Ako vyrobiť generátor impulzov z klaksónu. Generátor signálu: DIY generátor funkcií

Obdĺžnikové generátory impulzov sú široko používané v rádiovom inžinierstve, televízii, automatických riadiacich systémoch a výpočtovej technike.

Na získanie pravouhlých impulzov so strmými frontami sa široko používajú zariadenia, ktorých princíp činnosti je založený na použití elektronických zosilňovačov s pozitívnou spätnou väzbou. Medzi tieto zariadenia patria takzvané relaxačné generátory - multivibrátory, blokovacie generátory. Tieto generátory môžu pracovať v jednom z nasledujúcich režimov: pohotovostný režim, samooscilácia, synchronizácia a frekvenčné delenie.

V pohotovostnom režime má generátor jeden stabilný rovnovážny stav. Externý spúšťací impulz spôsobí, že čakajúci generátor preskočí do nového stavu, ktorý nie je stabilný. V tomto stave, nazývanom kvázi-rovnováha alebo dočasne stabilný, prebiehajú v obvode generátora relatívne pomalé procesy, ktoré nakoniec vedú k spätnému skoku, po ktorom sa vytvorí stabilný počiatočný stav. Trvanie kvázi rovnovážneho stavu, ktorý určuje trvanie generovaného pravouhlého impulzu, závisí od parametrov obvodu generátora. Hlavnými požiadavkami na čakacie generátory sú stabilita trvania generovaného impulzu a stabilita jeho počiatočného stavu. Čakacie generátory sa používajú predovšetkým na získanie určitého časového intervalu, ktorého začiatok a koniec sú pevne dané predkom a pádom generovaného pravouhlého impulzu, ako aj na rozširovanie impulzov, na delenie frekvencie opakovania impulzov, resp. iné účely.

V samokmitajúcom režime má generátor dva stavy kvázi rovnováhy a nemá ani jeden stabilný stav. V tomto režime, bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu, generátor postupne skočí z jedného stavu kvázi rovnováhy do druhého. V tomto prípade sa generujú impulzy, ktorých amplitúda, trvanie a frekvencia opakovania sú určené hlavne len parametrami generátora. Hlavnou požiadavkou na takéto generátory je vysoká frekvenčná stabilita vlastných kmitov. Medzitým, v dôsledku zmien napájacích napätí, výmeny a starnutia prvkov, vplyvu iných faktorov (teplota, vlhkosť, rušenie atď.), Stabilita frekvencie vlastných kmitov generátora je zvyčajne nízka.

V režime synchronizácie alebo frekvenčného delenia je frekvencia opakovania generovaných impulzov určená frekvenciou externého hodinového napätia (sínusového alebo impulzného) dodávaného do obvodu generátora. Frekvencia opakovania impulzov sa rovná alebo je násobkom frekvencie hodinového napätia.

Generátor periodicky sa opakujúcich pravouhlých impulzov relaxačného typu sa nazýva multivibrátor.

Multivibračný obvod môže byť realizovaný ako na diskrétnych prvkoch, tak aj v integrovanom prevedení.

Multivibrátor na diskrétnych prvkoch. V takomto multivibrátore sa používajú dva zosilňovacie stupne pokryté spätnou väzbou. Jedna spätnoväzbová vetva je tvorená kondenzátorom a rezistorom , a druhý A (obr. 6.16).

uvádza a zabezpečuje generovanie periodicky sa opakujúcich impulzov, ktorých tvar je blízky obdĺžnikovému.

V multivibrátore môžu byť oba tranzistory v aktívnom režime veľmi krátky čas, keďže v dôsledku kladnej spätnej väzby obvod preskočí do stavu, kedy je jeden tranzistor otvorený a druhý zatvorený.

Predpokladajme s určitosťou, že v čase tranzistor VT1 otvorený a nasýtený a tranzistor VT2 zatvorené (obr. 6.17). Kondenzátor v dôsledku prúdu tečúceho v obvode v predchádzajúcich časových okamihoch sa nabíja na určité napätie. Polarita tohto napätia je taká, že k báze tranzistora VT2 záporné napätie je aplikované vzhľadom na emitor a VT2 ZATVORENÉ. Pretože jeden tranzistor je uzavretý a druhý otvorený a nasýtený, podmienka samobudenia nie je v obvode splnená, pretože zisky kaskád
.

V tomto stave prebiehajú v okruhu dva procesy. Jeden proces je spojený s tokom nabíjacieho prúdu kondenzátora z napájacieho zdroja cez odporový obvod - otvorený tranzistor VT1 .Druhý proces je spôsobený nabíjaním kondenzátora cez odpor
a základný obvod tranzistora VT1 v dôsledku toho napätie na kolektore tranzistora VT2 zvyšuje (obr. 6.17). Pretože odpor zahrnutý v základnom obvode tranzistora má väčší odpor ako kolektorový odpor (
), čas nabíjania kondenzátora kratší čas nabíjania kondenzátora .

	Proces nabíjania kondenzátora je exponenciálna s časovou konštantou . Preto doba nabíjania kondenzátora , ako aj čas nábehu kolektorového napätia , teda trvanie čela impulzu . Počas tejto doby sa kondenzátor nabité na napätie .V dôsledku prebitia kondenzátora základné napätie tranzistor VT2 rastie, ale tranzistor VT2 zatvorené a tranzistor VT1

otvorený, pretože jeho základňa je spojená s kladným pólom zdroja energie cez odpor .

Základné
a zberateľ
napätie tranzistora VT1 pričom sa nezmení. Tento stav obvodu sa nazýva kvázi-stabilný.

V danom čase keď sa kondenzátor dobíja, napätie na báze tranzistora VT2 dosiahne otváracie napätie a tranzistor VT2 prepne do aktívneho režimu prevádzky, pre ktorý
. Pri otváraní VT2 kolektorový prúd sa zvyšuje a podľa toho klesá.
. Znížiť
spôsobuje pokles základného prúdu tranzistora VT1 , čo následne vedie k zníženiu kolektorového prúdu . Zníženie prúdu sprevádzané zvýšením základného prúdu tranzistora VT2 pretože prúd pretekajúci cez odpor
, odbočuje na bázu tranzistora VT2 A
.

Po tranzistore VT1 opustí režim saturácie, podmienka samobudenia je v obvode splnená:
. V tomto prípade proces prepínania obvodu prebieha ako lavína a končí pri tranzistore VT2 prejde do režimu saturácie a tranzistor VT1 - v režime cut-off.

V budúcnosti prakticky vybitý kondenzátor (
) sa nabíja zo zdroja energie cez odporový obvod
- základný obvod otvoreného tranzistora VT2 exponenciálne s časovou konštantou
. V dôsledku toho časom
dochádza k zvýšeniu napätia na kondenzátore predtým
a vytvorí sa predná strana kolektorového napätia
tranzistor VT1 .

Uzavretý stav tranzistora VT1 zaistené tým, že spočiatku nabité na napätie kondenzátor cez otvorený tranzistor VT2 pripojený k medzere báza-emitor tranzistora VT1 , ktorý na svojej základni udržiava záporné napätie. V priebehu času sa blokovacie napätie na základni mení ako kondenzátor nabíjaný cez odporový obvod - otvorený tranzistor VT2 . V danom čase napätie bázy tranzistora VT1 dosiahne hodnotu
a otvorí sa.

V obvode je opäť splnená podmienka samobudenia a vzniká regeneračný proces, v dôsledku ktorého tranzistor VT1 prejde do režimu nasýtenia VT2 zatvára. Kondenzátor sa nabíja na napätie
a kondenzátor skoro prázdny (
). Tomu zodpovedá aj doba , od ktorej sa začalo zvažovanie procesov v schéme. Tým sa končí celý cyklus prevádzky multivibrátora, pretože v budúcnosti sa procesy v okruhu opakujú.

Ako vyplýva z časovej schémy (obr. 6.17), v multivibrátore možno odoberať periodicky sa opakujúce obdĺžnikové impulzy z kolektorov oboch tranzistorov. V prípade, keď je záťaž pripojená ku kolektoru tranzistora VT2 , trvanie pulzu určený procesom dobíjania kondenzátora a trvanie prestávky - proces dobíjania kondenzátora .

Obvod nabíjania kondenzátora obsahuje jeden reaktívny prvok, teda , kde
;
;.

Teda, .

Proces nabíjania končí v čase , Kedy
. Preto trvanie kladného impulzu kolektorového napätia tranzistora VT2 sa určuje podľa vzorca:

.

V prípade, že je multivibrátor vyrobený na germániových tranzistoroch, vzorec je zjednodušený, pretože
.

Proces nabíjania kondenzátora , ktorý určuje dĺžku pauzy medzi impulzmi napätia kolektora tranzistora VT2 , prebieha v rovnakom ekvivalentnom obvode a za rovnakých podmienok ako proces dobíjania kondenzátora , len s inou časovou konštantou:
. Preto vzorec na výpočet podobný vzorcu na výpočet :

.

Zvyčajne sa v multivibrátore trvanie impulzu a trvanie pauzy nastavuje zmenou odporu rezistorov A .

Trvanie predných častí závisí od času otvorenia tranzistorov a je určené časom nabíjania kondenzátora cez kolektorový odpor toho istého ramena
. Pri výpočte multivibrátora je potrebné splniť podmienku nasýtenia otvoreného tranzistora
. Pre tranzistor VT2 bez prúdu
dobitie kondenzátora prúd
. Preto pre tranzistor VT1 saturačný stav
a pre tranzistor VT2 -
.

Frekvencia generovaných impulzov
. Hlavnou prekážkou zvyšovania frekvencie generovania impulzov je dlhé trvanie čela impulzu. Zníženie trvania prednej časti impulzu znížením odporu kolektorových odporov môže viesť k nesplneniu podmienky nasýtenia.

Pri vysokom stupni saturácie v uvažovanom multivibrátorovom obvode môžu nastať prípady, keď po zapnutí sú oba tranzistory nasýtené a nedochádza k žiadnym osciláciám. To zodpovedá tvrdému režimu samobudenia. Aby ste tomu zabránili, mali by ste zvoliť prevádzkový režim otvoreného tranzistora v blízkosti limitu saturácie, aby ste zachovali dostatočný zisk v spätnoväzbovom obvode, a tiež použiť špeciálne multivibračné obvody.

Ak je trvanie pulzu rovná trvaniu , ktorý sa zvyčajne dosahuje pri , potom sa takýto multivibrátor nazýva symetrický.

Trvanie prednej časti impulzov generovaných multivibrátorom možno výrazne skrátiť, ak sa do obvodu dodatočne zavedú diódy (obr. 6.18).

Keď sa napríklad zatvorí tranzistor VT2 a kolektorové napätie sa začne zvyšovať, potom na diódu VD2 je privedené spätné napätie, zatvára sa a tým odpája nabíjací kondenzátor z kolektora tranzistora VT2 . Výsledkom je, že nabíjací prúd kondenzátora už nepreteká cez odpor a cez odpor . Preto trvanie predného impulzu kolektorového napätia
teraz určený iba procesom zatvárania tranzistora VT2 . Dióda funguje rovnakým spôsobom. VD1 keď je kondenzátor nabitý .

Aj keď v takomto obvode je čas nábehu výrazne znížený, čas nabíjania kondenzátorov, ktorý obmedzuje pracovný cyklus impulzov, zostáva prakticky nezmenený. Časové konštanty
A
nemožno znížiť znížením . Rezistor v otvorenom stave tranzistora cez otvorenú diódu je zapojená paralelne s odporom .V dôsledku toho, keď
spotreba energie obvodu sa zvyšuje.

Multivibrátor na integrovaných obvodoch(obr. 6.19).Najjednoduchší obvod obsahuje dva invertujúce logické prvky LE1 A LE2, dve rozvodové reťaze
A
a diódy VD1 , VD2 .

Predpokladajme, že v tom čase (obr. 6.20) napätie , A . Ak prúd cez kondenzátor netečie, potom napätie na ňom a na vstupe prvku LE1 . V obvode preteká nabíjací prúd kondenzátora od LE1 cez odpor . Vstupné napätie LE2 ako sa kondenzátor nabíja klesá, ale ,LE2 je na nulovom výkone.

V danom čase
a na výstupe LE2
. V dôsledku toho vstup LE1 cez kondenzátor , ktorý je nabitý na napätie
, je privedené napätie a LE1 ide na nulu
. Od výstupného napätia LE1 znížil, potom kondenzátor sa začne rozpadať. V dôsledku toho odpor objaví sa napätie so zápornou polaritou, dióda sa otvorí VD2 a kondenzátor rýchle vybitie na napätie
. Po ukončení tohto procesu vstupné napätie LE2
.

Súčasne v obvode prebieha proces nabíjania kondenzátora a časom aj vstupné napätie LE1 klesá. Keď v určitom okamihu Napätie
,
,
. Procesy sa začnú opakovať. Kondenzátor sa opäť nabíja. a kondenzátor vybíja sa cez otvorenú diódu VD1 . Pretože odpor otvorenej diódy je oveľa menší ako odpor rezistorov , A , vybitie kondenzátora A idú rýchlejšie ako ich náboj.

Vstupné napätie LE1 v časovom intervale
určený procesom nabíjania kondenzátora :, Kde
;
je výstupný odpor logického prvku v jednotnom stave;
;
, kde
. Kedy
, tvorba impulzu na výstupe prvku končí LE2, teda trvanie impulzu

.

Trvanie prestávky medzi impulzmi (časový interval od predtým ) je určený procesom nabíjania kondenzátora , Preto

.

Trvanie čela generovaných impulzov je určené časom spínania logických prvkov.

Na časovom diagrame (obr. 6.20) sa amplitúda výstupných impulzov nemení:
, keďže pri jeho konštrukcii nebola zohľadnená výstupná impedancia logického prvku. Vzhľadom na konečnosť tohto výstupného odporu sa bude meniť amplitúda impulzov.

Nevýhodou uvažovaného najjednoduchšieho obvodu multivibrátora na logických prvkoch je tvrdý režim samobudenia a s tým spojená možná absencia oscilačného režimu činnosti. Túto nevýhodu obvodu je možné odstrániť, ak sa zavedie dodatočný logický člen AND (obr. 6.21).

Keď multivibrátor generuje impulzy, potom výstup LE3
, pretože
. V dôsledku tvrdého režimu samobudenia je však možný takýto prípad, keď pri zapnutí napájacieho napätia v dôsledku nízkej rýchlosti nárastu napätia dôjde k nabíjaniu kondenzátora. A sa ukáže byť malý. V tomto prípade pokles napätia na rezistoroch A môže byť nižšia ako prahová hodnota
a oba prvky LE1 A LE2) budú v stave, v ktorom sú napätia na ich výstupoch
. S touto kombináciou vstupných signálov na výstupe prvku LE3 bude napätie
, ktorý cez odpor aplikovaný na vstup prvku LE2. Pretože
, To LE2 sa prenesie do nulového stavu a obvod začne generovať impulzy.

Na zostavenie generátorov pravouhlých impulzov sa spolu s diskrétnymi prvkami a integrovanými obvodmi používajú operačné zosilňovače.

Multivibrátor na operačnom zosilňovači má dve spätnoväzbové slučky (obr. 6.22). Spätnoväzbový obvod neinvertujúceho vstupu tvoria dva odpory ( A ) a preto, . Spätná väzba na invertujúci vstup je tvorená reťazou ,

takže napätie na invertujúcom vstupe
závisí nielen od napätia na výstupe zosilňovača, ale je aj funkciou času, od r
.

Budeme uvažovať o procesoch, ktoré sa vyskytujú v multivibrátore, počnúc časom (obr. 6.23), keď je výstupné napätie kladné ( ). Zároveň aj kondenzátor v dôsledku procesov, ktoré prebehli v predchádzajúcich časových okamihoch, sa nabíja tak, že na invertujúci vstup je privedené záporné napätie.

Na neinvertujúci vstup sa privádza kladné napätie
. Napätie
zostáva konštantná a napätie na invertujúcom vstupe
sa časom zvyšuje a smeruje k úrovni
, keďže proces dobíjania kondenzátora prebieha v obvode .

Zatiaľ však
, stav zosilňovača určuje napätie na neinvertujúcom vstupe a výstup zostáva na úrovni
.

V danom čase napätia na vstupoch operačného zosilňovača sa rovnajú:
. Ďalší mierny nárast
vedie k tomu, že rozdielové (rozdielové) napätie na invertujúcom vstupe zosilňovača
sa ukáže ako kladné, takže výstupné napätie prudko klesá a stáva sa záporným
. Pretože napätie na výstupe operačného zosilňovača zmenilo polaritu, kondenzátor následne dobije a napätie na ňom, ako aj napätie na invertujúcom vstupe má tendenciu
.

V danom čase znova
a potom rozdielové (rozdielové) napätie na vstupe zosilňovača
sa stáva negatívnym. Keďže pôsobí na invertujúci vstup, napätie na výstupe zosilňovača opäť náhle nadobudne hodnotu
. Skočí aj napätie na neinvertujúcom vstupe
. Kondenzátor , ktorý v čase nabitý na záporné napätie, znova sa dobije a napätie na invertujúcom vstupe sa zvýši, má tendenciu k
. Keďže v rovnakom čase
, potom napätie na výstupe zosilňovača zostáva konštantné. Ako vyplýva z časovej schémy (obr. 6.23), v čase končí celý cyklus prevádzky okruhu a v budúcnosti sa procesy v ňom opakujú. Na výstupe obvodu sa teda generujú periodicky sa opakujúce obdĺžnikové impulzy, ktorých amplitúda pri
rovná sa
. Trvanie impulzu (časový interval
) je určená dobou nabíjania kondenzátora podľa exponenciálneho zákona z
predtým
s časovou konštantou
, Kde
je výstupná impedancia operačného zosilňovača. Pretože počas pauzy (interval
) kondenzátor sa dobíja presne za rovnakých podmienok ako pri vytváraní impulzov, teda
. Preto obvod funguje ako symetrický multivibrátor.

deje s časovou konštantou
. So záporným výstupným napätím (
) otvorená dióda VD2 a konštanta doby nabíjania kondenzátora , ktorá určuje trvanie prestávky,
.

Pohotovostný multivibrátor alebo jednoduchý vibrátor má jeden stabilný stav a poskytuje generovanie pravouhlých impulzov, keď sú na vstup obvodu privedené krátke spúšťacie impulzy.

Jediný vibrátor na diskrétnych prvkoch pozostáva z dvoch zosilňovacích stupňov pokrytých pozitívnou spätnou väzbou (obr. 6.25).

	Jedna spätnoväzbová vetva, ako v multivibrátore, je tvorená kondenzátorom a odpor ; druhý je rezistor zahrnuté v obvode spoločného emitora oboch tranzistorov. Vďaka tomuto zahrnutiu odporu napätie báza-emitor

tranzistor VT1 závisí od kolektorového prúdu tranzistora VT2 . Takýto obvod sa nazýva jednoduchý vibrátor spojený s emitorom. Parametre obvodu sa vypočítajú tak, že v počiatočnom stave, pri absencii vstupných impulzov, tranzistor VT2 bol otvorený a nasýtený a VT1 bol v režime prerušenia. Takýto stav obvodu, ktorý je stabilný, je zabezpečený pri splnení nasledujúcich podmienok:
.

Predpokladajme, že jednorazovka je v stabilnom stave. Potom budú prúdy a napätia v obvode konštantné. tranzistorová základňa VT2 cez odpor pripojený na kladný pól zdroja, čo v princípe zabezpečuje otvorený stav tranzistora. Na výpočet kolektora
a základné prúdov, máme sústavu rovníc

.

Odtiaľ sa určujú prúdy
A , zapíšeme podmienku nasýtenia v tvare:

.

Zvažujem to
A
, potom je výsledný výraz výrazne zjednodušený:
.

Na rezistore v dôsledku toku prúdov ,
vzniká pokles napätia
. Výsledkom je potenciálny rozdiel medzi bázou a emitorom tranzistora VT1 je definovaný výrazom:

Ak schéma spĺňa podmienku
, potom tranzistor VT1 ZATVORENÉ. Kondenzátor pri nabíjaní na napätie. Polarita napätia na kondenzátore je znázornená na obr. 6.25.

Predpokladajme, že v tom čase (obr. 6.26) dochdza na vstup obvodu impulz, ktorho amplitda postauje na otvorenie tranzistora. VT1 . Výsledkom je, že v obvode začína proces otvárania tranzistora VT1 sprevádzané zvýšením kolektorového prúdu a pokles kolektorového napätia .

Keď tranzistor VT1 otvorený, kondenzátor je pripojený k oblasti báza-emitor tranzistora VT2 takže základný potenciál sa stáva záporným a tranzistor VT2 prejde do režimu odpojenia. Proces spínania obvodu je lavínového charakteru, keďže v tomto čase je v obvode splnená podmienka samobudenia. Čas spínania obvodu je určený trvaním procesov zapínania tranzistora VT1 a vypnite tranzistor VT2 a sú zlomkami mikrosekundy.

Keď sa tranzistor zatvorí VT2 cez odpor kolektorové a bázové prúdy prestanú tiecť VT2 . V dôsledku toho tranzistor VT1 zostáva otvorený aj po skončení vstupného impulzu. V tomto čase odpor poklesy napätia
.

Stav obvodu, keď je tranzistor VT1 otvorené a VT2 uzavretý, je kvázi stabilný. Kondenzátor cez odpor , otvorený tranzistor VT1 a odpor je pripojený k zdroju energie tak, že napätie na ňom má opačnú polaritu. V obvode preteká nabíjací prúd kondenzátora , a napätie na ňom, a teda na báze tranzistora VT2 má sklon k pozitívnej úrovni.

Zmena napätia
je exponenciálny: kde
. Počiatočné napätie na báze tranzistora VT2 určené napätím, na ktoré je kondenzátor na začiatku nabitý a zvyškové napätie na otvorenom tranzistore:

Hranica napätia, ku ktorej smeruje napätie na báze tranzistora VT2 , .

Tu sa berie do úvahy, že cez odpor tečie nielen prúd dobíjania kondenzátora , ale aj aktuálne otvorený tranzistor VT1 . Preto, .

V danom čase Napätie
dosiahne spúšťacie napätie
a tranzistor VT2 otvára. Objavil sa kolektorový prúd vytvára dodatočný pokles napätia na rezistore , čo vedie k poklesu napätia
. To spôsobuje pokles základne a zberateľ prúdy a zodpovedajúce zvýšenie napätia
. Kladný prírastok napätia kolektora tranzistora VT1 cez kondenzátor prenesené do základného obvodu tranzistora VT2 a prispieva k ešte väčšiemu zvýšeniu jeho kolektorového prúdu . Obvod opäť rozvíja regeneračný proces, ktorý končí tým, že tranzistor VT1 zatvorí a tranzistor VT2 prejde do režimu nasýtenia. Tým sa dokončí proces generovania impulzov. Trvanie impulzu je určené vložením
: .

Po skončení impulzu prebieha v obvode proces nabíjania kondenzátora cez obvod rezistorov
,a emitorový obvod otvoreného tranzistora VT2 . V počiatočnom momente základný prúd tranzistor VT2 rovná súčtu nabíjacích prúdov kondenzátora : aktuálne , obmedzený odporom rezistora
a prúd pretekajúci cez odpor . Ako sa kondenzátor nabíja prúd klesá a podľa toho klesá základný prúd tranzistora VT2 tendenciu k stacionárnej hodnote určenej rezistorom . V dôsledku toho v okamihu otvorenia tranzistora VT2 pokles napätia na rezistore sa ukáže byť väčšia ako stacionárna hodnota, čo vedie k zvýšeniu záporného napätia na báze tranzistora VT1 . Keď napätie na kondenzátore dosiahne
obvod sa vráti do pôvodného stavu. Trvanie procesu nabíjania kondenzátora , ktorá sa nazýva fáza obnovy, je určená vzťahom .

Minimálna doba opakovania jednotlivých pulzov vibrátora
a maximálnu frekvenciu
. Ak je interval medzi vstupnými impulzmi menší ako , potom kondenzátor nebude mať čas na dobitie a to povedie k zmene trvania generovaných impulzov.

Amplitúda generovaných impulzov je určená rozdielom napätia na kolektore tranzistora VT2 v uzavretých a otvorených stavoch.

Jediný vibrátor môže byť implementovaný na základe multivibrátora, ak jedna spätnoväzbová vetva nie je kapacitná, ale je zavedený odpor a zdroj napätia
(obr. 6.27). Takýto obvod sa nazýva jediný vibrátor s pripojením kolektor-základňa.

Do bázy tranzistora VT2 je privedené záporné napätie a je zatvorené. Kondenzátor nabité na napätie
. V prípade germániových tranzistorov
.

Kondenzátor , pôsobiaci ako zosilňovací kondenzátor, nabitý na napätie
. Tento stav obvodu je stabilný.

Pri aplikácii na bázu tranzistora VT2 odblokovacím impulzom (obr. 6.28) v obvode začnú prebiehať procesy otvárania tranzistora VT2 a zatvorenie tranzistora VT1 .

V tomto prípade je splnená podmienka samobudenia, rozvíja sa regeneračný proces a obvod prechádza do kvázi stabilného stavu. Tranzistor VT1 sa ukáže byť v uzavretom stave, pretože kvôli náboju na kondenzátore na jeho základňu je privedené záporné napätie. Tranzistor VT2 zostáva otvorený aj po skončení vstupného signálu, keďže kolektorový potenciál tranzistora VT1 keď bol zatvorený, zvýšil sa a podľa toho sa zvýšilo napätie na základni VT2 .

Pri spínaní obvodu sa vytvorí čelo výstupného impulzu, ktorý sa zvyčajne odstráni z kolektora tranzistora VT1 . V budúcnosti sa proces nabíjania kondenzátora uskutočňuje v obvode .Napätie na ňom
, a teda napätie na základni tranzistor VT1 sa mení exponenciálne
,Kde
.

Keď v určitom okamihu základné napätie dosiahne hodnotu
, tranzistor VT1 otvorí, napätie na jeho kolektore
znižuje a zatvára tranzistor VT2 . V tomto prípade sa vytvorí prerušenie výstupného impulzu. Trvanie impulzu sa získa vložením
:

.

Pretože
, To . Skrátiť trvanie
.

Následne prúdi v obvode nabíjací prúd kondenzátora cez odpor
a základný obvod otvoreného tranzistora VT1 . Trvanie tohto procesu, ktoré určuje čas obnovy okruhu,
.

Amplitúda výstupných impulzov v takomto jednorazovom obvode sa takmer rovná napätiu zdroja energie.

Jediný vibrátor na logických prvkoch. Na implementáciu jednorazových logických prvkov sa zvyčajne používajú prvky NAND. Bloková schéma takéhoto jediného vibrátora obsahuje dva prvky ( LE1 A LE2) a rozvodovú reťaz
(obr. 6.29). Vstupy LE2 kombinované a funguje to ako invertor. VÝCHOD LE2 pripojený k jednému zo vstupov LE1 a na jeho ďalší vstup sa privedie riadiaci signál.

Aby bol obvod v stabilnom stave, riadiaci vstup LE1 je potrebné použiť napätie (obr. 6.30). Za tejto podmienky LE2 je v stave "1" a LE1- v stave "0". Akákoľvek iná kombinácia stavov prvkov nie je stabilná. V tomto stave sú obvody na rezistore dochádza k určitému poklesu napätia v dôsledku prúdu LE2 prúdiaci do

jeho vstupný obvod. Obvod generuje štvorcovú vlnu pri krátkodobom poklese (čas ) vstupné napätie
. Po časovom intervale rovnajúcom sa
(nie je znázornené na obrázku 6.29), na výstupe LE1 napätie sa zvýši. Tento skok napätia cez kondenzátor prešiel na vstup LE2. Element LE2 prepne do stavu "0". Teda na vstupe 1 LE1 po časovom intervale
začína napätie
a tento prvok zostane v stave jedna, aj keď po uplynutí času
Napätie
sa opäť rovná logickej "1". Pre normálnu prevádzku obvodu je potrebné, aby trvanie vstupného impulzu
.

Ako sa kondenzátor nabíja výstupný prúd LE1 klesá. V súlade s tým pokles napätia naprieč :
. Súčasne sa zvyšuje napätie
zameraný na napätie
, ktorý pri prepínaní LE1 uviesť „1“ bolo menej
v dôsledku poklesu napätia na výstupnom odpore LE1. Tento stav okruhu je dočasne stabilný.

V danom čase Napätie
dosiahne prah
a prvok LE2 prepne do stavu "1". Na zadanie 1 LE1 je daný signál
a prepne sa do stavu log. "0". Zároveň aj kondenzátor , ktorý je v časovom intervale od predtým nabitý, začne sa vybíjať cez výstupný odpor LE1 a dióda VD1 . Po uplynutí času , určený procesom vybíjania kondenzátora , obvod sa vráti do pôvodného stavu.

Teda na výstupe LE2 generuje sa obdĺžnikový impulz. Jeho trvanie závisí od času poklesu
predtým
, je určený vzťahom
, Kde
- výstupná impedancia LE1 v stave "1". Čas obnovy okruhu , kde
- výstupná impedancia LE1 v stave "0"; - vnútorný odpor diódy v otvorenom stave.

a napätie na invertujúcom vstupe je malé:
, Kde
pokles napätia na dióde v otvorenom stave. Na neinvertujúcom vstupe je napätie tiež konštantné:
a odvtedy
, potom sa výstupné napätie udržiava konštantné
.

Pri aplikácii v danom čase vstupný impulz kladnej polarity s amplitúdou
napätie na neinvertujúcom vstupe je väčšie ako napätie na invertujúcom vstupe a výstupné napätie skočí na
. V tomto prípade sa prudko zvýši aj napätie na neinvertujúcom vstupe na
. Súčasne dióda VD uzavretý, kondenzátor sa začne nabíjať a na invertujúcom vstupe stúpa kladné napätie (obr. 6.32). Zbohom
napätie je na výstupe udržiavané
. V danom čase pri
dôjde k zmene polarity výstupného napätia a napätie na neinvertujúcom vstupe nadobudne pôvodnú hodnotu a napätie začne klesať, keď sa kondenzátor vybije .

Kedy dosiahne hodnotu , dióda sa otvorí VD, a tým sa proces zmeny napätia na invertujúcom vstupe zastaví. Obvod je v stabilnom stave. Trvanie impulzu určené exponenciálnym procesom nabíjania kondenzátora s časovou konštantou od napätia predtým , rovná sa .

Pretože
, To
.

Doba zotavenia obvodu je určená trvaním procesu vybíjania kondenzátora od
predtým
a pri zohľadnení prijatých predpokladov
.

Oscilátory na operačných zosilňovačoch zabezpečujú tvorbu impulzov s amplitúdou až do desiatok voltov; trvanie frontov závisí od šírky pásma operačného zosilňovača a môže byť zlomkom mikrosekúnd.

Blokovací oscilátor je generátor impulzov relaxačného typu vo forme jednostupňového zosilňovača s kladnou spätnou väzbou vytvorenej pomocou transformátora. Blokovací generátor môže pracovať v pohotovostnom režime a v samooscilačných režimoch.

Blokovanie prevádzky v pohotovostnom režime-generátor. Pri prevádzke v pohotovostnom režime má obvod jeden ustálený stav a pri vstupe spúšťacích impulzov generuje impulzy obdĺžnikovej vlny. Ustálený stav blokovacieho generátora na germániovom tranzistore sa vykonáva zahrnutím zdroja predpätia do základného obvodu. Pri použití kremíkového tranzistora nie je potrebný zdroj predpätia, keďže pri nulovom napätí na báze je tranzistor uzavretý (obr. 6.33).

	Pozitívna spätná väzba v obvode sa prejavuje tým, že so zvýšením prúdu v primárnom (kolektorovom) vinutí transformátora, t.j. kolektorový prúd tranzistora ( ), v sekundárnom (základnom) vinutí sa indukuje napätie takej polarity, že sa potenciál bázy zvyšuje. A naopak, kedy

napätie základne klesá. Takéto zapojenie sa realizuje vhodným pripojením začiatku vinutí transformátora (na obr. 6.33 znázornené bodkami).

Vo väčšine prípadov má transformátor tretie (záťažové) vinutie, ku ktorému je pripojená záťaž. .

Napätia na vinutiach transformátora a prúdy, ktoré v nich tečú, sú vzájomne prepojené takto:
,
,
,
Kde
,
– transformačné koeficienty;
- počet závitov primárneho, sekundárneho a záťažového vinutia.

Trvanie procesu zapínania tranzistora je také krátke, že počas tejto doby sa magnetizačný prúd prakticky nezvyšuje (
). Preto je rovnica prúdov pri analýze prechodového procesu zapnutia tranzistora zjednodušená:
.

Pri aplikácii v danom čase na bázu zapaľovacieho impulzného tranzistora (obr. 6.34) dochádza k nárastu prúdu , tranzistor prejde do aktívneho režimu a objaví sa kolektorový prúd . Prírastok kolektorového prúdu o hodnotu vedie k zvýšeniu napätia na primárnom vinutí transformátora , následný rast zníženého

základný prúd
a skutočný prúd tečúci v základnom obvode tranzistora,
.

Teda počiatočná zmena základného prúdu
v dôsledku procesov prebiehajúcich v obvode vedie k ďalšej zmene tohto prúdu
, A keď
, potom je proces zmeny prúdov a napätí lavínovitý. Preto podmienka pre samobudenie blokovacieho generátora:
.

Pri absencii zaťaženia (
) táto podmienka je zjednodušená:
. Pretože
potom je podmienka samobudenia v blokovacom generátore celkom ľahko splnená.

Proces otvárania tranzistora, sprevádzaný vytvorením prednej časti impulzu, končí, keď prejde do režimu saturácie. V tomto prípade prestáva byť splnená podmienka samobudenia a následne sa vytvára vrchol impulzu. Pretože tranzistor je nasýtený:
, potom sa na primárne vinutie transformátora privedie napätie
a znížený základný prúd
, ako aj zaťažovací prúd
, ukáže sa ako konštantné. Magnetizačný prúd pri vytváraní vrcholu impulzu možno určiť z rovnice
, odkiaľ pri nulových počiatočných podmienkach získame
.

Magnetizačný prúd v blokovacom generátore, keď je tranzistor nasýtený, sa teda časom zvyšuje podľa lineárneho zákona. V súlade s prúdovou rovnicou sa kolektorový prúd tranzistora tiež lineárne zvyšuje
.

Postupom času sa stupeň nasýtenia tranzistora znižuje, pretože prúd bázy zostáva konštantný.
a kolektorový prúd sa zvyšuje. V určitom okamihu kolektorový prúd vzrastie natoľko, že tranzistor prejde zo saturácie do aktívneho režimu a podmienka pre samobudenie blokovacieho generátora sa začne opäť plniť. Je zrejmé, že trvanie impulzu hore je určený časom, počas ktorého je tranzistor v režime saturácie. Hranica režimu saturácie zodpovedá podmienke
. teda
.

Odtiaľ dostaneme vzorec na výpočet trvania vrcholu pulzu:

.

Magnetizačný prúd
pri tvorbe vrcholu pulzu sa zvyšuje a na konci tohto procesu, teda at
, dosiahne hodnotu
.

Pretože napätie zdroja energie sa aplikuje na primárne vinutie impulzného transformátora počas vytvárania špičky impulzu , potom amplitúda impulzu na záťaži
.

Keď sa tranzistor prepne do aktívneho režimu, kolektorový prúd klesá
. V sekundárnom vinutí sa indukuje napätie, čo má za následok zníženie základného napätia a prúdu, čo následne spôsobí ďalší pokles kolektorového prúdu. V obvode sa vyvíja regeneračný proces, v dôsledku ktorého sa tranzistor prepne do režimu odpojenia a vytvorí sa impulzné odpojenie.

Lavínovitý proces uzatvárania tranzistora má také krátke trvanie, že magnetizačný prúd počas tejto doby sa prakticky nemení a zostáva rovnaký
. Preto v čase, keď sa tranzistor uzavrie v indukčnosti uložená energia
. Táto energia sa rozptýli iba v záťaži , pretože obvody kolektora a bázy uzavretého tranzistora sú otvorené. V tomto prípade magnetizačný prúd klesá exponenciálne:
, Kde
je časová konštanta. prúdiaci cez odpor prúd na ňom vytvára spätný napäťový ráz, ktorého amplitúda
, ktorý je tiež sprevádzaný napäťovým rázom na báze a kolektore uzavretého tranzistora
. Použitie predtým nájdeného vzťahu pre
, dostaneme:

,

.

Proces rozptylu energie uloženej v pulznom transformátore, ktorý určuje čas obnovy obvodu , skončí po určitom časovom intervale
, po ktorom sa obvod vráti do počiatočného stavu. Dodatočné prepätie kolektorového napätia
môžu byť významné. Preto sa v obvode blokovacieho generátora prijímajú opatrenia na zníženie hodnoty
, pre ktorý je paralelne so záťažou alebo v primárnom vinutí zahrnutý tlmiaci obvod pozostávajúci z diódy VD1 a odpor , ktorej odpor
(obr. 6.33). Keď sa vytvorí impulz, dióda je zatvorená, pretože na ňu pôsobí napätie s obrátenou polaritou a tlmiaci obvod neovplyvňuje procesy v obvode. Keď dôjde k prepätiu v primárnom vinutí, keď sa tranzistor uzavrie, na diódu sa privedie dopredné napätie, otvorí sa a prúd preteká cez odpor . Pretože
, potom skok kolektorového napätia
a zapnutie spätného napäťového rázu sú výrazne znížené. To však zvyšuje čas zotavenia:
.

Nie vždy je rezistor zapojený do série s diódou a potom je amplitúda impulzu minimálna, ale jeho trvanie sa zvyšuje.

impulzov. Budeme brať do úvahy procesy vyskytujúce sa v schéme, počnúc časom keď napätie na kondenzátore dosiahne hodnotu
a tranzistor sa otvorí (obr. 6.36).

Pretože napätie na sekundárnom (základnom) vinutí zostáva konštantné počas vytvárania vrcholu impulzu
, potom ako sa kondenzátor nabíja, základný prúd klesá exponenciálne
, Kde
je odpor oblasti bázy-emitor nasýteného tranzistora;
je časová konštanta.

V súlade s prúdovou rovnicou je kolektorový prúd tranzistora určený výrazom
.

Z uvedených vzťahov vyplýva, že v samokmitajúcom blokovacom oscilátore sa pri tvorbe impulzného vrcholu mení bázový aj kolektorový prúd. Ako vidíte, základný prúd sa časom znižuje. Kolektorový prúd sa v zásade môže zvyšovať aj znižovať. Všetko závisí od vzťahu medzi prvými dvoma členmi posledného výrazu. Ale aj keď kolektorový prúd klesá, je pomalší ako základný prúd. Preto, keď sa základný prúd tranzistora zníži, príde čas , keď tranzistor opustí režim saturácie a proces formovania vrcholu impulzu sa skončí. Trvanie vrcholu impulzu je teda určené vzťahom
. Potom môžeme napísať rovnicu prúdov pre okamih, keď je dokončená tvorba vrcholu impulzu:

.

Po niekoľkých transformáciách máme
. Výslednú transcendentálnu rovnicu možno za podmienky zjednodušiť
. Využitím sériovej expanzie exponenciály a obmedzením sa na prvé dva členy
, získame vzorec na výpočet trvania vrcholu pulzu
, Kde
.

Počas vytvárania vrcholu impulzu v dôsledku toku základného prúdu tranzistora sa napätie na kondenzátore sa mení a v čase, keď sa tranzistor uzavrie, sa rovná
. Nahradením tohto výrazu hodnotou
a integráciou získame:

.

Keď sa tranzistor prepne do aktívneho režimu činnosti, začne sa opäť napĺňať podmienka samobudenia a v obvode prebieha lavínovitý proces jeho uzatvárania. Rovnako ako v čakacom blokovacom generátore, po zatvorení tranzistora sa energia uložená v transformátore rozptýli, čo je sprevádzané výskytom prepätí v kolektorovom a základnom napätí. Po ukončení tohto procesu zostáva tranzistor naďalej v uzavretom stave, pretože na bázu je privedené záporné napätie nabitého kondenzátora. . Toto napätie nezostáva konštantné, pretože v uzavretom stave tranzistora cez kondenzátor a odpor z napájacieho zdroja tečie nabíjací prúd . Preto, ako sa kondenzátor dobíja napätie na báze tranzistora rastie exponenciálne
, Kde
.

Keď dosiahne základné napätie
, tranzistor sa otvorí a proces vytvárania impulzov začína znova. Teda trvanie pauzy , určená časom, keď je tranzistor vo vypnutom stave, možno vypočítať, ak dáme
. Potom dostaneme
.Pre blokovací oscilátor na báze germániového tranzistora je výsledný vzorec zjednodušený, keďže
.

Blokovacie generátory majú vysokú účinnosť, pretože v prestávke medzi impulzmi sa prakticky nespotrebúva žiadny prúd zo zdroja energie. V porovnaní s multivibrátormi a jednoduchými vibrátormi vám umožňujú dosiahnuť väčší pracovný cyklus a kratšiu dobu trvania impulzu. Dôležitou výhodou blokovacích generátorov je možnosť získania impulzov, ktorých amplitúda je väčšia ako napájacie napätie. K tomu stačí, aby bol transformačný pomer tretieho (záťažového) vinutia
. V blokovacom generátore je v prítomnosti niekoľkých záťažových vinutí možné vykonávať galvanickú izoláciu medzi záťažami a prijímať impulzy rôznej polarity.

Blokovací generátorový obvod nie je implementovaný v integrovanom prevedení kvôli prítomnosti impulzného transformátora.

Generátor impulzov sa používa na laboratórny výskum pri vývoji a úprave elektronických zariadení. Generátor pracuje v rozsahu napätia od 7 do 41 voltov a má vysokú zaťažiteľnosť v závislosti od výstupného tranzistora. Amplitúda výstupných impulzov sa môže rovnať hodnote napájacieho napätia mikroobvodu až do limitnej hodnoty napájacieho napätia tohto mikroobvodu +41 V. Jeho základ je známy každému, často sa používa v.

analógy TL494 sú čipy KA7500 a jej domáci klon - KR1114EU4 .

Limity parametrov:

Napájacie napätie 41V
Vstupné napätie zosilňovača (Vcc+0,3)V
Výstupné napätie kolektora 41V
Výstupný prúd kolektora 250mA
Celkový stratový výkon v nepretržitom režime 1W
Rozsah pracovných teplôt životné prostredie:
-s príponou L -25..85С
-s príponou С.0..70С
Rozsah skladovacích teplôt -65…+150С

Schematický diagram zariadenia

Obvod generátora obdĺžnikových impulzov

Doska plošných spojov generátora TL494 a ďalšie súbory sú v samostatnom súbore .

Nastavenie frekvencie sa vykonáva spínačom S2 (zhruba) a rezistorom RV1 (hladko), pracovný cyklus je regulovaný rezistorom RV2. Prepínač SA1 mení prevádzkové režimy generátora z bežného režimu (jednocyklový) na protifázový (tlačenie a ťahanie). Rezistor R3 vyberá najoptimálnejší prekrývajúci sa frekvenčný rozsah, rozsah nastavenia pracovného cyklu je možné zvoliť pomocou rezistorov R1, R2.

Podrobnosti o generátore impulzov

Kondenzátory C1-C4 časovacieho obvodu sú zvolené pre požadovaný frekvenčný rozsah a ich kapacita môže byť od 10 mikrofaradov pre infra-nízky podrozsah až po 1000 pikofaradov pre najvyššiu frekvenciu.

Pri priemernom limite prúdu 200 mA je obvod schopný nabíjať bránu pomerne rýchlo, ale
pri vypnutom tranzistore je nemožné ho vybiť. Vybíjanie brány s uzemneným odporom je tiež neuspokojivo pomalé. Na tieto účely sa používa nezávislý komplementárny opakovač.

• Prečítajte si: "Ako vyrobiť z počítača."

Tranzistory sú vybrané akékoľvek RF s malým saturačným napätím a dostatočnou prúdovou rezervou. Napríklad KT972+973. Ak nie sú potrebné výkonné výstupy, doplnkový opakovač možno vynechať. Pri absencii druhého konštrukčného odporu 20 kOm boli použité dva pevné odpory s veľkosťou 10 kOm, ktoré poskytujú pracovný cyklus do 50 %. Autorom projektu je Alexander Terentiev.

Generátory impulzov sú navrhnuté tak, aby prijímali impulzy určitého tvaru a trvania. Používajú sa v mnohých obvodoch a zariadeniach. A tiež sa používajú v meracích zariadeniach na nastavovanie a opravy rôznych digitálnych zariadení. Obdĺžnikové impulzy sú skvelé na kontrolu funkčnosti digitálnych obvodov, zatiaľ čo trojuholníkové vlny môžu byť užitočné pre generátory rozmietania alebo oscilátory.

Generátor generuje jeden obdĺžnikový impulz stlačením tlačidla. Obvod je zostavený na logických prvkoch, ktoré sú založené na bežnom RS-triggeri, vďaka čomu zároveň vylučuje možnosť prieniku odrazových impulzov z kontaktov tlačidla do počítadla.

V polohe kontaktov tlačidla, ako je znázornené na obrázku, bude na prvom výstupe napätie vysoký stupeň a pri druhom výstupe nízkej úrovne alebo logickej nuly sa po stlačení tlačidla stav spúšťania zmení na opačný. Tento generátor je ideálny na testovanie činnosti rôznych počítadiel.

V tomto obvode sa vytvorí jeden impulz, ktorého trvanie nezávisí od trvania vstupného impulzu. Takýto generátor sa používa rôznymi spôsobmi: na simuláciu vstupných signálov digitálnych zariadení, pri kontrole prevádzkyschopnosti obvodov založených na digitálnych mikroobvodoch, potreba aplikovať určitý počet impulzov na niektoré testované zariadenie s vizuálnou kontrolou procesy atď.

Akonáhle je obvod zapnutý, kondenzátor C1 sa začne nabíjať a relé je aktivované, čím sa otvorí napájací obvod svojimi prednými kontaktmi, ale relé sa nevypne okamžite, ale s oneskorením, pretože vybíjací prúd kondenzátora C1 bude pretekať jeho vinutím. Keď sa zadné kontakty relé opäť zatvoria, začne sa nový cyklus. Frekvencia spínania elektromagnetického relé závisí od kapacity kondenzátora C1 a odporu R1.

Môžete použiť takmer akékoľvek relé, vzal som to. Takýto generátor sa dá použiť napríklad na prepínanie girland na vianočný stromček a iné efekty. Nevýhodou tohto obvodu je použitie veľkého kondenzátora.

Ďalší obvod oscilátora na relé, s princípom činnosti podobným predchádzajúcemu obvodu, ale na rozdiel od neho je opakovacia frekvencia 1 Hz s menšou kapacitou kondenzátora. V okamihu zapnutia generátora sa kondenzátor C1 začne nabíjať, potom sa otvorí zenerova dióda a aktivuje sa relé K1. Kondenzátor sa začne vybíjať cez odpor a kompozitný tranzistor. Po krátkom čase sa relé vypne a začne sa nový cyklus generátora.

V generátore impulzov na obrázku A sú použité tri logické prvky AND-NOT a unipolárny tranzistor VT1. V závislosti od hodnôt kondenzátora C1 a rezistorov R2 a R3 sa na výstupe 8 generujú impulzy s frekvenciou 0,1 - až 1 MHz. Takýto obrovský rozsah sa vysvetľuje použitím tranzistora s efektom poľa v obvode, ktorý umožnil použitie megaohmových odporov R2 a R3. Pomocou nich môžete tiež zmeniť pracovný cyklus impulzov: rezistor R2 nastavuje trvanie vysokej úrovne a R3 - trvanie nízkeho napätia. VT1, môžete si vziať ktorýkoľvek zo série KP302, KP303. - K155LA3.

Ak namiesto K155LA3 použijete čipy CMOS, napríklad K561LN2, môžete vytvoriť generátor impulzov so širokým rozsahom bez použitia tranzistora s efektom poľa v obvode. Schéma tohto generátora je znázornená na obrázku B. Na rozšírenie počtu generovaných frekvencií sa kapacita kondenzátora časovacieho obvodu volí prepínačom S1. Frekvenčný rozsah tohto generátora je 1Hz až 10kHz.

Posledný obrázok znázorňuje obvod generátora impulzov, v ktorom je zakomponovaná možnosť nastavenia pracovného cyklu. Pre tých, ktorí zabudli, pripomíname. Impulzný pracovný cyklus je pomer periódy opakovania (T) k trvaniu (t):

Pracovný cyklus na výstupe obvodu je možné nastaviť od 1 do niekoľkých tisíc pomocou odporu R1. Tranzistor pracujúci v kľúčovom režime je určený na zosilnenie výkonových impulzov

Ak je potrebný vysoko stabilný generátor impulzov, potom je potrebné použiť kremeň s vhodnou frekvenciou.

Obvod generátora znázornený na obrázku je schopný generovať pravouhlé a pílovité impulzy. Hlavný oscilátor je vyrobený na logických prvkoch DD 1.1-DD1.3 digitálneho mikroobvodu K561LN2. Rezistor R2 spárovaný s kondenzátorom C2 tvorí diferenciačný obvod, ktorý na výstupe DD1,5 generuje krátke impulzy s trvaním 1 μs. Nastaviteľný stabilizátor prúdu je namontovaný na tranzistore s efektom poľa a rezistore R4. Z jeho výstupu tečie prúd nabíjacím kondenzátorom C3 a napätie na ňom lineárne rastie. V okamihu prijatia krátkeho kladného impulzu sa tranzistor VT1 otvorí a kondenzátor C3 sa vybije. Tým sa na jeho doskách vytvorí pílovité napätie. Pomocou premenlivého odporu môžete nastaviť nabíjací prúd kondenzátora a sklon pílového napäťového impulzu, ako aj jeho amplitúdu.

Variant obvodu oscilátora na dvoch operačných zosilňovačoch

Obvod je zostavený pomocou dvoch operačných zosilňovačov typu LM741. Prvý operačný zosilňovač sa používa na vytvorenie obdĺžnikového tvaru a druhý na vytvorenie trojuholníkového tvaru. Obvod generátora je zostavený takto:

V prvom LM741 je spätná väzba (OS) pripojená na invertujúci vstup z výstupu zosilňovača, urobený na rezistore R1 a kondenzátore C2 a OS ide tiež na neinvertujúci vstup, ale cez delič napätia, založený na na rezistoroch R2 a R5. Výstup prvého operačného zosilňovača je priamo spojený s invertujúcim vstupom druhého LM741 cez odpor R4. Tento druhý operačný zosilňovač spolu s R4 a C1 tvoria integračný obvod. Jeho neinvertujúci vstup je uzemnený. Oba operačné zosilňovače sú napájané napájacím napätím +Vcc a -Vee, ako zvyčajne na siedmom a štvrtom kolíku.

Schéma funguje nasledovne. Predpokladajme, že na začiatku je na výstupe U1 +Vcc. Potom sa kapacita C2 začne nabíjať cez odpor R1. V určitom časovom bode napätie na C2 prekročí úroveň na neinvertujúcom vstupe, ktorá sa vypočíta podľa nižšie uvedeného vzorca:

V 1 \u003d (R 2 / (R 2 + R 5)) × V o \u003d (10 / 20) × V o \u003d 0,5 × V o

Výstupný signál V1 sa zmení na -Vee. Takže kondenzátor sa začne vybíjať cez odpor R1. Keď sa napätie cez kapacitu zníži ako napätie dané vzorcom, výstupný signál bude opäť + Vcc. Cyklus sa teda opakuje a vďaka tomu sa generujú pravouhlé impulzy s časovým úsekom určeným RC obvodom pozostávajúcim z odporu R1 a kondenzátora C2. Tieto štvorcové útvary sú tiež vstupnými signálmi do obvodu integrátora, ktorý ich premieňa na trojuholníkový tvar. Keď je výstup operačného zosilňovača U1 +Vcc, kapacita C1 sa nabije na maximálnu úroveň a vytvára kladný stúpajúci sklon trojuholníka na výstupe operačného zosilňovača U2. A teda, ak je na výstupe prvého operačného zosilňovača -Ve, vytvorí sa negatívny, klesajúci sklon. To znamená, že na výstupe druhého operačného zosilňovača dostaneme trojuholníkovú vlnu.

Generátor impulzov v prvom obvode je postavený na čipe TL494, ktorý je skvelý na nastavenie akýchkoľvek elektronických obvodov. Zvláštnosťou tohto obvodu je, že amplitúda výstupných impulzov sa môže rovnať napájaciemu napätiu obvodu a mikroobvod je schopný pracovať až do 41 V, pretože to nie je len to, že ho možno nájsť v napájacích zdrojoch pre osobné počítače.

Rozloženie PCB si môžete stiahnuť z vyššie uvedeného odkazu.

Frekvenciu opakovania impulzov je možné meniť prepínačom S2 a premenlivým odporom RV1, rezistor RV2 sa používa na úpravu pracovného cyklu. Spínač SA1 je určený na zmenu prevádzkových režimov generátora z fázového na protifázový. Rezistor R3 by mal pokrývať frekvenčný rozsah a rozsah nastavenia pracovného cyklu je regulovaný výberom R1, R2

Kondenzátory C1-4 od 1000 pF do 10 uF. Tranzistory akékoľvek vysokofrekvenčné KT972

Výber obvodov a návrhov generátorov pravouhlých impulzov. Amplitúda generovaného signálu v takýchto generátoroch je veľmi stabilná a blízka napájaciemu napätiu. Tvar kmitov je však veľmi vzdialený od sínusového tvaru - signál je impulzný a trvanie impulzov a prestávok medzi nimi je ľahko nastaviteľné. Je ľahké dať impulzom vzhľad meandru, keď sa trvanie impulzu rovná trvaniu pauzy medzi nimi

Generuje silné krátke jednotlivé impulzy, ktoré nastavujú vstup alebo výstup akéhokoľvek digitálneho prvku na logickú úroveň opačnú k existujúcej. Trvanie impulzu je zvolené tak, aby nedošlo k znefunkčneniu prvku, ktorého výstup je pripojený k testovanému vstupu. To umožňuje nenarušiť elektrické spojenie testovaného prvku so zvyškom.

Schéma 1

Generátor bol navrhnutý tak, aby využíval minimálny počet bežne dostupných elektronických komponentov, s dobrou opakovateľnosťou a dostatočnou spoľahlivosťou. Voliteľná možnosť oscilátora (obvod 1) je zostavená na základe široko používaného regulátora UC3525 (U1) PWM, ktorý riadi obvod tranzistorového mostíka Q4-Q7 s efektom poľa. Ak sú spodné spínače každého z polovičných mostíkov pracujúcich v protifáze riadené priamo výstupmi mikroobvodu 11/14 U2, potom sa ako horné budiče použijú bootstrap kaskády na tranzistoroch Q2, Q3. Takéto stupne sú široko používané vo väčšine moderných IC ovládačov a sú pomerne dobre zdokumentované v literatúre o výkonovej elektronike. Vstupné napätie je striedavé alebo jednosmerné (~24~220V/30-320V), privádzané na vstup diódového mostíka (alebo ho obchádzajúce v prípade napájania jednosmerným napätím), napája výkonovú časť obvodu. Aby sa predišlo veľkému rozbehovému prúdu, je súčasťou prerušenia napájacieho obvodu termistor Vr1 (5A / 5Ohm). Riadiaca časť obvodu môže byť napájaná z akéhokoľvek zdroja s výstupným napätím +15/+25V a prúdom 0,5A a viac. Parametrický regulátor napätia na tranzistore Q1 môže mať výstupné napätie od +9 do +18V (v závislosti napr. od typu použitých výkonových spínačov), no v niektorých prípadoch sa bez tohto stabilizátora zaobídete, ak je k dispozícii externý zdroj energie s potrebným parametre sú už stabilizované. Mikroobvod UC3525 nebol vybraný náhodou - schopnosť generovať sekvenciu impulzov od niekoľkých desiatok hertzov až po 500 kHz a dostatočne výkonné výstupy (0,5A). Prinajmenšom mikroobvody TL494 nemohli fungovať pri frekvencii menšej ako 250 Hz v režime push-pull (v režime s jedným cyklom - žiadny problém) - vnútorná logika zlyhala a sekvencia impulzov, ako aj ich trvanie sa stali chaotický.

Frekvencia sledu impulzov sa nastavuje premenným odporom R1, trvanie impulzu sa nastavuje pomocou R4. Počiatočné trvanie "mŕtveho času" je nastavené odporom R3.

Schéma 2

Generátor zobrazený na diagrame 2 je úplným analógom predchádzajúceho obvodu a prakticky nemá žiadne rozdiely v obvode. Domáci čip K1156EU2 (úplný analóg UC3825) použitý v tomto generátore je však schopný pracovať na vyšších frekvenciách (takmer do 1 MHz), koncové stupne majú väčšiu zaťažiteľnosť (do 1,5A). Okrem toho má menší rozdiel v pinout v porovnaní s UC3525. Takže "hodinový" kondenzátor je pripojený na kolík 6 (5 - pre čip 3525), časovací odpor je pripojený na kolík 5 (6 - pre čip 3525). Ak je kolík 9 UC3525 výstupom zosilňovača chýb, potom v UC3825 tento kolík funguje ako vstup obmedzovača "prúdu". Všetky podrobnosti sú však uvedené v technickom liste týchto mikroobvodov. Treba však poznamenať, že K1156EU2 je menej stabilný pri frekvenciách pod 200 Hz a vyžaduje starostlivejšie rozloženie a povinné blokovanie jeho napájacích obvodov relatívne veľkými kondenzátormi. Ak sa tieto podmienky ignorujú, plynulé nastavenie trvania impulzu v blízkosti ich časového maxima môže byť narušené. Opísaná vlastnosť sa však prejavila až pri montáži na doštičku. Po zložení generátora na plošný spoj sa tento problém neprejavil.

Oba obvody sú ľahko výkonovo škálovateľné buď použitím výkonnejších tranzistorov alebo ich paralelným zapojením (pre každý zo spínačov), ako aj zmenou napájacieho napätia výkonových spínačov. Je žiaduce "zasadiť" všetky komponenty napájania na radiátory. Do výkonu 100W boli použité chladiče na báze lepidla, určené na inštaláciu na pamäťové čipy vo grafických kartách (výstupné spínače a stabilizačný tranzistor). Do pol hodiny prevádzky na frekvencii 10 kHz s maximálnou dobou trvania výstupných impulzov, pri napájacom napätí kláves (boli použité tranzistory 31N20) + 28 V pre záťaž cca 100 W (dva 12 V / 50 W lampy zapojené do série), teplota výkonových spínačov nepresiahla 35 stupňov Celzia.

Na zostavenie vyššie uvedených obvodov boli použité hotové obvodové riešenia, ktoré som pri prototypovaní iba prekontroloval a doplnil. Pre obvody generátorov boli navrhnuté a vyrobené dosky plošných spojov. Obrázok 1 a obrázok 2 znázorňujú dosky prvého variantu obvodu generátora, Obrázok 3, Obrázok 4 - obrázky dosky pre druhý obvod.

Oba obvody boli v čase písania tohto článku testované v prevádzke na frekvenciách od 40Hz do 200kHz s rôznymi aktívnymi a indukčnými záťažami (do 100W), pri konštantných vstupných napájacích napätiach od 23 do 100V, s výstupnými tranzistormi IRFZ46, IRF1407, IRF3710, IRF540 IRF4427, 31N20, IRF3205. Namiesto bipolárnych tranzistorov Q2, Q3 sa odporúča inštalovať (najmä pre prevádzku pri frekvenciách nad 1 kHz) tranzistory s efektom poľa typu IRF630, IRF720 a podobne s prúdom 2A a prevádzkovým napätím 350V. V tomto prípade sa hodnota odporu R7 môže meniť od 47 ohmov (nad 500 Hz) do 1k.

Hodnoty komponentov označené lomkou - pre frekvencie nad 1 kHz / pre frekvencie do 1 kHz, okrem rezistorov R10, R11, ktoré nie sú uvedené v schéme zapojenia, ale pre ktoré sú na doskách montážne miesta, je možné namiesto nich nainštalovať prepojky týchto odporov.

Generátory nevyžadujú nastavovanie a s bezchybnou inštaláciou a servisovateľnými komponentmi začnú pracovať ihneď po privedení napájania do riadiaceho obvodu a výstupných tranzistorov. Potrebný frekvenčný rozsah je určený kapacitou kondenzátora C1. Hodnoty komponentov a pozície pre oba okruhy sú rovnaké.

Obrázok 5 zobrazuje zostavené dosky generátora.

Zoznam rádiových prvkov

Označenie	Typ	Denominácia	Množstvo	Poznámka	Obchod	Môj poznámkový blok
R1	Rezistor	100 kOhm	1			Do poznámkového bloku
R2	Rezistor	3,3 kOhm	1			Do poznámkového bloku
R3	Rezistor	22/100	1			Do poznámkového bloku
R4	Rezistor	10 kOhm	1			Do poznámkového bloku
R5	Rezistor	33/100	1			Do poznámkového bloku
R8, R9	Rezistor	51/3k3	2			Do poznámkového bloku
R10, R11	Rezistor	0.47	2			Do poznámkového bloku
C1	Kondenzátor	1nF/0,33uF	1			Do poznámkového bloku
C2	Kondenzátor	0,1 u	1			Do poznámkového bloku
C3		1000uFX35V	1			Do poznámkového bloku
C4	elektrolytický kondenzátor	100uF/25V	1			Do poznámkového bloku
C5	elektrolytický kondenzátor	220uF/25V	1			Do poznámkového bloku
C6, C7	elektrolytický kondenzátor	47uF50V	2			Do poznámkového bloku
C8, C9	Kondenzátor	330uF	2			Do poznámkového bloku
C10, C11	elektrolytický kondenzátor	120uF/400V	2			Do poznámkového bloku
D2, D3, D6, D7	usmerňovacia dióda	FR207	4			Do poznámkového bloku
Q2, Q3	bipolárny tranzistor

Účel týchto zariadení je jasný už z názvu. S ich pomocou sa vytvárajú impulzy, ktoré majú určité parametre. V prípade potreby si môžete zakúpiť zariadenie vyrobené pomocou továrenských technológií. V tomto článku však zvážime schematické schémy a technológie montáže vlastnými rukami. Tieto znalosti budú užitočné pri riešení rôznych praktických problémov.

Ako vyzerá generátor impulzov G5-54

Nevyhnutnosť

Keď stlačíte kláves elektrického hudobného nástroja, elektromagnetické vibrácie sa zosilnia a privedú sa do reproduktora. Je počuť určitý tón. V tomto prípade sa používa generátor sínusového signálu.

Presná synchronizácia je potrebná pre koordinovanú prácu pamäte, procesorov a ďalších komponentov počítača. Príkladný signál s konštantnou frekvenciou vytvára hodinový generátor.

Na kontrolu činnosti meračov, iných elektronických zariadení, na identifikáciu porúch sa používajú jednotlivé impulzy s potrebnými parametrami. Takéto problémy sa riešia pomocou špeciálnych generátorov. Bežný manuálny prepínač nebude fungovať, pretože s jeho pomocou nebude možné poskytnúť určitý tvar vlny.

Výstupné parametre

Pred výberom jednej alebo druhej schémy je potrebné jasne formulovať účel projektu. Nasledujúci obrázok ukazuje zväčšený pohľad na typickú štvorcovú vlnu.

Obdĺžnikový impulzný obvod

Jeho tvar nie je ideálny:

• Napätie sa postupne zvyšuje. Berte do úvahy trvanie prednej strany. Tento parameter je určený časom, počas ktorého impulz narastie z 10 na 90 % hodnoty amplitúdy.
• Po maximálnom ráze a návrate na pôvodnú hodnotu dochádza k osciláciám.
• Vrch nie je plochý. Preto sa trvanie impulzného signálu meria na podmienenej čiare, ktorá je nakreslená 10% pod maximálnou hodnotou.

Na určenie parametrov budúcej schémy sa používa aj koncept pracovného cyklu. Tento parameter sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

• S je pracovný cyklus;
• T je perióda opakovania pulzu;
• t je trvanie impulzu.

Pri nízkom pracovnom cykle je ťažké opraviť krátkodobý signál. To vyvoláva poruchy v systémoch prenosu informácií. Ak je časové rozdelenie najvyšších a nízkych hodnôt rovnaké, parameter sa bude rovnať dvom. Takýto signál sa nazýva meander.

Meander a základné parametre pulzu

Pre jednoduchosť budú v nasledujúcom uvažované iba generátory štvorcových vĺn.

Schematické diagramy

V nasledujúcich príkladoch môžete pochopiť princípy fungovania najjednoduchších zariadení tejto triedy.

Schémy generátorov pravouhlých impulzov

Prvý obvod je navrhnutý na generovanie jednotlivých pravouhlých impulzov. Je vytvorený na dvoch logických prvkoch, ktoré sú spojené tak, aby vykonávali funkcie spúšťača typu RS. Ak je tlačidlo v označenej polohe, na tretej vetve mikroobvodu bude vysoké napätie a na šiestej bude nízke napätie. Po stlačení sa úrovne zmenia, ale nedôjde k odrazu kontaktu a zodpovedajúcemu skresleniu výstupného signálu. Keďže prevádzka vyžaduje vonkajší vplyv (v tomto prípade ručné ovládanie), toto zariadenie nepatrí do skupiny samooscilátorov.

Jednoduchý generátor, ktorý však svoje funkcie vykonáva samostatne, je znázornený v druhej polovici obrázku. Keď je napájanie privedené cez odpor, kondenzátor sa nabíja. Relé nefunguje okamžite, pretože po prerušení kontaktu je na určitý čas prúdenie prúdu cez vinutie zabezpečené nabíjaním kondenzátora. Po uzavretí okruhu sa tento proces opakovane opakuje, kým sa nevypne napájanie.

Zmenou hodnôt odporu a kondenzátora môžete na osciloskope pozorovať zodpovedajúce transformácie frekvencie a ďalších parametrov signálu. Vytvoriť takýto obdĺžnikový generátor signálu vlastnými rukami nebude ťažké.

Na rozšírenie frekvenčného rozsahu je užitočná nasledujúca schéma:

Variabilný generátor impulzov

Na realizáciu plánu nestačia dva logické prvky. Nie je však ťažké vybrať jeden vhodný mikroobvod (napríklad v sérii K564).

Parametre signálu, ktoré je možné zmeniť vlastnou úpravou, ďalšie dôležité parametre

Prvok schémy zapojenia	Účel a vlastnosti
VT1	Tento tranzistor s efektom poľa sa používa na to, aby sa v obvode spätnej väzby mohli použiť odpory s vysokým odporom.
C1	Prípustná kapacita kondenzátora je od 1 do 2 mikrofaradov.
R2	Hodnota odporu určuje trvanie horných častí impulzov.
R3	Tento odpor nastavuje trvanie spodných častí.

Na zabezpečenie frekvenčnej stability pravouhlých signálov sa používajú obvody na kremenných prvkoch:

Video. IN Urob si sám vysokonapäťový generátor impulzov

Aby ste uľahčili zostavenie generátora impulzov určitej frekvencie vlastnými rukami, je lepšie použiť univerzálnu dosku s plošnými spojmi. Je to užitočné pre experimenty s rôznymi schémami zapojenia. Po získaní zručností a príslušných vedomostí nebude ťažké vytvoriť ideálne zariadenie na úspešné riešenie konkrétnej úlohy.