Ел схеми функціональних генераторів своїми руками. Генератор пилкоподібної напруги. Вимоги до навантаження генератора

Генератор – це автоколивальна система, що формує імпульси електричного струму, в якій транзистор відіграє роль комутувального елемента. Спочатку з моменту винаходу транзистор позиціонувався як підсилювальний елемент. Презентація першого транзистора відбулася 1947 року. Презентація польового транзистора відбулася трохи пізніше – у 1953 р. У генераторах імпульсів він грає роль перемикача і лише у генераторах змінного струму він реалізує свої підсилювальні властивості, одночасно беручи участь у створенні позитивного зворотний зв'язок підтримки коливального процесу.

Наочна ілюстрація поділу частотного діапазону

Класифікація

Транзисторні генератори мають кілька класифікацій:

  • діапазону частот вихідного сигналу;
  • за типом вихідного сигналу;
  • за принципом дії.

Діапазон частот – величина суб'єктивна, але для стандартизації прийнято такий поділ частотного діапазону:

  • від 30 Гц до 300 кГц – низька частота (НЧ);
  • від 300 кГц до 3 МГц – середня частота (СЧ);
  • від 3 МГц до 300 МГц – найвища частота (ВЧ);
  • вище 300 МГц - надвисока частота (НВЧ).

Таке розподіл частотного діапазону області радіохвиль. Існує звуковий діапазон частот (ЗЧ) – від 16 Гц до 22 кГц. Таким чином, бажаючи підкреслити діапазон частот генератора, його називають, наприклад, ВЧ або НЧ генератором. Частоти звукового діапазону своєю чергою також поділяються на ВЧ, СЧ і НЧ.

За типом вихідного сигналу генератори можуть бути:

  • синусоїдальні – для генерації синусоїдальних сигналів;
  • функціональні – для автоколивання сигналів спеціальної форми. Частковий випадок - генератор прямокутних імпульсів;
  • генератори шуму – генератори широкого спектра частот, які у заданому діапазоні частот спектр сигналу рівномірний від нижнього до верхнього ділянки частотної характеристики.

За принципом дії генераторів:

  • RC-генератори;
  • LC-генератори;
  • Блокінг-генератори – формувач коротких імпульсів.

Зважаючи на важливі обмеження зазвичай RC-генератори використовуються в НЧ і звуковому діапазоні, а LC-генератори в ВЧ діапазоні частот.

Схемотехніка генераторів

RC та LC генератори синусоїдальні

Найбільш просто реалізується генератор на транзисторі у схемі ємнісної триточки – генератор Колпітца (рис. нижче).

Схема генератора на транзисторі (генератор Колпітца)

У схемі Колпітца елементи (C1), (C2), (L) є частотоздатними. Інші елементи є стандартною обв'язкою транзистора для забезпечення необхідного режиму роботи по постійному струму. Таку ж просту схемотехніку має генератор, зібраний за схемою індуктивної триточки – генератор Хартлі (рис. нижче).

Схема триточкового генератора з індуктивним зв'язком (генератор Хартлі)

У цій схемі частота генератора визначається паралельним контуром, який входять елементи (C), (La), (Lb). Конденсатор (С) необхідний для утворення позитивного зворотного зв'язку змінного струму.

Практична реалізація такого генератора більш скрутна, оскільки вимагає наявності індуктивності з відведенням.

І той і інший генератори автоколивання знаходять переважно застосування в СЧ і ВЧ діапазонах в якості генераторів несучих частот, в ланцюгах частотозадаючих гетеродинів і так далі. Регенератори радіоприймачів також ґрунтуються на генераторах коливань. Вказане застосування вимагає високої стабільності частоти, тому практично завжди схема доповнюється кварцовим резонатором коливань.

генератор струму, що задає, на основі кварцового резонатора має автоколивання з дуже високою точністю установки значення частоти ВЧ генератора. Мільярдні частки відсотка далеко не межа. Регенератори радіостанцій використовують лише кварцову стабілізацію частоти.

Робота генераторів у галузі низькочастотного струму та звукової частоти пов'язана з труднощами реалізації високих значень індуктивності. Якщо точніше, то в габаритах необхідної котушки індуктивності.

Схема генератора Пірса є модифікацією схеми Колпітца, реалізованої без застосування індуктивності (мал. нижче).

Схема генератора Пірсу без застосування індуктивності

У схемі Пірса індуктивність замінена кварцовим резонатором, що дозволило позбавитися трудомісткої і громіздкої котушки індуктивності і, в той же час, обмежило верхній діапазон коливань.

Конденсатор (С3) не пропускає постійну складову базового усунення транзистора на кварцовий резонатор. Такий генератор може формувати коливання до 25 МГц, зокрема звукової частоти.

Робота всіх перерахованих вище генераторів заснована на резонансних властивостях коливальної системи, складеної з ємності та індуктивності. Відповідно, частота коливань визначається номіналами цих елементів.

RC генератори струму використовують принцип фазового зсуву в резистивно-ємнісному ланцюгу. Найчастіше застосовується схема з фазозсувним ланцюжком (рис. нижче).

Схема RC генератора з фазозсувним ланцюжком

Елементи (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) виконують зсув фази для отримання позитивного зворотного зв'язку, необхідної для виникнення автоколивань. Генерація виникає на частотах, для яких фазовий зсув є оптимальним (180 гр). Фазозсувний ланцюг вносить сильне ослаблення сигналу, тому така схема має підвищені вимоги до коефіцієнта посилення транзистора. Менш вимоглива до параметрів транзистора схема з мостом Вина (мал. нижче).

Схема RC генератора з мостом Вина

Подвійний Т-подібний міст Вина складається з елементів (C1), (C2), (R3) та (R1), (R2), (C3) і являє собою вузькосмуговий фільтр, що загороджує, налаштований на частоту генерації. Для решти частот транзистор охоплений глибоким негативним зв'язком.

Функціональні генератори струму

Функціональні генератори призначені на формування послідовності імпульсів певної форми (форму визначає певна функція – звідси й назва). Найчастіше зустрічаються генератори прямокутних (якщо відношення тривалості імпульсу до періоду коливань становить?, то така послідовність називається «меандр»), трикутних і пилкоподібних імпульсів. Найпростіший генератор прямокутних імпульсів - мультивібратор, подається як перша схема радіоаматорів-початківців для складання своїми руками (рис. нижче).

Схема мультивібратора – генератора прямокутних імпульсів

Особливістю мультивібратора є те, що в ньому можна використовувати практично будь-які транзистори. Тривалість імпульсів і пауз між ними визначається номіналами конденсаторів та резисторів у базових ланцюгах транзисторів (Rb1), Cb1) та (Rb2), (Cb2).

Частота автоколивання струму може змінюватися від одиниць до десятків кілогерц. ВЧ автоколивання на мультивібраторі реалізувати неможливо.

Генератори трикутних (пилкоподібних) імпульсів, як правило, будуються на основі генераторів прямокутних імпульсів (що задає генератор) шляхом додавання коригувального ланцюжка (рис. нижче).

Схема генератора трикутних імпульсів

Форма імпульсів, близька до трикутної, визначається напругою заряду-розряду на обкладинках конденсатора.

Блокінг-генератор

Призначення блокінг-генераторів полягає у формуванні потужних імпульсів струму, що мають круті фронти та малу шпаруватість. Тривалість пауз між імпульсами набагато більша за тривалість самих імпульсів. Блокінг-генератори знаходять застосування у формувачах імпульсів, що порівнюють пристроях, але основна сфера застосування – генератор рядкової розгортки, що задає, в пристроях відображення інформації на основі електронно-променевих трубок. Також блокінг-генератори успішно застосовуються в пристроях перетворення електроенергії.

Генератори на польових транзисторах

Особливістю польових транзисторів є дуже високий вхідний опір, порядок якого можна порівняти з опором електронних ламп. Перераховані вище схемотехнічні рішення універсальні, вони адаптовані під використання різних типів активних елементів. Генератори Колпітца, Хартлі та інші, виконані на польовому транзисторі, відрізняються лише номіналами елементів.

Частотозадаючі ланцюги мають ті ж співвідношення. Для генерування ВЧ коливань трохи краще простий генератор, виконаний на польовому транзисторі за схемою індуктивної триточки. Справа в тому, що польовий транзистор, маючи високий вхідний опір, практично не чинить шунтуючу дію на індуктивність, а, отже, працювати високочастотний генератор буде стабільніше.

Генератори шуму

Особливістю генераторів шуму є рівномірність частотної характеристики певному діапазоні, тобто амплітуда коливань всіх частот, що входять в заданий діапазон, є однаковою. Генератори шуму знаходять застосування у вимірювальній апаратурі для оцінки частотних характеристик тракту, що перевіряється. Генератори шуму звукового діапазону часто доповнюються коректором частотної характеристики для адаптації під суб'єктивну гучність для людського слуху. Такий шум називається сірим.

Відео

До цього часу існує кілька областей, у яких застосування транзисторів утруднено. Це потужні генератори НВЧ діапазону радіолокації, і там, де потрібне отримання особливо потужних імпульсів високої частоти. Поки що ще не розроблені потужні транзистори НВЧ діапазону. У всіх інших областях переважна більшість генераторів виконується виключно на транзисторах. Причин тому кілька. По-перше, габарити. По-друге, споживана потужність. По-третє, надійність. На додачу, транзистори через особливості своєї структури дуже просто піддаються мініатюризації.

ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОЇ НАПРУГИ- генератор напруги (струму), що лінійно змінюється, електронний пристрій, що формує періодич. коливання напруги (струму) пилкоподібної форми. основ. призначення Г. п. н. - Управління тимчасової розгорткою променя в пристроях, що використовують електроннопроменеві трубки. Р. п. н. застосовують також у пристроях порівняння напруг, тимчасової затримки та розширення імпульсів. Для отримання пилкоподібної напруги використовують процес заряду (розряду) конденсатора в ланцюзі з великою постійною часом. Найпростіший Р. п. н. (рис. 1, а) складається з інтегруючого ланцюга RCі транзистора, що виконує функції ключа, керованого періодич. імпульсами. За відсутності імпульсів транзистор насичений (відкритий) і має малий опір ділянки колектор - емітер, конденсатор Зрозряджений (рис. 1, б). При подачі комутувального імпульсу транзистор замикається і конденсатор заряджається від джерела живлення з напругою. Є до- Прямий (робочий) хід. Вихідна напруга Г. п. н., що знімається з конденсатора З, змінюється згідно із законом . По закінченні комутуючого імпульсу транзистор відмикається і конденсатор Зшвидко розряджається (зворотний хід) через мале опір емітер - колектор. основ. характеристики Г. п. н.: амплітуда пилкоподібної напруги, коеф. нелінійності та коеф. використання напруги джерела живлення При в даній схемі


Тривалість прямого ходу Tр і частота пилкоподібної напруги визначаються тривалістю і частотою комутуючих імпульсів.

Недоліком найпростішого Р. п. н. є малий k Eпри малому. Необхідні значення е лежать у межах 0,0140,1, причому найменші значення відносяться до пристроїв порівняння та затримки. Нелінійність пилкоподібної напруги під час прямого ходу виникає через зменшення зарядного струму внаслідок зменшення різниці напруги. Приблизного сталості зарядного струму домагаються включенням в ланцюг заряду нелінійного струмостабілізуючого двополюсника (що містить транзистор або електронну лампу). У таких Р. п. н. і . У Р. п. н. з покладе. зворотним зв'язком по напрузі вихідна пилкоподібна напруга подається в зарядний ланцюг як компенсуюча ЕДС. При цьому зарядний струм майже постійний, що забезпечує значення 1 =0,0140,02. Р. п. н. використовують для розгортки в електронно-променевих трубках з ел-магн. відхиленням променя. Щоб отримати лінійне відхилення, необхідна лінійна зміна струму в котушках, що відхиляють. Для спрощеної еквівалентної схеми котушки (рис. 2, а) умова лінійності струму виконується при подачі на затискачі котушки трапецеїдальної напруги. Така трапецеїдальна напруга (рис. 2, б)можна отримати в Г. п. н. при включенні до зарядного ланцюга доповнить. опору Rд (показано на рис. 1, апунктиром). Відхиляючі котушки споживають великі струми, тому генератор трапецоїдної напруги доповнюють підсилювачем потужності.

До вашої уваги добірка матеріалів:

Застосування в релаксаційних генераторах транзисторних аналогів диністора є типовим, оскільки розрахунку і точної роботи цього генератора необхідні суворо певні параметри диністора. Деякі з цих параметрів у промислових диністорів мають великий технологічний розкид, або взагалі не нормуються. А зробити аналог із строго заданими параметрами не складає труднощів.

Показаний пилкоподібний сигнал показаний вище. Час відновлення завжди менше часу розгортки. Пилоподібний сигнал виходить, коли час зворотного ходу стає рівним нулю. Швидкість розгортки пилкоподібних хвиль залежить від конденсатора, що використовується в контурі. Швидкість розгортки контролюється резистором, вміщеним у ланцюг.

Заряд і розряди конденсатора генерують сигнал, показаний нижче. Транзистор забезпечує низький опір, через який конденсатор стає розрядом. Миттєва напруга та напруга живлення вимірюються у вольтах, час вимірюється у другому, опір вимірюється в омі, а конденсатор вимірюється у Фараді.

Схема генератора пилкоподібної напруги

Релаксаційний генератор має такий вигляд:

(A1)- релаксаційний генератор на діодному тиристорі (диністорі), (A2)- У схемі A1 диністор замінений на транзисторний аналог. Розрахувати параметри транзисторного аналога в залежності від використовуваних транзисторів та номіналів резисторів можна.

Термін "пилкоподібний" відноситься до форми сигналу і тому може мати будь-який час підйому або спаду, якщо форма хвилі зберігає основну форму пильного диска. Пілотний генератор. є схемою, яка генерує сигнал пильного диска або від зовнішнього входу, або від автоколивань, як у релаксаційному генераторі. Схема, призначена для створення пилкоподібної функції, матиме дуже повільний лінійний стрибок, який піднімається від стаціонарного рівня до піку. Коли досягнуто пікової напруги рампи, напруга дуже швидко повертатиметься до початкового рівня.

Резистор R5вибирається невеликим (20 – 30 Ом). Він призначений для обмеження сили струму через диністор чи транзистори у момент їхнього відкриття. У розрахунках впливом цього резистора ми знехтуємо і вважатимемо, що на ньому практично не падає напруга, а через нього конденсатор розряджається миттєво.

Параметри диністора, які застосовуються в розрахунках, описані у статті вольт-амперна характеристика диністора.

Робота ланцюга однополярного транзистора

Час падіння набагато коротший, ніж час наростання, але не миттєвий, хоча він виглядає так само в порівнянні з часом наростання. Час падіння також згадується як зворотний хід, коли сигнал використовується як генератор розгортки. Схема функціонує як осцилятор та відключає зарядку та розрядку конденсатора. Звичайно, ви також можете зробити частотну змінну, додавши тример, як поточне налаштування. Верхня сторона тримера залишається підключеною до напруги живлення. У той час як інший кінець тримера залишається незв'язаним, як у конфігурації.

[Мінімальна напруга на виході,] =

[Максимальна напруга на виході,] =

Розрахунок опору резистора R4

Для резистора R4 повинні виконуватися два співвідношення:

[Опір R4, ком] > 1.1 * ([Напруга живлення,] - [Напруга замикання диністора, В]) / [Струм утримання, ма]

Це необхідно для того, щоб диністор або його аналог надійно замикалися, коли розрядиться конденсатор.

Цей час зарядки - це нахил пилкоподібного валу, що наростає, а також час розгортки в конкретних додатках. Час нахилу залежить від значень резистора та конденсатора. Час падіння - це час, необхідний розрядки конденсатора через транзистор. Схема вакуумної трубки праворуч є ще одним прикладом схеми, яка виводить пилкоподібну форму сигналу. Ця схема використовувалася як генератор розгортки в осцилографі чи іншому дисплеї. Рампа або частина розгортки виходу використовуються для переміщення електронного променя зліва направо дисплеєм, в той час як частина зворотного ходу або зворотного ходу повертає пучок у вихідну точку.

[Опір R4, ком] Напруга живлення, В] - [ Напруга відмикання диністора,]) / (1.1 * [Струм відмикання, ма])

Це необхідно для того, щоб конденсатор міг зарядитися до напруги, необхідної для відмикання диністора або аналога.

Коефіцієнт 1.1 обраний умовно з бажання отримати 10% запас.

Якщо дві ці умови вступають у суперечність один з одним, це означає, що обрано занадто низьку напругу живлення схеми для даного тиристора.

Ця схема використовується як приклад, щоб показати вакуумну трубку, використовувану як пилкоподібний генератор, і другий спосіб зміни часу розгортки. Перемикач використовується для зміни часу розгортки, так само як змінний резистор використовується в ланцюгу над ним.

Це показник часу, що базується на величині зміни напруги. Іншим важливим міркуванням є використання лінійної частини наростання конденсаторів. Тільки вперше константа є лінійною рампою чи деякою лінійною. У міру того, як конденсатор може заряджатися додатково, час заряджання уповільнюється все більше і більше. Зрозуміло, рампа пилки лінійна за часом наростання. Те саме стосується часу розряду конденсатора. Чим довше час розряду, тим меншим буде лінійний розряд.

Розрахунок частоти релаксаційного генератора

Приблизно оцінити частоту генератора можна з таких міркувань. Період коливань дорівнює сумі часу заряду конденсатора до напруги відмикання диністора та часу розряду. Ми домовилися рахувати, конденсатор розряджається миттєво. Таким чином, нам слід оцінити час заряду.

Чи не могли б ви показати мені, як зробити пилкоподібний генератор зі змінною частотою? Пилоподібна хвиля характеризується позитивним лінійним розворотом напруги, укладеним із різким падінням до нуля. Один із способів генерувати пилкоподібну поверхню - повільно заряджати конденсатор через джерело постійного струму, а потім швидко розряджати конденсатор, замикаючи його.

Повторюючи цей процес, створюється пилкоподібна хвиля. Але джерела постійного струму можуть бути складними, особливо, якщо ви хочете налаштувати його. Замість постійного джерела струму часто використовується фіксований резистор для обмеження заряджання струму кришки. Однак напруга на зарядному конденсаторі з використанням фіксованого резистора не є лінійною. Але, вибираючи ділянку кривої, більш менш лінійний, як показано червоними пунктирними лініями, ми можемо створити псевдопілос. Таймер 555 – це нестабільний генератор, який використовує зарядку та розрядку конденсатора.

Другий варіант: R1- 1 ком, R2, R3- 200 Ом, R4- підстроювальний 3 ком (встановлений на 2.5 ком), Напруга живлення- 12 ст. Транзистори- КТ502, КТ503.

Вимоги до навантаження генератора

Наведені релаксаційні генератори можуть працювати з навантаженням, що має високий вхідний опір, щоб вихідний струм не впливав на процес заряджання та розряджання конденсатора.

Чи не ідеальний, але досить хороший для більшості моделей електроніки. Форма хвилі потім буферизується та кондиціонується. Частотний банк змінює частоту, а управління формою хвилі налаштовує хвилю, щоб верхня та нижня частини форми хвилі не були обрізані.

Більш лінійний пилкоподібний сигнал може бути згенерований з використанням цифрового лічильника з виваженими виходами. Подивіться на пилкоподібний генератор малюнку 3. Це схоже на номер 3? Ці струми підсумовуються у вузлі неінвертуючого операційного підсилювача та виходу як напруга.

[Опір навантаження, кому] >> [Опір резистора R4, ком]

  • Генератори можуть працювати в режимі самозбудження або режимі, що чекає, коли період проходження імпульсів пилкоподібної напруги визначається запускаючими імпульсами.

    Пилоподібною напругою називають електричні коливання (імпульси), які виробляються за допомогою перетворення енергії джерела постійного струму на енергію електричних коливань.

    Напруга пилкоподібної форми - це напруга, яка протягом певного часу наростає або зменшується пропорційно часу (лінійно), а потім повертається до вихідного рівня (рис. 1).

  • Мал. 1. Параметри ПН

    Пилоподібна напруга може бути лінійно наростаючою або лінійно падаючою і характеризується основними параметрами:

    Тривалістю прямого (робочого) та зворотного ходу

    Амплітудою вихідної напруги

    Період повторення Т

    Початковий рівень U 0

    Коефіцієнт нелінійності E, що характеризує ступінь відхилення реальної пилкоподібної напруги, від напруги, що змінюється за лінійним законом.

  • V max = при t=0 і V min = при t= t пр – швидкості зміни пилкоподібної напруги відповідно на початку та в кінці прямого ходу.

    Незалежно від практичної реалізації всі типи ДПН можна подати у вигляді єдиної еквівалентної схеми (рис.2)

    До неї входить джерело живлення E, зарядний резистор R, який можна розглядати як внутрішній опір джерела живлення, конденсатор С - накопичувач енергії, електронний ключ К і розрядний резистор r опором, що дорівнює внутрішньому опору замкнутого ключа.

  • Мал. 2. Еквівалентна схема ДПН

  • У вихідному стані ключ До замкнутий і на конденсаторі встановлюється початковий рівень напруги

  • При розмиканні ключа конденсатор починає розряджатися через розрядний резистор r і напруга на ньому змінюється за експоненційним законом

    ,

    де
    - Постійна час ланцюга зарядки конденсатора.

    В даний час ДПН з малим значенням коефіцієнта нелінійності та його незначною залежністю від опору навантаження виробляють на основі інтегральних підсилювачів.

    Генератор на основі ОУ зазвичай будуються за схемою інтегратора (для малих коефіцієнтів нелінійності та низькоомним навантаженням).

    Запропонована схема та діаграми її роботи мають вигляд рис.2:

  • У цій схемі вихідна напруга є посилена операційним підсилювачем напруга на конденсаторі С. ОУ охоплений як (R1, R2, джерело Е 0), так і (R3, R4, джерело Е 3). Управління роботою ДПН здійснюється за допомогою транзистора VT1

    Управління роботою ДПН здійснюється за допомогою ключового пристрою (КВ) на транзисторі VT 1 .

    Ключовий пристрій може бути реалізований на біполярному транзисторі, що керується імпульсами позитивної полярності.

    Транзистор (КУ) насичений (відкритий) при позитивних напівперіодах U вх, а при негативних знаходиться в режимі відсічення (закритий), при цьому фронт пилкоподібних напруг буде формуватися в момент часу вплив негативного імпульсу на вході (КУ). У паузах між вхідними імпульсами транзистор закритий, і конденсатор заряджається струмом від джерела E. та резистор R3.

    Напруга , що утворюється на конденсаторі, надходить на неінвертуючий вхід операційного підсилювача, що працює в лінійному режимі з коефіцієнтом посилення по входу, що не інвертує

    В результаті на виході підсилювача створюється напруга
    , а на резисторі R4 - напруга, що дорівнює

    ,

    яке створює струм , що протікає через конденсатор у тому напрямку, що й струм .

    Отже, струм зарядки конденсатора в паузах між вхідними імпульсами дорівнює

    .

    У міру заряджання конденсатора струм зменшується, а напруга на конденсаторі та на вході операційного підсилювача збільшуються. Якщо коефіцієнт посилення по входу, що інвертує, більше одиниці, то напруга на резисторі R4 і протікає через нього струм також збільшуються. При підборі коефіцієнта посилення можна забезпечити високу лінійність пилкоподібної напруги.

  • Робота ГПН.

  • Розглянемо роботу ДПН з прикладу нашої схеми на формування необхідної тривалості зворотного ходу доповнимо емітерну ланцюг транзистора VT 1 опором R6. Опір R5 обмежує струм бази транзистора як насичення. Розглянемо процеси, що відбуваються в даній схемі. Нехай на вході діє імпульс тривалості , що призводить до відмикання транзистора За умови, незначного падіння напруги на відкритих переходах транзистора, напруга на конденсаторі в початковий момент часу, приблизно дорівнює падінню на опорі R6

    . (1)

    Через зворотний зв'язок, струм колектора транзистора дорівнює

    . (2)

  • У свою чергу струми через відповідні опори визначаються виразами.

    ,
    . (3)

    Амплітуда керуючого імпульсу має бути більшою за величину

    . (4)

    При цьому на виході схеми є постійний рівень напруги, що дорівнює

    . (5)

    У момент часу транзистор замикається, і конденсатор починає заряджатися. Процеси, які у схемі, описуються наступними рівняннями

    ,

    ,

    . (6)

    З (6) отримуємо

  • Введемо позначення
    ,
    ,
    тоді отримане рівняння можна переписати у вигляді

    . (7)

    Це неоднорідне диференціальне рівняння першого порядку, рішення якого має вигляд

    . (8)

    Постійну інтеграцію знайдемо з початкових умов (1). Т.к. у початковий момент часу
    , то
    , отже, (8) можна записати, як

    .

      Тоді напруга на виході змінюватиметься згідно із законом

      (9)

      Тут
      має той самий сенс, як і раніше.

      Оскільки напруга на виході системи через час робочого ходу має дорівнювати величині
      , де
      - амплітуда пилкоподібної напруги, то, вирішуючи (9) щодо часу, отримаємо

      . (10)

      Аналогічно для ланцюга розряду, враховуючи що
      і
      .

    1. Розрахунок схеми.

    2. Для правильної роботи схеми потрібно, щоб коефіцієнт посилення по входу, що інвертує, був більше одиниці. Нехай
      , Виберемо резистор R2 на номінал 20 кОм, тоді R1 = 10 кОм.

      Розрахуємо коефіцієнт посилення по неінвертуючому входу.

      Потрібно забезпечити коефіцієнт нелінійність 0,3%, тоді постійна часу заряду конденсатора має бути не менше величини

    3. Тоді напруга на виході змінюватиметься за законом:

    4. ,

      Так якщо поставити
      В, то
      = 1067

      тоді К = = = 0,014 за умови напруги живлення ланцюга транзистора 15 В.

      Зважаючи на отримані раніше позначення, розрахуємо опір співвідношення опорів R3 і R4

      .

      Задамося опором у ланцюзі колектора транзистора R3 = 10 кОм, тоді отримуємо, що R4 = 20 кОм.

      У свою чергу, отже, ємність конденсатора складе близько 224 пФ, вибираємо 220 пФ.

      Перейдемо до розрахунку кола розряду. Для ланцюга розряду справедливо

      . (13)

      Підставимо в (13) формули (11), дозволимо щодо R6, отримаємо

      .

      Звідки слідує, при підстановці чисельних значень, що R6 = 2 мОм.

      Отримаємо вираз для часу зворотного ходу

      , (11)

      де
      ,
      ,
      .

      Якщо вираз (9) продиференціювати за часом і помножити на С1, то коефіцієнт нелінійності напруги визначатиметься формулою

      t p / де =RC

      Виходячи з проведених досліджень, перейдемо до розрахунку параметрів та вибору елементів схеми.

      Струм, що протікає в момент, коли транзистор відкривається, через опір R6 оцінимо виходячи з наступних міркувань. У момент перемикання вся напруга на конденсаторі прикладена до опору, тому через нього потече струм
      мкА.

      Як ключ можна використовувати транзистор з відповідними параметрами типу КТ342Б. Резистор R5, що обмежує струм бази, виберемо близько 1 ком. Оскільки максимальний струм колектора 50 мА, а коефіцієнт посилення по струму 200, то струм насичення бази дорівнюватиме 250 мкА, отже на резисторі напруга складе 0,25 В. Приймемо напругу насичення база-еммітер - 1 В. При падінні напруги на опорі R6 при максимальному струмі, що протікає через R3 і R4 доданому до R6 складе 6,08 В. Таким чином, для надійного відмикання транзистора і його утримання у відкритому стані потрібен імпульс амплітудою 8 В.


    Принцип роботи релаксаційного генератора ґрунтується на тому, що конденсатор заряджається до певної напруги через резистор. При досягненні потрібної напруги відкривається елемент, що управляє. Конденсатор розряджається через інший резистор до напруги, при якому елемент, що управляє, закривається. Так напруга на конденсаторі наростає за експонентним законом, потім зменшується за експонентним законом.

    Докладніше про те, як відбувається заряд і розряд конденсатора через резистор можна прочитати за посиланням.

    До вашої уваги добірка матеріалів:

    Застосування в релаксаційних генераторах транзисторних аналогів диністора є типовим, оскільки розрахунку і точної роботи цього генератора необхідні суворо певні параметри диністора. Деякі з цих параметрів у промислових диністорів мають великий технологічний розкид, або взагалі не нормуються. А зробити аналог із строго заданими параметрами не складає труднощів.

    Схема генератора пилкоподібної напруги

    Релаксаційний генератор має такий вигляд:

    (A1)- релаксаційний генератор на діодному тиристорі (диністорі), (A2)- У схемі A1 диністор замінений на транзисторний аналог. Розрахувати параметри транзисторного аналога в залежності від транзисторів і номіналів резисторів, що використовуються, можна.

    Резистор R5вибирається невеликим (20 – 30 Ом). Він призначений для обмеження сили струму через диністор чи транзистори у момент їхнього відкриття. У розрахунках впливом цього резистора ми знехтуємо і вважатимемо, що на ньому практично не падає напруга, а через нього конденсатор розряджається миттєво.

    Параметри диністора, що застосовуються у розрахунках, описані у статті вольт-амперна характеристика диністора.

    [Мінімальна напруга на виході,] =

    [Максимальна напруга на виході,] =

    Розрахунок опору резистора R4

    Для резистора R4 повинні виконуватися два співвідношення:

    [Опір R4, ком] > 1.1 * ([Напруга живлення,] - [Напруга замикання диністора, В]) / [Струм утримання, ма]

    Це необхідно для того, щоб диністор або його аналог надійно замикалися, коли розрядиться конденсатор.

    [Опір R4, ком] Напруга живлення, В] - [ Напруга відмикання диністора,]) / (1.1 * [Струм відмикання, ма])

    Це необхідно для того, щоб конденсатор міг зарядитися до напруги, необхідної для відмикання диністора або аналога.

    Коефіцієнт 1.1 обраний умовно з бажання отримати 10% запас.

    Якщо дві ці умови вступають у суперечність один з одним, це означає, що обрано занадто низьку напругу живлення схеми для даного тиристора.

    Розрахунок частоти релаксаційного генератора

    Приблизно оцінити частоту генератора можна з таких міркувань. Період коливань дорівнює сумі часу заряду конденсатора до напруги відмикання диністора та часу розряду. Ми домовилися рахувати, конденсатор розряджається миттєво. Таким чином, нам слід оцінити час заряду.

    Другий варіант: R1- 1 ком, R2, R3- 200 Ом, R4- підстроювальний 3 ком (встановлений на 2.5 ком), Напруга живлення- 12 ст. Транзистори- КТ502, КТ503.

    Вимоги до навантаження генератора

    Наведені релаксаційні генератори можуть працювати з навантаженням, що має високий вхідний опір, щоб вихідний струм не впливав на процес заряджання та розряджання конденсатора.

    [Опір навантаження, кому] >> [Опір резистора R4, ком]

  • 2021 wisemotors.ru. Як це працює. Залізо. Майнінг. Криптовалюта.