Схема синосуидального RC-генератора » Схемы электронных устройств

Как известно, превратить усилитель звуковой частоты в генератор совсем не сложно, достаточно лишь ввести в него положительную обратную связь, то есть подать с выхода усилителя сигнал на его вход, да так, чтобы его фаза совпадала с фазой входного сигнала. В простейшем случае, если например имеется двухкаскадный усилитель на транзисторах, включенных с общим эмиттером, достаточно только добавить один конденсатор СХ (рис. 1), и усилитель станет генератором. В этом случае, колебания напряжения, всегда возникающие в цепях усилителя при включении питания, уже не будут затухающими, как в обычном усилителе, а наоборот будут расти. Расти до тех пор, пока не установится режим ограничения, так называемый стационарный режим генератора. То есть до тех пор, пока амплитуда выходного сигнала не достигнет максимальной величины для этого усилителя. В результате синусоида будет искажена, ограничена, урезана этим порогом и снизу и сверху, и по форме будет куда ближе к прямоугольным импульсам. Условие совпадения фаз будет выполняться в широком диапазоне частот и сигнал генератора будет иметь широкий спектр, что не всегда удобно при налаживании аппаратуры. Если такой сигнал подать на вход УЗЧ или на динамик, можно услышать что сигнал не однотонный, его звучание не чистое. Рисунок 2 Очевидно, что для получения на выходе сигнала только одной частоты (чистого синусоидального сигнала) цепь положительной обратной связи должна создавать необходимый (нулевой) сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному только на одной частоте. Этого можно добиться включением в цепь обратной связи, охватывающей усилитель 1 (рисунок 2) RC-цепи, состоящей из двух резисторов и двух конденсаторов. На определенной частоте такая цепь создает нулевой сдвиг фаз. Эта частота определяется по формуле F = 1/27iRC (резисторы и конденсаторы должны быть одинаковыми). Изменяя сопротивления резисторов и емкости конденсаторов можно в широких пределах изменять частоту на которой будет нулевой сдвиг фаз, а следовательно изменять частоту генерируемого синусоидального сигнала. Сопротивление в Омах, емкость в Фарадах. Коэффициент передачи такой цепи равен 1/3, то есть, сигнал пройдя через эту цепь ослабляется её в три раза. Для того чтобы синусоидальный сигнал имел минимальные искажения, в усилитель, работающий генератором, необходимо ввести помимо положительно обратной связи, еще и отрицательную оhttp://makeshema.ru/engine/skins/bbcodes/images/b.gifбратную связь, которая будет снижать коэффициент усиления усилителя таким образом, чтобы поддерживалась устойчивая генерация, и при этом не возникало ограничение (урезание) синусоиды. На рисунке 3 показана практическая схема простого генератора синусоидальных сигналов звуковой частоты. На транзисторах VT1-VT3 собран двухкаскадный усилитель ЗЧ. Первый каскад на транзисторах VT1 и VT2, включенных по схеме составного транзистора, чтобы получить наибольшее усиление и входное сопротивление. Второй на транзисторе VT3. Вход усилителя — база VT1,выход — коллектор VT3. Частотозадающая цепь состоит из сдвоенного переменного резистора R4, добавочных резисторов R2 и R3, и конденсаторов С1-С6, которые переключаются сдвоенным переключателем S1. Когда S1 находится в показанном на схеме положении, диапазон частот (перекрывается переменным резистором R4) будет 20-200 Гц, если S1 поставить в среднее положение (на конденсаторы С2 и С5) диапазон частот будет 200-2000 Гц, и в нижнем положении S1 (на конденсаторы С3 и С6) диапазон будет 2000-20000Гц. Таким образом, вращением ручки резистора R4 и переключением S1 можно установить любую частоту от 20 Гц до 20 кГц. Резистор R10 служит для регулировки выходного напряжения ЗЧ. Когда его движок в верхнем, по схеме, положении, амплитуда выходного напряжения ЗЧ будет 1,5 В, когда в нижнем — ноль.

Схемы генераторов низкой частоты | Техника и Программы

   Генераторы низкой частоты (ГНЧ) используют для получения незатухающих периодических колебаний электрического тока в диапазоне частот от долей Гц до десятков кГц. Такие генераторы, как правило, представляют собой усилители, охваченные положительной обратной связью (рис. 11.7,11.8) через фазосдви-гающие цепочки.

Для осуществления этой связи и для возбуждения генератора необходимы следующие условия: сигнал с выхода усилителя должен поступать на вход со сдвигом по фазе 360 градусов (или кратном ему, т.е. О, 720, 1080 и т.д. градусов), а сам усилитель должен иметь некоторый запас коэффициента усиления, KycMIN. Поскольку условие оптимального сдвига фаз для возникновения генерации может выполняться только на одной частоте, именно на этой частоте и возбуждается усилитель с положительной обратной связью.

   

   Рис. 11.1

   

   Рис. 11.2

   Для сдвига сигнала по фазе используют RC- и LC-цепи, кроме того, сам усилитель вносит в сигнал фазовый сдвиг. Для получения положительной обратной связи в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) использован двойной Т-образный RC-мост; в генераторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) — мост Вина; в генераторах (рис. 11.3 — 11.6, 11.11 — 11.15) — фазосдвигающие RC-це-почки. В генераторах с RC-цепочками число звеньев может быть достаточно большим.

На практике же для упрощения схемы число не превышает двух, трех.

   

   Рис. 11.3

   

   Рис. 11.4

   

   Рис. 11.5

   

   Рис. 11.6

   Расчетные формулы и соотношения для определения основных характеристик RC-генераторов сигналов синусоидальной формы приведены в таблице 11.1. Для простоты расчета и упрощения подбора деталей использованы элементы с одинаковыми номиналами. Для вычисления частоты генерации (в Гц) в формулы подставляют значения сопротивлений, выраженные в Омах, емкостей — в Фарадах. Для примера, определим частоту генерации RC-генератора с использованием трехзвенной RC-це-пи положительной обратной связи (рис. 11.5). При R=8,2 кОм; С=5100 пФ (5,1х1СГ9 Ф) рабочая частота генератора будет равна 9326 Гц.

   Таблица 11.1

   

   Для того чтобы соотношение резистивно-емкостных элементов генераторов соответствовало расчетным значениям, крайне желательно, чтобы входные и выходные цепи усилителя, охваченного петлей положительной обратной связи, не шунтировали эти элементы, не влияли на их величину.

В этой связи для построения генераторных схем целесообразно использовать каскады усиления, имеющие высокое входное и низкое выходное сопротивления.

   На рис. 11.7, 11.9 приведены «теоретическая» и несложная практическая схемы генераторов с использованием двойного Т-моста в цепи положительной обратной связи.

   Генераторы с мостом Вина показаны на рис. 11.8, 11.10 [Р 1/88-34]. В качестве УНЧ использован двухкаскадный усилитель. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать потенциометром R6. Если требуется создать генератор с мостом Вина, перестраиваемый по частоте, последовательно с резисторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включают сдвоенный потенциометр. Частотой такого генератора можно также управлять, заменив конденсаторы С1 и С2 (рис. 11.2, 11.8) на сдвоенный конденсатор переменной емкости. Поскольку максимальная емкость такого конденсатора редко превышает 500 пФ, удается перестраивать частоту генерации только в области достаточно высоких частот (десятки, сотни кГц). Стабильность частоты генерации в этом диапазоне невысока.

   

   Рис. 11.7

   

   Рис. 11.8

   На практике для изменения частоты генерации подобных устройств часто используют переключаемые наборы конденсаторов или резисторов, а во входных цепях применяют полевые транзисторы. Во всех приводимых схемах отсутствуют элементы стабилизации выходного напряжения (для упрощения), хотя для генераторов, работающих на одной частоте или в узком диапазоне ее перестройки, их использование не обязательно.

   Схемы генераторов синусоидальных сигналов с использованием трехзвенных фазосдвигающих RC-цепочек (рис. 11.3)

   

   Рис. 11.9

   

   Рис. 11.10

   показаны на рис. 11.11, 11.12. Генератор (рис. 11.11) работает на частоте 400 Гц [Р 4/80-43]. Каждый из элементов трехзвен-ной фазосдвигающей RC-цепочки вносит фазовый сдвиг на 60 градусов, при четырехзвенной — 45 градусов. Однокаскадный усилитель (рис. 11.12), выполненный по схеме с общим эмиттером, вносит необходимый для возникновения генерации фазовый сдвиг на 180 градусов. Заметим, что генератор по схеме на рис. 11.12 работоспособен при использовании транзистора с высоким коэффициентом передачи по току (обычно свыше 45…60). При значительном снижении напряжения питания и неоптимальном выборе элементов для задания режима транзистора по постоянному току генерация сорвется.

   

   Рис. 11.11

   

   Рис. 11.12

   

   Рис. 11.13

   Звуковые генераторы (рис. 11.13 — 11.15) близки по построению к генераторам с фазосдвигающими RC-цепочками [Рл 10/96-27]. Однако за счет использования индуктивности (телефонный капсюль ТК-67 или ТМ-2В) вместо одного из ре-зистивных элементов фазосдвигающей цепочки, они работают с меньшим числом элементов и в большем диапазоне изменения напряжения питания.

   

   Рис. 11.14

   

   Рис. 11.15

   Так, звуковой генератор (рис. 11.13) работоспособен при изменении напряжения питания в пределах 1…15 В (потребляемый ток 2…60 мА). При этом частота генерации изменяется от 1 кГц (ипит=1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

   Звуковой индикатор с внешним управлением (рис. 11.14) также работает при 1)пит=1…15 В; включение/выключение генератора производится подачей на его вход логических уровней единицы/нуля, которые также должны быть в пределах 1…15 В.

   Звуковой генератор может быть выполнен и по другой схеме (рис. 11.15). Частота его генерации меняется от 740 Гц (ток потребления 1,2 мА, напряжение питания 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА и 15 В). Более стабильна частота генерации при изменении напряжения питания в пределах 3…11 В — она составляет 1,7 кГц± 1%. Фактически этот генератор выполнен уже не на RC-, а на LC-эле-ментах, причем, в качестве индуктивности используется обмотка телефонного капсюля.

   Низкочастотный генератор синусоидальных колебаний (рис. 11.16) собран по характерной для LC-генераторов схеме «емкостной трехточки». Отличие заключается в том, что в качестве индуктивности использована катушка телефонного капсюля, а резонансная частота находится в диапазоне звуковых колебаний за счет подбора емкостных элементов схемы.

   

   Рис. 11.16

   

   Рис. 11.17

   Другой низкочастотный LC-генератор, выполненный по каскодной схеме, показан на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В качестве индуктивности можно воспользоваться универсальной или стирающей головками от магнитофонов, обмотками дросселей или трансформаторов.

   RC-генератор (рис. 11.18) реализован на полевых транзисторах [Рл 10/96-27]. Подобная схема используется обычно при построении высокостабильных LC-генераторов. Генерация возникает уже при напряжении питания, превышающем 1 В. При изменении напряжения с 2 до 10 6 частота генерации понижается с 1,1 кГц до 660 Гц, а потребляемый ток увеличивается, соответственно, с 4 до 11 мА. Импульсы частотой от единиц Гц до 70 кГц и выше могут быть получены изменением емкости конденсатора С1 (от 150 пФ до 10 мкФ) и сопротивления резистора R2.

   

   Рис. 11.18

   Представленные выше звуковые генераторы могут быть использованы в качестве экономичных индикаторов состояния (включено/выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности, светоизлучающих диодов, для замены или дублирования световой индикации, для аварийной и тревожной индикации и т. д.

   

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Схемы генераторов высокой частоты. Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе Генератор вч работает на частоте 120 мгц

Предлагаемые генераторы высокой частоты 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.

Генераторы высокой частоты (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 влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

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

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

Генераторы высокой частоты, 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.

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 мкГн 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 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 НИ 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.

На 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 частоты , 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 .

Этот 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.

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.

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. Для 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 элемент (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.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Юным радиолюбителям посвящается…

Предисловие

Радиосигнал, однажды сгенерированный, уносится в глубь Вселенной со скоростью света… Эта фраза, прочитанная в журнале «Юный техник» в далеком детстве произвела на меня очень сильное впечатление и уже тогда я твердо решил, что обязательно пошлю свой сигнал нашим «братьям по разуму», чего бы мне это не стоило. Но путь, от желания до воплощения мечты долог и непредсказуем…

Когда я только начинал заниматься радиоделом, мне очень хотелось построить портативную радиостанцию. В то время я думал, что она состоит из динамика, антенны и батарейки. Стоит только соединить их в правильном порядке и можно будет разговаривать с друзьями где-бы они не находились… Я изрисовал не одну тетрадку возможными схемами, добавлял всевозможные лампочки, катушки и проводки. Сегодня эти воспоминания вызывают у меня лишь улыбку, но тогда мне казалось, что еще чуть-чуть и чудо-устройство будет у меня в руках…

Я помню свой первый радиопередатчик. В 7 классе я ходил в кружок спортивной радиопеленгации (т.н. охоты на лис). В один из прекрасных весенних дней наша последняя «лиса» — приказала долго жить. Руководитель кружка, недолго думая, вручил мне её со словами — «… ну, ты там её почини…». Я наверное был страшно горд и счастлив, что мне доверили столь почетную миссию, но мои знания электроники на тот момент не дотягивали до «кандидатского минимума». Я умел отличать транзистор от диода и приблизительно представлял как они работают по отдельности, но как они работают вместе — для меня это было загадкой. Придя домой, я с благоговейным трепетом вскрыл небольшую металлическую коробочку. Внутри неё оказалась плата, состоящая из мультивибратора и генератора РЧ на транзисторе П416. Для меня это была вершина схемотехники. Самой загадочной деталью в данном устройстве была катушка задающего генератора (3,5МГц.), намотанная на броневом сердечнике. Детское любопытство пересилило здравый смысл и острая металлическая отвертка впилась в броневой кожух катушки. «Хрясь» — раздался хруст и кусок броневого корпуса катушки, со стуком упал на пол. Пока он падал, мое воображение уже нарисовало картину моего расстрела руководителем нашего кружка…

У этой истории был счастливый конец, правда случился он через месяц. «Лису» я все-таки починил, хотя точнее сказать — сделал её заново. Плата радиомаяка, сделанная из фольгированного гетинакса, не выдержала пыток моим 100 ваттным паяльником, дорожки отслоились от постоянной перепайки деталей… Пришлось плату делать заново. Спасибо моему папе, что принес (достал где-то с большим трудом) фольгированный гетинакс, а маме — за дорогой французский красный лак для ногтей, который я использовал для рисования платы. Новый броневой сердечник мне достать не удалось, но зато удалось аккуратно склеить старый клеем БФ… Отремонтированный радиомаяк радостно послал в эфир свое слабое «ПИ-ПИ-ПИ», но для меня это было сравни запуску первого искусственного спутника Земли, возвестившего человечеству о начале космической эры таким-же прерывистым сигналом на частоте 20 и 40 МГц. Вот такая история…

Схема устройства

В мире существует огромное количество схем генераторов, способных генерировать колебания различной частоты и мощности. Обычно, это достаточно сложные устройства на диодах, лампах, транзисторах или других активных элементах. Их сборка и настройка требует некоторого опыта и наличия дорогих приборов. И чем выше частота и мощность генератора, тем сложнее и дороже нужны приборы, тем опытнее должен быть радиолюбитель в данной теме.

Но сегодня, мне бы хотелось рассказать о достаточно мощном генераторе ВЧ, построенном всего на одном транзисторе. Причем работать этот генератор может на частотах до 2ГГц и выше и генерировать достаточно большую мощность — от единиц до десятков ватт, в зависимости от типа применяемого транзистора. Отличительной особенностью данного генератора, является использование симметричного дипольного резонатора, своеобразного открытого колебательного контура с индуктивной и емкостной связью. Не стоит пугаться такого названия — резонатор представляет собой две параллельные металлические полоски, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга.

Свои первые опыты с генераторами подобного вида я проводил ещё в начале 2000-х годов, когда для меня стали доступны мощные ВЧ-транзисторы. С тех пор я периодически возвращался к этой теме, пока в середине лета на сайте VRTP.ru не возникла тема по использованию мощного однотранзисторного генератора в качестве источника ВЧ-излучения для глушения бытовой техники (музыкальных центров, магнитол, телевизоров) за счет наведения модулированных ВЧ-токов в электронных схемах этих устройств. Накопленный материал и лег в основу данной статьи.

Схема мощного генератора ВЧ, достаточно проста и состоит из двух основных блоков:

1. Непосредственно сам автогенератор ВЧ на транзисторе;
2. Модулятор — устройство для периодической манипуляции (запуска) генератора ВЧ сигналом звуковой (любой другой) частоты.

Детали и конструкция

«Сердцем» нашего генератора является высокочастотный MOSFET-транзистор . Это достаточно дорогостоящий и мало распространенный элемент. Его можно купить за приемлемую цену в китайских интернет-магазинах или найти в высокочастотном радиооборудовании — усилителях/генераторах высокой частоты, а именно, в платах базовых станций сотовой связи различных стандартов. В своем большинстве эти транзисторы разрабатывались именно под данные устройства.
Такие транзисторы, визуально и конструктивно отличаются от привычных с детства многим радиолюбителям КТ315 или МП38 и представляют собой «кирпичики» с плоскими выводами на мощной металлической подложке. Они бывают маленькие и большие в зависимости от выходной мощности. Иногда, в одном корпусе располагаются два транзистора на одной подложке (истоке). Вот как они выглядят:

Линейка внизу, поможет вам оценить их размеры. Для создания генератора могут быть использованы любые MOSFET-транзисторы. Я пробовал в генераторе следующие транзисторы: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E — все они работают. Вот как данные транзисторы выглядят внутри:

Вторым, необходимым материалом для изготовления данного устройства является медь . Необходимы две полоски данного металла шириной 1-1,5см. и длинной 15-20см (для частоты 400-500 МГц). Можно сделать резонаторы любой длинны, в зависимости от желаемой частоты генератора. Ориентировочно, она равна 1/4 длинны волны.
Я использовал медь, толщиной 0,4 и 1 мм. Менее тонкие полоски — будут плохо держать форму, но в принципе и они работоспособны. Вместо меди, можно использовать и латунь . Резонаторы из альпака (вид латуни) тоже успешно работают. В самом простом варианте, резонаторы можно сделать из двух кусочков проволоки, диаметром 0,8-1,5 мм.

Помимо ВЧ-транзистора и меди, для изготовления генератора понадобится микросхема 4093 — это 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входе. Её можно заменить на микросхему 4011 (4 элемента 2И-НЕ) или её российский аналог — К561ЛА7 . Также можно использовать другой генератор для модуляции, например, собранный на таймере 555 . А можно вообще исключить из схемы модулирующую часть и получить просто ВЧ-генератор.

В качестве ключевого элемента применен составной p-n-p транзистор TIP126 (можно использовать TIP125 или TIP127, они отличаются только максимально допустимым напряжением). По паспорту он выдерживает 5А, но очень сильно греется. Поэтому необходим радиатор для его охлаждения. В дальнейшем, я использовал P-канальные полевые транзисторы типа IRF4095 или P80PF55 .

Сборка устройства

Устройство может быть собрано как на печатной плате, так и навесным монтажом с соблюдением правил для ВЧ-монтажа. Топология и вид моей платы приведены ниже:

Эта плата рассчитана на транзистор типа MRF19125 или PTFA211801E . Для него прорезается отверстие в плате, соответствующее размеру истока (теплоотводящей пластины).
Одним из важных моментов сборки устройства является обеспечение теплоотвода от истока транзистора. Я применил различные радиаторы, подходящие по размеру. Для кратковременных экспериментов — таких радиаторов достаточно. Для долговременной работы — необходим радиатор достаточно большой площади или применение схемы обдува вентилятором.
Включение устройства без радиатора, чревато быстрым перегревом транзистора и выходом из строя этого дорогостоящего радиоэлемента.

Для экспериментов, мною были изготовлены несколько генераторов по разные транзисторы. Также я сделал фланцевые крепления полосковых резонаторов, чтобы можно было их менять без постоянного нагрева транзистора. Представленные ниже фотографии помогут вам разобраться в деталях монтажа.

Запуск устройства

Перед запуском генератора, необходимо еще раз проверить правильность его соединений, чтобы у вас не образовалась весьма не дешёвая кучка транзисторов с надписью «Сгорел».

Первый запуск, желательно производить с контролем потребляемого тока. Этот ток, можно ограничить до безопасного уровня использовав резистор на 2-10 Ом в цепи питания генератора (коллектор или сток модулирующего транзистора).
Работу генератора можно проверить различными приборами: поисковым приемником, сканером, частотомером или просто энергосберегающей лампой. ВЧ-излучение, мощностью более 3-5 Вт, заставляет её светиться.

ВЧ-токи легко нагревают некоторые материалы вступающие с ними в контакт в т. ч. и биологические ткани. Так, что будьте осторожны, можно получить термический ожог прикоснувшись к оголенным резонаторам (особенно при работе генераторов на мощных транзисторах). Даже небольшой генератор на транзисторе MRF284, при мощности всего около 2-х ватт — легко сжигает кожу рук, в чем вы можете убедиться на этом видео:

При некотором опыте и достаточной мощности генератора, на конце резонатора, можно зажечь т.н. «факел» — небольшой плазменный шарик, который будет подпитываться ВЧ-энергией генератора. Для этого достаточно просто поднести зажженную спичку к острию резонатора.

Т.н. «факел» на конце резонатора.

Помимо этого, можно зажечь ВЧ-разряд между резонаторами. В некоторых случаях, разряд напоминает крошечную шаровую молнию хаотично перемещающуюся по всей длине резонатора. Как это выглядит вы можете увидеть ниже. Несколько увеличивается потребляемый ток и во всем доме «гаснут» многие каналы эфирного телевидения))).

Применение устройства

Помимо этого, наш генератор может быть применен для изучения воздействия ВЧ-излучения на различные устройства, бытовую аудио и радиоаппаратуру с целью изучения их помехоустойчивости. Ну и конечно, с помощью данного генератора можно послать сигнал в космос, но это уже другая история…

P.S. Не следует путать этот ВЧ-автогенератор с различными EMP-jammers. Там генерируются импульсы высокого напряжения, а наше устройство генерирует излучение высокой частоты.

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 .

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 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 . 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.

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 , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Перестраиваемый rc-генератор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве перестраиваемого источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах.

Известен управляемый генератор синусоидальных колебаний, содержащий операционный усилитель, цепь АРУ, электрически управляемый переключатель, фильтр нижних частот, переменный резистор, два конденсатора, генератор управляющих импульсов, триггер и предназначенный для формирования синусоидальных колебаний в широком диапазоне частот с повышенной кратковременной стабильностью частоты [а.с. СССР №1501244, МКИ⁴ Н03В 5/26. — Опубл. в Б.И., №30, 1989].

Недостатками этого управляемого генератора синусоидальных колебаний являются:

1) ограниченное значение максимальной частоты формируемых колебаний, обусловленное использованием операционного усилителя в электрической схеме генератора;

2) наличие дополнительного генератора управляющих импульсов и электрически управляемого переключателя.

В качестве прототипа изобретения служит RC-генератор [пат. №2666226 РФ, МПК Н03В 5/26 (2006.01). — Опубл. в Б.И., №25, 2018], содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, первый и второй источники тока, первый, второй и третий конденсаторы.

Недостатком данного RC-генератора является отсутствие возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний.

Техническим результатом предлагаемого перестраиваемого RC-генератора является обеспечение возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний и расширение диапазона перестройки частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в RC-генератор содержащий первые и вторые зажимы, первый — третий транзисторы, первый — третий резисторы, первый и второй источники тока, первый — третий конденсаторы, с целью обеспечения возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний и расширения диапазона перестройки частоты введены первый и второй варикапы, первые выводы которых через первый и второй конденсаторы подключены к первым выводам первых и вторых зажимов соответственно, а вторые выводы первого и второго варикапов подключены к общей шине, переменный резистор, первый вывод которого подключен к первой шине питания, а второй вывод — к общей шине, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых подключены к первым выводам первого и второго варикапов соответственно, а вторые выводы — к среднему выводу переменного резистора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого перестраиваемого RC-генератора.

Перестраиваемый RC-генератор содержит первые 1 и вторые 2 зажимы, первый 3, второй 4 и третий 5 транзисторы, первый 6 и второй 7 резисторы, первый 8 и второй 9 источники тока, первый 10 и второй 11 варикапы, первый 12, второй 13 и третий 14 конденсаторы, третий резистор 15, переменный резистор 16, четвертый 17 и пятый 18 резисторы.

Перестраиваемый RC-генератор работает следующим образом.

Первый 6, второй 7 резисторы и второй 11 варикап в схеме перестраиваемого RC-генератора образуют эквивалентную индуктивность L_э:

где R₁, R₂ — сопротивления первого 6 и второго 7 резисторов соответственно;

C_VD2 — емкость второго варикапа 11.

Первый варикап 10 образует с индуктивностью L_э параллельный колебательный контур, настроенный на частоту ω₀:

где C_VD1 — емкость первого варикапа 10.

При подключении источников питания напряжением +12 В, минус 12 В и минус 3 В соответственно к первой, второй и третьей шинам питания в колебательном контуре возникают синусоидальные колебания с частотой ω₀. Для поддержания в колебательном контуре незатухающих колебаний коэффициент передачи цепи положительной обратной связи K_ПОC, образованной последовательным включением третьего резистора 15 и третьего конденсатора 14, должен удовлетворять условию:

где S_VT3 — крутизна третьего транзистора 5;

R₃ — сопротивление третьего резистора 15;

K₀ — коэффициент усиления каскада с общей базой, выполненного на третьем транзисторе 5;

R_oe — сопротивление колебательного контура на частоте ω₀, равное

где β₁, β₂ — коэффициенты передачи токов базы первого 3 и второго 4 транзисторов соответственно.

Для выравнивания режимов первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов на переменном токе целесообразно принять: R₂=R₁, С_VD2=C_VD1. Тогда выражение (2) примет вид

а сопротивление третьего резистора 15 с учетом соотношений (3) и (4) должно удовлетворять условию:

Емкость третьего конденсатора 14, обеспечивающего гальваническую развязку каскадов, выполненных на первом 3, втором 4 и третьем 5 транзисторах, должна удовлетворять условию:

С учетом выражения (2), изменять частоту ω₀ настройки параллельного колебательного контура можно одновременным изменением сопротивлений первого 6 и второго 7 резисторов и (или) емкостей первого 10 и второго 11 варикапов.

В предлагаемом перестраиваемом RС-генераторе изменение частоты синусоидальных колебаний на выходе генератора достигается изменением емкостей первого 10 и второго 11 варикапов посредством изменения уровней подводимых к ним обратных напряжений с помощью переменного резистора 16. При этом значение коэффициента перекрытия диапазона частот k_пер генерируемых синусоидальных колебаний (отношение максимальной частоты выходного сигнала к минимальной частоте выходного сигнала) зависит только от величины коэффициента перекрытия по емкости k_с применяемых варикапов и может быть значительно больше десяти. Например, при использовании варикапов КВ116А k_пер≥18.

Емкости первого 12 и второго 13 конденсаторов, обеспечивающих гальваническую развязку по постоянному току первого 10 и второго 11 варикапов с каскадами, выполненными на первом, втором и третьем транзисторах 3-5, должны удовлетворять условию:

где С₁ — емкость первого конденсатора 12;

С₂ — емкость второго конденсатора 13;

C_VDmax — наибольшее значение емкости применяемых варикапов.

Сопротивления четвертого 17 и пятого 18 резисторов, включенных для снижения влияния сопротивления переменного резистора 16 на добротность колебательного контура, выбирают из условия:

где R₄ — сопротивление четвертого резистора 17;

R₅ — сопротивление пятого резистора 18;

ρ — характеристическое сопротивление колебательного контура:

где R=R₁=R₂.

С помощью первого 8 и второго 9 источников тока задают режим работы первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов на постоянном токе.

Перестраиваемый RC-генератор, содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый резистор, первый вывод которого подключен к эмиттеру первого транзистора, второй резистор, включенный между эмиттером второго транзистора и эмиттером третьего транзистора, третий резистор, первый, второй и третий конденсаторы, при этом первый вывод третьего резистора подключен к эмиттеру первого транзистора, второй вывод третьего резистора подключен к первому выводу третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру третьего транзистора, первые выводы первого и второго конденсаторов подключены к первым выводам первых и вторых зажимов соответственно, первый источник тока, первый вывод которого подключен к базе первого транзистора, коллектору третьего транзистора и первому выводу первых зажимов, второй источник тока, первый вывод которого подключен к коллектору первого транзистора, базе второго транзистора и первому выводу вторых зажимов, второй вывод второго источника тока и коллектор второго транзистора подключены к первой шине питания, второй вывод первого источника тока и второй вывод первого резистора подключены к второй шине питания, база третьего транзистора подключена к третьей шине питания, вторые выводы первых и вторых зажимов подключены к общей шине, отличающийся тем, что содержит первый и второй варикапы, четвертый и пятый резисторы, переменный резистор, при этом первые выводы первого варикапа и четвертого резистора подключены к второму выводу первого конденсатора, первые выводы второго варикапа и пятого резистора подключены к второму выводу второго конденсатора, вторые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к среднему выводу переменного резистора, первый вывод переменного резистора подключен к первой шине питания, второй вывод переменного резистора и вторые выводы первого и второго варикапов подключены к общей шине.

Читать «В помощь радиолюбителю. Выпуск 12» — Никитин Вильямс Адольфович — Страница 3

Печатная плата размерами 50х83 мм представлена на рис. 8.

Рис. 8. Печатная плата звукового генератора

1.6. Простой RC-генератор

Шушурин В. [6]

Этот очень простой генератор собран всего на одном транзисторе с минимальным числом компонентов. Его можно использовать в качестве сигнализатора, если к форме генерируемых им колебаний не предъявляется строгих требований.

Принципиальная схема генератора приведена на рис. 9.

Рис. 9. Принципиальная схема простого генератора

Транзистор выполняет функции усилителя звуковой частоты по схеме с общим эмиттером и резистором нагрузки в цепи коллектора (R6), но с его коллектора усиленный сигнал подается в цепь базы через трехзвенный частотный фильтр, состоящий из резисторов R1, R2, R3, R5 и конденсаторов С1, СЗ, С4. Благодаря этому фильтру на определенной частоте осуществляется сдвиг фазы сигнала, необходимый для выполнения условий генерации, а эта обратная связь становится положительной.

Конденсатор С2 — разделительный, а резистором R4 устанавливается рабочий режим базы. С помощью переменного резистора R6 можно изменять уровень выходного сигнала. Емкости конденсаторов частотного фильтра для получения определенной частоты генерации можно определить по следующей формуле:

C = 0.065/RF

где:

С — емкость конденсаторов C1 = С2 = СЗ = С4 в фарадах;

R — сопротивления резисторов R1 = R2 = R3 в омах;

F — частота генерируемых колебаний в герцах.

Глава 2

ЭЛЕКТРОНИКА В МЕДИЦИНЕ

2.1. «Электрический стул» для носа

Гончар Г. [7]

Подобно укалыванию иглой биологически активных точек (БАТ) аналогичные результаты достигаются воздействием на БАТ электрическими импульсами. При этом обеспечивается безболезненность и стерильность.

Принципиальная схема прибора представлена на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная схема прибора для акупунктуры носа

Переменный резистор R1 служит для установки уровня тока в цепи, резистор R2 ограничивает максимальный ток величиной 0,9 мА. ЛЭ — лечебный электрод, который вводится в ноздрю на глубину 5–7 см, ОЭ — общий электрод, который держат в руке.

Перед процедурой переменный резистор R1 устанавливают в нижнее по схеме положение и включают питание тумблером SA1. Затем регулятором уровня R1 устанавливают ток, равный 70–80 мкА, и производят поиск БАТ, поворачивая и перемещая лечебный электрод. При этом ток течет от плюса батареи через общий электрод, тело пациента, лечебный электрод, микроамперметр, резисторы R2 и R1, SA1 на минус батареи. Найдя БАТ и вновь установив ток на уровне 70–80 мкА, выключают питание тумблером SA1 и переключают SB1 в нижнее по схеме положение. Теперь возбужденный нерв сам становится на короткое время источником тока, который протекает от ЛЭ через тело пациента, ОЭ, РА1, R2, R1, ЛЭ и индицируется прибором.

2.2. Устройство для лечения магнитным полем

Стахов Е. [8]

Прибор можно использовать в качестве обезболивающего устройства при головной боли, ревматизме, а также стимулятора при неврозах и переутомлении.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 11.

Рис. 11. Принципиальная схема прибора магнитотерапии

В исходном состоянии конденсатор С2 разряжен, а после включения одного или нескольких тумблеров S1, S2, S3 начинает периодически заряжаться и разряжаться под воздействием таймера DD1. При этом через обмотку электромагнита L1 протекает импульсный ток, частота повторения которого определяется емкостью конденсатора С2 и сопротивлением зарядно-разрядной цепи. Диод VD1 служит для защиты таймера от напряжения противоЭДС, возникающего при работе.

Три тумблера дают возможность семи комбинаций их включения, что соответствует получению дискретных значений частоты повторения импульсов от 0,74 до 5,2 Гц. Питание устройства производится от батареи напряжением от 5 до 16 В при токе потребления от 15 до 50 мА и зависит от желаемой дозы. Конструкция электромагнита приведена на рис. 12.

Рис. 12. Эскиз электромагнита

Катушка электромагнита содержит 4300 витков провода ПЭЛ диаметром 0,09 мм. Внутрь катушки вставлен сердечник из магнитомягкой стали с резьбой на хвостовике для крепления к монтажной плате.

Использование устройства состоит в прикладывании торца сердечника электромагнита к больному месту. Частота импульсов путем включения комбинации тумблеров подбирается экспериментально. Обычно более низкие частоты применяют при ревматических болях, а более высокие — при головных. Длительность сеанса — порядка 15 минут в день.

2.3. «Антимигреневый» генератор

Шустов М. [9]

Давно установлено, что светотерапия и цветотерапия способны корректировать состояние человека, воздействовать на его самочувствие, лечить неврозы. Снять приступы мигрени удается, изменяя частоту вспышек света в пределах от 0,5 до 50 Гц и его яркость. Схема одного из возможных генераторов такого назначения приведена на рис. 13.

Рис. 13. Принципиальная схема генератора против мигрени

Задающий генератор образован симметричным мультивибратором, который собран на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1А. Частота повторения импульсов, генерируемых этой схемой, определяется емкостью конденсаторов С1 и С2 и сопротивлениями резисторов, включенных в цепи эмиттеров. Изменять частоту в пределах от 1 до 33 Гц можно регулировкой напряжения, снимаемого с делителя, образованного резисторами R3 и R4. Импульсные последовательности с эмиттеров мультивибратора через диоды VD2 и VD3 подаются на базы транзисторов VT1 и VT4, которые служат усилителями тока и собраны по схеме с общим коллектором. В цепи эмиттеров этих транзисторов включены светодиоды VD1 и VD2. Один из них может быть типа АЛ307Б красного цвета, а другой — АЛ307Г зеленого цвета. Вместо транзисторов П416 можно использовать ГТ308А.

2.4. Помощник для слепых

Коваль А. [10]

Это устройство представляет собой простейший звуковой генератор, частота которого и тон звука определяются освещенностью фоторезистора.

Принципиальная схема генератора показана на рис. 14.

Майер Р.В. Практическая электроника: от транзистора до …

НАЗАД

5. ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

1. Генератор линейно-импульсного напряжения. Тиристор — полупроводниковый прибор с многослойной структурой типа p-n-p-n (с тремя электронно—дырочными переходами), обладающий свойствами электрического вентиля. Неуправляемый тиристор имеет два вывода (анод и катод) и называется динистором. Управляемый тиристор имеет третий вывод — управляющий электрод и называется тринистором.

Рис. 1. Генератор линейно-импульсного напряжения.

Простейший генератор линейно—импульсного (пилообразного) напряжения может быть собран из тиристора (динистора или тринистора), резистора и конденсатора (рис. 1.1). Нами использовались динистор типа КН102А (открывается при 11 В), резистор на 2 — 5 ком, конденсатор емкостью 1 — 10 мкФ; напряжение питания 20 — 100 В. При включении тиристор закрыт, конденсатор C1 медленно заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе растет до напряжения открывания тиристора (рис. 1.2). Когда тиристор открывается, его сопротивление резко падает, и конденсатор быстро разряжается через него. При уменьшении анодного напряжения до напряжения закрывания тиристор закрывается, после чего все повторяется снова. Время заряда τ=RC, поэтому при увеличении R и C период колебаний растет, частота импульсов уменьшается. С ростом напряжения питания конденсатор заряжается быстрее, частота генерируемых импульсов увеличивается. Если использовать тринистор, то при подаче на управляющий электрод положительного относительно катода потенциала напряжение открывания уменьшается, частота формируемых импульсов растет.

2. Релаксационный генератор, управляемый светом. Если вместо резистора использовать фоторезистор или терморезистор, то частота генерируемых импульсов будет зависеть от освещенности или температуры датчика.

Рис. 2. Релаксационный генератор, управляемый светом.

Можно поступить иначе и вместо динистора использовать тринистор, отличающийся наличием управляющего электрода. При увеличении напряжения на управляющем электроде уменьшается напряжение открывания тринистора, что может быть использовано для создания генератора, регулируемой частоты. На рис. 2 приведена схема такого генератора. При освещенности фоторезистора потенциал управляющего электрода растет, частота генерируемых импульсов увеличивается, высота звука, издаваемого динамиком повышается.

3. RC—генератор. Простейший генератор гармонических колебаний представляет собой усилительный каскад, охваченный положительной обратной связью (ПОС). Цепь ПОС состоит из трех фазовращающих Г-образных RC-цепочек, каждая из которых обеспечивает сдвиг фаз 60 градусов на генерируемой частоте. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером, вносит сдвиг фаз 180 градусов. Генератор вырабатывает гармонические колебания с частотой и амплитудой, для которых выполняются баланс фаз и баланс амплитуд.

Рис. 3. Принципиальная схема RC-генератора.

На основе этой схемы можно собрать модулятор, осуществляющий амплитудную модуляцию несущих колебаний низкочастотным сигналом, переносящим информацию. Для этого последовательно с источником напряжения следует включить вторичную обмотку трансформатора. На его первичную обмотку необходимо подать колебания от звукового генератора частотой 50 — 200 Гц. Из—за того, что амплитуда колебаний, вырабатываемых генератором, пропорциональна напряжению питания, на выходе устройства возникнет амплитудо-модулированный сигнал (рис. 3). Можно показать, как зависит глубина модуляции от амплитуды модулирующих колебаний; что происходит при изменении их частоты.

Рис. 3. Осциллограммы с выхода модулятора.

4. Симметричный мультивибратор. Симметричный мультивибратор (рис. 4) представляет собой двухкаскадный усилитель, выход которого соединен с входом. Каждый транзистор поворачивает фазу на π =3,14, поэтому суммарный сдвиг фаз, который приобретает сигнал при прохождении через усилитель и цепь обратной связи, равен 2π. Выполняется баланс фаз, сигнал с выхода поступает на вход в фазе с входным сигналом и усиливает его. В режиме самовозбуждения транзисторы поочередно переходят из открытого состояния в закрытое, на выходе получается последовательность прямоугольных импульсов.

Рис. 4. Симметричный мультивибратор.

В схеме (рис. 4) используются транзисторы прямой проводимости (типа p-n-p), которые открываются при подача на базу отрицательного потенциала относительно эмиттера. Пусть при включении транзистор VT1 открывается, левая пластина конденсатора C1 соединяется с общим проводом, он начинает заряжаться через R2. Потенциал базы транзистора VT2 постепенно уменьшается, через некоторое время VT2 открывается и правая пластина C2 соединяется с общим. Это приводит к увеличению потенциала базы VT1, он закрывается. Конденсатор C2 начинает заряжаться через R3, потенциал базы VT1 уменьшается. Через некоторое время открывается VT1, что приводит к закрыванию VT2 и т.д. В результате мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы. Чем меньше емкость конденсаторов C1, C2 и сопротивление резисторов R2, R3, тем быстрее заряжаются конденсаторы и выше частота вырабатываемых импульсов.

Рис. 4. Осциллограммы напряжений на выходе мультивибратора.

При подаче на базу транзистора VT2 положительного (отрицательного) потенциала VT2 будет все время оставаться открытым (закрытым), генерация импульсов прекратиться. Конденсатор C3 пропускает только переменную составляющую сигнала.

5. Несимметричный мультивибратор. Несимметричный мультивибратор (рис. 5) состоит из усилительного каскада на двух транзисторах, выход которого (коллектор транзистора VT2) соединен с входом (база транзистора VT1) через конденсатор C1. В качестве нагрузки используется динамик. Транзистор VT1 прямой проводимости (p-n-p-типа), открывается при подаче на базу отрицательного относительно эмиттера потенциала. Транзистор VT2 обратной проводимости (n-p-n-типа), открывается при подаче на базу положительного относительно эмиттера потенциала.

Рис. 5. Несимметричный мультивибратор.

При включении конденсатор C1 заряжается через динамик, резисторы R1 и R2 (непрерывная линия), потенциал базы уменьшается. Когда на базе VT1 возникает отрицательный потенциал, транзистор VT1 открывается, сопротивление коллектор—эмиттер падает. База транзистора VT2 оказывается соединенной с положительным полюсом источника, транзистор VT2 также открывается, ток коллектора растет. В результате через динамик течет ток, конденсатор C1 разряжается через резисторы R1, R2 и транзистор VT2 (пунктир). Потенциал базы VT1 возрастает, транзистор VT1 закрывается, вызывая закрывание транзистора VT2. После этого конденсатор C1 снова заряжается, затем разряжается и т.д. Частота генерируемых импульсов обратно пропорциональна времени заряда конденсатора τ=(R₁+R₂)C₁. С ростом напряжения питания конденсатор заряжается быстрее, частота генерируемых импульсов растет. При увеличении сопротивления переменного резистора R1 или емкости конденсатора С1 частота колебаний уменьшается. Внешний вид мультивибратора показан на рис. 6. Вместо транзистора VT1 можно использовать МП25 или МП21.

Рис. 6. Внешний вид несимметричного мультивибратора.

---

ВВЕРХ

Стабильный генератор вч. LC-генераторы на полевых транзисторах

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

Автоколебательные транзисторные приборы

Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:

• по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
• по типу выдаваемого сигнала;
• по алгоритму действия.

Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:

• 30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
• 300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
• 3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
• более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.

Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.

Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:

• синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
• функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
• генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.

Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:

• RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
• LC – основная область применения – высокие частоты;
• Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Дополнительная информация. Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

Функциональный транзисторный генератор

Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).

Различают три основных вида импульсов:

• прямоугольные;
• треугольные;
• пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Генераторы импульсов на полевых транзисторах

Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.

Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.

Регенераторы

LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.

Генератор шума

Главное отличие – равномерная характеристика нч и вч частот в требуемом диапазоне. Это означает, что амплитудная характеристика всех частот этого диапазона не будет отличаться. Используются преимущественно в аппаратуре для измерений и в военной отрасли (особенно самолёто,- и ракетостроении). Кроме того, применяют для восприятия звука человеческим ухом – так называемый «серый» шум.

Простой звуковой генератор своими руками

Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.

При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.

Видео

Предлагаемый генератор работает в диапазоне частот от 26560 кГц до 27620 кГц и предназначен для настройки СВ-аппаратуры. Напряжение сигнала с » Вых. 1 » составляет 0,05 В на нагрузке 50 Ом. Имеется и «Вых.2». к которому можно подключать частотомер при налаживании приемников. В генераторе предусмотрена возможность получения частотно-модулированных колебаний. Для этого служит «Вх. мод.», на который подается низ-кочастотный сигнал с внешнего генератора звуковой частоты. Питание генератора производится от стабилизированного источника +12 В.потребляемый ток не превышает 20 мА. Задающий генератор выполнен на полевых транзисторах VT1. VT2. включенных по схеме «общий исток — общий затвор».

Генератор, собранный по такой схеме, хорошо работает на частотах от 1 до 100 МГц. потому что в нем применены полевые транзисторы с граничной частотой >100 МГц. Согласно проведенным исследованиям . этот генератор имеет кратковременную нестабильность частоты (за 10 с) лучшую, чем генераторы, выполненные по схемам емкостной и индуктивной трехточки. Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева, а также уровни второй и третьей гармоник меньше, чем у генераторов, выполненных по схеме трехточки. Положительная обратная связь в генераторе осуществляется конденсатором С10. В цепь затвора VT1 включен колебательный контур С5…С8. L1. определяющий частоту генерации схемы. Через небольшую емкость С9 к контуру подключена варикапная матрица VD1. Подавая на нее низкочастотный сигнал, изменяем ее емкость и тем самым осуществляем частотную модуляцию генератора. Питание генератора дополнительно стабилизируется VD2. Высокочастотный сигнал снимается с резистора R6. включенного в истоковые цепи транзисторов. К генератору через конденсатор С 11 подключен широкополосный эмиттерный повторитель на VT3 и VT4. Преимущества такого повторителя приведены в . К его выходу через конденсатор С 15 подключен делитель напряжения (R14.R15). Выходное сопротивление по «Вых.1» равно 50 Ом. поэтому с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом к нему можно подключить схему с входным сопротивлением 50 Ом. например ВЧ-аттенюатор. опубликованный в [З]. К выходу эмиттерного повторителя подключен истоковый повторитель на VT5. Это позволило полностью исключить взаимное влияние нагрузок. подключенных к «Вых.1» и «Вых.2».

Детали. Конденсаторы Сб…С 10 — типа КТ6. Остальные конденсаторы: керамические — типа К10-7В. К10-17. электролитические — типа К50-35. Катушка L1 намотана на керамическом ребристом каркасе (размер по ребрам — 15 мм) посеребренным проводом диаметром 1 мм с шагом 2 мм. Количество витков — 6.75. Намотка производится нагретым проводом с «натягом». Дроссель L2 — от черно-белых ламповых телевизоров (можно использовать и другие) индуктивностью от 100 до ЗООмкГн. Резисторы — типа МЛТ-0.125. Полевые транзисторы можно применить любые из серии КПЗОЗ. еще лучше — из серии КП307. Высокочастотные разъемы Х1…ХЗ — типа СР50-73ФВ. Транзистор VT3 — любой высокочастотный прп-типа. VT4 — высокочастотный рпр-типа.

Литература
1. Котиенко Д.. Туркин Н. LC-генератор на полевых транзисторах. — Радио. 1990. N5. с.59.
2. Широкополосный повторитель напряжения. — Радио. 1981. N4. с.61.
3. ВЧ аттенюатор. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1996. N10. с.36.
4. Мухин В. Нестандартное поведение катушек индуктивности при нагревании. — Радиолюбитель. 1996. N9. с.13. 14.
5. Маслов Е. Расчет колебательного контура для растянутой настройки. — Радиолюбитель, 1995. N6. с. 14-16.

Предлагаемый высокочастотный генератор сигналов привлекает простотой конструкции и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в широкой полосе частот.

Общеизвестны требования, предъявляемые к широкополосному генератору сигналов. В первую очередь, это достаточно малая величина выходного сопротивления, позволяющая согласовать его выход с волновым сопротивлением коаксиального кабеля (обычно 50 Ом), и наличие автоматической регулировки амплитуды выходного напряжения, поддерживающей его уровень практически постоянным независимо от изменения частоты выходного сигнала. Для диапазона СВЧ (выше 30 МГц) большое значение имеют простая и надежная коммутация диапазонов, а также рациональная конструкция генератора.

Высокочастотный сигнал с генератора через конденсатор С4 поступает на затвор полевого транзистора VT3. Этим обеспечивается почти идеальная развязка нагрузки и генератора. Для установки напряжения смещения транзисторов VT3 и VT4 служат резисторы R7, R8, а токовый режим каскада определяют резисторы R12 — R 14. Для увеличения степени развязки выходное высокочастотное напряжение снимается с коллекторной цепи VT4.

Для стабилизации уровня сигнал ВЧ через конденсатор С9 подводится к выпрямителю с удвоением напряжения, выполненного на элементах VD1, VD2, С10, С11, R15. Пропорциональное амплитуде выходного сигнала выпрямленное напряжение дополнительно усиливается в цепи управления на VT5 и VT6. При отсутствии сигнала ВЧ транзистор VT6 полностью открыт; при этом к задающему генератору поступает максимальное напряжение питания. В результате облегчаются условия самовозбуждения генератора и в начальный момент устанавливается большая амплитуда его колебаний. Но это напряжение ВЧ через выпрямитель открывает VT5, при этом напряжение на базе VT6 увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения питания генератора и в конечном счете к стабилизации амплитуды его колебаний. Равновесное состояние устанавливается при амплитуде сигнала ВЧ на коллекторе VT4 несколько выше 400 мВ.

Переменный резистор R17 (показан как потенциометр) в действительности представляет собой ВЧ аттенюатор и при отсутствии нагрузки на его выходе максимальное напряжение достигает четверти входного, т.е. 100 мВ. При нагрузке коаксиального кабеля на сопротивление 50 Ом (что является необходимым для его согласования в частотном диапазоне от 50 до 160 МГц и выше) на выходе генератора устанавливается напряжение ВЧ около 50 мВ, которое регулировкой аттенюатора может быть уменьшено до необходимого уровня.

В качестве регулятора R17 в схеме генератора был использован 50-омный аттенюатор фирмы Prech. Если для некоторых конкретных применений не требуется регулировки уровня выходного напряжения, аттенюатор R17 может быть заменен фиксированным резистором с сопротивлением 50 Ом.

Однако и в этом случае сохраняется возможность регулировки уровня напряжения ВЧ в некоторых пределах: с этой целью конденсатор С9 присоединяют не к коллектору VT4, а к его эмиттеру, при этом приходится учитывать небольшое изменение (уменьшение) уровня сигнала на высших частотах рабочего диапазона. Тогда нагрузку для VT4 образуют аттенюатор R17 и резисторы R11, R12. Увеличение амплитуды выходного высокочастотного напряжения может быть достигнуто замыканием резистора R11 проволочной перемычкой, если же требуется уменьшить амплитуду выходного напряжения, то резистор R11 оставляют в устройстве, а конденсаторы С7, С8 выпаивают. Еще большее уменьшение уровня выходного сигнала может быть получено снижением величины сопротивления R17, но в этом случае уже не будет согласования с кабелем, а на частотах выше 50 МГц это недопустимо!

Все детали генератора расположены на печатной плате небольших размеров. Катушки индуктивности генератора L1 — L3 намотаны на каркасах диаметром 7,5 мм. Их индуктивности подстраивают ферритовыми сердечниками с малыми потерями, предназначенными для работы в диапазоне УКВ. Катушка L3 имеет 62 витка, L2 — 15 и L1 — 5 витков провода ПЭЛ 0,2 (намотка всех катушек в один слой). Индуктивность WL1 выполнена в виде шлейфа, который одной своей стороной прикреплен к переключателю диапазонов, а другой — к конденсатору С1 переменной емкости. Размеры шлейфа приведены на рис. 2. Он выполнен из медного посеребренного провода диаметром 1,5 мм; для фиксации расстояний между его проводниками применяются три пластины из изоляционного материала с малыми потерями (например фторопласта), в которых просверлены по два отверстия диаметром 1,5 мм, находящиеся соответственно на расстоянии 10 и 2,5 мм (рис. 2).

Весь прибор размещают в металлическом корпусе размерами 45х120х75 мм. Если аттенюатор и ВЧ разъем установлены в корпусе на стороне, противоположной той, на которой находится печатная плата, то внутри корпуса прибора еще остается достаточно места для узлов блока питания: трансформатора питания мощностью 1 Вт с понижением напряжения сети до 15 В, выпрямительного моста и микросхемы 7812 (отечественный аналог- КР142ЕН8Б). В корпусе может быть размещен также миниатюрный частотомер с предварительным делителем частоты. При этом вход делителя следует подключить к коллектору VT4, а не к выходному разъему, что позволит производить отсчет частоты при любом напряжении ВЧ, снимаемом с аттенюатора R17.

Возможно изменение частотного диапазона прибора путем изменения индуктивности катушки контура или емкости конденсатора С1. При расширении частотного диапазона в сторону более высоких частот следует уменьшать потери контура настройки (применение в качестве С1 конденсатора с воздушным диэлектриком и керамической изоляцией, катушек индуктивности с малыми потерями). Кроме того, диоды VD1 и VD2 должны соответствовать этому расширенному диапазону частот, в противном случае с увеличением частоты выходное напряжение генератора будет увеличиваться, что объясняется уменьшением эффективности цепи стабилизации.

Для облегчения настройки параллельно С 1 подключают дополнительный переменный конденсатор малой емкости (электрический верньер) или же применяют механический верньер к конденсатору настройки с передаточным отношением 1:3 — 1:10.

От редакции. В этой конструкции транзисторы BF199 могут быть заменены отечественными — КТ339 с любым буквенным индексом, а при расширении диапазона генератора в сторону более высоких частот — КТ640, КТ642, КТ643. Вместо полевого транзистора BFW11 допустимо установить КП307Г или КП312, а вместо транзистора ВС252С подойдет КТ3107 с индексами Ж, И, К или Л. В качестве диодов можно применить детекторные диоды СВЧ, например, 2А201, 2А202А. Если же генератор работает на частотах, не превышающих 100 МГц, то могут быть использованы и диоды типа ГД507А (с коррекцией сопротивления резистора R11). Переключатель SA1 — ПГК. Мощность резисторов — 0,125 или 0,25 Вт.

Конденсатор С1 должен быть с воздушным диэлектриком и иметь керамическую или кварцевую изоляцию как статорных пластин от корпуса, так и роторных от оси; его максимальную емкость лучше ограничить 50 пф. Аттенюаторы типа, который применен в генераторе, нашей промышленностью не выпускаются. Вместо него допускается использовать плавный регулятор в цепи авторегулирования и обычный ступенчатый аттенюатор с П или Т-образными звеньями на выходе.

Состоящем из 3.5 деталей и выдающем несколько ватт мощности на частоте в 400-500 мегагерц, достаточных для того, чтобы засвечивать газоразрядные приборы типа неонок, слегка обжигать пальцы и сообщать о себе частотомерам.

При наличии правильных транзисторов, понимания методик составления ВЧ плат и некотором везении можно значительно усилить эту конструкцию, подняв мощность до 40-50 ватт на той же частоте.

Транзисторы, которые работают на таких частотах и мощностях, уже значительно отличаются от привычных многим читателям моего скромного блога трёхногих TO-247, TO-220, и других корпусов, равно как и от «кирпичей». Форма их корпусирования в значительной степени диктуется поведением сигналов на высоких частотах. Обычно это квадрат или прямоугольник, характерного белого оттенка, с расположенными с двух или четырёх сторон позолоченными выводами довольно внушительной толщины. Стоят эти транзисторы также значительно дороже силовых инверторных, причём цена растёт пропорционально как мощности, так и частоте, и может доходить до сотен долларов за штуку и выше.

Для данной конструкции ВЧ транзистор с маркировкой MRF 6522- 70 был аккуратно выпаян из демонтированной платы GSM базовой станции. Как нетрудно заметить по даташиту, он может выдавать до 70 ватт на частоте в 900 мегагерц. Однако, для ввода его в такой режим необходимо довольно тщательно спроектировать плату — все эти характерные для высоких частот изгибы дорожек, гальванически никуда не подключенные куски фольги и прочие странные выверты, кажущиеся не особо осмысленными, но на деле влияющие на поведение сигнала, здесь уже совершенно необходимы. А на меньших мощностях и частотах на них можно забить и сделать плату банальным методом гравировки прорезей.

Принципиальных отличий конструкции от упоминавшегося выше нет. Разве что, в качестве резонатора взяты две медные полосы, определённой длины и размеров (расстояние между ними, их ширина и длина определяют L и С резонансного автогенераторного контура — они сами себе и индуктивность, и ёмкость).

Генератор потребляет по входу 18 вольт с током до 4 ампер, и довольно ощутимо разогревает радиатор. Принудительное охлаждение является совершенно необходимым для его работы, учитывая КПД в 50-60%. Кроме радиатора, довольно неплохо нагреваются пальцы, если поднести их поближе к медному резонатору. Принцип нагрева здесь тот же, что у продуктов в микроволновке (что убедительно опровергает бредни про резонансные явления в молекулах воды, которые якобы происходят на её рабочей частоте). Если поджечь факел на конце резонатора, то он успешно удерживается там продолжительное время — маленький светящийся шарик плазмы с размытыми краями, диаметром в 3-5 миллиметров.

Схема генератора прилагается:

Но самое интересное, ради чего я вообще начал всё это рассказывать, это явления, происходящие с разреженными газами на таких частотах. Поведение плазменного жгута начинает резко отличаться от стандартных изгибов, характерных для частот в десятки и сотни килогерц, использовавшиеся мною ранее (при работе с качером и т. д.). Довольно долго описывать при помощи текста все различия, достаточно просто посмотреть галерею изображений и приложенные видео. Наиболее интересным образом себя ведут, конечно, ксенон, криптон и их смеси с добавками. Поразительные сочетания оттенков, форм и движений создают ощущение, что в бутылке или колбе живое существо, приехавшее к нам прямиком из мифологии Лавкрафта или из чего-то подобного. Щупальца, присоски, резкие и в то же время плавные движения, зеленовато-призрачные оттенки как будто бы живая иллюстрация к рассказам о Ктулху и других жителях глубин.

Все четыре видео крайне заслуживают просмотра. Очень рекомендую.

Предлагаемые генераторы высокой частоты 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.

Генераторы высокой частоты (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 влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

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

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

Генераторы высокой частоты, 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.

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 мкГн 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 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 НИ 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.

На 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 частоты , 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 .

Этот 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.

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.

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. Для 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 элемент (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.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Поваренная книга по биполярным транзисторам

— Часть 5

---

Два наиболее широко используемых типа схем транзисторных генераторов сигналов — это типы генераторов, которые генерируют синусоидальные волны и используют транзисторы в качестве линейных усилительных элементов, и типы мультивибраторов, которые генерируют квадратные или прямоугольные формы сигналов и используют транзисторы в качестве цифровых переключающих элементов.

В этом месячном выпуске описываются практические способы использования биполяров в линейном режиме для создания простых, но полезных схем генератора синусоидальной волны и белого шума.В следующем месяце серии будут рассмотрены практические мультивибраторы схем генераторов биполярных сигналов.

ОСНОВЫ ОСЦИЛЛЯТОРА

Чтобы генерировать достаточно чистые синусоидальные волны, генератор должен удовлетворять двум основным конструктивным требованиям, как показано на рис. 1 . . Во-первых, выходной сигнал усилителя (A1) должен быть возвращен на его вход через частотно-избирательную сеть (A2) таким образом, чтобы сумма фазовых сдвигов усилителя и цепи обратной связи равнялась нулю градусов (или 360 °) при желаемая частота колебаний, т.е.е., так что x ° + y ° = 0 ° (или 360 °). Таким образом, если усилитель генерирует сдвиг фазы на 180 ° между входом и выходом, частотно-избирательная сеть должна вносить дополнительный сдвиг фазы на 180 °.

РИСУНОК 1. Основная схема и условия, необходимые для генерации синусоидальной волны.

---

Второе требование состоит в том, что коэффициент усиления усилителя должен точно противодействовать потерям в цепи частотно-избирательной обратной связи на желаемой частоте колебаний, чтобы получить общий коэффициент усиления системы, равный единице, т.е.g., A1 x A2 = 1. Если коэффициент усиления меньше единицы, схема не будет колебаться, а если больше единицы, она будет перегрузкой и будет генерировать искаженные формы волны. Сеть частотно-избирательной обратной связи обычно состоит из C-R или L-C или кварцевого фильтра; практические схемы генератора, в которых используются частотно-избирательные фильтры C-R, обычно генерируют выходные частоты ниже 500 кГц; те, которые используют частотно-избирательные фильтры L-C, обычно генерируют выходные частоты выше 500 кГц; те, которые используют кварцевые фильтры, генерируют сверхточные частоты сигнала.

ОСЦИЛЛЯТОРЫ C-R

Простейшим синусоидальным генератором C-R является генератор с фазовым сдвигом, который обычно принимает базовую форму, как показано на рис. 2 . Здесь три идентичных фильтра верхних частот C-R включены в каскад, чтобы создать фильтр третьего порядка, который вставлен между выходом и входом инвертирующего (сдвиг фазы на 180 °) усилителя; фильтр дает полный фазовый сдвиг 180 ° на частоте fo, равной примерно 1 / (14RC), поэтому полная схема имеет сдвиг контура на 360 ° при этом условии и колеблется на fo, если усилитель имеет достаточный коэффициент усиления (примерно x29), чтобы компенсировать потери в фильтре и, таким образом, получить средний коэффициент усиления контура, дробно превышающий единицу.

РИСУНОК 2. Фильтр верхних частот третьего порядка, используемый в качестве основы генератора с фазовым сдвигом.

---

Обратите внимание на Рисунок 2 , что каждый отдельный каскад фильтра верхних частот C-R имеет тенденцию пропускать высокочастотные сигналы, но отклоняет низкочастотные. Его выходной сигнал уменьшается на 3 дБ при частоте прерывания 1 / (2 RC) и падает на уровне 6 дБ / октаву, когда частота уменьшается ниже этого значения. Таким образом, базовый фильтр 1 кГц дает 12 дБ подавления сигнала 250 Гц и 20 дБ — сигнала 100 Гц.Фазовый угол выходного сигнала опережает входной и равен arctan 1 / (2fCR), или + 45 ° при fc. Каждая ступень C-R известна как фильтр первого порядка. Если несколько (n) таких фильтров подключены каскадом, результирующая схема называется фильтром «n-го порядка» и имеет крутизну, превышающую fc, равную (n x 6 дБ) / октаву.

На рисунке 3 показана схема практического генератора с фазовым сдвигом 800 Гц, который может работать от любого источника постоянного тока в диапазоне от 9 до 18 В. Для первоначальной настройки схемы просто отрегулируйте RV1 так, чтобы схема генерировала достаточно чистый синусоидальный сигнал на выходе, как это видно на осциллографе — выходной уровень сигнала полностью регулируется с помощью RV2.

РИСУНОК 3. Генератор с фазовым сдвигом 800 Гц.

---

Основные недостатки простых генераторов с фазовым сдвигом типа Figure 3 заключаются в том, что они имеют довольно низкую внутреннюю стабильность усиления и их рабочую частоту нелегко изменить. Гораздо более универсальный генератор C-R может быть построен с использованием мостовой сети Вина.

На рисунке 4 показаны основные элементы генератора с мостом Вина. Сеть Вина состоит из R1-C1 и R2-C2, значения которых сбалансированы так, что C1 = C2 = C, а R1 = R2 = R.Фазовые сдвиги этой сети отрицательны на низких частотах, положительны на высоких и равны нулю на центральной частоте 1 / (6,28CR), при которой сеть имеет коэффициент затухания, равный трем. Таким образом, сеть можно заставить колебаться, подключив неинвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением x3 между его выходными и входными клеммами, как показано на схеме.

РИСУНОК 4. Базовая схема генератора Вина.

---

На рис. 5 показан простой генератор Вина с фиксированной частотой, в котором Q1 и Q2 подключены как усилители с общим эмиттером с низким коэффициентом усиления.Q2 дает коэффициент усиления по напряжению немного больше единицы и использует резистор цепи Вина R1 в качестве нагрузки коллектора, а Q1 представляет высокий входной импеданс на выходе сети Вина и имеет переменное усиление через RV1. Значения компонентов показывают, что схема колеблется с частотой около 1 кГц — при использовании RV1 следует отрегулировать так, чтобы генерировалась слегка искаженная синусоидальная волна.

РИСУНОК 5. Практический генератор Вина 1 кГц.

---

На рисунке 6 показана улучшенная конструкция генератора Вина, потребляющая 1.8 мА от источника питания 9 В и имеет полностью регулируемую выходную амплитуду до 6 В от пика к пику через RV2. Q1-Q2 представляют собой пару с прямым соединением с дополнительным общим эмиттером и обеспечивают очень высокий входной импеданс для базы Q1, низкий выходной импеданс коллектора Q2 и неинвертированный коэффициент усиления по напряжению от x5,5 постоянного тока и от x1 до x5,5. AC (переменная через RV1). Красный светодиод генерирует 1,5 В с низким импедансом, которые поступают на базу Q1 через R2 и, следовательно, смещают выход Q2 до значения покоя + 5 В. Сеть Wien R1-C1 и R2-C2 подключена между выходом Q2 и входом Q1, и при использовании RV1 просто настраивается так, чтобы при просмотре выходного сигнала схемы на осциллографе генерировалась стабильная и визуально чистая форма сигнала.В этом случае амплитуда колебаний ограничена на уровне примерно 6 В от пика до пика из-за начала ограничения положительного пика, когда усилитель начинает работать в режиме насыщения. Если RV1 тщательно отрегулирован, это ограничение может быть уменьшено до почти незаметного уровня, что позволяет генерировать синусоидальные волны хорошего качества с коэффициентом нелинейных искажений менее 0,5%.

РИСУНОК 6. Мостовой синусоидальный генератор Вина 1 кГц с выходом переменной амплитуды.

---

Цепь , рис. 6, может быть изменена для работы с ограниченным диапазоном переменной частоты путем уменьшения значений R1 и R2 до 4.7 кОм и соединить их последовательно с объединенными переменными резисторами 10 кОм. Обратите внимание, однако, что генераторы Вина с переменной частотой лучше всего строить с использованием операционных усилителей или других линейных ИС в сочетании с системами обратной связи с автоматическим регулированием усиления и с использованием различных стандартных схем этого типа, которые были опубликованы в предыдущих выпусках этого журнала. .

ОСЦИЛЛЯТОРЫ L-C

Синусоидальные генераторы

C-R обычно генерируют сигналы в диапазоне от 5 Гц до 500 кГц. Генераторы L-C обычно генерируют их в диапазоне от 5 кГц до 500 МГц и состоят из частотно-избирательной цепи L-C, которая подключена к петле обратной связи усилителя.

Самым простым генератором на L-C транзисторах является генератор с обратной связью с настроенным коллектором, показанный на , рис. 7, . Q1 подключен как усилитель с общим эмиттером, с базовым смещением, обеспечиваемым через R1-R2, и с эмиттерным резистором R3, развязанным по переменному току через C2. L1-C1 формирует настроенную коллекторную цепь, а обратная связь коллектор-база обеспечивается через L2, который индуктивно связан с L1 и обеспечивает действие трансформатора. Выбирая фазу этого сигнала обратной связи, можно сделать так, чтобы схема давала нулевой фазовый сдвиг контура на настроенной частоте, так что он колеблется, если коэффициент усиления контура (определяемый отношением витков T1) больше единицы.

РИСУНОК 7. Настроенный коллекторный осциллятор обратной связи.

---

Особенностью любой настроенной цепи L-C является то, что фазовое соотношение между ее током включения и индуцированным напряжением изменяется от -90 ° до + 90 ° и равно нулю на центральной частоте, определяемой как f = 1 / (2 LC). Таким образом, схема , рис. 7, дает нулевой общий фазовый сдвиг и колеблется на этой центральной частоте. При показанных значениях компонентов частота может быть изменена от 1 МГц до 2 МГц через C1.Эта базовая схема может быть спроектирована для работы на частотах от нескольких десятков Гц при использовании трансформатора с многослойным сердечником до десятков или сотен МГц при использовании радиочастотных технологий.

ИЗМЕНЕНИЯ ЦЕПИ

Рисунок 8 показывает простой вариант конструкции Рисунок 7 — осциллятор Хартли. Его коллекторная нагрузка L1 отводится примерно на 20% вниз от его верха, и положительная шина питания подсоединяется к этой точке; Таким образом, L1 обеспечивает действие автотрансформатора, при котором напряжение сигнала наверху L1 сдвинуто по фазе на 180 ° с напряжением на его нижнем (коллектор Q1) конце.Сигнал с верхней части катушки подается на базу Q1 через C2, и, таким образом, схема колеблется с частотой, установленной значениями L-C.

РИСУНОК 8. Базовый генератор Хартли.

---

Обратите внимание на приведенное выше описание, что действие генератора зависит от некоторого вида точки отвода общего сигнала, выполненной в настроенной цепи, так что достигается действие автотрансформатора с разделением по фазе. Эта точка ответвления не должна быть превращена в настоящую катушку настройки, но может быть преобразована в конденсатор настройки, как в схеме генератора Колпитца, показанной на рис. 9 .С показанными значениями компонентов этот конкретный контур колеблется с частотой около 37 кГц.

РИСУНОК 9. Генератор Колпитца 37 кГц.

---

Модификация конструкции Колпитта, известная как осциллятор Клаппа или Гурье, показана на рис. 10 . C3 подключен последовательно с L1 и имеет небольшое значение по сравнению с C1 и C2. Следовательно, резонансная частота схемы устанавливается в основном L1 и C3 и почти не зависит от изменений емкости транзисторов и т. Д.Таким образом, схема обеспечивает отличную стабильность частоты. При показанных значениях компонентов он колеблется с частотой около 80 кГц.

РИСУНОК 10. Генератор Гурье или Клаппа, 80 кГц.

---

На рисунке 11 показан генератор Рейнарца, в котором катушка настройки имеет три индуктивно связанных обмотки. Положительная обратная связь достигается путем соединения сигналов коллектора и эмиттера транзистора через обмотки L1 и L2. Обе эти индуктивности подключены к L3, и цепь колеблется с частотой, определяемой L3-C1.На диаграмме показаны типичные отношения витков катушки для цепи, колеблющейся с частотой несколько сотен кГц.

РИСУНОК 11. Базовый генератор Рейнарца.

---

Наконец, На рисунках 12, и 13, показаны версии генераторов Хартли и Колпитца с эмиттерным повторителем. В этих схемах и транзисторы, и настроенные схемы L1-C1 дают нулевой фазовый сдвиг на частоте колебаний, а настроенная схема дает усиление по напряжению, необходимое для обеспечения колебаний.

РИСУНОК 12. Версия генератора Хартли с эмиттерным повторителем.

---

РИСУНОК 13. Версия генератора Колпитца с эмиттерным повторителем.

---

МОДУЛЯЦИЯ

Цепи генератора L-C на Рисунки 7 с по 13 можно легко модифицировать для получения модулированных (AM или FM), а не непрерывных (CW) выходных сигналов. Рис. 14 , например, показывает схему Рис. 7 , модифицированную для работы в качестве генератора частоты биений (BFO) 456 кГц с функцией амплитудной модуляции (AM).Стандартный транзисторный трансформатор промежуточной частоты 465 кГц (T1) используется в качестве настраиваемой схемы L-C, а внешний сигнал AF может подаваться на эмиттер Q1 через C2, таким образом эффективно модулируя напряжение питания Q1 и тем самым модулируя амплитуду несущего сигнала 465 кГц. Схема может использоваться для создания глубины модуляции примерно до 40%. C1 имеет низкий импеданс для несущей 465 кГц, но высокий импеданс для сигнала модуляции AF.

РИСУНОК 14. BFO 465 кГц с функцией AM.

---

На рисунке 15 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения возможности частотной модуляции (FM) вместе с настройкой варактора через RV1. Кремниевый диод 1N4001 D1 используется в качестве недорогого варакторного диода, который при обратном смещении (как неотъемлемая часть его основного действия кремниевого диода) по своей сути демонстрирует емкость (в несколько десятков пФ), которая уменьшается с приложенным обратным напряжением. D1 и блокирующий конденсатор C2 подключены последовательно и эффективно подключены через настроенную схему T1 (поскольку шины питания схемы закорочены вместе, что касается сигналов переменного тока).

РИСУНОК 15. BFO 465 кГц с варакторной настройкой и функцией FM.

---

Следовательно, центральная частота генератора может быть изменена путем изменения емкости D1 через RV1, а FM-сигналы могут быть получены путем подачи сигнала модуляции AF на D1 через C3 и R4.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ

Генераторы

с кварцевым управлением обеспечивают превосходную точность и стабильность частоты. Кристаллы кварца имеют типичное значение добротности около 100 000 и обеспечивают примерно в 1000 раз большую стабильность, чем обычная схема с регулировкой по L-C.Их рабочая частота (которая может варьироваться от нескольких кГц до 100 МГц) определяется механическими размерами кристалла, который может быть разрезан для обеспечения последовательной или параллельной резонансной работы. Устройства с последовательным режимом демонстрируют низкий импеданс в резонансе — устройства с параллельным режимом демонстрируют высокий импеданс в резонансе.

На рисунке 16 показан кварцевый генератор с широким диапазоном, предназначенный для использования с кристаллом параллельного режима. Фактически это схема генератора Пирса, и ее можно использовать практически с любым исправным кристаллом параллельного режима от 100 кГц до 5 МГц без необходимости модификации схемы.

РИСУНОК 16. Широкодиапазонный генератор Пирса использует кристалл с параллельным режимом.

---

В качестве альтернативы, Рисунок 17 показывает генератор Колпитца 100 кГц, предназначенный для использования с кристаллом последовательного режима. Обратите внимание, что настроенная схема L1-C1-C2 предназначена для резонанса на той же частоте, что и кристалл, и что значения ее компонентов должны быть изменены, если используются другие частоты кристалла.

РИСУНОК 17. Генератор Колпитца, 100 кГц, использует кристалл последовательного режима.

---

Наконец, На рис. 18 показан исключительно полезный двухтранзисторный генератор, который можно использовать с любым последовательно-резонансным кристаллом от 50 кГц до 10 МГц. Q1 подключен как усилитель с общей базой, а Q2 как эмиттерный повторитель, а выходной сигнал (от эмиттера Q2) подается обратно на вход (эмиттер Q1) через C2 и последовательно-резонансный кристалл. Эта превосходная схема будет колебаться с любым кристаллом, показывающим малейшие признаки жизни.

РИСУНОК 18. Генератор с широким диапазоном (50 кГц — 10 МГц) может использоваться практически с любым кристаллом последовательного режима.

---

БЕЛЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА

Одна полезная линейная, но несинусоидальная форма волны известна как белый шум, который содержит полный спектр случайно сгенерированных частот, каждая из которых имеет одинаковую среднюю мощность при усреднении за единицу времени. Белый шум имеет важное значение при тестировании усилителей AF и RF и широко используется в системах звуковых генераторов со спецэффектами.

На рисунке 19 показан простой генератор белого шума, основанный на том факте, что все стабилитроны генерируют значительный белый шум при работе с низким током.R2 и ZD1 соединены в петле отрицательной обратной связи между коллектором и базой усилителя с общим эмиттером Q1, таким образом стабилизируя рабочие уровни постоянного тока схемы, а петля развязана по переменному току через C1. Таким образом, ZD1 действует как источник белого шума, который подключен последовательно с базой Q1, который усиливает шум до полезного уровня около 1,0 вольт, от пика до пика. В этой схеме можно использовать любой стабилитрон от 5,6 до 12 В.

РИСУНОК 19. Генератор белого шума на транзисторе-стабилитроне.

---

РИСУНОК 20. Двухтранзисторный генератор белого шума.

---

Рисунок 20. представляет собой простую вариацию вышеупомянутой конструкции с обратносмещенным переходом база-эмиттер транзистора 2N3904 (который «стабилитрон» составляет около 6 В), используемым в качестве генерирующего шум стабилитрона. NV

---

Схема генератора трехфазной синусоидальной волны на основе транзистора

В статье объясняется очень простая схема генератора трехфазной синусоидальной волны, использующая только три биполярных транзистора и несколько пассивных компонентов для инициирования желаемого трехфазного выхода.

Как это работает

Обращаясь к схеме генератора 3-фазной синусоидальной волны, мы можем увидеть три идентичных транзисторных каскада, сконфигурированных с перекрестной связью, с эквивалентными временными постоянными RC на их базах.

Резистор 10 кОм и конденсатор 1 мк, по сути, становятся ответственными за обеспечение необходимого эффекта задержки для генерации предполагаемых трехфазных сигналов с фазовым сдвигом 120 градусов.

При включении питания может показаться, что каскады претерпевают заблокированную последовательность, однако, поскольку все конденсаторы не могут иметь точно такое же значение, тот, который имеет более низкое значение оттенка, чем другой, заряжается первым, вызывая последовательную проводимость через транзистор.

Предположим, что из-за несоответствия в значениях конденсатор базы среднего транзистора заряжается первым, это позволяет среднему транзистору проводить первым, который, в свою очередь, заземляет базу крайнего правого транзистора, предотвращая его проведение в этот мгновенный момент, но в Между тем, основной конденсатор левого или правого транзистора также заряжается в тандеме, что заставляет средний транзистор отключиться и освободить проводимость правого транзистора.

Двухтактный цикл

Вышеупомянутая процедура взаимного двухтактного соединения индуцирует и устанавливает в непрерывную последовательную цепочку проводимости на транзисторах, вызывая появление на коллекторах транзисторов предполагаемого трехфазного сигнала.Из-за постепенного заряда и разряда конденсаторов форма результирующего сигнала представляет собой чисто синусоидальную волну.

Резистор 2K2, показанный желтым, как ни странно, становится решающим в инициировании последовательности генерации трехфазного сигнала, без которого схема, кажется, резко останавливается.

Как упоминалось ранее, степень фазы может быть изменена путем изменения значений RC на базах транзисторов, здесь она сконфигурирована для получения фазового сдвига на 120 градусов.

Принципиальная схема

Кривая осциллографа, 3-фазный сигнал

Видео иллюстрация

Поскольку мой осциллограф не был оборудован для измерения 3-фазного сигнала, мне удалось проверить только один канал на видео.

Как построить генератор прямоугольных волн

Эта статья — первая из четырех статей, посвященных осцилляторам. В этой статье мы рассмотрим генераторы прямоугольных волн, а также ознакомимся с другими статьями о генераторах пилообразных и треугольных волн, генераторах синусоидальных волн и кварцевых генераторах.

Генераторы

Это электронная схема, которая меняет состояние с положительного на отрицательное в повторяющемся цикле без каких-либо стимулов, кроме мощности постоянного тока.Это создает форму волны переменного тока на выходе.

Генераторы прямоугольных импульсов

Генераторы прямоугольных импульсов обычно используются в электронике и при обработке сигналов. Это похоже на схему триггера Шмитта, в которой опорное напряжение для компаратора зависит от выходного напряжения. Также говорят, что это нестабильный мультивибратор.

Генератор прямоугольной волны, очевидно, производит прямоугольную волну. Тем не менее, это также можно регулировать в отношении отношения метки к пространству и часто используется для схем синхронизации, импульсов и синхронизации.Один из самых простых способов создать прямоугольную волну — использовать релаксационный осциллятор.

Релаксационные генераторы

Осцилляторы релаксации

имеют два чередующихся состояния: длительный период релаксации, в котором система приходит в состояние покоя, и затем короткий период переключения, в течение которого стабильная точка на определенный период переходит во второе стабильное состояние, а затем снова возвращается назад. Период задается постоянной времени, которая обычно представляет собой пару RC или LC.

Требуется какое-то активное переключающее устройство, такое как пара транзисторов или однопереходный транзистор, или компаратор операционного усилителя, или заказная микросхема, такая как таймер 555.Активное устройство переключается между режимами зарядки и разрядки, создавая повторяющуюся форму волны.

Чтобы любой осциллятор мог квалифицироваться как релаксирующий, он должен:

• Создает несинусоидальную периодическую форму волны, например треугольную, квадратную или прямоугольную волну.
• Схема релаксационного генератора должна быть нелинейной. Это означает, что в схеме необходимо использовать полупроводниковое устройство, такое как транзистор, полевой МОП-транзистор или операционный усилитель.
• В конструкции схемы должен использоваться элемент, накапливающий энергию, например, катушка индуктивности или конденсатор, который непрерывно заряжается и разряжается для создания циклической формы волны.

Качели А Качели B

Качели A показывают качели в состоянии равновесия и в состоянии «расслабления», но по мере того, как ведро медленно наполняется, достигается критическая точка опрокидывания. Состояние быстро меняется, когда конец ведра опускается и ведро опрокидывается. Когда ведро опорожняется, левая сторона внезапно становится намного тяжелее и снова падает на землю, а затем ковш поднимается и снова начинает наполняться. (Предположим, он снова исправляется). В электронной схеме происходит следующее: конденсатор медленно заряжается через резистор до тех пор, пока не будет достигнута нелинейная часть цепи, вызывающая внезапный разряд, и цикл начинается снова.

На диаграмме выше и в схеме мультивибратора ниже синяя кривая показывает напряжение на одном из конденсаторов C1. Он заряжается до тех пор, пока не будет достигнута точка срабатывания смещения, затем внезапно включается другой транзистор, а затем снова разряжается. Черная кривая — это напряжение на коллекторе, которое является выходом. В приведенном ниже мультивибраторе в качестве выхода может использоваться любой коллектор. Однако в этой схеме мы просто поочередно мигаем двумя светодиодами.

Ниже показаны схема мультивибратора и макетная плата.Два светодиода попеременно мигают с частотой около 1,5 Гц. Транзисторы — любые транзисторы NPN GP. Отношение метки к интервалу можно изменять, изменяя C и / или R на одной половине.

R1 и R4 — 560 Ом, R2 и R3 — 47 кОм, а C1 и C2 — 10 мкФ.

Ниже представлена ​​осциллограмма напряжения коллектора.

Здесь показан выходной сигнал прямоугольной формы вышеупомянутой схемы мультивибратора. Вы можете видеть, что прямоугольная волна неплохая, но есть небольшая задержка зарядки.

Период каждой половины равен 0.69CR. Таким образом, если R2 составляет 47 кОм, а C1 — 10 мкФ, это будет 0,32S на половину или 0,64 вместе. Тогда f = 1 / 0,64 = 1,5 Гц.

Хороший релаксационный генератор можно сделать из любых инвертирующих вентилей. Хотя два гейта будут работать (NOR, NAND, OR, Schmitt), три дает лучший запуск. Частота устанавливается R1 и C1:

Итак, у нас

, что дает 45 Гц.

Частота регулируется в диапазоне 10: 1, а выходная мощность устанавливается R4. R3 предназначен для обратной связи и не участвует в расчетах времени.Форма волны красивая и квадратная.

С R1 = 100 кОм, C = 0,004 f = 1 кГц, C = 0,04 f = 100 Гц, C = 0,4 f = 10 Гц.

Вот и все, что касается прямоугольных генераторов! Хороший осциллятор можно сделать из знаменитого таймера 555, и мы рассмотрим это в следующей статье, посвященной генераторам пилообразных и треугольных волн. Оставьте комментарий ниже, если у вас есть вопросы по чему-либо!

— аккуратная небольшая схема генератора импульсов. Мне нравится

Обновление (11 октября 2015 г.): Я добавил свой файл схемы и список соединений на случай, если вы захотите поиграть с этой схемой в вашей локальной установке LTSpice.Это бесплатно, так что можете и вы!

Я медленно изучал книгу Горовица и Хилла « Art of Electronics», 3-е издание , чтобы освежить и отточить свои знания в области аналоговой электроники. Большая часть моей профессиональной жизни связана с сборкой сложных ИС, и мало о строительных блоках электронных схем. Я подумал, что возьму более поучительные примеры из AoE и опубликую их здесь. Ожидайте сухую прозу, несколько нацарапанных заметок на инженерной бумаге и, возможно, симуляцию или две, как я считаю нужным.(В настоящее время я использую LTSpice для Mac, но я не в восторге от него. Есть предложения ?!)

Простой генератор импульсов

Рисунок 1: Генератор импульсов

Цель этой схемы — обеспечить быстрый импульс на выходе Vout при стимулировании нарастающим фронтом на Vin.

### Примечания к условиям постоянного тока

• Q1 выключен, что означает, что V _Q1-C фактически составляет 5 В.
• Второй квартал, однако, продолжается. Это ставит V _Q2-B примерно на 0.7 В и V _Q2-C / V _Выход на землю.
• Обратите внимание, что состояния включения / выключения Q1 и Q2 в сочетании дают напряжение около 4,3 В на C1.

### Анализ переменного тока Предположим, мы стимулируем V _в с передним фронтом 5 В. Это включит Q1, скорость которого ограничена только временем включения этого транзистора. Важно выбрать R1 таким образом, чтобы можно было гарантировать, что Q1 входит в состояние насыщения; мы хотим, чтобы этот транзистор был включен, когда V _в достигает высокого уровня!

Это быстрое включение Q1 приведет к заземлению напряжения коллектора V _Q1-C .{\ frac {t} {\ tau}} \] \ [ln \ big (\ frac {1} {0.462} \ big) = \ frac {t} {\ tau} \ Rightarrow ln \ big (\ frac {1 } {0,462} \ big) * \ tau = t = 0,722 \ tau \] \ [0,722 \ tau \ приблизительно R3C1 \]

По сути, это показывает нам, что мы можем установить время включения импульса с помощью R ₃ и C ₁ аналогично выбору значений для RC-цепи. Прохладный!

Примечания к характеристикам переменного тока

Первое, что предполагает эта схема, это то, что V _в будет двигаться высоко и оставаться на высоком уровне. Что произойдет, если входной импульс будет короче, чем R3 * C1?

Рис. 2: Выход генератора импульсов, где Vin выше, чем Tau

Моделирование, приведенное выше, показывает LTSpice-представление того, что происходит с этой схемой, когда входной импульс меньше постоянной времени.Выходной импульс поочередно укорачивается — как только Q1 вернется в нормальное выключенное состояние, заряд C1 будет поляризован в направлении, противоположном установившемуся состоянию постоянного тока. Это просто поможет шине 5V поддерживать Q2 включенным и сократить выходной импульс. Что, если нам нужен импульс на V _из , который всегда имеет длину R3 * C1? Нам нужно отделить вывод от ввода. Это легко достигается с помощью другого транзистора, который контролирует выход схемы.

Рисунок 3: Генератор импульсов с гарантированной шириной импульса

Q3 служит для удержания V _Q1-C на земле после обнаружения нарастающего фронта у основания Q1.Пока длительность входного импульса равна времени включения Q1, схема будет работать правильно. Это связано с тем, что после того, как Q1 успешно подключил V _Q1-C к земле, Q3 также будет включен, обеспечивая другой путь для цепи R3 / C1, которая будет удерживаться на земле. На рисунке 4 показано это улучшение ширины выходного импульса.

Рисунок 4: Выход генератора импульсов с гарантированной выходной шириной

Добавление Q3 сделало работу схемы немного легче прогнозируемой, поскольку мы можем изменять ширину импульса, изменяя значения C1 и R3.Однако это была не серебряная пуля. На рисунке 4 показано, что задний фронт импульса не такой резкий, как нарастающий. В начале спадающего фронта есть отчетливо закругленный угол, который является результатом неторопливого перехода напряжения с R3 / C1 через напряжение включения Q3. Мы мало что можем сделать с этой схемой, чтобы ускорить этот переход, не влияя на ширину импульса. Вместо этого нам нужно будет изменить силу выходного привода с помощью еще одного небольшого дополнения.

Рисунок 5: Выход генератора импульсов с выходом триггера Шмитта

Этот выходной каскад представляет собой триггер Шмитта, который представляет собой удобную небольшую схему для очистки медленных или шумных переходов фронта.Переход к моделированию показывает, что это помогло нам:

Рисунок 5: Выход генератора импульсов с выходом триггера Шмитта

Это все хорошо, но вы никогда не будете использовать эту схему в реальном приложении. Почему? Власть! Проверить ток только через R8. Пиковая мощность этой единственной цепи составляет около 9 мА, пока включен Q5. Большинство современных ИС потребляют намного меньше тока, чем 9 мА. Многие современные устройства DRAM — компоненты с миллиардами транзисторов — в состоянии самообновления потребляют менее 100 микроампер.При этом это забавная небольшая трасса, которую довольно легко построить для поучительных целей.

Благодарности

Я извлек эту схему и ее улучшения из превосходной книги Art of Electronics, 3-е издание Горовица и Хилла. Вы можете проверить это на странице 77.

⤧ Следующее сообщение Прошивка микроконтроллеров Freescale без Kinetis Design Suite ⤧ Предыдущее сообщение Неудобные истины NAND Flash

ГЕНЕРАТОР МОДЕЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ | Мини-проекты | Учебник по электронике |

АННОТАЦИЯ:

Функциональный генератор — это электронное устройство, в котором различные сигналы генерируются, и его выход может использоваться как вход для другие различные аналоговые схемы.Формы сигналов, которые мы пытались генерируют синусоидальные, прямоугольные и треугольные волны. Кто угодно сначала генерируется форма волны, а затем выполняется ее обработка, чтобы получить другие необходимые формы сигналов.

ВВЕДЕНИЕ:

Функциональный генератор может предоставлять сигналы различной формы. Это имеет преимущество перед генератором чистой синусоидальной волны в качестве генератора функций также может мы также можем создавать несинусоидальные формы. базовая форма волны, генерируемая с помощью «генератора сдвига фазы rc».Этот сигнал проходит через «триггер Шмитта» для получения квадрата волна. За ним следует интегратор, который дает треугольную волну. Таким образом получены требуемые формы сигналов.

RC-ФАЗОВЫЙ ОСЦИЛЛЯТОР:

Мы рассматриваем RC PHASE SHIFT с использованием транзисторов. Массив номиналы резисторов и конденсаторов дают требуемый фазовый сдвиг. В транзистор дает фазовый сдвиг 180 и, следовательно, полную RC-цепь чтобы получить фазовый сдвиг 180. Мы использовали 3 RC-цепи, каждая из которых дает фазовый сдвиг 60.

Фазовый угол определяется как Φ = tan ^-1 (Xc / R).

Значения R = 10K и C = 0,05u, частота 200 Гц.

ШМИТТ ТРИГГЕР:

Триггер Шмитта — это компаратор с положительной обратной связью, который удерживает выход на высокий, пока входной сигнал больше эталонного уровень напряжения, иначе он падает до нуля. Обычно триггер Шмитта разработан с использованием операционных усилителей.Трудность, с которой столкнулись при использовании операционных усилителей, была что мы аппроксимировали это как цепь R, C и зависимых источников. В два напряжения «+ Vee» и «-Vee» не учитывались. Следовательно, мы перешел на транзисторный триггер Шмитта.

РАБОЧИЙ: Когда применяется входная синусоида, как только входное напряжение достигает значения, равного сумме напряжений на Rb1 и Re, Q1 включается (насыщение), а Q2 выключается (отсечка). Таким образом, прямоугольная волна изготовлено из Вп-п 7,3В

Простой триггер Шмитта SN74HC14 Генератор прямоугольных сигналов

by Lewis Loflin

Убедитесь, что вы используете SN74C14 или SN74HC14.

Теория и практические схемы использования генератора прямоугольных импульсов SN74HC14 на основе триггера Шмитта.

Видео на YouTube: Простой триггер Шмитта SN74HC14 Генератор прямоугольных сигналов

в об. 63 июнь / июль Make Magazine Чарльз Платт написал статью об использовании HEX-инвертора SN74HC14N Schmitt Trigger. Используя только один из шести инверторов, конденсатор и резистор обратной связи, он создал основной прямоугольный генератор.

Рис. 1 Внутренние соединения SN74HC14.

Он не вдавался в подробности по расчету значений компонентов или по теории работы. Здесь я подробнее остановлюсь на этом. На рис. 1 показаны внутренние соединения устройства. Обратите внимание, что на следующих схемах я не буду показывать контакт 14 + Vcc или контакт 7 заземления. + Vcc составляет 5 вольт, HIGH — 5 вольт, а LOW — 0 вольт.

Я буду иметь дело с одним инвертором, и все измерения основаны на схеме под напряжением, построенной из реальных компонентов. Я не использую SPICE или программное обеспечение для моделирования и не могу гарантировать его работу с таким программным обеспечением.

Измерения выполняются цифровым мультиметром Radio Shack 22-812, который может измерять частоту, ширину импульса и рабочий цикл.

Рис. 2 Схема прямоугольного генератора SN74HC14N.

На рис. 2 показана схема, которую я буду использовать. Он состоит из одного инвертора, сопротивления обратной связи и зарядного конденсатора. Давайте обсудим разницу между триггером Шмитта и инвертором не-триггера Шмитта.

Очень просто инвертор инвертирует входной логический уровень — HIGH in LOW out, LOW in HIGH out.Проблема заключается в том, на каком уровне напряжения от 0 В до 5 В будет ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ? Что такое 2,5 вольта?

Триггерные входы Шмитта решают эту проблему для зашумленных цепей. LOW выводится только тогда, когда на входе 3 вольта или больше. ВЫСОКОЕ значение выводится только при напряжении на входе 2 вольта или меньше. Уровень переключается только если ниже ~ 2В или выше ~ 3В.

На рис. 2 показаны формы сигналов в точках A и B. Когда питание на входе A НИЗКОЕ, а B — ВЫСОКОЕ; Конденсатор C заряжается от ВЫСОКОГО выхода через R1 и R2.

Когда A достигает ~ 3 вольт, B становится низким, и C разряжается обратно через R1 и R2 на выход инвертора. В действительности, когда выводится HIGH, когда внутренний транзистор переключается на + Vcc, LOW использует транзистор для переключения на землю.

Треугольная форма волны на A заряжает / разряжает от ~ 2 до ~ 3 вольт или ~ 1 вольт от пика до пика. Выходное напряжение составляет 5 вольт от пика до пика. Конденсатор C никогда полностью не заряжается до + Vcc или полностью не разряжается до GRD. Этот коммутационный промежуток в 1 вольт является секретом генератора.

Обратите внимание на две красные стрелки. C заряжается, когда B высокий, и разряжается, когда B низкий.

Рис. 3 Кривая заряда RC.

На рис. 3 показана кривая заряда RC. Когда конденсатор заряжается через резистор, время T зависит от значений R и C или R * C. Но полная зарядка составляет 5Тл. Если C = 1 мкФ и R = 10K, то T = 0,0000001 * 10,000 = 0,01 сек. или 10 мсек. Для полной зарядки или 98,2% требуется 50 мсек.

Примечание: всегда переводите C в фарады. Предположим, 1 мкФ и 10К.

За 1Т С начисляется до 63,2%. В случае 5 вольт это ~ 3,16 вольт. Только при первом включении t = 10 мсек. а при 3,16 В на выходе инвертора идет НИЗКИЙ или 0 В.

Когда C разряжается до ~ 2 вольт, выход B переходит в ВЫСОКОЕ, заряжая конденсатор C обратно до ~ 3 вольт и т. Д.

Что касается выхода, вкл / выкл T переключает с 2 / 3T на 1T на входе. Для расчета T на выходе получается (R * C) / 2,8. Я получил это экспериментальным путем.

Таким образом, каждый полупериод включения / выключения составляет 10 мсек./ 2,8 = 3,57 мсек. Чтобы получить частоту выходного прямоугольного сигнала = 3,57 мсек. * 2, затем возьмите обратную величину. В данном случае 140 Гц.

Рис. 4 Схема прямоугольного генератора SN74HC14N с формулами.

На рис. 4 показаны формулы для этой схемы. Я собираюсь вычислить значения, используемые в цепи под напряжением, и измерить значения на моем мультиметре. Я использовал резистор 22 кОм с сопротивлением 21 700 Ом. Я также измерил используемые конденсаторы.

Пример 1: C = 1 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 21,7 мсек .; t = 21,7 мсек. / 2,8 = 7,75 мсек.
f = 1 / (2 * t) = 1 / 15,5 мс. = 64,5 Гц

Измеренное значение = 63,3 Гц ошибка 2%; рабочий цикл 47%. Очень близко к симметричной прямоугольной волне.

Рис. 5 SN74HC14N Формы сигналов в цепи прямоугольного генератора.

Пример 2: C = 34,72 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 0,7534 сек .; 0,7534 сек. / 2,8 = 0,2691 сек. = t
f = 1 / (2 * t) = 1/0.53816 = 1,86 Гц.

Измеренное значение 1,9 Гц ошибка 2%; 47% рабочий цикл.

Рис. 6 SN74HC14N Осциллограммы схемы прямоугольного генератора на осциллографе.

Рис. 6 на примере 3.

Пример 3: C = 0,095 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 2,06 мсек; 2,06 мсек / 2,8 = 0,736 мсек. = t
f = 1 / (2 * t) = 1 / 1,4725 мсек. = 679 Гц.

Измерено: 707 Гц, ошибка 4%. 47% рабочий цикл. Обратите внимание на паразитную емкость на макетной плате и т. Д.возможно, вступит в игру при более низких значениях C.

Рис. 7 Генератор прямоугольных сигналов на основе SN74HC14 со схемой дифференциатора.

Подробнее об этой схеме см. Схема генератора трех выходных импульсов для цифровых схем.

Удачи.

Самые популярные видео и веб-страницы

Эксперимент: Проектирование схем транзисторов

---

Процедура

Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работе транзисторов.Теперь мудрее, мы знаем, что ниже есть некоторые ошибки в математике с вычислениями фильтра. Мы перепроектируем эту схему, когда позволят время и ресурсы, но учтите, что схема все еще работает (может усиливать пики).

Все, что вам нужно, чтобы построить усилитель, — это транзистор, источник питания, резисторы и конденсаторы. Есть много способов смешать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и предположения, с которыми можно поработать, а затем проведем вас через дизайн вашего самого первый простой био-усилитель!

Существует несколько конфигураций с использованием транзисторов NPN, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», потому что она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилителем с общим эмиттером»? — поскольку база — это вход, коллектор — это выход, а «общий» или земля — ​​это эмиттер.

Как любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина действительно выполняла». В нашем биоусилителе мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте стремимся к «усилению» 150 или увеличению амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и в реальном SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется «высокочастотным» сигналом.

Таким образом, у нас есть два требования

1. Усиление 150.
2. Настройка фильтра: фильтр высоких частот 300 Гц.

А теперь вернемся к искусству дизайна электроники. В основе нашего усилителя лежит превосходная книга Пола Шерца «Практическая электроника для изобретателей».

Детали

Помимо упомянутых выше тараканов, кабеля и электрода, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить:

1. два NPN транзистора (2N4401) — из набора образцов транзисторов
2. четыре 4.Резисторы 7 кОм — из набора образцов резисторов
3. четыре резистора 1 кОм из того же набора образцов
4. один резистор 50 Ом из того же набора образцов
5. два конденсатора по 1 мкФ
6. четыре конденсатора по 10 мкФ
7. перемычка
8. макетная плата без пайки
9. разъем аккумулятора 9В
10. батарея 9В
11. разъем RCA
12. спикер RadioShack (мы любим эти вещи)

Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, на который можно положить ногу таракана.

Проектирование схемы

Эмиттерные и коллекторные резисторы

Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, и наши шипы имеют как положительный, так и отрицательный компонент:

Мы хотим, чтобы нейронный сигнал превышал +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «места» для напряжения, чтобы усилить как отрицательную, так и положительную части сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы V _c или напряжение на коллекторе было 1/2 V _cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В).Таким образом, нам нужно поставить резистор на V _c , чтобы установить V _c = 1/2 V _cc , и мы используем закон Ома V = IR, который мы можем переписать как:

I _c — это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета вы используете лист данных транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I _c .

4,7 кОм — стандартное значение для комплекта резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R _c

.

Коэффициент усиления нашей схемы, как он есть, составляет ΔV _c / ΔV _e , что равно отношению R _c / R _e .

Мы уже установили R _c = 4,7 кОм, а R _e уже встроен в транзистор. Его R _e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как:

I _e примерно такое же, как I _c , поэтому сопротивление составляет 26 Ом.

Мы можем рассчитать выигрыш следующим образом:

Однако в транзисторе может быть нестабильное сопротивление, поэтому нам нужно добавить собственное сопротивление R в дополнение к сопротивлению.Шерц рекомендует V _e с напряжением 1 В для стабилизации нестабильности транссопротивления, поэтому согласно закону Ома:

Но обратите внимание, что добавление этого R к схеме:

У нас будет изменение в прибыли. Новое усиление:

О, нет! Наше первоначальное усиление 180 исчезло! И наш выигрыш теперь намного меньше, чем нам нужно! Но, не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно с резистором 1 кОм, который фактически заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать:

Фильтр высоких частот

Параллельно подключенные резистор и конденсатор действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наш фильтр высоких частот составлял 300 Гц. Это легко подсчитать.

У нас уже есть R = 1 кОм, а f должно быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ.

Все, что остается, — это входной конденсатор для устранения любого смещения постоянного тока на входном сигнале и поддержания стабильности нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ.

Установка напряжений смещения

Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без нажатия нижнего предела напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения.

Мы хотим, чтобы напряжение на базе V _b было на 0,6 В выше, чем напряжение на уровне V _e , поэтому

Мы знаем, что V _e составляет 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V _b должно быть 1.6В. Сделаем делитель напряжения!

Наш V _в — это конечно 9 В, а наш V _out — 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения:

Мы можем переставить уравнение и вычислить …

Таким образом, R1 должен быть в ~ 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как показывает практика, для этой конструкции транзистора:

Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, поскольку мы уже используем эти значения резисторов и имеем их под рукой.

Вот и все! Пришло время …

Построить схему

Вы посчитали, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите батарею, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода / вывода на макетную плату, как показано ниже:

Присмотритесь к схеме на макетной плате:

Вставьте электроды в лапу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Полностью поверните динамик и почистите ногу таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте еще немного усилим шипы. Вы можете создать «вторую стадию» усиления, как мы это делаем с нашим обычным SpikerBox, где у вас есть выход схемы, переходящий во вход другой копии схемы, как показано ниже:

Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного снизим усиление на втором этапе.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с R _и , чтобы немного снизить усиление второй ступени, но все равно сделают более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже.

Теперь вы создали свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляю! Сообщите нам, если вы придумали способ сделать схему проще, чище и с большим усилением.

Обсуждение

Вы находитесь на пути к изобретению еще многих чудесных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть вещи очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир, недоступный нашим невооруженным чувствам. Теперь начнем открывать.

Вопросы для обсуждения

1. Почему выбросы от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя «шумнее», чем SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет намного больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются с инструментальными усилителями.

   No related posts.