Генератор высокого напряжения на одном транзисторе

Пробуем на практике

Как вы уже поняли, частота генератора определяется параметрами времязадающей RC-цепочки: от сопротивления резистора и ёмкости конденсатора будет зависеть, сколько времени будет длиться заряд/разряд конденсатора. Примерная формула такова:

Верхняя частота генератора ограничена скоростью переключения КМОП-элементов (условно, порядка 2 МГц). При этом и на достаточно низких частотах генератор работает уверенно:

• С1 . . . . . . . 1 мкФ
• R1 . . . . . . . 680 кОм
• f . . . . . . . .  1 Гц.

Схема собрана на макетной плате. Чтобы увидеть работу генератора, я подключил к его выходу светодиод через токоограничивающий резистор. Считается, что микросхема этого типа может выдерживать выходной ток до 6.8 мА, так что вполне способна засветить не очень мощный светодиод без дополнительного ключа на транзисторе. Вот что получилось:

Ну а вот как выглядит сигнал генератора на осциллограмме:

Осциллограмма выходного сигнала генератора

Формирователи импульсов по фронту сигнала

Формирователи импульсов по фронту сигнала

При разработке цифровых устройств нередко требуется формировать импульсы, привязанные к входному сигналу. Если не предъявляются высокие требования к стабильности и длительности формируемого импульса, могут применяться схемы на основе дифференцирующих (рис. 1.49) или интегрирующих (рис. 1.50 и 1.51) RC-цепей. В этом случае для расчета длительности импульса используются те же соотношения, что и для одновибраторов.

Рис. 1.49. Формирователь импульсов на дифференцирующих цепях

На рис. 1.52 показана схема формирователя, в которой в зависимости от длительности запускающего импульса формируемый выходной импульс будет иметь фиксированную или укороченную длительность. Схема, приведенная на рис. 1.53, генерирует импульсы по переднему и заднему фронту входного сигнала. Причем выходные импульсы имеют всегда полную длительность, независимо от момента снятия сигнала запуска. Здесь допускается раздельная регулировка. Длительности и периода следования импульсов.

Схема, рис. 1.54, может использоваться для повторения входного сигнала с помехами по фронтам (от удаленного источника). Она позволяет улучшить форму импульсных сигналов со «звоном» (колебаниями по фронтам импульсов),

Рис. 1.50. Формирователи импульсов на основе интегрирующих цепей

Рис. 1.51. Формирователь импульса по фронту сигнала

Рис. 1 52. Формироватеть пмпульса

Рис. 1.53. Формирователь импульсов по переднему и заднему фронту входного сигнала

Pис 1.54. Повторитель входных импульсов с защитой от помех

что бывает при передаче сигнала по длинной, плохо согласованной линии или радиоканалу. Постоянная времени цепи R1-C1 зависит от периода следования входных импульсов и выбирается такой, чтобы к приходу спада входного импульса напряжение на конденсаторе С1 было близко к напряжению питания Тогда первый же перепад входного импульса установит триггер D2.1 снова в единичное состояние.

Рис. 1.55. Формирователь импульсов с синхронизацией тактовой частотой

Большую помехоустойчивость и стабильность в работе обеспечивают схемы формирователей импульсов без использования RC-цепей, рис. 1.55. 1.57. В этом случае выходные сигналы получаются синхронными с внутренней тактовой частотой. Процесс синхронизации сводится к сдвигу фронта импульса входной информации до совпадения его с фронтом ближайшего тактового импульса. При этом длительность преобразованных таким образом информационных импульсов будет также определяться длительностью импульса синхрочастоты.

Рис. 1.56. Формирование двух импульсов

Рис. 1.57. Формирователь импульсов

Длительность формируемых схемой, рис. 1.55а, импульсов будет равна периоду тактовой частоты (T=1/fт), и ее легко можно изменить, меняя частоту на входе 2. Используя счетчики и комбинационную логику, можно получить выходной сигнал практически любой длительности.

Схема на рис. 1.56 обеспечивает на выходе формирование двух импульсов, привязанных к фронтам входного сигнала.

Схема, показанная на рис. 1.57, в зависимости от длительности информационного импульса на выходе дает синхронизированные с тактовой частотой одиночный импульс или же серию импульсов.

Цифровые схемы применяют также при передаче (обмене) не синхронизированных сигналов между устройствами. Каждый источник, как правило, имеет свой тактовый генератор и непосредственное использование этих сигналов может привести к сбоям из-за случайного разброса фаз тактовых импульсов. В этом случае становится обязательным привязка в приемном устройстве всех внешних управляющих сигналов к собственной тактовой частоте.

Источник

Формирователь импульсов от механических контактов

При проектировании цифровых устройств
часто возникает задача четкого формирования импульсов от
механических контактов (при срабатывании реле, кнопок,
переключателей и т.д.), так как непосредственная подача этих
сигналов на входы цифровых устройств недопустима из-за “дребезга”
контактов. Дребезг контактов — это явление многократного
неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их
соприкосновения и расхождения. Это явление приводит к формированию
пачки импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада
напряжения), могущих вызвать многократное непредсказуемое
срабатывание триггеров и счетчиков схемы цифрового устройства.

Существует множество вариантов построения цепей подавления
импульсов дребезга контактов с помощью статического триггера,
дифференцирующей и интегрирующей цепей, а также узла, обладающего
свойствами интегрирующей цепи и триггера Шмитта. На рис. 7
приведены примеры схем подавления “дребезга” контактов.

Наиболее надежной и простой в схемном решении является схема подавления
дребезга на статическом RC — триггере (рис. 7, а). Сигнал “0”,
подаваемый с помощью переключателя к одному из входов этого триггера
опрокидывает его. Причем при каждом срабатывании переключателя
(кнопки) триггер реагирует на первое же замыкание соответствующей
контактной пары и последующие замыкания уже не изменяют его
состояние.

Рис. 7 — Схема формирователей импульсов от механических контактов

Недостатком такой схемы подавления дребезга является
необходимость использования контактов на переключение, что не всегда
приемлемо. В тех случаях, когда кнопка (переключатель) имеет всего
одну пару контактов только на замыкание, применяются схемы,
использующие постоянную времени перезаряда конденсатора.

Формирователь, показанный на рис. 7, б лишен этого
недостатка. Он состоит из триггера Шмитта, на входе которого
включена интегрирующая цепь (R2C). При замыкании контактов кнопки
SB напряжение на входе цепи R2 C падает до нуля. Возникающее в
процессе переключения кратковременные импульсы, вызванные
“дребезгом”, сглаживаются интегрирующей цепью. Постоянная времени
интегрирующей цепи выбирается так, чтобы амплитуда пульсаций сигнала
на её выходе была меньше порога чувствительности триггера
Шмитта.

Рассматриваемый формирователь может работать и без
сопротивления R2 (его включают в качестве токоограничивающего
сопротивления через замкнутые контакты кнопки). Благодаря малому
сопротивлению замкнутых механических контактов первое же их
замыкание приводит к полному разряду конденсатора. Последующие же
размыкания контактов, вызванные дребезгом, практически не
увеличивают напряжение на конденсаторе вследствие относительно
большой постоянной времени его заряда.

Формирователь импульсов на
одном инверторе (рис. 7, в) позволяет получить относительно
большую постоянную времени перезаряда конденсатора при малой его
емкости. При замыкании контактов кнопки конденсатор С быстро
разряжается через R2. В отличие от рассмотренных выше
формирователей, здесь на выходе вырабатывается импульс, длительность
которого определяется постоянной времени RC цепи.

Для формирования импульсов от механических контактов можно использовать
также одновибратор.

Текст из документа «2.3.1.2 Формирователь импульсов на элементах логики с использованием RC цепи»

Формирователь импульсов на элементах логики с использованием RC цепи.

RC цепи широко применяются в импульсной технике для формирования сигналов различной формы. RC -цепь — это цепь состоящая из сопротивления R и конденсатора С. Постоянная времени этой цепи определяется как t = RC. В зависимости от сочетания соединений RС цепь может выполнять функцию как укорачивающей, так и удлиняющей цепей. Формирователь импульса с удлиняющей RC цепью и его временные диаграммы приведены на рис. 4.4, а и б, соответственно.

Длительность выработанного формирователем импульса можно вычислить исходя из условия разряда конденсатора С. Действительно, пока конденсатор С разряжается до уровня порогового напряжения U_пор, напряжение U₂ воспринимается элементом Э₂ как уровень логической “1” и на его выходе поддерживается “0”. С течением времени t_и напряжение на конденсаторе С становится равным U_пор и на выходе элемента Э₂ появится “1”. Если считать, что напряжение до начала разряда на конденсаторе было равно напряжению уровня “1”, т.е. U1, то изменение напряжения U_с с течением времени можно представить как

,

отсюда имеем  

.

Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения U_пор

.

  Для ускоренного восстановления заряда конденсатора в схему может быть включен дополнительный диод D1 (рис. 4.4, а). Из-за большого обратного сопротивления диода его влияние в процесс разряда конденсатора можно не учитывать, т.е. разряд конденсатора будет осуществляться только через сопротивление R.

В тех случаях, когда требуется получить импульсы большой длительности и в схеме используется конденсатор большой емкости, последовательно с диодом включают дополнительное сопротивлени R_доб, ограничивающее ток заряда конденсатора. Величину сопротивления R выбирают исходя из следующих условий:

во-первых, величина сопротивления R не должна превышать максимально допустимого значения, при котором на этом сопротивлении за счет обратного входного тока элемента логики может создаться напряжение, сравнимое с напряжением U_пор (для элементов ТТЛ структуры максимальное значение R_мак = 2,2 кОм);

во-вторых, минимальное значение сопротивления ограничено допустимой нагрузочной способностью логического элемента Э₁ и определяется как

где U1 — напряжение на выходе элемента Э₁ в состоянии логической “1”; n — коэффициент разветвления (нагрузочная способность) выхода логического элемента; I_вх — входной ток одного элемента.

Номинал добавочного сопротивления имеет ограничение “снизу”, и определяется из условия

,

где U_{пр D1} — прямое падение напряжения на диоде D1; I1_доп — допустимый выходной ток элемента Э₁ в состоянии логической “1”.

Схема формирователя коротких импульсов с помощью укорачивающей (дифференцирующей) RC цепи показана на рис. 4.5. Длительность выходного импульса формирователя может быть определена из соотношения

,

где R_вых — выходное сопротивление первого элемента формирователя.

Использование мультивибраторов

Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 4, 5.

Рис. 4. Схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов.

На рис. 4 показана схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов, включенных в качестве нагрузки в цепи коллекторов. Вращением ручки потенциометра R3 можно управлять соотношением длительностей свечения светодиодов левой и правой ветвей.

Если увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, частота генерации понизится, светодиоды начнут мигать. При уменьшении емкости этих конденсаторов частота генерации возрастает, мелькание светодиодов сольется в сплошное свечение, яркость которого будет зависеть от положения ручки потенциометра R3.

На основе подобного схемного решения могут быть собраны разнообразные полезные конструкции, например, регулятор яркости светодиодного фонарика; игрушка с мигающими глазами; устройство плавного изменения спектрального состава источника излучения (разноцветные светодиоды или миниатюрные лампочки и светосуммирую-

щий экран).

Рис. 5. Генератор переменной частоты — схема.

Генератор переменной частоты (рис. 5) конструкции В. Цибульского позволяет получать плавно изменяющееся со временем по частоте звучание [Р 5/85-54]. При включении генератора его частота возрастает с 300 до 3000 Гц за 6 сек (при емкости конденсатора C3 500 мкФ).

Изменение емкости этого конденсатора в ту или иную сторону ускоряет или, напротив, замедляет скорость изменения частоты. Плавно изменять эту скорость можно и переменным сопротивлением R6.

Для того чтобы этот генератор мог выполнять роль сирены, или быть использованным в качестве генератора качающейся частоты, можно предусмотреть схему принудительного периодического разряда конденсатора C3. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.

Классификация

Транзисторные генераторы имеют несколько классификаций:

• по диапазону частот выходного сигнала;
• по типу выходного сигнала;
• по принципу действия.

Диапазон частот – величина субъективная, но для стандартизации принято такое деление частотного диапазона:

• от 30 Гц до 300 кГц – низкая частота (НЧ);
• от 300 кГц до 3 МГц – средняя частота (СЧ);
• от 3 МГц до 300 МГц – высокая частота (ВЧ);
• выше 300 МГц – сверхвысокая частота (СВЧ).

Таково деление частотного диапазона в области радиоволн. Существует звуковой диапазон частот (ЗЧ) – от 16 Гц до 22 кГц. Таким образом, желая подчеркнуть диапазон частот генератора, его называют, например ВЧ или НЧ генератором. Частоты звукового диапазона в свою очередь также подразделяются на ВЧ, СЧ и НЧ.

По типу выходного сигнала генераторы могут быть:

• синусоидальные – для генерации синусоидальных сигналов;
• функциональные – для автоколебания сигналов специальной формы. Частный случай – генератор прямоугольных импульсов;
• генераторы шума – генераторы широкого спектра частот, у которых в заданном диапазоне частот спектр сигнала равномерный от нижнего до верхнего участка частотной характеристики.

По принципу действия генераторов:

• RC-генераторы;
• LC-генераторы;
• Блокинг-генераторы – формирователь коротких импульсов.

Ввиду принципиальных ограничений обычно RC-генераторы используются в НЧ и звуковом диапазоне, а LC-генераторы в ВЧ диапазоне частот.

Одновибратор

Формирование импульсов с помощью простейших логических элементов. Одновибратор или ждущий или заторможенный мультивибратор генерирует импульс заданной амплитуды и длительности после прихода запускающего импульса. Одновибратор строят с использованием цепи положительной обратной связи и пороговых элементов. Очень часто в качестве времязадающих элементов в мультивибраторах применяют RC цепочки. Могут быть использованы также линии задержки, отрезки кабеля. Один из способов построения одновибраторов – использование логических элементов.

Условие нормальной работы:

t зап < t имп. . Если это условие не выполняется, то можно укоротить импульс с помощью дифференцирующей цепочки, включенной на входе запуска.

Часто требуется сформировать импульс по логическому перепаду на входе. Одна из возможных схем показана на рисунке. Длительность выходного импульса определяется на этой схеме длительностью схемы задержки ().

Вместо RC цепочки можно включить любой элемент задержки: два последовательно включенных инвертора, линию задержки, отрезок кабеля и т.д. Элемент 2И-НЕ с триггером Шмидта на входе обеспечивает устойчивую работу схемы.

Полупроводниковая промышленность выпускает специализированные микросхемы, с помощью которых при минимальном числе внешних элементов можно строить генераторы импульсов. Пример такой микросхемы в ТТЛ серии – 1533АГ3. В одном корпусе микросхемы имеется 2 независимых элемента. Длительность импульса с выхода каждого элемента равна tимп = 0.5 RC.

Таблица состояний 1533АГ3

Технические характеристики устройства для определения тока КЗ в цепях постоянного тока ИМПУЛЬС

3.2. Мультивибраторы

Мультивибратор представляет собой релаксационный генератор колебаний почти прямоугольной формы. Он является двухкаскадным усилителем на резисторах с положительной обратной связью, в котором выход каждого каскада соединен со входом другого. Само название «мультивибратор» происходит от двух слов: «мульти» — много и «вибратор» — источник колебаний, поскольку колебания мультивибратора содержат большое число гармоник. Мультивибратор может работать в автоколебательном режиме, режиме синхронизации и ждущем режиме. В автоколебательном режиме мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, в режиме синхронизации на мультивибратор действует извне синхронизирующее напряжение, частота которого определяет частоту импульсов, ну а в ждущем режиме мультивибратор работает как генератор с внешним возбуждением.

На рисунке 3.2.1 показана наиболее распространенная схема мультивибратора на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями, на рисунке 3.2.2 – графики, поясняющие принцип его работы.

Рисунок 3.2.1 Мультивибратор на транзисторах с емкостными коллекторно — базовыми связями

Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов на резисторов. Выход каждого каскада соединен со входом другого каскада через конденсаторы С1 и С2.

Мультивибратор, у которого транзисторы идентичны, а параметры симметричных элементов одинаковы, называется симметричным

Обе части периода его колебаний равны и скважность равна 2. Если кто забыл, что такое скважность, напоминаю: скважность — это отношение периода повторения к длительности импульса Q=Tи/tи

Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения. Так вот, если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным.

Мультивибратор в автоколебательном режиме имеет два состояния квазиравновесия, когда один из транзисторов находится в режиме насыщения, другой — в режиме отсечки и наоборот. Эти состояния не устойчивые. Переход схемы из одного состояния в другое происходит лавинообразно из-за глубокой ПОС.

Рисунок 3.3.2 — Графики, поясняющие работу симметричного мультивибратора

При включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резистор R3. Напряжение на его коллекторе минимально. Конденсатор С1 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и конденсатор С2 заряжается. Напряжение на конденсатор С1 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и конденсатор С2 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.

Параметры схемы должны быть следующими: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Длительность импульсов определяется по формуле:

Период импульсов определяется:

Выходные импульсы снимаются с коллектора одного из транзисторов, причем с какого именно — не важно. Другими словами, в схеме два выхода

Улучшение формы выходных импульсов мультивибратора, снимаемых с коллектора транзистора, может быть достигнуто включением разделительных (отключающих) диодов в цепи коллекторов, как показано на рисунке 3.2.3. Через эти диоды параллельно коллекторным нагрузкам подключены дополнительные резистов R_д1 и R_д2.

Рис. 3.2.3 Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов

В этой схеме после закрывания одного из транзисторов и понижения потенциала коллектора подключенный к его коллектору диод также закрывается, отключая конденсатора от коллекторной цепи. Заряд конденсатора происходит через дополнительный резистор R_д, а не через резстор в коллекторной цепи, и потенциал коллектора запирающегося транзистора почти скачком становится равным E_к. Максимальная длительность фронтов импульсов в коллекторных цепях определяется в основном частотными свойствами транзисторов.

Такая схема позволяет получить импульсы почти прямоугольной формы, но её недостатки заключаются в более низкой максимальной скважности и невозможностью плавной регулировки периода колебаний

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.

Электролиз воды

В тех случаях, когда речь идёт об электрогенераторах нового типа, не стоит забывать и о таком перспективном направлении, каким является изучение электролиза жидкостей без использования сторонних источников. Интерес к этой тематике объясняется тем, что вода по своей сути является натуральным обратимым источником. Это следует из устройства её молекулы, которая, как известно, содержит в своём составе два атома водорода и один – кислорода.

При электролизе водной массы образуются соответствующие газы, используемые в качестве полноценных заменителей традиционных углеводородов. Дело в том, что при взаимодействии газообразных составов вновь получается молекула воды, плюс попутно выделяется значительное количество тепла. Сложность этого способа состоит в том, чтобы обеспечить подвод необходимого количества энергии к электролизной ванне, достаточного для поддержания реакции разложения.

Добиться этого удается, если своими руками менять форму и расположение используемых электродных контактов, а также состав специального катализатора.

Если при этом учитывается возможность воздействия магнитного поля, то удается добиться существенного снижения расходуемой на электролиз мощности.

Обратите внимание! Уже осуществлены несколько подобных опытов, доказывающих, что, в принципе, разложить воду на компоненты (без дополнительной подкачки энергии) возможно. Дело за малым, – освоить механизм, который собирает атомы в новую структуру (вновь синтезирует молекулу воды). Дело за малым, – освоить механизм, который собирает атомы в новую структуру (вновь синтезирует молекулу воды)

Дело за малым, – освоить механизм, который собирает атомы в новую структуру (вновь синтезирует молекулу воды).

Ещё один вид преобразований энергии связан с ядерными реакциями, которые проводить в домашних условиях по понятным причинам невозможно. К тому же они нуждаются в огромных материальных и энергетических ресурсах, достаточных для инициации процесса распада ядер.

Эти реакции организуются в специальных реакторах и ускорителях, где создаются условия с высоким градиентом магнитного поля. Проблема, с которой сталкиваются увлеченные холодным синтезом ядер (ХЯС) специалисты, заключается в поиске способов поддержания ядерных реакций без дополнительного подвода сторонних энергий.

В заключение отметим, что проблема рассмотренных выше устройств и систем заключается в наличии сильного противодействия со стороны корпоративных сил, благополучие которых основано на традиционных углеводородах и энергии атома. Исследования ХЯС, в частности, объявлены ошибочным направлением, вследствие чего всякое их централизованное финансирование полностью прекращено. Сегодня изучение принципов получения свободных энергий поддерживается только силами энтузиастов.

Похожие записи:

Калькулятор падения напряжения Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания Провод пвс. виды и устройство. характеристики и применение Как соединять ноль и заземление в электрощите и в каких случаях это нужно Компас электрик как запустить Ватты, киловатты, киловатты в час