Generatoare de impulsuri. Generator de impulsuri Generator puternic de impulsuri de curent

Generatoarele de impulsuri dreptunghiulare sunt utilizate în multe dispozitive de radio amatori: contoare electronice, aparate de slot și sunt utilizate pe scară largă la configurarea tehnologiei digitale. Vă aducem în atenție o selecție de circuite și modele de generatoare de impulsuri dreptunghiulare

Amplitudinea semnalului generat în astfel de generatoare este foarte stabilă și apropiată de tensiunea de alimentare. Dar forma oscilațiilor este foarte departe de a fi sinusoidală - semnalul este pulsat, iar durata impulsurilor și pauzelor dintre ele este ușor de reglat. Este ușor să dai pulsurilor aspectul unui meandre atunci când durata pulsului este egală cu durata pauzei dintre ele.

Tipul principal și răspândit de oscilator de relaxare este un multivibrator simetric cu doi tranzistori, al cărui circuit este prezentat în figura de mai jos. În acesta, două trepte standard de amplificare pe tranzistoarele VT1 și VT2 sunt conectate într-un circuit în serie, adică ieșirea unei etape este conectată la intrarea alteia prin condensatoarele de cuplare C1 și C2. Ele determină și frecvența oscilațiilor generate F, mai precis, perioada lor T. Să vă reamintesc că perioada și frecvența sunt legate printr-o relație simplă.

Dacă circuitul este simetric și valorile nominale ale pieselor din ambele etape sunt aceleași, atunci tensiunea de ieșire are forma unui meandre.

Generatorul funcționează astfel: imediat după pornire, în timp ce condensatoarele C1 și C2 nu sunt încărcate, tranzistoarele sunt într-un mod de amplificare „liniar”, când un curent de bază scăzut este setat de rezistențele R1 și R2, acesta determină colectorul curent de W ori mai mult, iar tensiunea de pe colectoare este oarecum mai mică tensiunea de alimentare din cauza căderii de tensiune pe rezistențele de sarcină R3 și R4. În acest caz, cele mai mici modificări ale tensiunii colectorului (cel puțin din cauza fluctuațiilor termice) ale unui tranzistor sunt transmise prin condensatoarele C1 și C2 la circuitul de bază al celuilalt.

Să presupunem că tensiunea colectorului VT1 a scăzut ușor. Această modificare este transmisă prin condensatorul C2 la circuitul de bază VT2 și o blochează puțin. Tensiunea colectorului VT2 crește, iar această modificare este transmisă de condensatorul C1 la baza VT1, se deschide, curentul colectorului său crește, iar tensiunea colectorului scade și mai mult. Procesul este asemănător unei avalanșe și foarte rapid.

Ca urmare, tranzistorul VT1 este complet deschis, tensiunea colectorului său nu va fi mai mare de 0,05 ... 0,1 V, iar VT2 este complet închis, iar tensiunea colectorului său este egală cu tensiunea de alimentare. Acum trebuie să așteptăm până când condensatoarele C1 și C2 sunt reîncărcate și tranzistorul VT2 este ușor deschis de curentul care trece prin rezistorul de polarizare R2. Procesul de avalanșă va merge în direcția opusă și va duce la deschiderea completă a tranzistorului VT2 și blocarea completă a VT1. Acum trebuie să așteptați încă o jumătate de perioadă, necesară pentru a reîncărca condensatorii.

Timpul de reîncărcare este determinat de tensiunea de alimentare, curentul prin rezistențele Rl, R2 și capacitatea condensatoarelor Cl, C2. În acest caz, se vorbește despre „constanta de timp” a lanțurilor Rl, C1 și R2, C2, aproximativ corespunzătoare perioadei de oscilație. Într-adevăr, produsul rezistenței în ohmi și capacității în farazi dă timpul în secunde. Pentru valorile indicate în diagrama din figura 1 (360 kΩ și 4700 pF), constanta de timp este de aproximativ 1,7 milisecunde, ceea ce indică faptul că frecvența multivibratorului se va afla în domeniul audio de ordinul a sute de herți. Frecvența crește odată cu creșterea tensiunii de alimentare și scăderea valorii nominale a lui Rl, C1 și R2, C2.

Generatorul descris este foarte nepretențios: puteți utiliza aproape orice tranzistoare în el și puteți modifica valorile elementelor într-o gamă largă. Telefoanele de înaltă impedanță pot fi conectate la ieșirile sale pentru a auzi vibrațiile sonore sau chiar un difuzor - un cap dinamic cu un transformator coborâtor, de exemplu, un difuzor de difuzare a abonatului. Deci, puteți organiza, de exemplu, un generator de sunet pentru învățarea codului Morse. Cheia telegrafică este plasată în circuitul de alimentare, în serie cu bateria.

Deoarece două ieșiri multivibratoare anti-fază sunt rareori necesare în practica radioamatorilor, autorul și-a propus să proiecteze un generator mai simplu și mai economic, care să conțină mai puține elemente. Ce s-a întâmplat este prezentat în figura următoare. Aici se folosesc două tranzistoare cu diferite tipuri de conductivitate - p-p-p și p-n-p. Se deschid simultan, curentul colector al primului tranzistor servește drept curent de bază al celui de-al doilea.

Împreună, tranzistoarele formează și un amplificator în două trepte, acoperit de PIC prin lanțul R2, C1. Când tranzistoarele se opresc, tensiunea la colectorul VT2 (ieșire 1 V) scade la zero, această cădere este transmisă prin lanțul PIC la baza VT1 și o blochează complet. Când condensatorul C1 este încărcat la aproximativ 0,5 V pe partea stângă, tranzistorul VT1 se deschide ușor, curentul trece prin el, provocând și mai mult curent în tranzistorul VT2; tensiunea de ieșire va crește. Această creștere este transmisă bazei VT1, determinând-o să se deschidă și mai mult. Are loc procesul de tip avalanșă descris mai sus, deblocând complet ambii tranzistori. După ceva timp, necesară reîncărcarea C1, tranzistorul VT1 se închide, deoarece curentul prin rezistorul de mare valoare R1 nu este suficient pentru a-l deschide complet, iar procesul de avalanșă se va dezvolta în direcția opusă.

Ciclul de funcționare al impulsurilor generate, adică raportul dintre duratele impulsului și pauzei, este reglat de selecția rezistențelor R1 și R2, iar frecvența de oscilație - de selectarea capacității C1. Generarea stabilă la tensiunea de alimentare selectată se realizează prin selectarea rezistenței R5. De asemenea, pot regla tensiunea de ieșire în anumite limite. Deci, de exemplu, cu valorile indicate în diagramă și o tensiune de alimentare de 2,5 V (două baterii alcaline cu disc), frecvența de generare a fost de 1 kHz, iar tensiunea de ieșire a fost exact de 1 V. Curentul consumat de la baterie a rezultat să fie de aproximativ 0,2 mA, ceea ce indică o eficiență foarte mare a generatorului.

Sarcina generatorului R3, R4 se realizează sub forma unui divizor cu 10, astfel încât să poată fi eliminată și o tensiune de semnal mai mică, în acest caz 0,1 V. O tensiune și mai mică (reglabilă) este îndepărtată de la rezistența variabilă R4 motor. Această ajustare poate fi utilă dacă trebuie să determinați sau să comparați sensibilitatea telefoanelor, să testați un ULF foarte sensibil prin aplicarea unui semnal mic la intrarea acestuia și așa mai departe. Dacă astfel de sarcini nu sunt setate, rezistența R4 poate fi înlocuită cu una constantă sau o altă legătură divizor (0,01 V) poate fi realizată prin adăugarea unui alt rezistor de 27 Ohm de jos.

Un semnal de undă pătrată cu fronturi abrupte conține o gamă largă de frecvențe - pe lângă frecvența fundamentală F, și armonicile sale ciudate 3F, 5F, 7F și așa mai departe, până la intervalul de frecvență radio. Prin urmare, generatorul poate verifica nu numai echipamentele de sunet, ci și receptoarele radio. Desigur, amplitudinea armonicilor scade odată cu creșterea frecvenței, dar un receptor suficient de sensibil vă permite să le ascultați în întreaga gamă de unde lungi și medii.

Este un inel de două invertoare. Funcțiile primului dintre ele sunt îndeplinite de tranzistorul VT2, la intrarea căruia este pornit adeptul emițătorului de pe tranzistorul VT1. Acest lucru se face pentru a crește impedanța de intrare a primului invertor, ceea ce face posibilă generarea de frecvențe joase cu o capacitate relativ mică a condensatorului C7. La ieșirea generatorului este inclus un element DD1.2, care acționează ca un element tampon care îmbunătățește potrivirea ieșirii generatorului cu circuitul testat.

În serie cu condensatorul de setare a timpului (valoarea capacității dorite este selectată de comutatorul SA1), rezistorul R1 este conectat, prin modificarea rezistenței căreia este controlată frecvența de ieșire a generatorului. Pentru a regla ciclul de lucru al semnalului de ieșire (raportul dintre perioada pulsului și durata acestuia), în circuit este introdus un rezistor R2.

Dispozitivul generează impulsuri de polaritate pozitivă cu o frecvență de 0,1 Hz ... 1 MHz și un ciclu de lucru de 2 ... 500. Gama de frecvență a generatorului este împărțită în 7 subdomeni: 0,1 ... 1, 1,10, 10 ... 100, 100 ...1000 Hz și 1...10, 10...100, 100...1000 kHz, care sunt setate de comutatorul SA1.

Circuitul poate folosi tranzistori de siliciu de putere redusă cu un câștig de cel puțin 50 (de exemplu, KT312, KT342 etc.), circuite integrate K155LNZ, K155LN5.

Generatorul de unde pătrate de pe microcontrolerul din acest circuit va fi un plus excelent pentru laboratorul dvs. de măsurare acasă.

O caracteristică a acestui circuit oscilator este un număr fix de frecvențe, mai exact 31. Și poate fi utilizat în diverse soluții de circuit digital unde este necesară schimbarea automată a frecvențelor oscilatorului sau folosind cinci comutatoare.

Alegerea unei anumite frecvențe se realizează prin trimiterea unui cod binar de cinci biți la intrarea microcontrolerului.

Circuitul este asamblat pe unul dintre cele mai comune microcontrolere Attiny2313. Un divizor de frecvență cu un raport de divizare reglabil este construit în software, folosind frecvența unui oscilator cu cristal ca referință.

--- Alimentare: 5-12v


---
Frecvență: 5Hz-1kHz.

---
Amplitudinea impulsurilor de ieșire nu este mai mică de 10v

--- Curent: aproximativ 100mA.

Multivibratorul a fost luat ca bază, este implementat pe trei elemente logice ale microcircuitului 2I-NOT. Principiul căruia, dacă se dorește, poate fi citit pe Wikipedia. Dar generatorul în sine dă un semnal invers, ceea ce m-a determinat să folosesc un invertor (acesta este al 4-lea element). Acum multivibratorul ne oferă impulsuri de curent pozitive. Cu toate acestea, multivibratorul nu are capacitatea de a controla ciclul de lucru. Este setat automat la 50%. Și apoi mi-a venit să pun un multivibrator de așteptare implementat pe două dintre aceleași elemente (5.6), datorită căruia a devenit posibilă ajustarea ciclului de lucru. Schema schematică din figură:

Desigur, limita specificată în cerințele mele nu este critică. Totul depinde de parametrii C4 și R3 - unde rezistorul poate schimba fără probleme durata pulsului. Puteți citi și cum funcționează pe Wikipedia. În continuare: pentru o capacitate mare de încărcare, a fost instalat un emițător urmăritor pe un tranzistor VT-1. tranzistorul folosit este cel mai comun tip KT315. rezistențele R6 servesc la limitarea curentului de ieșire și sunt protejate de arderea tranzistorului în cazul unui scurtcircuit.

Microcircuitele pot fi utilizate atât TTL, cât și CMOS. În cazul TTL, rezistența R3 nu este mai mare de 2k. deoarece: impedanța de intrare a acestei serii este de aproximativ 2k. Eu personal am folosit CMOS K561LA7 (aka CD4011) - două casete de alimentare de până la 15v.

O opțiune excelentă pentru utilizare ca ZG pentru orice convertor. Pentru a utiliza generatorul printre TTL, K155LA3, K155LA8 sunt potrivite pentru acesta din urmă, colectoarele sunt deschise și rezistențele cu o valoare nominală de 1k trebuie să fie suspendate la ieșire.

Scopul acestor dispozitive este clar din nume. Cu ajutorul lor se creează impulsuri care au anumiți parametri. Dacă este necesar, puteți achiziționa un dispozitiv realizat folosind tehnologii din fabrică. Dar în acest articol, vom lua în considerare diagramele schematice și tehnologiile de asamblare făcute de tine. Aceste cunoștințe vor fi utile pentru rezolvarea diferitelor probleme practice.

Cum arată generatorul de impulsuri G5-54

Necesitate

Când apăsați tasta unui instrument muzical electric, vibrațiile electromagnetice sunt amplificate și transmise difuzorului. Se aude un anumit ton. În acest caz, se utilizează un generator de semnal sinusoidal.

Sincronizarea precisă este necesară pentru funcționarea coordonată a memoriei, procesoarelor și altor componente ale unui computer. Un semnal exemplar cu o frecvență constantă este creat de un generator de ceas.

Pentru a verifica funcționarea contoarelor, a altor dispozitive electronice, pentru a identifica defecțiunile, se folosesc impulsuri unice cu parametrii necesari. Astfel de probleme sunt rezolvate cu ajutorul unor generatoare speciale. Un comutator manual convențional nu va funcționa, deoarece nu va fi posibilă furnizarea unei anumite forme de undă cu ajutorul acestuia.

Parametrii de ieșire

Înainte de a alege una sau alta schemă, este necesar să se formuleze clar scopul proiectului. Figura următoare prezintă o vedere mărită a unui val pătrat tipic.

Circuit de impuls dreptunghiular

Forma sa nu este ideală:

• Tensiunea crește treptat. Luați în considerare durata frontului. Acest parametru este determinat de timpul în care pulsul crește de la 10 la 90% din valoarea amplitudinii.
• După creșterea maximă și revenirea la valoarea inițială, apar oscilații.
• Vârful nu este plat. Prin urmare, durata semnalului puls este măsurată pe o linie condiționată, care este trasată cu 10% sub valoarea maximă.

De asemenea, pentru a determina parametrii viitoarei scheme, se folosește conceptul de ciclu de lucru. Acest parametru se calculează folosind următoarea formulă:

• S este ciclul de lucru;
• T este perioada de repetare a pulsului;
• t este durata pulsului.

Cu un ciclu de lucru scăzut, un semnal pe termen scurt este dificil de reparat. Acest lucru provoacă defecțiuni în sistemele de transmitere a informațiilor. Dacă distribuția în timp a maximelor și minimelor este aceeași, parametrul va fi egal cu doi. Un astfel de semnal se numește meandre.

Meandrul și parametrii pulsului de bază

Pentru simplitate, numai generatoarele de unde pătrate vor fi luate în considerare în cele ce urmează.

Diagrame schematice

În următoarele exemple, puteți înțelege principiile de funcționare ale celor mai simple dispozitive din această clasă.

Scheme de generatoare de impulsuri dreptunghiulare

Primul circuit este proiectat pentru a genera impulsuri dreptunghiulare individuale. Este creat pe două elemente logice care sunt conectate pentru a îndeplini funcțiile unui declanșator de tip RS. Dacă butonul este în poziția indicată, va exista o tensiune înaltă pe al treilea picior al microcircuitului și o tensiune scăzută pe al șaselea. Când este apăsat, nivelurile se vor schimba, dar nu va exista nicio respingere a contactului și distorsiunea corespunzătoare a semnalului de ieșire. Deoarece funcționarea necesită o influență externă (în acest caz, control manual), acest dispozitiv nu aparține grupului de auto-oscilatoare.

Un generator simplu, dar care își îndeplinește funcțiile pe cont propriu, este prezentat în a doua jumătate a figurii. Când puterea este aplicată prin rezistor, condensatorul este încărcat. Releul nu funcționează imediat, deoarece, după ce contactul este rupt, de ceva timp, fluxul de curent prin înfășurare este asigurat de încărcarea condensatorului. După ce circuitul este închis, acest proces se repetă în mod repetat până când alimentarea este oprită.

Prin modificarea valorilor rezistenței și condensatorului, puteți observa pe osciloscop transformările corespunzătoare ale frecvenței și ale altor parametri de semnal. Nu va fi dificil să creați un astfel de generator de semnal dreptunghiular cu propriile mâini.

Pentru a extinde domeniul de frecvență, următoarea schemă este utilă:

Generator de impulsuri variabile

Pentru a implementa planul, două elemente logice nu sunt suficiente. Dar nu este dificil să alegeți un microcircuit potrivit (de exemplu, în seria K564).

Parametrii de semnal care pot fi modificați prin reglare de tip „do-it-yourself”, alți parametri importanți

Pentru a asigura stabilitatea în frecvență a semnalelor dreptunghiulare, se folosesc circuite pe elemente de cuarț:

Video. ÎN generator de impulsuri de înaltă tensiune de făcut singur

Pentru a ușura asamblarea unui generator de impulsuri de o anumită frecvență cu propriile mâini, este mai bine să utilizați o placă de circuite universală. Este util pentru experimente cu diferite scheme de circuit. După dobândirea abilităților și cunoștințelor relevante, nu va fi dificil să creați dispozitivul ideal pentru rezolvarea cu succes a unei anumite sarcini.

Funcționarea neobișnuită a tranzistorului.

Se pare că în timpul nostru de iluminat, tranzistorul a fost atât de mult studiat încât nu mai este posibil să învățăm nimic nou despre el.
Cu toate acestea, recent am descoperit un circuit oscilator care este foarte stabil și are o capacitate bună de încărcare, deși nu pare că ar trebui.
Circuitul este foarte simplu, prezentat în Figura 1:

Fig.1. Circuitul generatorului.

Pentru a porni generatorul, este necesar să închideți pentru scurt timp colectorul și emițătorul tranzistorului printr-o rezistență scăzută sau să aplicați un impuls scurt de declanșare la intrarea tranzistorului.
Modelul generatorului cu un impuls de declanșare este prezentat în Figura 2.

Fig.2. Schema modelului generatorului.

Diagramele de timp ale funcționării generatorului sunt prezentate în Figura 3.

Albastru - curent în baza tranzistorului.
Roșu - tensiune pe bază.

Generatorul este pornit de un singur impuls de tensiune de la generatorul V2. Din diagrame rezultă că generarea începe după sfârșitul impulsului de curent de declanșare în baza tranzistorului.
În timpul trecerii impulsului de declanșare a curentului, tranzistorul s-a deschis, curentul a început să curgă în inductorul L1 și energia s-a acumulat sub forma unui câmp magnetic. După închiderea tranzistorului, așa cum este descris în multe manuale, energia câmpului magnetic este convertită în energie a câmpului electric, care este stocată în condensatorul C1. Tensiunea de pe condensator crește la o anumită valoare, după care începe procesul invers. Tensiunea de pe condensator începe să scadă, iar curentul din bobină crește, schimbându-și direcția în sens opus.
Când tensiunea pe condensator scade la zero, curentul din bobină are o valoare maximă, din acel moment tensiunea pe condensator ar trebui să-și schimbe semnul și să crească în cealaltă polaritate. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece tensiunea colectorului tranzistorului devine negativă și joncțiunea colectorului său, care este polarizată în direcția înainte, se deschide. Prin această tranziție, curentul acumulat în inductor începe să părăsească baza tranzistorului. Din diagrame se poate observa că tensiunea de la bază devine și ea negativă, joncțiunea emițătorului se închide și începe să joace rolul unui colector - tranzistorul funcționează complet în modul invers, cu un câștig de curent scăzut, dar tot în modul tranzistor . O parte din curent se ramifică la emițător și revine la sursa de alimentare. Restul curentului revine în cele din urmă și la sursa de alimentare, după ce a lucrat pentru a depăși EMF-ul sursei V3 și la pierderi în alte elemente de circuit.
După ce tensiunea la ieșirea bobinei conectate la colectorul tranzistorului devine egală cu zero, tranzistorul trece de la modul invers la modul normal de funcționare. În tot acest timp rămâne deschisă, drept urmare tensiunea sursei de alimentare este aplicată bobinei pentru un timp suficient pentru ca aceasta să acumuleze energia necesară pentru următoarea perioadă de oscilație.
Pentru o mai bună înțelegere a proceselor, (dacă cineva dorește brusc), Figura 4 prezintă diagrame ale curenților dintr-un tranzistor.

Orez. 4. Diagrame de timp ale curenților din tranzistor.
Direcțiile curenților sunt date curentului din bază.
Albastru - curent în baza tranzistorului.
Roșu - curent de colector.
Negru - curent emițător

Din diagramele de curent se poate observa că curentul emițătorului este aproape întotdeauna egal cu curentul colectorului, cu excepția etapei inițiale a procesului.

Dacă cuiva i se pare că un astfel de generator nu are aplicație practică, nu este. În circuitele de energie alternativă, o astfel de soluție este adesea găsită. Încercările de a înțelege ce se întâmplă în astfel de circuite au dus la apariția acestui articol.
Îmi voi face contribuția oferind o schemă de construire a transformatorului Tesla folosind acest generator. Diferă de binecunoscutul circuit Kacher prin faptul că ambele terminale ale bobinei Tesla rămân libere. Din alte scheme de kacher, în care ambele capete ale bobinei Tesla sunt libere, prin faptul că nu există bobină de feedback.
Un model al unui astfel de circuit este prezentat în Figura 5.

Fig.5. Schema modelului Kacher.

În diagramă, L2 este un inductor, L3 este o bobină Tesla.
Figura 6 prezintă diagramele de tensiune pe colectorul tranzistorului și tensiunea pe bobina Tesla.

Orez. 6. Diagrame de tensiune de sincronizare.
Verde - tensiunea colectorului.

Și în sfârșit, schema care se găsește pe Internet. Acesta diferă de circuitul din figura 5 prin prezența unei bobine de feedback. Un astfel de circuit nu are nevoie de un impuls de declanșare, ci pornește singur. Diferă de circuitul Kacher cu o bobină de feedback prin faptul că frecvența impulsurilor pompei este stabilită nu de frecvența de rezonanță a bobinei Tesla, ci de frecvența circuitului oscilator format din inductanța L1 și capacitatea C1.
Modelul circuitului cu pornire automată este prezentat în Figura 7.

Fig.7. Schema modelului Kacher cu autorun.

O diagramă de timp care ilustrează procesul de pornire este prezentată în Figura 8.

Orez. 8. Diagrame temporale ale tensiunilor din circuit cu autorun.
Verde - tensiunea colectorului.
Maro - Tensiunea bobinei Tesla.

Mai sus sunt luate în considerare doar principiile generale de funcționare a generatorului. Într-un circuit real, foarte mult depinde de valoarea tensiunii de referință și a rezistenței din circuitul de bază. Prin modificarea acestor parametri, puteți modifica cantitatea de curent invers în colectorul tranzistorului și puteți obține forma semnalelor de pe colector de la impulsuri la o sinusoidă. În circuitul de pornire automată, formele de undă sunt, de asemenea, afectate de inductanțele bobinelor L2 și L4. De exemplu, un tranzistor dintr-un circuit de pornire forțată poate funcționa fără polarizare în circuitul de bază.
Un model al unui astfel de circuit este prezentat în Figura 9.

Fig.9. Diagrama modelului fără polarizare în circuitul de bază.

Figura 10 prezintă o diagramă de timp a creșterii tensiunii pe bobina Tesla.

Fig.10. Diagrama de timp a tensiunii pe bobina Tesla.

Dacă circuitul este pornit prin scurtcircuitarea colectorului și emițătorului cu un rezistor, atunci tranzistorul poate fi reprezentat ca un doi poli.
Un model al unui astfel de circuit este prezentat în Figura 11.

Fig.11. Schema modelului cu reprezentarea tranzistorului sub forma unei rețele cu două terminale.

Figura 12 prezintă diagramele de timp ale impulsului de curent și tensiune de declanșare pe bobina Tesla.

Orez. 12. Diagrame de timp.
Albastru - curent în rezistența R1/.
Maro - Tensiunea bobinei Tesla.

Este interesant că în model funcționează și cu emițător scurtcircuitat și bornele de bază și chiar funcționează cu o diodă redresoare simplă. Cu toate acestea, numai dacă timpul de recuperare a diodei este mai mare decât timpul de deschidere în model. Aceasta poate servi ca o cheie pentru înțelegerea mecanismului de pompare al circuitului oscilator. Adică, în timpul restabilirii tranziției, intră în circuit mai multă energie decât este consumată la deschidere. Dacă diodele reale au o astfel de proprietate, atunci construcția unui generator este destul de posibilă, sub rezerva raporturilor parametrilor circuitului care permit modul de generare. Mai mult, astfel de circuite pot fi de interes din punctul de vedere că restabilirea stării închise a diodelor poate avea loc aproape instantaneu, ceea ce este folosit în practică pentru a genera impulsuri de nanosecunde. Dar nu am verificat acest lucru în hardware și deocamdată nu îl voi publica aici. Acesta este un subiect pentru alt articol.

Toate circuitele descrise aici au o caracteristică utilă - în ciuda curenților mari care curg în circuitele lor, consumul de curent de la sursa de alimentare poate fi neglijabil, deoarece cea mai mare parte este returnat înapoi la sursa de alimentare.

* * *

Generator de impulsuri scurte de tensiune pe o diodă.

Circuitul corespunzător modelului prezentat în figura 11 din articolul precedent poate fi rulat în practică și continuă să funcționeze chiar și cu bornele emițătorului și de bază ale tranzistorului scurtcircuitate, iar curenții din tranzistor cresc. Dar cu o diodă redresoare în loc de un tranzistor, nu este posibil să porniți. Acest lucru, de altfel, indică faptul că un tranzistor cu emițător scurtcircuitat și bornele de bază nu este același lucru cu o diodă simplă.
Este probabil ca rezistența internă a bazei să joace un rol în acest proces. Când tensiunea de la joncțiunea colectorului este inversată, se deschide, curentul curge în bază, deoarece joncțiunea emițătorului pornește în direcția opusă și preia funcțiile joncțiunii colectorului. Datorită prezenței rezistenței în circuitul de bază, unele căderi de tensiune pe acesta, tranzistorul pornește în modul invers și cea mai mare parte a curentului începe să curgă prin joncțiunea emițătorului, determinată de câștigul de curent al tranzistorului în invers. modul. Joncțiunea emițătorului este probabil să se satureze. Și, când polaritatea tensiunii peste tranzistor este restabilită, este necesar un timp suplimentar pentru resorbția sarcinilor într-o joncțiune saturată. Adică, condiția necesară pentru efectuarea unui astfel de circuit - timpul de recuperare este mai mare decât timpul de deschidere, este îndeplinită.
Dar aceasta este doar o încercare neverificată de a explica natura inegală a unui tranzistor cu emițător scurtcircuitat și bornele de bază la o diodă convențională.

Tema acestui articol este alegerea din circuitele avute în vedere în articolul precedent a momentului de recuperare al diodei cu inductanța inclusă în circuitul acesteia, pentru a întrerupe brusc curentul din inductanță.
- De ce avem nevoie?
- În primul rând, vă permite să obțineți impulsuri scurte de tensiune de înaltă tensiune. Uneori, generatoarele de astfel de impulsuri sunt solicitate.
- În al doilea rând, și acesta este principalul lucru - atunci când bobina Tesla este inclusă ca inductor, putem aborda principala cerință formulată de Tesla însuși - de a întrerupe curentul din inductor în timpul creșterii acestuia.
Astăzi, interesul pentru munca lui Tesla este în creștere, dovadă fiind numeroasele forumuri de pe Internet dedicate acestui subiect. Dar practic doar câțiva experimentatori au învățat să îndeplinească această cerință. Tastele de pe tranzistoare și descărcătoare, în cel mai bun caz, vă pot permite să obțineți o margine ascuțită a impulsului de tensiune pe inductor. Și nu pot asigura absolut o întrerupere bruscă a curentului în inductor.
Într-o formă simplificată, diagrama este prezentată în Figura 1:

Fig.1. O diagramă simplificată a unui generator de impulsuri scurte de tensiune.

O inductanță L1 este conectată la ieșirea generatorului de impulsuri de nivel scăzut, al doilea capăt al căruia este conectat la catodul diodei de difuzie D1. Anodul diodei este conectat între ieșirile surselor de tensiune V1 și V2.
În timpul impulsului de nivel scăzut, când tranzistorul U2 este deschis și tranzistorul U1 este închis, dioda D1 se deschide, un curent începe să curgă prin ea, a cărui rată de mișcare este determinată de tensiunea sursei V2, inductanța L1 și rezistența R3 (rezistența) a bobinei L1, tranzistorului U2, diodei D1 și căderea de tensiune pe aceasta nu este luată în considerare pentru simplitate). Dacă durata impulsului este suficient de mare, atunci curentul direct al diodei va fi setat la un nivel determinat de tensiunea V1 și rezistența R3.
La sfârșitul impulsului, tranzistorul U2 se închide și tranzistorul U1 se deschide. Curentul din inductor începe să scadă la zero, apoi își schimbă direcția și începe să crească. Dioda începe să se recupereze de curentul inductor L1. Rata de schimbare a curentului în acest caz este determinată de tensiunea sursei V1 și inductanța L1, iar timpul de creștere a curentului și, în consecință, valoarea la care crește, este timpul de recuperare al diodei D1. La recuperare, dioda D1, dacă este difuzivă, se închide foarte repede și întrerupe brusc curentul din inductorul L1. La joncțiunea diodei și inductorului, are loc o supratensiune de mare amplitudine.
Astfel, alegând valorile raportului și tensiunii surselor V1 și V2, putem seta curentul stării deschise a diodei și, în consecință, curentul de blocare al acesteia și rata de creștere a curentului în bobină în modul „pompare” al diodei și în modul ei de recuperare.
Este important să puteți face acest lucru atunci când porniți bobina Tesla ca inductor. Faptul este că inductorul are o influență puternică asupra fluctuațiilor de tensiune din bobina Tesla dacă rata de creștere a curentului în ea este egală sau mai mare decât rata de creștere a tensiunii în oscilațiile bobinei Tesla și are un efect slab dacă aceasta rata este mai mică. Pentru a evita incertitudinea, ne referim la rata de tranziție a curentului sau tensiunii prin zero, adică maximă. În plus, atunci când se calculează, acesta trebuie normalizat - împărțit la amplitudinea semnalului măsurat.
Pentru un control adecvat, este necesar în etapa de „pompare” a diodei să se asigure că rata de creștere a curentului în inductor este mai mică decât rata de creștere a tensiunii din bobina Tesla, iar când dioda este restabilită, rata de creștere este egală sau mai mare. decât rata de schimbare a tensiunii din bobina Tesla.

Modelul circuitului real utilizat în experimente este prezentat în Figura 2.

Fig.2. Modelul circuitului real utilizat în experimente.

Graficele de semnal din model sunt prezentate în Figura 3.

Orez. 3. Diagrame de timp ale semnalelor generatorului.
Albastru - tensiunea de ieșire a generatorului.
Roșu - tensiune pe inductor.
Verde - curent în diodă.

Diagrama arată că la un nivel scăzut al semnalului de ieșire, curentul din diodă și din bobină crește mai lent decât la un nivel ridicat și este setat la aproximativ 1,8 A. După modificarea nivelului semnalului de ieșire, curentul în bobină scade la zero și în același ritm continuă să crească până la o valoare de 5,1 A. În acest moment, dioda se închide, iar curentul din bobină se întrerupe brusc. Pe bobină se observă o creștere a tensiunii de până la 1000V.
Din păcate, nu a putut fi găsit un model de diodă bun, așa că există unele neconcordanțe între model și obiectul real, dar în general imaginea este aproape de realitate. În special, supratensiunile măsurate efectiv pe bobină, în funcție de tipul de diodă, sunt de până la 100 V. Valoarea maximă a fost obținută la joncțiunea colectorului tranzistorului 2T908A - aproximativ 250 V, în timp ce nu se sparge. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că măsurătorile au fost efectuate cu un osciloscop S1-65, care are o lățime de bandă de 50 MHz și un timp de creștere RH = 10 ns. Se poate presupune că, de fapt, emisiile sunt puțin mai mari.

Figurile 4-9 prezintă formele de undă ale tensiunii și curentului măsurate pe dioda 2D230I și pe joncțiunea colectorului tranzistorului 2T908A.

Din oscilograme se poate observa că durata medie a pulsului în ambele cazuri este de aproximativ 50 ns. În diodă, impulsurile repetate sunt grupate mai strâns, iar prima supratensiune le depășește pe cele ulterioare de mai mult de două ori. Alte diode se comportă similar. Într-un tranzistor, diferența dintre amplitudinile impulsurilor este mai mică, iar impulsurile repetate sunt mai puțin frecvente. Aceasta înseamnă că atunci când utilizați un inductor ca inductor, este de preferat să folosiți diode, deoarece impulsurile repetate ale tranzistorului vor doborî amplitudinea tensiunii în bobina oscilantă. O comparație a formelor de undă de curent arată că în aceleași condiții de deschidere a diodei testate și a joncțiunii colectoare a tranzistorului, procesul de recuperare în tranzistor durează mai mult, ceea ce duce la un curent mai mare în momentul recuperării în tranzistor decât în diodă, ceea ce are ca rezultat o amplitudine mare a supratensiunii.

Orez. 4. Oscilograma supratensiunii la catodul diodei 2D230I.
Setări: X = 0,1 µs/div, Y = 20 V/div.

Orez. 5. Oscilograma supratensiunii la catodul diodei 2D230I.
Setări: X = 1 µs/div, Y = 20 V/div.

Orez. 6. Oscilograma curentului din bobină L 1 pentru dioda 2D230I.

Orez. 7. Oscilograma supratensiunii de pe bobina pentru tranzistorul 2T908A.
Setări: X = 0,1 µs/div, Y = 50 V/div.

Orez. 8 . Oscilograma vârfului de tensiune pe colectorul tranzistorului 2T908A.
Setări: X = 1 µs/div, Y = 50 V/div.

Orez. 9 . Oscilograma curentului din bobină pentru tranzistorul 2T908A.
Setări: X = 1 µs/div, Y = 1 A/div.

Oscilogramele de mai sus arată că modelul reflectă bine procesele care au loc în elemente reale, cel puțin la nivel calitativ. Diferențele cantitative apar din cauza lipsei unor modele precise ale elementelor testate.

Luați în considerare acum modelul prezentat în Figura 10, în care inductorul bobinei Tesla este folosit ca inductor.

Fig.10. Model de circuit cu inductor și bobină Tesla.

Diagramele de timp ale curentului din inductorul L1 și ale tensiunii de pe bobina Tesla L2 sunt prezentate în Figura 11.

Orez. 11. Diagrame de timp ale modelului

Pe Figura 12 prezintă un fragment aceeași diagramă, în care se vede clar că o modificare a curentului în inductor la o rată care este de două ori mai mică decât rata de modificare a tensiunii pe bobina Tesla nu are practic niciun efect asupra oscilațiilor din bobina Tesla. Schimbarea curentului la o rată egală cu rata de modificare a tensiunii pe bobina Tesla are un efect puternic asupra amplitudinii oscilațiilor.

Orez. 12. Un fragment din diagrama de timp anterioară.
Verde - curent în inductorul L1.
Maro - tensiune pe bobina Tesla L2.

Pentru a menține și a crește amplitudinea oscilațiilor în bobina Tesla, este necesară creșterea frecvenței impulsurilor de curent în inductor, în timp ce fiecare impuls trebuie să cadă în faza dorită. În practică, acest lucru poate fi realizat folosind sincronizarea generatorului de la contor, a cărui intrare este alimentată cu oscilații de la bobina Tesla. Deoarece sarcina noastră nu este să proiectăm un nod specific, pur și simplu am preluat frecvența generatorului din model. Un model al unui astfel de proces este prezentat în Figura 13.

Fig.13. Un model de circuit cu un inductor și o bobină Tesla care menține oscilații continue în el.

Acest model diferă de precedentul doar prin parametrul care stabilește frecvența de oscilație a generatorului.

Diagramele de timp ale curentului din inductorul L1 și ale tensiunii de pe bobina Tesla L2 sunt prezentate în Figura 14.

Orez. 14. Diagrame de timp ale modelului.
Verde - curent în inductorul L1.
Maro - tensiune pe bobina Tesla L2.

Pentru a crește curentul în inductor, este necesar să creșteți curentul de stare a diodei. În perioada sovietică, diodele de difuzie au fost lansate pentru zeci și chiar sute de amperi, așa că nu există restricții pe această parte. Tensiunile de funcționare ale diodelor de difuzie ajung și la câțiva kilovolți. Conectarea mai multor diode în serie nu are sens. Întregul proces va determina care diodă se recuperează prima. Cel puțin atunci când dioda și tranzistorul prezentate aici sunt conectate în serie, toate diagramele sunt aceleași ca pentru diodă. Are un cooldown mai mic.

Rețineți că procesul din bobina Tesla este afectat nu numai de mărimea curentului în momentul rupturii, ci și de mărimea modificării acestuia, adică circuitul este și economic din punct de vedere al costurilor energetice. Modificarea curentului este egală cu suma curentului diodei la sfârșitul impulsului și a curentului în momentul recuperării. Pierderile în circuitele de rezistență sunt proporționale cu pătratul curentului, iar suma pătratelor este întotdeauna mai mică decât pătratul sumei.

Generatorul, în funcție de tensiunea sursei de alimentare, generează impulsuri de înaltă tensiune cu o amplitudine de până la 25 kV. Poate funcționa de la o baterie galvanică de 6V (patru celule de tip "A"), o baterie reîncărcabilă de 6 ... 12V, rețeaua de bord a unei mașini, o sursă de alimentare de laborator de până la 15V. Gama de aplicații este destul de largă: garduri electrice la o fermă pentru animale, o brichetă cu gaz, o protecție împotriva șocurilor electrice etc. La fabricarea unor astfel de dispozitive, transformatorul de înaltă tensiune provoacă cea mai mare dificultate.

Chiar și cu o producție reușită, nu este fiabilă și adesea eșuează din cauza umidității sau din cauza defectării izolației dintre bobine. O încercare de a realiza un generator de înaltă tensiune bazat pe un multiplicator de tensiune de diodă, de asemenea, nu dă întotdeauna un rezultat pozitiv.

Cel mai simplu mod este să utilizați un transformator de înaltă tensiune gata făcut - o bobină de aprindere a unui automobil dintr-o mașină cu un sistem de aprindere clasic. Acest transformator este foarte fiabil și poate funcționa chiar și în cele mai nefavorabile condiții de teren. Designul bobinei de aprindere este proiectat pentru o funcționare dificilă în toate condițiile meteorologice.

Schema schematică a generatorului este prezentată în figură. Un multivibrator asimetric este realizat pe tranzistoarele VT1 si VT2, genereaza impulsuri cu o frecventa de aproximativ 500 Hz. Aceste impulsuri curg prin sarcina colectorului tranzistorului VT2 - înfășurarea primară a bobinei de aprindere. Ca urmare, în înfășurarea sa secundară este indusă o tensiune de înaltă tensiune pulsată alternativă, care are un număr mult mai mare de spire.

Această tensiune este furnizată descărcătorului, dacă este un mijloc de autoapărare sau o brichetă pentru gaz, sau unui gard electric. În acest caz, tensiunea este furnizată gardului de la borna centrală a bobinei de aprindere (de la borna de la care este furnizată tensiunea către distribuitor și lumânări), iar plusul comun al circuitului trebuie împământat.

Dacă generatorul va fi folosit ca mijloc de autoapărare, cel mai convenabil este să îl faceți sub forma unui baston. Luați un tub din plastic sau metal cu un astfel de diametru încât bobina de aprindere să fie strâns introdusă în el cu carcasa sa metalică. În restul spațiului conductei, plasați bateriile și tranzistoarele. S1 în acest caz este butonul instrumentului. Partea superioară a corpului bobinei va trebui refăcută.

Cel mai convenabil este să luați o priză de stil vechi pentru o rețea de 220 V, cu contacte deșurubate. Orificiul pentru fir din el trebuie să fie găurit astfel încât o parte a bobinei de aprindere cu un contact de înaltă tensiune să se potrivească strâns în ea. Apoi trebuie să aduceți firele de montare din acest contact și din plusul comun al circuitului și, de-a lungul marginilor mufei, să le aduceți la pinii mufei.

Apoi, acest dop trebuie să fie uns cu clei epoxidic în orificiul găurit pentru sârmă și strâns pe carcasa de plastic a contactului bobinei de înaltă tensiune. Sub contactele pin ale mufei, trebuie să înșurubați petalele bitului, distanța dintre care ar trebui să fie de aproximativ 15 mm.

Bobina de aprindere poate fi oricare dintr-un sistem de aprindere cu contact (nu se potrivește dintr-unul electronic), de preferință importată - este mai mică ca dimensiune și vară.

Setarea constă în selectarea valorii lui R1 în așa fel încât să existe o descărcare electrică sigură între petalele de descărcare.