Генератор факельного разряда на mosfet-транзисторе

Генератор НЧ радиолюбителя-конструктора

Генератор НЧ является одним из самых необходимых приборов в радиолюбительской лаборатории. С его помощью можно налаживать различные усилители, снимать АЧХ, проводить эксперименты. Генератор НЧ может быть источником НЧ сигнала, необходимого для работы других приборов ( измерительных мостов, модуляторов и др. )

Желательно чтобы генератор вырабатывал не только синусоидальное, но и прямоугольное напряжение, логического уровня, скважность и амплитуду которого можно регулировать.Принципиальная схема генератора показана на Рис.1. Схема состоит из низкочастотного синусоидального генератора на операционном усилителе А1 и формирователя прямоугольных импульсов на микросхеме D1

Схема синусоидального генератора традиционная. Операционный усилитель, при помощи положительной обратной связи ( С1-С3, R3, R4, R5, C4-C6 ) выполненной по схеме моста Винна, приведён в режим генерации. Избыточная глубина положительной обратной связи, приводящая к искажению выходного синусоидального сигнала, компенсируется отрицательной ОС R1-R2. Причём R1 подстроечный, чтобы с его помощью можно было установить величину ОС такой, при которой на выходе операционного усилителя неискажённый синусоидальный сигнал наибольшей амплитуды. Лампа накаливания включена на выходе ОУ в его цепи обратной связи. Вместе с резистором R16 лампа образует делитель напряжения, коэффициент деления которого зависит от протекающего через него тока ( лампа Н1 выполняет функции терморезистора, увеличивая своё сопротивление от нагрева, вызванного протекающим током ). Частота устанавливается двумя органами управления, – переключателем S1 выбирают один из трёх поддиапазонов «20-200 Гц», «200-2000 Гц» и «2000-20000 Гц». Реально диапазоны немного шире и частично перекрывают друг друга. Плавная настройка частоты производится сдвоенным переменным резистором R5. Желательно чтобы резистор был с линейным законом изменения сопротивления. Сопротивления и законы изменения составных частей R5 должны быть строго одинаковыми, поэтому применение самодельных сдвоенных резисторов ( сделанных из двух одиночных ) недопустимо. От точности равенства сопротивлений R5 сильно зависит коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала. На оси переменного резистора закреплена ручка со стрелкой и простая шкала для установки частоты. Для точной установки частоты используют цифровой частотомер. Выходное напряжение плавно регулируют переменным резистором R6. С этого резистора поступает НЧ напряжение на милливольтметр, чтобы можно было установить необходимое выходное напряжение. Понизить установленное значение в 10 и 100 раз можно при помощи аттенюатора на резисторах R12-R14. Максимальное выходное напряжение НЧ генератора 1,0V. Для формирования импульсов служит ключ на транзисторе VT2 и три логических элемента на микросхеме D1. Выходной уровень КМОП логики. Транзистор VT2 включён по схеме ключа. Это значит, что при достижении на эго базе напряжения определённого уровня он лавинообразно открывается. На базу транзистора переменное напряжение с выхода генератора подаётся через делитель R9-R10. При помощи R9 можно установить величину минимального напряжения, при котором открывается VT2. Благодаря диоду VD1, который создаёт на эмиттере транзистора небольшое отрицательное напряжение смещения, этот порог можно устанавливать от 0,1 до 1V. То есть, до максимального значения выходного напряжения генератора. В зависимости от того, как установлен этот порок, транзистор VT2 будет открываться и закрываться на определённых участках положительной полуволны низкочастотного напряжения. И от этого будет зависеть ширина импульсов, возникающих на коллекторе транзистора. Окончательно прямоугольную форму импульсам предают элементы микросхемы D1. С гнёзд Х4 и Х5 можно снимать противофазные импульсы. Регулируют амплитуду выходных прямоугольных импульсов изменяя напряжение питания микросхемы D1 в пределах от 9,5 до 3,5V. Регулятор напряжения выполнен на транзисторе VT1. Выключают генератор тумблером на два положения S2, отключающим генератор от источника двуполярного напряжения ±10V.

Источник

Функциональный транзисторный генератор

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

Различают три основных вида импульсов:

  • прямоугольные;
  • треугольные;
  • пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов

Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно

Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

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

Принцип работы кварцевого резонатора

Работает прибор на основе пьезоэффекта, проявляющегося на пластинке из кварца, причем низкотемпературного. Элемент вырезают из цельного кристалла кварца, соблюдая задаваемый угол. Последний определяет электрохимические параметры резонатора.

Пластинки с обеих сторон покрывают слоем серебра (подходит платина, никель, золото). Затем их прочно фиксируют в корпусе, который герметизируется. Устройство представляет колебательную систему, которая обладает собственной резонансной частотой.

Когда электроды подвергаются переменному напряжению, пластинка из кварца, обладающая пьезоэлектрическим свойством, изгибается, сжимается, сдвигается (зависит от типа обработки кристалла). Одновременно в ней появляется противо-ЭДС, как это происходит в катушке индуктивности, находящейся в колебательном контуре.

Когда подается напряжение с частотой, совпадающей с собственными колебаниями пластинки, то в устройстве наблюдается резонанс. Одновременно:

  • у элемента из кварца увеличивается амплитуда колебаний;
  • сильно уменьшается сопротивления резонатора.

Энергия, которая необходима для поддержания колебаний, в случае равенства частот низкая.

Как проверить кварцевый резонатор

Проблемы с небольшими приборами возникают, если они получают сильный удар. Такое происходит при падении устройств, содержащих в конструкции резонаторы. Последние выходят со строя и требуют замены по тем же параметрам.

Проверка резонатора на работоспособность требует наличия тестера. Его собирают по схеме на основе транзистора КТ3102, 5 конденсаторов и 2 резисторов (устройство подобно кварцевому генератору, собранному на транзисторе).

Прибор необходимо в подключаемых соединениях, подключениях подключить к базе транзистора и отрицательному полюсу, защищая установкой защитного конденсатора. Питание схемы включения постоянное — 9В. Плюс подключают на вход транзистора, к его выходу — через конденсатор — частотомер, который фиксирует частотные параметры резонатора.

Схемой пользуются при настройке контура колебаний. Когда резонатор исправный, он при подключении выдает колебания, которые приводят к появлению переменного напряжения на эмиттере транзистора. Причем частота напряжения совпадает с аналогичной характеристикой резонатора.

Прибор неисправен, если частотомер не фиксирует возникновение частоты или определяет наличие частоты, но она — либо намного отличается от номинала, либо при нагреве корпуса паяльником сильно изменяется.

Блокинг-генератор

Стабилизатор тока на транзисторе

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью

Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников

Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Блокинг-генератор: виды, принцип работы

Блокинг-генератор – это релаксационный генератор импульсов, выполняется он на базе усилительного элемента (например, транзистора) с сильной трансформаторной обратной связью. Чаще всего используют положительную обратную связь.

Преимущества и недостатки

Достоинством таких генераторов считается относительная простота, возможность подсоединения нагрузки через трансформатор

Форма генерируемых импульсов приближается к прямоугольной, скважность достигает десятков тысяч, длительность – сотен микросекунд. Предельная частота повторений импульсов достигает нескольких сотен кГц

Емкость колебательных контуров у таких устройств небольшая, обуславливается межвитковыми емкостями и, конечно же, емкостью монтажа. Благодаря этим качествам блокинг-генератор нашел широкое применение в производстве: в устройствах автоматики, регулирования и промышленной электроники.

Недостатком этих генераторов является зависимость частоты от изменения напряжения питания. Стабильность частоты ниже, чем у мультивибратора, составляет всего 5-10 процентов.

Блокинг-генератор, собранный по схеме с положительной сеткой или с резонансным контуром, который настроен на частоту повтора импульсов, с фиксирующим диодом, имеет довольно высокую стабильность колебаний. Нестабильность частоты в таких схемах менее одного процента.

Существует множество схем реализации таких генераторов: ламповые транзисторные с базовым смещением, транзисторные с эмиттерной связью, с положительной сеткой, с усиленным каскадом, на полевых транзисторах и другие.

На фото изображен блокинг-генератор на полевом транзисторе.

Наибольшую популярность получили устройства на обычных транзисторах. В таких устройствах обычно используют импульсные трансформаторы. Генератор может работать в заторможенном режиме, он легко синхронизируется внешним сигналом.

Блокинг-генератор, принцип работы

Работа схемы разделяется на несколько этапов. Этап первый: происходит отпирание транзистора при поступлении импульса на эмиттер. Прибор начинает работать. Когда на базу транзистора поступает отпирающий ток, он вызывает накопление заряда, а также возрастание коллекторного тока. Через резистор положительная обратная связь, осуществляемая обмотками импульсного трансформатора, возбуждает лавинообразный процесс нарастания базового, коллекторного токов и тока нагрузки. При этом уменьшается разность потенциалов между эмиттером и коллектором транзистора, когда она достигнет нуля, прибор переходит в состояние насыщения. Этап второй: пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, считаем, что на обмотку подано постоянное напряжение питания. В результате на остальных обмотках трансформатора напряжение также неизменно. Характер изменения токов схемы определяется свойством цепей, которые включены последовательно с вторичными обмотками, а также со свойствами сердечника трансформатора. Например, при активной нагрузке ток будет постоянным. Ток на базе транзистора постоянный, но начинает уменьшаться при заряде конденсатора. Коллекторный ток определяется суммой тока намагничивания и переходных токов обмоток.

Ток намагничивания возрастает, характер роста определяется петлей гистерезиса материала сердечника. Вследствие этого увеличивается и ток коллектора. Это приводит к тому, что транзистор выходит из состояния насыщения, сформирована вершина импульса. Коллекторный ток снова становится зависимым от величины базового заряда, а базовый ток при этом начинает лавинообразно уменьшаться. Транзистор запирается, формируется срез импульса. При запирании прибора блокинг-генератор начинает восстанавливаться в исходное состояние.

Двухтактный генератор для ленивых

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

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

Механизм генерации:

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

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

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

Устройство на 100 Гц

На 100 Гц блокинг-генератор (схема показана ниже) в наше время используется часто в радиоприемниках. При этом для медицинского оборудования он не годится. Также следует учитывать, что выпрямители у моделей, как правило, устанавливаются операционного типа. Однако проводниковые аналоги также встречаются. Модуляторы для таких устройств подходят самые разнообразные.

Наиболее распространенными принято считать многоканальные модификации. Для поворотных регуляторов они подходят отлично. Непосредственно определение тактовой частоты происходит за счет изменения напряжения. Для этого блоки питания в устройства подбираются на 20 В. Также следует отметить, что на рынке представлены приборы со вспомогательными адаптерами. Для синусоидальных сигналов они подходят хорошо. При этом амплитуда колебаний их определяется за счет преобразователя.

Изображение на электрических схемах

Какой генератор потянет инверторный сварочный аппарат

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

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

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

Схемы генераторов на транзисторах

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

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

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

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

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

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе

Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

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

Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.

Преобразователь (рис.

В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.

При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и C3, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.

Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и C3 в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.

При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.

Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

Генератор звука на 1 кГц

Рис. 2 — Генератор звука на 1 кГц

Как видно из схемы (рис. 2), генератор представляет собой каскад усиления, охваченный положительной обратной связью. Частота генерации определяется номиналами конденсаторов С1-С3 и резисторов R1-R3. При указанных номиналах частота генерации равна примерно 1 кГц. Транзистор, используемый в этой схеме, должен обладать достаточно высоким статическим коэффициентом передачи тока базы — не менее 100-150.

Синусоидальное напряжение снимается с коллекторной нагрузки транзистора. Для уменьшения выходного сопротивления генератора применен
эмиттерный повторитель на транзисторе VТ2.
Этот каскад согласует низкое сопротивление
нагрузки с довольно высоким выходным
сопротивление генератора. При помощи
переменного резистора R7 можно
устанавливать уровень выходного сигнала
генератора. Питание генератора можно
осуществлять от батареи типа «Крона»,
либо от сетевого источника.

В генераторе помимо
указанных
можно применить транзисторы типа КТ3102, а
при перемене полярности источника питания —
КТ3107, КТ361Г… Особо следует подойти к выбору
типа конденсаторов в фазосдвигающей цепи —
здесь лучше применить пленочные (типа К73…)
конденсаторы с невысоким отклонением от
номинала (не более 5 %).

Печатную плату в такой простой конструкции разрабатывать нецелесообразно — весь монтаж можно выполнить на кусочке универсальной макетной платы.

Конструктивно генератор можно выполнить в небольшой коробке. На лицевую панель выводится выключатель питания, ось переменного резистора и выходные гнезда.

Правильно собранный из исправных деталей генератор, как правило, налаживания не требует. Полезно проверить при помощи частотомера частоту генерации и, если нужно, — подкорректировать ее, изменяя в небольших пределах номинал резистора R3.

Функциональный транзисторный генератор

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

Различают три основных вида импульсов:

  • прямоугольные;
  • треугольные;
  • пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов

Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно

Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

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

Устройство на 100 Гц

На 100 Гц блокинг-генератор (схема показана ниже) в наше время используется часто в радиоприемниках. При этом для медицинского оборудования он не годится. Также следует учитывать, что выпрямители у моделей, как правило, устанавливаются операционного типа. Однако проводниковые аналоги также встречаются. Модуляторы для таких устройств подходят самые разнообразные.

Наиболее распространенными принято считать многоканальные модификации. Для поворотных регуляторов они подходят отлично. Непосредственно определение тактовой частоты происходит за счет изменения напряжения. Для этого блоки питания в устройства подбираются на 20 В. Также следует отметить, что на рынке представлены приборы со вспомогательными адаптерами. Для синусоидальных сигналов они подходят хорошо. При этом амплитуда колебаний их определяется за счет преобразователя.

Сборка

Пройдемся по компонентам: транзисторы — любые мощные мосфеты, но стоит учитывать, что амплитуда напряжения на стоках превышает питающее в примерно три раза, советую IRFP250-260N. Резисторы два ватта 470-560 ом, стабилитрон 12-18 вольт 1,3 ватта, или супрессор на то же напряжение (у меня супрессор 1,5KE12A). Дроссель мотается проводом не тоньше 0,7мм (у меня 1 мм) на кольце из феррита или порошкового железа (сине-салатовые или желто-белые кольца из компьютерных блоков питания тоже подходят), индуктивность 50-200мкгн, оптимально 100. Диоды быстрые 400+ вольт 1+ампер (я использовал HER308). Конденсаторы пленочные не менее 630 вольт, но нежелательно, греются, суммарная емкость 0,3-1мкф, оптимально 0,6-0,7мкф. Советую использовать пару MKPH 0,3мкф, они вообще не греются. Печатную плату я оставлю внизу в формате PDF.

После запайки всех компонентов переходим к изготовлению трансформатора: на любом советском строчнике мотаем 5+5 витков монтажного провода в одну сторону, вторичкой будет высоковольтная обмотка. Ну а теперь фото красивой дуги, полученной при питании 19 вольт.

Всем спасибо за прочтение! Буду рад, если статья была полезной и интересной!