Что такое генератор биполярных импульсов. Как работает схема формирования биполярных сигналов. Для чего используются генераторы биполярных импульсов в электронике. Какие существуют варианты схем генераторов биполярных импульсов.
Принцип работы генератора биполярных импульсов
Генератор биполярных импульсов — это электронное устройство, формирующее прямоугольные импульсы с положительной и отрицательной полярностью. Основными элементами такого генератора являются:
- Задающий генератор импульсов
- Формирователь биполярных импульсов
- Выходные каскады
Принцип работы заключается в следующем:
- Задающий генератор формирует последовательность однополярных импульсов заданной частоты
- Формирователь преобразует однополярные импульсы в биполярные, чередуя их полярность
- Выходные каскады усиливают биполярные импульсы до нужной амплитуды
Ключевым элементом является схема формирователя, которая обычно строится на основе D-триггера и логических элементов.
Основные схемы генераторов биполярных импульсов
Существует несколько распространенных вариантов построения генераторов биполярных импульсов:
1. На основе мультивибратора и формирователя
В этой схеме мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы, которые затем преобразуются формирователем в биполярные. Преимущество — простота реализации.
2. С использованием D-триггера
D-триггер меняет состояние по фронтам импульсов задающего генератора, формируя чередующиеся биполярные импульсы. Позволяет получить стабильную частоту.
3. На операционных усилителях
ОУ используются для формирования и усиления биполярных импульсов. Дает возможность точно задавать параметры сигнала.
4. Цифровая схема на логических элементах
Полностью цифровая реализация на счетчиках и логических вентилях. Обеспечивает высокую стабильность частоты.
Применение генераторов биполярных импульсов
Генераторы биполярных импульсов широко используются в различных областях электроники и техники:
- Тестирование и отладка цифровых схем
- Измерительная техника
- Системы передачи данных
- Радиолокационные системы
- Импульсные источники питания
Одно из важных применений — управление мостовыми и полумостовыми преобразователями напряжения. Биполярные импульсы обеспечивают поочередное переключение транзисторов в таких схемах.
Особенности применения в преобразователях напряжения
При использовании генераторов биполярных импульсов в преобразователях напряжения необходимо учитывать ряд факторов:
- Инерционность процессов в транзисторах
- Возможность возникновения сквозных токов
- Необходимость временных задержек между импульсами
Для повышения надежности работы преобразователей применяют следующие методы:
- Введение «мертвого времени» между импульсами
- Использование драйверов с защитой от сквозных токов
- Оптимизация параметров импульсов под конкретные транзисторы
Правильный выбор параметров биполярных импульсов позволяет значительно повысить эффективность и надежность работы преобразователей напряжения.
Регулировка параметров биполярных импульсов
Современные генераторы биполярных импульсов позволяют гибко настраивать параметры выходного сигнала:
- Частота импульсов
- Амплитуда положительной и отрицательной полуволны
- Длительность импульсов
- «Мертвое время» между импульсами
- Форма фронтов импульсов
Регулировка этих параметров дает возможность оптимизировать работу устройств, управляемых биполярными импульсами. Например, в преобразователях напряжения можно добиться максимальной эффективности и минимизировать потери на переключение.
Методы формирования биполярных импульсов
Существует несколько основных методов формирования биполярных импульсов из однополярных:
1. Метод переключения полярности
В этом методе используется переключатель полярности, управляемый задающим генератором. Он поочередно подключает положительное и отрицательное напряжение к выходу.
2. Метод инвертирования
Каждый второй импульс инвертируется с помощью схемы на операционном усилителе. Это позволяет получить чередующиеся положительные и отрицательные импульсы.
3. Цифровой метод
Используются цифровые схемы на счетчиках и логических элементах для формирования биполярной последовательности импульсов.
Выбор конкретного метода зависит от требований к параметрам импульсов и особенностей применения генератора.
Проблемы и их решения при разработке генераторов биполярных импульсов
При разработке генераторов биполярных импульсов инженеры сталкиваются с рядом проблем:
- Обеспечение симметричности положительных и отрицательных импульсов
- Минимизация искажений формы импульсов
- Стабилизация частоты при изменении нагрузки
- Уменьшение выбросов на фронтах импульсов
- Использование прецизионных компонентов в схеме формирователя
- Применение цепей обратной связи для стабилизации параметров
- Оптимизация топологии печатной платы
- Использование специализированных драйверов для выходных каскадов
Правильный выбор схемотехнических решений позволяет создавать генераторы биполярных импульсов с высокими техническими характеристиками.
Перспективы развития генераторов биполярных импульсов
Развитие технологий открывает новые возможности для совершенствования генераторов биполярных импульсов:
- Повышение рабочих частот до сотен мегагерц
- Улучшение точности формирования импульсов
- Миниатюризация устройств
- Интеграция с цифровыми системами управления
Перспективными направлениями являются:
- Разработка программируемых генераторов с цифровым управлением
- Создание интеллектуальных генераторов с адаптивной подстройкой параметров
- Применение новых полупроводниковых материалов для повышения быстродействия
Эти инновации позволят расширить области применения генераторов биполярных импульсов и повысить эффективность устройств на их основе.
⚡️Генератор прямоугольных биполярных импульсов | radiochipi.ru
На чтение 2 мин. Опубликовано Обновлено
Приведена несложная схема формирователя биполярных импульсов с возможностью раздельного и независимого регулирования их частоты и коэффициента заполнения.Биполярные импульсы преимущественно используют для поочередного переключения транзисторов в мостовых и полумостовых преобразователях напряжения.
Хорошо известно, что при работе таких преобразователей на повышенных частотах на надежности их работы начинают фатально сказываться инерционные процессы рассасывания неосновных носителей тока в базовых цепях силовых транзисторов. В итоге последовательно включенные транзисторы могут одновременно оказаться в токопроводящем состоянии, несмотря на отсутствие управляющего сигнала.
[info]Профессиональное обучение электромонтажников, курсы электриков в Санкт-Петербурге по доступной цене.[/info]
В этой связи с высокой долей вероятности возможен выход из строя дорогостоящих транзисторов за счет протекания через них неконтролируемого сквозного тока [1 -3]. Для того чтобы снизить вероятность протекания сквозного тока между импульсами вводят паузу, длительность которой должна несколько превышать время рассасывания неосновных носителей тока.
Способ получения серии биполярных импульсов из последовательности однополярных с использованием генератора импульсов. D-триггера, схем антисовпадений и операционного усилителя, питаемого от источника двуполярного напряжения, был впервые описан в британской печати [4] и затем продублирован в отечественной [5].
Устройство (Рисунок 1) наследует выходные каскады формирователей (4, 5] и отличается возможностью плавного и независимого регулирования частоты и ширины биполярных импульсов. Задающий генератор выполнен на элементе DD1.1 КМОП микросхемы CD40106.
Рабочая частота генератора определяется RC-цепями: емкостью конденсатора С1 и суммарным сопротивлением резисторов и потенциометров R1-R5. Эту частоту можно плавно регулировать при помощи потенциометра R2 в пределах от 850 до 6000 Гц. Частоту работы генератора можно рассчитать по выражению
f=(R1+R2+R3+R4+R5)/1.72*(R1+R2)*(R3+R4+R5)*C
где:
- f- в кГц,
- R- в кOм,
- С- в мкФ.
Резистивная цепочка R3-R5 подключена параллельно цепочке R1, R2. С движка потенциометра этой цепочки R4 снимается сигнал пилообразной формы, формируемый при заряде-разряде конденсатора С1. Этот сигнал, инвертированный элементом DD1.2 (триггер Шмитта, обладающий пороговым эффектом переключения), совместно с сигналом, снимаемым с выхода задающего генератора, поступает на элемент DD2.1 «ИЛИ» и на формирователь биполярных импульсов (элементы DD2.2, DD2.3, микросхема DA1), выполненный по ранее известной схеме [4,5].
Регулировка потенциометра R4 позволяет в широких пределах, практически от 0 до 100%, менять ширину выходных биполярных импульсов, не влияя на частоту работы генератора. Резисторы R3. R5 предназначены для ограничения пределов регулировки ширины импульсов по минимуму и по максимуму их длительности.
4. Генераторы импульсов | Техническая библиотека lib.qrz.ru
Генераторы импульсов
Вариант простейшего генератора (мультивибратора) показан на рис. 1.30а. Схема имеет два динамических состояния. В первом из них, когда на выходе D1.1 состояние лог. «1» (выход D1.2 лог. «0»), конденсатор С1 заряжается. В процессе заряда напряжение на входе инвертора D1.1 возрастает, и при достижении значения Uпор=0,5Uпит происходит скачкообразный переход во второе динамическое состояние, в котором на выходах D1.1 лог. «О», D1.2 — «1». В этом состоянии происходит перезаряд емкости (разряд) током обратного направления. При достижении напряжения на С1 Unop происходит возврат схемы в первое динамическое состояние. Диаграмма напряжений поясняет работу. Резистор R2 является ограничительным, и его сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, а чтобы он не влиял на расчетную частоту, номинал резистора R1 выбираем значительно больше R2 (R2<0,01R1). Ограничительный резистор (R2) иногда устанавливают последовательно с конденсатором. При использовании неполярного конденсатора С1 длительность импульсов (tи) и пауза (tо) будут почти одинаковыми: tи=to=0,7R1C1. Полный период T=1,4R1C1. Резистор R1 и конденсатор С1 могут находиться в диапазоне 20 к0м…10 МОм; 300 пф…100 мкФ.
При использовании в схеме (рис. 1.30б) двух инверторов микросхемы К561ЛН2 (они имеют на входе только один защитный диод) перезаряд конденсатора будет происходить от уровня Uпит+Unop. В результате чего симметрич-
ность импульсов нарушается tи=1,1R1C1, to=0,5R1C1, период T=1,6R1C1.
Рис. 1.30. Генератор импульсов на двух инверторах
Рис 1.31. Генератор импульсов с раздельной установкой длительности
импульса и паузы между ними
Рис. 1.32. Генератор импульсов на трех инверторах
Так как порог переключения логических элементов не соответствует точно половине напряжения питания, чтобы получить симметричность импульсов, в традиционную схему генератора можно добавить цепь из R2 и VD1, рис. 1.ЗОв.Резистор R2 позволяет подстройкой получить меандр (tи=to) на выходе генератора.
Схема на рис. 1.31 дает возможность раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами: tи=0,8C1R1, to=0,8C1R2. При номиналах элементов, указанных на схеме, длительность импульсов около 0,1 с, период повторения 1 с.
Более стабильна частота у генераторов, выполненных на трех инверторах (Рис. 1.32). Процесс перезаряда С1 в сторону уменьшения напряжения на левой обкладке начинается от напряжения Uпит+Unop, в результате чего на это уходит больше времени tи=1,1C1R2. Полный период колебаний составит
T=1,8C1R2.
На рис. 1.33 приведены схемы аналогичных генераторов, которые позволяют раздельно регулировать длительность и паузу между импульсами или при неизменной частоте регулировать скважность импульсов. Мультивибратор на основе триггера Шмитта показан на рис. 1.34.
Если требуется получить на выходе приведенных выше схем генераторов симметричные импульсы без подстройки, то после схемы необходимо ставить триггер или же воспользоваться схемой на трех инверторах, рис. 1.35. Элемент
D1.1 используется для создания второй цепи отрицательной обратной связи, охватывающей инвертор D1.2 (главную цепь обратной связи для сигнала образует резистор R5) Элемент микросхемы D1 1 работает в режиме с низким
коэффициентом усиления при замкнутой обратной связи подобно операционному усилителю работающему в линейной части характеристики В результате этого инвертированное пороговое напряжение инвертора D1 1 может быть просуммировано с напряжением отрицательной обратной связи и подано на вход
Рис 133 Генератор пмпульсов с раздельнои регулировкой
а) длительности импульсов и паузы между ними б) скважности импульсов
Рис 1 34 Генератор перекрывающихся импульсов
Рис 1 35 Генератор с симметричными импульсами на выходе
элемента D1.2. Если соотношение R2/R1 равно отношению R3/R5 может быть получена полная компенсация ошибок обусловленных изменением пороговых напряжении элементов D1.1 и D1.2 При этом предполагается, что все элементы схемы расположены в одном корпусе и их пороговые напряжения фактически равны Частота импульсов такой схемы определяется из соотношения F=1/R5C1 (она будет примерно в два раза выше по сравнению со схемой, показанной на рис. 1.30)
Симметричный мультивибратор можно выполнить на основе RS-триггере, рис 1.36. Вариант схемы на рис 1.31в позволяет резисторы R1 и R2 выби
Рис1.36 Симметричные мультивибраторы
а) на RS триггере с двумя конденсаторами, б) с одним конденсатором,
в) с резисторами соединенными с источником питания, г) на двух RS триггерах
рать более низкоомными, потому что диоды разделяют цепь заряда от выходов триггера. Вторым преимуществом этой схемы является то, что она позволяет легко и независимо регулировать в определенных границах период и скважность генерируемых импульсов. Скважность можно регулировать линейно, если R1 и R2 объединить в один потенциометр, а период — если общий конец R1 и R2 соединить с источником питания через потенциометр.
С целью уменьшения количества дискретных элементов предложена схема мультивибратора на двух RS-триггерах, рис. 1.36г.
Рис. 1.37 Автогенератор на основе двух логических элементов
Рис. 1 38. Автогенератор на двух одновибраторах
Симметричный мультивибратор можно выполнить на двух ЛЭ, рис. 1 37 или одновибраторах, рис. 1.38. Это также позволяет иметь раздельную регулировку длительности импульсов и интервала между ними.
Простейшие схемы симметричных мультивибраторов приведены на рис. 1.39. При этом, если R1=R2, R3=R4, С1=С2, полный период определяется из соотношения Т=1,4RC.
Генератор с малым потреблением энергии можно выполнить на двух ключах микросхемы К561КТЗ, рис. 1.40. После включения напряжения питания оба ключа разомкнуты. Конденсатор С1 разряжен, поэтому напряжения на нем нет
Рис 1 39 Симметричные мультивибраторы
Зарядный ток от источника питания протекает через последовательно включенные резисторы R1 и R2. Так как R1>R2, напряжение на резисторе R2 не достигнет порога срабатывания ключа D1.2, а в дальнейшем, по мере уменьшения зарядного тока, это напряжение стремится к 0. В то же время по мере накопления заряда на конденсаторе напряжение на выводе D1/12 экспоненциально возрастает. Когда оно достигнет порога срабатывания ключа D1.1, соединится цепь между выводами 11 и 10, что приведет к срабатыванию ключа D1.2. Сразу пос-
ле замыкания обоих ключей нижняя обкладка конденсатора С1 подключается к шине «+» питания. Заряд, накопленный ранее на конденсаторе, не может измениться мгновенно, поэтому напряжение на D1/12 скачком возрастает до уровня, превышающего Uпит на величину, равную порогу срабатывания ключа D1.1. После этого напряжение на С1 начинает уменьшаться с постоянной времени, равной C1R1R3/(R1+R3), и стремится достичь уровня, задаваемого делителем напряжения на резисторах R1, R3. В процессе перезаряда конденсатора напря-
жение на С1 уменьшится до порога размыкания ключа D1.1. В результате развивается лавинообразный процесс размыкания обоих ключей. Для защиты
Рис. 1.40. Генератор импульсов с повышенной нагрузочной способностью
Рис. 1.41. Простейшие схемы мультивибраторов с кварцевой
стабилизацией частоты
ключа D1.2 от отрицательного выброса напряжения в схему вводится диод. После размыкания ключей конденсатор начинает заряжаться через последовательно включенные резисторы R1 и R2 — описанные выше процессы повторяются.
При заданной емкости конденсатора длительность паузы t2 между импульсами регулируется резистором R1, однако изменение длительности паузы подбором резистора R1 приводит и к изменению длительности импульса t1. По-
этому, чтобы установить нужную длительность импульса, не меняя паузу, необходимо воспользоваться резистором R3. Регулирование параметров импульсов осуществляется в широких пределах, при этом отношение t1/t2 может быть как меньше, так и больше 1.
Относительно всех автогенераторов на МОП микросхемах можно отметить, что если схема мультивибратора не симметрична, то возрастает ее чувствительность к изменению питающего напряжения (для микросхем 561-ой
серии период может меняться на 35% при изменении Uпит от 3 до 15 В), поэтому расчетные соотношения справедливы для максимального напряжения питания.
Рис. 1.42. Схемы обеспечивающие повышенную стабильность частоты при
изменении окружающей температуры в широком диапазоне
При стабилизированном питании, изменение длительности импульсов мультивибраторов и частоты в генераторах на RC-цепях обычно не лучше 1% на 15°С (в случае применения термостабильных конденсаторов). Большую стабиль-
ность частоты можно получить, используя кварцевую стабилизацию. На рис. 1.41 и 1.42 приведены типовые схемы построения таких генераторов. Для небольшой подстройки частоты иногда последовательно с кварцевым резонато-
ром устанавливают конденсатор 10…100 пФ. Частота импульсов и их стабильность в этом случае у генератора задается параметрами кварцевого резонатора.
⚡️Генератор логических импульсов 1Гц-10кГц |
На чтение 4 мин. Опубликовано Обновлено
При ремонте и налаживании схем на цифровых микросхемах может быть очень полезен генератор логических импульсов. В общем, это генератор прямоугольных импульсов, частоту которых можно регулировать в широких пределах.
Но нужно чтобы размах этих импульсов на выходе генератора соответствовал логическим уровням в той схеме, на которую их нужно подавать.
Если с ТТЛ все ясно, то величина напряжения логической единицы для МОП и КМОП логики может быть практически любой во всем допустимом напряжении питания микросхемы, определяясь величиной напряжения питания.
Ведь, практически, логическая единица у КМОП-микросхемы, это немного меньше напряжения питания. А напряжение питания у многих КМОП микросхем может быть от 3 до 18V, соответственно и напряжение логической единицы будет в широких пределах для схем с разным напряжением питания.
Поэтому, лабораторный генератор прямоугольных логических импульсов должен позволять регулировать не только их частоту, но и амплитуду согласно конкретному напряжению питания, которое присутствует в ремонтируемой или налаживаемой схеме. Если с частотой все относительно понятно, то с амплитудой возникают некоторые вопросы, в частности с тем, что для «чистоты эксперимента» нужно регулировать не столько амплитуду, сколько уровни нуля и единицы.
Проще всего это решить, если генератор прямоугольных импульсов сделать по схеме
мультивибратора на КМОП-микро- схеме, например, К561ЛЕ5, а амплитуду регулировать не при помощи какого-то регулятора выходного напряжения этого мультивибратора, а путем изменения
напряжения питания самой микросхемы, на которой сделан этот мультивибратор. То есть, например, в схеме, на которую мы собирается подавать импульсы с этого генератора, напряжение питания 6V, то мы прост выставляем напряжение питания микросхемы генератора точно таким же 6V, и на выходе получаем совершенно «правильные» логические импульсы, именно такие, как они должны быть при 6-вольтом питании.
Схема показана на рисунке. На элементах D1.1 и D1.2 микросхемы D1 собран мультивибратор. Он генерирует импульсы частотой от 1 Hz до 10 kHz в четырех диапазонах, 1-10Hz, 10-100Hz, 100-1000Hz и 1-10kHz. Диапазоны переключаются переключателем S1, который переключает конденсаторы С1-С4, емкостной составляющей частотозадающей цепи. А плавно частота внутри каждого диапазона регулируется переменным резистором R2. Ведь частота импульсов, генерируемых мультивибратором, построенным по такой схеме зависит от сопротивления между входом и выходом элемента D1.1 и емкости между входом D1.1 и выходом D1.2.
Емкость меняется ступенчато при помощи переключателя S1, а сопротивление регулируется плавно при помощи переменного резистора R2. Два других элемента микросхемы D1.3 и D1.4 служат только для исключения влияния выходных цепей на работу мультивибратора (ну, нужно же было нейти им применение). Амплитуда импульсов, а вернее, логический уровень, регулируется при помощи регулируемого стабилизатора напряжения питания на микросхеме А1.
При помощи этого стабилизатора напряжение питания микросхемы D1 регулируется в пределах от 3 до 16 V. Соответственно, и параметры выходного импульсного сигнала будут соответствовать логическим уровням при данном напряжении питания. Налаживание заключается в градуировке шкал сделанных вокруг переменных резисторов R2 и R4. Желательно чтобы эти резисторы были с линейным законом регулировки сопротивления.
При работе с прибором следует учесть, что с изменением логического уровня (напряжения питания микросхемы) несколько меняется и частота выходных импульсов.Монтаж выполнен на печатной плате, схема которой показана на рисунке выше. На рисунке печатных проводников дорожки показаны схематически, реально они шире. Сначала несмываемым маркером рисуют точки пайки, а потом их соединяют между собой линиями.
Как точки пайки, так и линии могут быть на много шире, чем на этом рисунке, важно только, чтобы они не сливались между собой. После, плату травят в растворе хлорного железа.Промывают бензином или спиртом чтобы смыть краску несмываемого маркера. После высыхания сверлят отверстия и переходят в монтажу.
Генератор прямоугольных импульсов на логике HEF4011BP
В радиолюбительской практике часто возникает потребность в настройке различных преобразовательных узлов схем, особенно если дело касается изобретательской деятельности, когда схема зарождается в голове. В такие моменты будет как нельзя кстати источник управляющего сигнала.
Представляю Вашему вниманию генератор сигнала прямоугольной формы.
Характеристики
Питание: 10 ÷ 15 В постоянного тока.
Три режима генерации:
1 – симметричный (меандр), дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная регулировка частоты внутри диапазона;
2 – независимый, дискретное переключение диапазонов генерируемых частот, плавная раздельная регулировка длительности импульса и паузы между импульсами внутри диапазона;
3 – широтно-импульсная модуляция (ШИМ), дискретный выбор частоты переключателем диапазонов, плавная регулировка скважности импульсов.
Два раздельных канала – прямой и инверсный.
Раздельная регулировка уровня выходного сигнала каналов от 0 В до значения напряжения источника питания при подключении высокоомной нагрузки, и до половины напряжения источника питания при подключении нагрузки с входным сопротивлением 50 Ом.
Выходное сопротивление канала примерно 50 Ом.
Базовые схемы
| Рисунок 1. Мультивибратор на логических инверторах. |
Для построения генератора за основу взята схема автогенератора на двух логических инверторах (рисунок 1). Принцип её работы основан на периодической перезарядке конденсатора. Момент переключения состояния схемы определяется степенью заряда конденсатора C1. Процесс перезаряда происходит через резистор R1. Чем больше ёмкость C1 и сопротивление R1, тем дольше происходит процесс заряда конденсатора, и тем больше длительность периодов переключения состояния схемы. И наоборот.
Для построения схемы генераторов в качестве логических элементов была взята микросхема с четырьмя элементами 2И-НЕ – HEF4011BP. Базовая схема, показанная выше, позволяет получать на выходе Q прямоугольный сигнал фиксированной частоты и скважности 50% (меандр). Для расширения возможностей устройства было принято решение объединить в нём три различных схемы, реализуемых на тех же двух логических инверторах.
Схема генератора меандра
Схема генератора меандра изображена на рисунке 2-а. Времязадающая ёмкость схемы может изменяться от значения C1 до суммарного значения C1 и ёмкости, подключаемой перемычкой П. Это позволяет изменять диапазон частот генерируемого сигнала.
| Рисунок 2. Принципиальные схемы генераторов на логических инверторах. |
Резистор R1 позволяет плавно изменять ток заряда (перезаряда) ёмкости. Резистор R2 является токоограничивающим, для исключения перегрузки выходного канала логического элемента DD1.1 в случае, когда ползунок резистора R2 находится в крайнем верхнем положение и его сопротивление приближено к нулю. Поскольку заряд и перезаряд конденсатора производится по одной цепочке с неизменными параметрами, длительности импульса и паузы между ними равны. Такой сигнал имеет симметричную прямоугольную форму и называется меандр. Регулировкой R1 изменяется только частота генерируемого сигнала в определённом диапазоне, заданном времязадающей ёмкостью.
Схема генератора прямоугольных импульсов с раздельной регулировкой длительности импульса и паузы
На рисунке 2-б цепь заряда и цепь перезаряда разделены диодами VD1 и VD2. Если импульс формируется во время заряда времязадающей ёмкости, его длительность характеризуется сопротивлением цепочки VD1-R2-R1. Длительность паузы между импульсами при обратном перезаряде ёмкости характеризуется сопротивлением цепи R1-R3-VD2. Так, изменяя положение ползунков резисторов R2 и R3 можно плавно раздельно задавать длительность импульса и паузы между ними.
Диапазон частот генерируемого сигнала, как и в первом случае, переключается перемычкой П.
Схема генератора с ШИМ
Схема на рисунке 2-в имеет аналогичное разделение цепей прямого и обратного заряда времязадающей ёмкости с той разницей, что переменные сопротивления являются плечами переменного резистора R2, которые имеют обратную зависимость параметров по отношению друг к другу. Т.е., при увеличении одного плеча резистора прямопропорционально уменьшается второе, а общая сума их сопротивлений постоянна. Таким образом, регулируя соотношение плеч резистора R2 можно плавно изменять соотношение длительности импульсов к длительности пауз между ими, а время периода следования импульсов будет оставаться неизменным. Этот способ регулировки позволяет реализовать функцию широтно- импульсной модуляции (ШИМ)
Частота генерируемого сигнала в данной схеме выбирается дискретно переключением перемычки П. При необходимости можно использовать несколько перемычек П для суммирования больших и малых значений ёмкостей, добиваясь более точной требуемой частоты генерации сигнала внутри всего диапазона.
Окончательная схема генератора
На рисунке 3 представлена схема генератора, в которой реализованы все три схемы, рассмотренные на рисунке 2. В основе генератора два логических инвертора на элементах DD1.1 и DD1.2. Выбор диапазона частот (частоты в режиме ШИМ) осуществляется переключением перемычки П.
| Рисунок 3. Схема генератора прямоугольных импульсов. |
Для сборки нужного варианта схемы генератора введены штыревые разъёмы, коммутируемые параллельными сборками перемычек, изображенных цветными линиями. Каждый цвет перемычек соответствует своей схеме соединений. Перемычки реализованы путём соединения пар контактов проволочками от шлейфа разъёма типа FC-10P A. Сами штыревые разъёмы расположены тремя группами по пять пар для удобства коммутации. Разъём-перемычки позволяет переключать режим генерации.
Элементы DD1.3 и DD1.4 выполняют роль инвертирующих повторителей и служат для развязки времязадающих и выходных цепей генератора для исключения их взаимовлияния. С выхода DD1.3 берётся инвертированный сигнал, с выхода DD1.4 – основной.
Резисторы R5 и R6 служат для регулировки уровня напряжения импульсов соответствующих каналов. Транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме эмиттерного повторителя для усиления сигналов, снимаемых с ползунков резисторов R5 и R6 соответственно. Транзисторы VT3 и VT4 шунтируют выходные цепи своих каналов, подтягивая к минусу питания. Их роль важна при подаче сигнала генератора на нагрузку с наличием ёмкости, когда в бестоковую паузу необходим разряд этой ёмкости, как например при управлении полевыми транзисторами. Диоды VD5 и VD6 отделяют базовые цепи шунтирующих транзисторов от выхода генератора, исключая влияние ёмкостной нагрузки на работу этих транзисторов. Резисторы R9 и R10 необходимы для согласования выходов генератора с сопротивлением нагрузки 50 Ом, а также для ограничения максимального тока транзисторов выходных каскадов каналов.
Диод VD3 защищает схему от подключения питающего напряжения обратной полярности. Светодиод VD4 выполняет роль индикатора питания. Конденсатор C21 частично сглаживает пульсации при питании от нестабилизированного источника.
Особенности схемы
С целью уменьшения габаритов устройства для времязадающей ёмкости применены SMD конденсаторы C1-C20. При наименьшей ёмкости конденсатора C1=68 пФ генератор формирует сигнал частотой до 17÷500 кГц. При промежуточных значениях ёмкостей 3,3 нФ и 100 нФ генератор формирует сигналы в диапазонах частот 360÷20000 Гц и 6,25÷500 Гц соответственно. При наименьшей ёмкости С2=5,1 мкФ получается частота в диапазоне 0,2-10 Гц. Таким образом, при использовании всего четырёх конденсаторов можно перекрыть диапазонами частот интервал от 0,2 Гц до 500 кГц. Но при этом в режиме ШИМ будет доступна генерация сигнала всего четырёх значений частоты при использовании одной перемычки П. Поэтому, для улучшения характеристики генератора было принято решение ввести в схему 20 конденсаторов различной ёмкости с равномерным распределением значений по интервалам. Дополнительную точность установки частоты в режиме ШИМ можно получить, применяя несколько перемычек идентичных П, которые позволят корректировать частоту подключением емкостей меньших значений в сравнении с основной добавочной.
Питание схемы имеет некоторые ограничения. Не смотря на достаточно широкий диапазон напряжения питания микросхемы 3÷15 В, как показал опыт, при напряжении питания схемы ниже 9 В не происходит запуск генератора. При напряжении 9 В запуск не стабилен. Поэтому рекомендуется использовать источник питания 12÷15 В.
При напряжении питания 15 В, нагрузке сопротивлением 50 Ом подключенной к одному каналу генератора и максимальном выходном уровне сигнала, устройство потребляет не более 2,5 Вт мощности. При этом основная доля мощности рассеивается на нагрузке и согласующем выходном резисторе R9 (R10).
Не рекомендуется включать генератор на короткозамкнутую нагрузку, поскольку выходной транзистор при этом работает в предельном режиме. Это касается и тестирования схем с биполярными ключами, не имеющими в цепи базы ограничивающего резистора. В таких случаях рекомендуется уровень выходного сигнала снижать как минимум за половину оборота ручки резистора, а потом по мере необходимости добавлять.
В моём случае для варьирования частотных диапазонов генерации я использовал следующий ряд номиналов конденсаторов:
С1 — 68 пФ;
С2 — 100 пФ;
С3 — 220 пФ;
С4 — 330 пФ;
С5 — 680 пФ;
С6 — 1 нФ;
С7 — 2,2 нФ;
С8 — 3,3 нФ;
С9 — 9,1 нФ;
С10 — 22 нФ;
С11 — 33 нФ;
С12 — 47 нФ;
С13 — 82 нФ;
С14 — 100 нФ;
С15 — 220 нФ;
С16 — 330 нФ;
С17 — 510 нФ;
С18 — 1 мкФ;
С19 — 2,4 мкФ;
С20 — 5,1 мкФ.
Вы из каких либо соображений можете применить номиналы, отличные от указанных. Единственное ограничение, минимальная ёмкость не должна быть меньше 68 пФ, иначе генератор на этой ёмкости может просто не запуститься, либо начать автогенерацию в ненасыщающемся режиме, при котором форма сигнала не прямоугольная, а искажённый прямоугольник, стремящийся к синусоиде.
Красным цветом выделены номиналы, при которых перекрывается весь диапазон генерируемых частот.
Фотогалерея
Здесь показана укладка проводов-перемычек в разъём, собранный разъём и уже готовый разъём-перемычка с обрезанными проводниками.
На этих фото генератор с разных ракурсов
А это со стороны печатки. Качество дорожек получилось просто отвратительное, поэтому пришлось налудить так много олова.
А это, собственно, перемычка переключения диапазонов и перемычка переключения режимов. Чуть правее выдны гнёзда и штыри, которые эти перемычки коммутируют.
Печатную плату каждый может сделать под детали, которые есть в наличии. Кого интересует печатка моего варианта генератора, можете скачать архив по ссылке ниже. Там есть печатка в формате страници PDF, а так же в формате PCB для P-CAD версии не ниже 2010. Схема так же есть в архиве, можете не пытаться сохранять её со страницы, просто скачайте архив.
Файлы проекта.
Высокое напряжение, биполярность и униполярность произвольной формы — Sky Blue Microsystems GmbH
Генераторы импульсовEHT предназначены для обеспечения точного управления формой выходного сигнала для оптимизации процесса. Эти блоки имеют изолированный / плавающий выход и могут быть смещены относительно нагрузки или заземлены. Они были разработаны для управления плазменными нагрузками для медицинских устройств, фундаментальных исследований и обработки полупроводников.
Рабочий цикл, выходное напряжение и частота повторения импульсов могут быть независимо настроены пользователем от нуля до максимального значения.Изолированный / плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки.
Пользователь указывает требуемые характеристики в зависимости от потребности приложения. Сценарий сборки может быть следующим:
- Время нарастания и спада от 100 нс до 1 мкс, в зависимости от нагрузки
- максимальное выходное напряжение 1 кВ, 2,5 кВ, 5 кВ или 10 кВ
- максимальная мощность 100 Вт, 500 Вт, 1000 Вт , 5000 Вт
- частота постоянного тока 100 кГц (доступна более высокая частота пакетов) и
- рабочий цикл от 0% до 100%
Устройство поставляется в виде системы под ключ и может управляться с передней панели или с помощью дистанционное управление.Доступны варианты «только текущий источник» или «источник-приемник».
Рабочий цикл, частота повторения импульсов и выходное напряжение — все независимо друг от друга, пользователь настраивает от нуля до максимального значения. Максимальное выходное напряжение и мощность устанавливаются при заказе. Свяжитесь со Sky Blue, чтобы обсудить конкретные потребности вашего приложения.
Униполярные генераторы сигналов произвольной формы (ниже 10 кВ)
- Изолированный / плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Генерация прямоугольных сигналов произвольной формы
- Чистые прямоугольные импульсы на выходе с быстрым нарастанием / спадом
- Система под ключ с передней панелью и / или дистанционное управление импульсами
- Выходное напряжение, рабочий цикл и частоту повторения импульсов, настраиваемые независимо пользователем
- Управляет широким спектром нагрузок, включая плазменные разряды
- Pre-Pulse снижает звенящий сигнал на нагрузках с паразитной индуктивностью / емкостью
Технические характеристики
- Частота: постоянный ток — 100 кГц (возможна более высокая импульсная частота)
- Рабочий цикл: 0 — 100%
- Время нарастания / спада прямоугольной волны: 100 нс — 1 мкс (в зависимости от нагрузки)
- Максимальное выходное напряжение варианты: 1, 2.5, 5 или 10 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
- Доступны только источники тока или варианты источника и потребителя
Униполярные генераторы произвольной формы (выше 10 кВ)
- Изолированный / плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Генерация произвольной прямоугольной волны
- Чистая прямоугольная волна на выходе при высоком напряжении
- Система «под ключ» с передней панелью и / или дистанционным управлением импульсами
- Независимо регулируемое пользователем выходное напряжение, рабочий цикл и импульс частота повторения
- Управляет различными нагрузками, включая плазменные разряды
Технические характеристики
- Варианты максимального выходного напряжения: 10-40 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
- Макс. Частота: 1 кГц (возможна более высокая пиковая частота)
- Макс. Рабочий цикл: 2%
- Время нарастания / спада прямоугольной волны: 1 — 4 мкс (в зависимости от нагрузки)
- Только источник тока или доступны варианты источника и потребителя
Биполярные генераторы импульсов
- Изолированный / плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Биполярные импульсы
- Чистый прямоугольный выход с быстрым нарастанием / спадом
- Система под ключ с передней панелью и / или дистанционным управлением импульсами
- Выходное напряжение, рабочий цикл и частоту повторения импульсов, настраиваемые независимо пользователем
- Управляет широким спектром нагрузок, включая плазменные разряды
Технические характеристики
- Частота: DC — 100 кГц (возможна более высокая частота пакета)
- Время нарастания / спада прямоугольной волны: 100 нс — 1 мкс (в зависимости от нагрузки)
- Варианты максимального выходного напряжения: 1, 2.5, 5 или 10 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
Данные продукта
.патентов | BAE Systems | США
перейти к содержаниюВвод поиска Кнопка поиска
Соединенные Штаты 
Международный
Соединенное Королевство
Саудовская Аравия
английский
Австралия
.