале резистора R, заранее градуированного в значениях напряжения.

С помощью рассмотренного измерителя можно не только измерять высоту импульсов, но и устанавливать ее определенное значение. Для этого первоначально уменьшают высоту импульсов до нуля, устанавливают по шкале резистора R нужное напряжение и плавно повышают высоту импульсов до момента зажигания индикаторной лампы. Очевидно, что при этом установленная высота импульсов примерно равна образцовому напряжению.

Относительная погрешность измерения и установки высоты импуль-сов подобными измерителями обычно не превышает ±10%.

 

 

Таблица 5-3

 

 

Продолжение таблицы 5-3

 

Основные характеристики некоторых генераторов импульсов при-
ведены в табл. 5-3.

 

megaobuchalka.ru

Высокочастотный генератор: обзор, особенности,виды и характеристики

Основное предназначение высокочастотного генератора заключается в том, что он создает колебания электрического поля. Диапазон этих колебаний имеет довольно широкие границы: от нескольких десятков килогерц и до сотен мегагерц.

Общее описание устройства ВЧ

Большинством обычных людей этот прибор используется для остановки счетчика. Высокочастотный генератор действительно способен останавливать работу такой техники, создавая колебания. Кроме того, этот прибор можно также использовать в качестве питания для обычных бытовых устройств. Если говорить о мощностях, то выходное напряжение достигает 220 А, а мощность — 1 кВт. Также возможна замена некоторых элементов на более мощные. Если это сделать, то выходные характеристики высокочастотного генератора повысятся, и с его помощью станет возможно питать большее количество агрегатов или же несколько, но уже более мощных. Подключение же самого ВЧ осуществляется к обычной бытовой сети. Здесь важно отметить, что схема электрических проводов довольно проста, и изменять ее как-либо нет смысла. К тому же нет необходимости в использовании системы заземления для этого прибора. При подключении таких колебательных агрегатов в сеть они не полностью останавливают работу счетчика. Агрегат продолжает работать, но при этом ведется учет лишь 25 % от реального расхода электроэнергии.

Действие прибора

Если разобраться более подробно с работой высокочастотного генератора, то остановка техники происходит из-за того, что в схеме прибора используется конденсатор. Подключение осуществляется именно к этой детали, которая имеет заряд, полностью совпадающий с синусоидой напряжения, протекающего в сети. Осуществление заряда происходит посредством импульсов с высокой частотой. Таким образом, получается, что ток, который потребитель расходует из своей домашней сети, становится высокочастотным импульсом. Обычные же электронные счетчики, установленные в домах, характеризуются отсутствием чувствительности к такого рода колебаниям. Это означает, что учитывать расход тока импульсной формы агрегат будет с отрицательной погрешностью.

Описание схемы

Схема высокочастотного генератора характеризуется наличием определенных ключевых элементов. К ним относятся: выпрямитель, емкость, транзистор. Далее, если говорить о подключении конденсатора, то он последовательно включается в схему с выпрямителем. Это необходимо для того, чтобы во время того, как выпрямитель работает на транзистор, конденсатор мог заряжаться до того размера напряжения, которое имеется в сети.

Чаще всего пределом зарядки конденсатора в высокочастотном генераторе становится 2 кГц. Если говорить о напряжении, которое в данный момент присутствует на нагрузке и емкости устройства, то оно приближается к синусу на 220 В. Для того чтобы ограничить ток, протекающий через транзистор в то время, как заряжается емкость, в схеме имеется резистор, который подключается с каскадом ключа, используя последовательное соединение.

Особенности выполнения ВЧ

Генератор выполняется полностью на логических элементах. Он производит колебания или импульсы с частотой 2 кГц, а также с амплитудой в 5 Вольт. Имеется также такая характеристика, как сигнальная частота. Значение этого параметра определяется элементами С2 и R7. В стандартных схемах обозначения используют именно такой формат подписи. Свойства, которые дают эти элементы, могут применяться для того, чтобы настроить максимальную погрешность учета расхода энергии. За создание импульсов отвечают такие элементы, как Т2 и Т3 — транзисторы. Вместе их называют создателем импульсов. Эта деталь отвечает также за правильную работу транзистора Т1.

Такие устройства, как выпрямитель, трансформатор и другие используются в качестве небольшого блока питания. Основная задача — это поставка энергии для работы микросхемы с другими элементами. Такие небольшие блоки питания обычно рассчитаны на 36 В.

Высокочастотный генератор сигналов Г4-151

Основное предназначение такого генератора заключается в настройке, проверке, регулировке и испытаниях радиотехнических устройств. При помощи данного прибора можно обеспечить измерение амплитудно-частотной характеристики, чувствительности, избирательности и т.д. Кроме этого, использовать данную аппаратуру можно и в качестве источника сигнала, который работает с разными способами модуляции колебаний. Это может быть амплитудная, частотная или импульсная модуляция. Также возможно создание немодулированных колебаний. Чаще всего такое оборудование используют в поверочных органах, в мастерских по ремонту оборудования, в цехах или лабораториях.

Вывод информации у данного высокочастотного генератора сигналов — это обычный цифровой код. Кроме этого, для удобства управления имеются аналоговые входы, позволяющие дистанционно регулировать все параметры аппарата.

Собственноручная сборка

Так как собирать реальную схему высокочастотного генератора своими руками может быть трудно, имеется несколько упрощенный вариант сборки. В таком случае вместо транзистора в схеме будет использоваться элемент с отрицательным сопротивлением. Еще такие элементы довольно часто называют усилительными. Если говорить совсем простыми словами, то ток на выходе таких приборов всегда больше, чем ток на их входе.

К входу такого прибора подключается колебательный контур. Далее очень важно с выхода этого же усилителя через обратную связь необходимо подключить его к этому же колебательному контуру. Соединив схему таким образом, получите следующий результат. На вход поступает ток определенного значения, проходя через усилительный элемент, он увеличивается, чем подпитывает контурный конденсатор. При помощи обратной связи уже усиленный ток возвращается снова на вход в схему, где опять усиливается. Такой круговой процесс происходит постоянно. Именно он и вызывает незатухающие колебания внутри генератора.

Ламповый ВЧ

Одна из разновидностей ге нераторов сигналов высокочастотных — это ламповые устройства. Такие приборы используют для того, чтобы получать плазму с нужными параметрами. Для этого нужно подвести определенный разряд к мощности устройства. У таких приборов ключевыми элементами являются эмиттеры, работа которых основывается на принципе подведения мощности.

Еще одним важным элементом для работы ламповых ВЧ стали усилители мощности. Эти детали, установленные на лампах, используются для того, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный. Естественно, что эксплуатация лампового генератора невозможна без самой лампы. Использовать можно различные элементы. Довольно распространенным стал тетрод ГУ-92А. Данная деталь является электронной лампой, для работы которой используется четыре элемента: анод, катод, экранирующая и управляющая сетки.

fb.ru

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

---

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

Классика жанра — генератор ВЧ

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Индуктивная трехточка

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Вот он

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

Механизм генерации

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Смотрим:

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера ( DD1.1, DD1.2)

Резистор R1

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
{
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
}

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂

Источник: radiokot.ru

Поделиться в соц сетях

sciencestory.ru

Dmitry Emelyanov’s blog: Генератор высокой частоты

Сегодня разбираемся с генераторами. Радио — это для меня отдельная любимая тема 🙂 Жалко, что свои радио-проекты я в блог никогда не постил. Но есть возможность это дело подправить. Всегда хотел создать здесь отдельную ветку, посвящённую радиолюбительству.

Итак, зачем мне генератор? Генератор мне затребовался для давней идеи — строительства супергетеродина. Приёмник прямого усиления построен (хотя, я планирую в скорости к нему ещё вернуться и кое-что там доделать). Но вот уже несколько лет хочу наладить супер. Там, как известно, нужно откалибровать промежуточную частоту. Частотомер у меня уже есть, а вот генератора регулируемого нет — пора его сделать!

Что за штука «генератор»?

Генератор должен что-то генерировать 🙂 Генерирует он переменный ток нужной нам частоты. Для получения нужной частоты используется такая прекрасная вещь, как колебательный контур. Состоит он из катушки и конденсатора, подключённых параллельно. Можно подключить и последовательно, но тогда частоту  он будет выпускать, а нам надо, чтоб она в нём прямо вот колебалась и колебалась. Короче, похоже на маятник. Но маятник, надо постоянно подталкивать, чтобы тот качался. Вот и наш контур надо периодически «подталкивать», чтоб колебания не затухали. Для этого используется или транзистор или вакуумная радиолампа. Я не стал извращаться с генератором на лампе, а нашёл хорошую схему простейшего генератора на лучшем друге всех пионеров — на КТ-315! 🙂 Их есть у нас! Ежели у вас нет, то и не надо)) Возьмите себе лучше BC-547 или что-нибудь другое высокочастотное. 

Есть ещё одно замечательное явление, которое называется положительной обратной связью (ПОС). Это когда микрофон слишком близко к колонкам подносят — начинается жуткий свист. В системе микрофон-колонки началось самовозбуждение — система стала генератором. То же происходит и с транзистором. Возникшее колебание на контуре возвращается в него снова и снова, так как он как бы подключается сам на себя, и лавинообразно усиливается. В нашей схеме мы подключаем коллектор транзистора к его же эмиттеру через конденсатор примерно 15 пикофарад. 

Конденсатор взял, разумеется, переменный! 

Катушка на каркасе от туалетной бумаги — витков 17… делал на свой реген давно. Вообще катушку попробовать можно любую. Для УКВ нужно меньше, думаю, витка 3. У меня получилось что-то от 0 до 5 мегагерц в результате. Однако, недостаток схемы такой, что отрегулировать на нужную частоту практически невозможно — нужна очень плавная настройка, чем, собственно, и надо заняться. Но первый генератор собрали)

Практически на коленке. Похвалиться особо нечем, но ведь работает!

«Какая рыба в океане плавает быстрее всех?»

Собственно, дорогой Борис-Борисыч в песне так и не отвечает на поставленный вопрос, потому что вряд ли суть в этом 🙂 Как и строительство приёмников, и всяких прочих причендалов — не суть строительство. В общем, ах да… рыба! Нам нужна рыба! 🙂

Рыбой радиолюбители когда-то давно прозвали макетную плату с дырочками, на которой, собственно, и происходит всё действо. Нечто подобное просверлено и у меня 🙂 Давно просверлено, ещё в старорежимные времена, когда об али-экспрессе ходили только народные байки, но никто им ещё из родных и знакомых не пользовался… ладно, не так уж и давно я её сделал.

Пятьсот с лишним дырочек просверлены вручную. Интересные были времена…

Схему я взял с сайта «cxem.net», но, как водится, её немного доделал.

Совершенно не разобрался, зачем там транзистор, который реально в добавок ещё и греется. Тем более, что он без токовой защиты воткнут, да и по схеме что-то непонятно, почему автор повесил в воздухе коллектор. А если повесить на него плюс, то… в общем, мне жалко свой транзистор 🙂 Да и прямоугольника у меня на выходе почему-то не получилось. Так что я убрал лишние детали)) Получилась вот такая схемка:

Достоинство схемы — всё ну оооочень просто!

Пробежимся по деталям: 

Питаю я всё от своего нового БП (не зря же я его, в самом деле, делал). Так что по входу стоит КРЕНка на 5 вольт и фильтрующий кондёр на 1000 мкФ. По входу даю +12, можно любое напряжение, которое есть в даташите на 7805. Фильтрация почти идеальная, по входу на схему идёт +5,04 В с колебаниями +/- 1 мВ! Очень рекомендую всё же запитать батарейками (просто у меня сейчас с этим напряг, ждём Китай :)) И вообще всё радио лучше питать от батареек, потому что ток от них рооооооооовный! Ну ладно, меня пока что устраивает. Тут цифровой сигнал, на самом деле, так что помехи особо не передаются, вроде. Но чем выше частота, тем больше проблем со стабильностью и настройками, так что думаю, лучше всё-таки батарейки.

С питанием разобрались.

Потенциометры по 47к, попробуйте другие, если есть. Это частота и скважность тоже немножко. Но регулировка кривенькая, так что крутить надо всё 🙂

По подключению 555, вроде, вопросов быть не должно. На 2 и 6 ногу, что соединены, подаётся также ёмкость. Её надо подбирать.

На 1 мкФ у меня генерация срывалась где-то на 3 кГц

На 1 нФ — уже на 400-1200 кГц.

Можно сделать как у автора схемы — переключатель на несколько кондёров по диапазонам. Это всегда пожалуйста 🙂

Между выводами нужно поставить переменный резистор, чтобы отрегулировать прямоугольный сигнал, если это не принципиально, то можно и не ставить, и не регулировать

🙂 Но примерный вид осциллограмм я изобразил на схеме.
Вообще, осциллограф здесь тоже будет очень не лишним, увы, мой удовлетворительно работает только на частотах в несколько десятков килогерц. Но для общей наладки и этого хватило — где какой сигнал получается я смог увидеть сразу, а не гадать как в стародавние времена — а работает ли агрегат вообще.

Вышло вот такое чудо.

Конструкция вышла рабочая, но собирать для практических целей его я не очень рекомендую. Настройка крайне капризная. Эксперименты с переменным конденсатором тоже не принесли желаемого результата. Сидеть несколько дней и подбирать ёмкости с сопротивлениями желания нет. Схема останется, как интересный эксперимент — не более.

Генератор генерирует. Что теперь?

Всё-таки не зря же мы его собирали, надо испытать 🙂
Берём и подключаем выводы в антенну и заземления приёмника.
Моего приёмника прошу не пугаться) На чём нравится, на том и слушаю.

Да, вот так вот акустическим проводом

Далее рассчитываем длину волны, исходя из наших килогерц, что нам рисует частотомер. Я использую для этого приложение ElectroDroid на телефоне. Можно использовать листочек, карандаш и калькулятор — всё на любителя.

Вот что видим на частотомере

Скорость электромагнитной волны (она же скорость света) 300 000 000 м/с делим на частоту. В итоге получаем 1453,9 метра.
Находим соответствующий диапазон. Это длинные волны. И вертим ручку приёмника.

Возможно, видно красненькую полоску на 1400+

В результате в ожидаемом диапазоне появится характерный высокий свист. Проверяем — расстраиваем или выключаем генератор, свист тоже уходит. Всё, устройство готово. Но лично я по нему гетеродин настраивать не буду 🙂

dmitry-emelyanov.blogspot.com

Кварцевый генератор и кварцевые кристаллы: принцип работы и схемы

В данной статье мы подробно поговорим про кварцевый генератор, опишем принцип его работы, эквивалентную модель кварцевого кристалла, сравним с генератором Колпитца, а так же рассмотрим модель генератора Пирса. В конце статьи поговорим про микропроцессорные генераторы.

Описание и принцип работы

Некоторые из факторов, которые влияют на стабильность частоты генератора, как правило, включают в себя: изменения температуры, изменения нагрузки, а также изменения напряжения питания постоянного тока и многое другое.

Стабильность частоты выходного сигнала может быть значительно улучшена путем правильного выбора компонентов, используемых для резонансной цепи обратной связи, включая усилитель. Но есть предел стабильности, который можно получить из обычных контуров резервуаров LC и RC.

Чтобы получить очень высокий уровень стабильности генератора, кварцевый кристалл обычно используется в качестве устройства для определения частоты для создания осциллятора другого типа, известного как кварцевый генератор.

Когда источник напряжения подается на небольшой тонкий кусочек кристалла кварца, он начинает менять форму, создавая характеристику, известную как пьезоэлектрический эффект. Этот пьезоэлектрический эффект является свойством кристалла, посредством которого электрический заряд создает механическую силу, изменяя форму кристалла, и наоборот, механическая сила, приложенная к кристаллу, создает электрический заряд.

Затем пьезоэлектрические устройства могут быть классифицированы как преобразователи, поскольку они преобразуют энергию одного вида в энергию другого (электрическую в механическую или механическую в электрическую). Этот пьезоэлектрический эффект создает механические колебания или колебания, которые можно использовать для замены стандартной цепи LC- бака в предыдущих генераторах.

Существует множество различных типов кристаллических веществ, которые можно использовать в качестве осцилляторов, причем наиболее важными из них для электронных схем являются минералы кварца, что отчасти объясняется их большей механической прочностью.

Кристалл кварца, используемый в кварцевом генераторе, представляет собой очень маленький, тонкий кусок или пластину из резаного кварца с металлизацией двух параллельных поверхностей для обеспечения требуемых электрических соединений. Физический размер и толщина кусочка кварцевого кристалла строго контролируются, поскольку он влияет на конечную или основную частоту колебаний. Основная частота обычно называется характеристической частотой кристаллов.

После резки и формирования кристалл не может быть использован на любой другой частоте. Другими словами, его размер и форма определяют его основную частоту колебаний.

Характеристика или характерная частота кристаллов обратно пропорциональна его физической толщине между двумя металлизированными поверхностями. Механически вибрирующий кристалл может быть представлен эквивалентной электрической цепью, состоящей из низкого сопротивления R, большой индуктивности L и небольшой емкости C, как показано ниже.

Эквивалентная модель кварцевого кристалла

Эквивалентная электрическая схема для кварцевого кристалла показывает последовательную RLC- схему, которая представляет механические колебания кристалла параллельно с емкостью Cp, которая представляет электрические соединения с кристаллом. Кварцевые генераторы имеют тенденцию работать в направлении своего «последовательного резонанса».

Эквивалентный импеданс кристалла имеет последовательный резонанс, где Cs резонирует с индуктивностью Ls на рабочей частоте кристаллов. Эта частота называется частотой серии кристаллов ƒs. Наряду с этой последовательной частотой существует вторая частотная точка, созданная в результате параллельного резонанса, создаваемого, когда Ls и Cs резонируют с параллельным конденсатором Cp.

Кристаллический импеданс против частоты

Наклон импеданса кристаллов выше показывает, что по мере увеличения частоты на его клеммах, на определенной частоте взаимодействие между последовательным конденсатором Cs и индуктором Ls создается последовательный резонансный контур, снижающий импеданс кристаллов до минимума и равный Rs. Эта частотная точка называется резонансной частотой кристаллов серии, а ниже ƒs кристалл является емкостным.

При увеличении частоты выше этой последовательной резонансной точки кристалл ведет себя как индуктор, пока частота не достигнет своей параллельной резонансной частоты ƒp. В этой частотной точке взаимодействие между последовательным индуктором Ls и параллельным конденсатором Cp создает параллельно настроенную цепь LC-емкости, и, таким образом, полное сопротивление поперек кристалла достигает своего максимального значения.

Тогда мы можем видеть, что кристалл кварца представляет собой комбинацию последовательных и параллельно настроенных резонансных контуров, колеблющихся на двух разных частотах с очень малой разницей между ними в зависимости от огранки кристалла. Кроме того, поскольку кристалл может работать как на последовательных, так и на параллельных резонансных частотах, схему кварцевого генератора необходимо настроить на одну или другую частоту, поскольку вы не можете использовать обе вместе.

Таким образом, в зависимости от характеристик схемы кристалл кварца может действовать как конденсатор, индуктор, последовательный резонансный контур или как параллельный резонансный контур, и чтобы продемонстрировать это более четко, мы также можем построить зависимость реактивного сопротивления кристаллов от частоты, как показано ниже.

Кристаллическая реактивность против частоты

Наклон реактивного сопротивления от частоты выше показывает, что последовательное реактивное сопротивление на частоте ƒs обратно пропорционально Cs, потому что ниже ƒs и выше ƒp кристалл кажется емкостным. Между частотами ƒs и ƒp кристалл кажется индуктивным, так как две параллельные емкости компенсируются.

Тогда формула для резонансной частоты ряда кристаллов ƒs имеет вид:

Частота параллельного резонанса ƒp возникает, когда реактивное сопротивление последовательной ветви LC равно реактивному сопротивлению параллельного конденсатора Cp, и задается как:

Пример кварцевого генератора

Кристалл кварца имеет следующие значения: Rs = 6,4 Ом, Cs = 0,09972 пФ и Ls = 2,554 мГн. Если емкость на его клемме Cp измеряется при 28,68 пФ, рассчитайте основную частоту колебаний кристалла и его частоту вторичного резонанса.

Резонансная частота ряда кристаллов ƒ _S

Параллельная резонансная частота кристалла ƒ _P

Мы можем видеть, что разница между ƒs, основной частотой кристалла и ƒp невелика — около 18 кГц (10,005 МГц — 9,987 МГц). Однако в этом частотном диапазоне добротность Q (коэффициент качества) кристалла является чрезвычайно высокой, поскольку индуктивность кристалла намного выше, чем его емкостные или резистивные значения. Добротность нашего кристалла на последовательной резонансной частоте определяется как:

Тогда Q нашего кристалла, например, около 25000, из — за этой высокой Х _L / R отношение. Коэффициент добротности большинства кристаллов находится в диапазоне от 20000 до 200000 по сравнению с хорошей цепью бака с хорошей настройкой LC, которую мы рассматривали ранее, которая будет намного меньше 1000. Это высокое значение добротности также способствует большей стабильности частоты кристалла на его рабочей частоте, что делает его идеальным для построения схем кварцевого генератора.

Итак, мы видели, что кварцевый кристалл имеет резонансную частоту, аналогичную частоте электрической цепи LC-бака, но с намного более высоким добротностью. Это связано главным образом с его низким последовательным сопротивлением Rs. В результате кварцевые кристаллы делают превосходный выбор компонентов для использования в генераторах, особенно в генераторах очень высокой частоты.

Типичные кварцевые генераторы могут колебаться в диапазоне частот от примерно 40 кГц до более 100 МГц в зависимости от конфигурации их схемы и используемого усилительного устройства. Разрез кристалла также определяет его поведение, поскольку некоторые кристаллы будут вибрировать с более чем одной частотой, создавая дополнительные колебания, называемые обертонами.

Кроме того, если кристалл не имеет параллельной или однородной толщины, он может иметь две или более резонансных частот как с основной частотой, образующей так называемые, так и гармоники, такие как вторая или третья гармоники.

В целом, хотя основная частота колебаний для кварцевого кристалла намного более сильная или выраженная, чем у вторичных гармоник и вторичных гармоник вокруг него, так что это будет использоваться. На графиках выше мы видели, что схема эквивалентного кристалла имеет три реактивных компонента, два конденсатора и индуктор, поэтому есть две резонансные частоты, самая низкая — последовательная резонансная частота, а самая высокая — параллельная резонансная частота.

Мы видели в предыдущих уроках, что схема усилителя будет колебаться, если она имеет коэффициент усиления контура, больший или равный единице, и обратная связь положительна. В схеме кварцевого генератора генератор будет колебаться на основной параллельной резонансной частоте кристаллов, поскольку кристалл всегда хочет колебаться, когда на него подается источник напряжения.

Тем не менее, также возможно «настроить» кварцевый генератор на любую четную гармонику основной частоты (2-й, 4-й, 8-й и т.д.), и они обычно известны как гармонические генераторы, в то время как генераторы обертоновых колебаний вибрируют с нечетными кратными значениями основной частоты 3, 5, 11 и т.д.). Как правило, кварцевые генераторы, которые работают на обертонных частотах, используют их последовательные резонансные частоты.

Кварцевый генератор Колпитца

Цепи кварцевого генератора обычно строятся с использованием биполярных транзисторов или полевых транзисторов. Это связано с тем, что хотя операционные усилители могут использоваться во многих различных низкочастотных (≤100 кГц) осцилляторных схемах, операционные усилители просто не имеют полосы пропускания для успешной работы на более высоких частотах, подходящих для кристаллов выше 1 МГц.

Конструкция кварцевого генератора очень похожа на конструкцию генератора Колпитца, который мы рассматривали в предыдущем уроке, за исключением того, что схема резервуара LC, которая обеспечивает колебания обратной связи, была заменена кварцевым кристаллом, как показано ниже.

Этот тип кварцевых генераторов разработан вокруг усилителя с общим коллектором (эмиттер-повторитель). Сеть резисторов R ₁ и R ₂ устанавливает уровень смещения постоянного тока на базе, а эмиттерный резистор R _Eустанавливает уровень выходного напряжения. Резистор R ₂ установлен как можно большим, чтобы предотвратить нагрузку на параллельно подключенный кристалл.

Транзистор 2N4265 представляет собой NPN-транзистор общего назначения, подключенный в конфигурации с общим коллектором, и способен работать на скоростях переключения, превышающих 100 МГц, значительно выше основной частоты кристаллов, которая может быть между 1 МГц и 5 МГц.

Вышеприведенная принципиальная схема контура генератора Колпитц-Кристалл показывает, что конденсаторы С1 и С2 шунтируют выход транзистора, что уменьшает сигнал обратной связи. Следовательно, коэффициент усиления транзистора ограничивает максимальные значения C1 и C2. Выходную амплитуду следует поддерживать низкой, чтобы избежать чрезмерного рассеивания мощности в кристалле, иначе он может разрушиться из-за чрезмерной вибрации.

Генератор Пирса

Другая распространенная конструкция кварцевого генератора — это модель Пирса. Генератор Пирса очень похож по конструкции на предыдущий генератор Колпитца и хорошо подходит для реализации схем кварцевого генератора, использующих кристалл как часть его цепи обратной связи.

Генератор Пирса — это, прежде всего, последовательный резонансно настроенный контур (в отличие от параллельного резонансного контура генератора Колпитца), который использует JFET для своего основного усилительного устройства, поскольку полевые транзисторы обеспечивают очень высокие входные импедансы с кристаллом, подключенным между стоком и затвором через конденсатор C1, так как показано ниже.

В этой простой схеме кристалл определяет частоту колебаний и работает на своей последовательной резонансной частоте, что дает путь с низким импедансом между выходом и входом. При резонансе наблюдается сдвиг фазы на 180 ^o , что делает обратную связь положительной. Амплитуда выходной синусоидальной волны ограничена максимальным диапазоном напряжения на выводе стока.

Резистор R1 управляет величиной обратной связи и возбуждением кристалла, в то время как напряжение на радиочастотном дросселе RFC меняется в течение каждого цикла. Большинство цифровых часов и таймеров используют генератор Пирса в той или иной форме, поскольку он может быть реализован с использованием минимума компонентов.

Наряду с использованием транзисторов и полевых транзисторов, мы также можем создать простой базовый параллельный резонансный кварцевый генератор, аналогичный по работе генератору Пирса, с использованием КМОП-инвертора в качестве элемента усиления. Основной кварцевый генератор состоит из одного инвертирующего логического элемента триггера Шмитта, такого как TTL 74HC19 или CMOS 40106, 4049, индуктивного кристалла и двух конденсаторов. Эти два конденсатора определяют величину емкости нагрузки кристаллов. Последовательный резистор помогает ограничить ток возбуждения в кристалле, а также изолирует выход инвертора от комплексного сопротивления, образованного конденсаторно-кристаллической сетью.

КМОП кристаллический генератор

Кристалл колеблется на своей последовательной резонансной частоте. КМОП-инвертор изначально смещен в середину своей рабочей области резистором обратной связи R1. Это гарантирует, что точка Q инвертора находится в области высокого усиления. Здесь используется резистор со значением 1 МОм, но его значение не является критическим, если оно больше 1 МОм. Дополнительный инвертор используется для буферизации выходного сигнала генератора на подключенную нагрузку.

Инвертор обеспечивает 180 ^o фазового сдвига, а сеть кристаллических конденсаторов — дополнительные 180 ^o, необходимые для колебаний. Преимущество кварцевого генератора КМОП является то , что он всегда будет автоматически корректировать себя, чтобы поддерживать это 360 ^о фазовом сдвиге для колебаний.

В отличие от предыдущих кварцевых генераторов на транзисторной основе, которые генерировали синусоидальную форму выходного сигнала, поскольку генератор КМОП-инвертор использует цифровые логические элементы, выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну, колеблющуюся между HIGH и LOW. Естественно, максимальная рабочая частота зависит от характеристик переключения используемого логического элемента.

Микропроцессорные кварцевые часы

Мы не можем закончить статью по кварцевым генераторам, не упомянув кое-что о микропроцессорных кварцевых часах. Практически все микропроцессоры, микроконтроллеры, PIC и процессоры, как правило, используют кварцевый генератор в качестве устройства определения частоты, чтобы генерировать их синхроимпульс, потому что, как мы уже знаем, кварцевые генераторы обеспечивают высочайшую точность и стабильность частоты по сравнению с резистором-конденсатором (RC) или индуктор-конденсатор, (LC) генераторы.

Тактовая частота процессора определяет, насколько быстро процессор может работать и обрабатывать данные с помощью микропроцессора, PIC или микроконтроллера с тактовой частотой 1 МГц, что означает, что он может обрабатывать данные внутренне один миллион раз в секунду за каждый тактовый цикл. Как правило, все, что нужно для получения тактовой формы сигнала микропроцессора, — это кристалл и два керамических конденсатора со значениями в диапазоне от 15 до 33 пФ, как показано ниже.

Микропроцессорный генератор

Большинство микропроцессоров, микроконтроллеров и PIC имеют два вывода генератора, обозначенных OSC1 и OSC2, для подключения к внешней кварцевой кристаллической цепи, стандартной сети RC- генератора или даже керамическому резонатору. В микропроцессорных системах такого типа кварцевый генераторгенерирует последовательность непрерывных прямоугольных импульсов, основная частота которых контролируется самим кристаллом. Эта основная частота регулирует поток инструкций, управляющих процессором устройства. Например, мастер часов и системное время.

meanders.ru

No related posts.