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.
Встроенные редакторы
Все низко- и высокочастотные генераторы сигналов очень просты в настройке. У них имеется несколько четырехпозиционных регуляторов, позволяющих корректировать значение максимальной частоты. Время перехода на установившийся режим в большей части моделей составляет не больше 3 мс. Такое малое время можно достичь благодаря использованию микроконтроллеров.
Микроконтроллеры монтируются на основной плате, в некоторых конструкциях они съемные – буквально одним движением можно установить новый элемент. В конструкциях со встроенным редактором не устанавливаются ограничители. После селекторов по схеме расположены преобразователи. Иногда в схемах можно встретить синтезаторы. Максимальная частота генерируемого сигнала может составлять 2000 кГц, суммарная погрешность не более 2 %.
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.
Схема простого гетеродинного индикатора резонанса.
Рейтинг: 5 / 5
- Подробности
- Категория: Генераторы ВЧ
- Опубликовано: 17.03.2017 13:10
- Просмотров: 2999
Схема простого гетеродинного индикатора резонанса. Задача антенны — преобразовать с максимально высоким КПД энергию генерируемых передатчиком высокочастотных колебаний в энергию электромагнитного поля и излучить ее в виде электромагнитных волн. Для получения максимального электрического и магнитного поля обычно используется явление резонанса, которое проявляется в многократном усилении электрического и магнитного полей в колебательном контуре при совпадении собственных и вынужденных колебаний. Для определения величины резонансных частот элементов антенно-фидерных устройств применяют гетеродинные индикаторы резонанса.
Детали и конструкция
Линейка внизу, поможет вам оценить их размеры. Для создания генератора могут быть использованы любые MOSFET-транзисторы. Я пробовал в генераторе следующие транзисторы: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E — все они работают. Вот как данные транзисторы выглядят внутри:
Внутренняя структура мощного MOSFET транзистора PTFA211801E
Вторым, необходимым материалом для изготовления данного устройства являетсямедь. Необходимы две полоски данного металла шириной 1-1,5см. и длинной 15-20см (для частоты 400-500 МГц). Можно сделать резонаторы любой длинны, в зависимости от желаемой частоты генератора. Ориентировочно, она равна 1/4 длинны волны. Я использовал медь, толщиной 0,4 и 1 мм. Менее тонкие полоски — будут плохо держать форму, но в принципе и они работоспособны. Вместо меди, можно использовать и латунь. Резонаторы из альпака (вид латуни) тоже успешно работают. В самом простом варианте, резонаторы можно сделать из двух кусочков проволоки, диаметром 0,8-1,5 мм. Помимо ВЧ-транзистора и меди, для изготовления генератора понадобится микросхема 4093 — это 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входе. Её можно заменить на микросхему 4011 (4 элемента 2И-НЕ) или её российский аналог — К561ЛА7. Также можно использовать другой генератор для модуляции, например, собранный на таймере 555. А можно вообще исключить из схемы модулирующую часть и получить просто ВЧ-генератор.
В качестве ключевого элемента применен составной p-n-p транзистор TIP126 (можно использовать TIP125 или TIP127, они отличаются только максимально допустимым напряжением). По паспорту он выдерживает 5А, но очень сильно греется. Поэтому необходим радиатор для его охлаждения. В дальнейшем, я использовал P-канальные полевые транзисторы типа IRF4095 или P80PF55.
Модели, снятые с производства
Производители измерительной техники регулярно разрабатывают и запускают в производство новые модели высокочастотных и векторных генераторов сигналов с расширенными возможностями и улучшенными характеристиками. Через некоторое время, после начала продаж новых моделей, старые модели и серии снимаются с производства. Полный перечень снятых с производства ВЧ и СВЧ генераторов, с указанием предлагаемой замены, Вы можете посмотреть здесь: генераторы сигналов, снятые с производства.
Также смотрите:
| Генераторы сигналов функциональные и произвольной формы | |
| Анализаторы спектра и сигналов | |
| Векторные анализаторы цепей | |
| СВЧ ваттметры, вольтметры и датчики СВЧ мощности | |
| СВЧ аксессуары | |
| Контрольно-измерительные приборы (все категории) | |
Схема фазовой автоподстройки частоты
Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.
На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход. В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН). Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.
Генераторы сигналов специального назначения
Генератор основного тона и датчик для обнаружения определенной пары проводов среди множества, например, в перфорационном блоке .
В дополнение к вышеупомянутым устройствам общего назначения существует несколько классов генераторов сигналов, предназначенных для конкретных приложений.
Генераторы высоты звука и генераторы звука
Генератор основного тона — это тип генератора сигналов, оптимизированный для использования в аудио- и акустических приложениях. Генераторы высоты тона обычно включают синусоидальные волны в диапазоне звуковых частот (20 Гц – 20 кГц). Сложные генераторы основного тона будут также включать в себя генераторы развертки (функция, которая изменяет выходную частоту в определенном диапазоне для проведения измерений в частотной области), генераторы многотональных сигналов (которые выводят несколько шагов одновременно и используются для проверки интермодуляционных искажений и других нестандартных сигналов). -линейные эффекты) и тональные посылки (используются для измерения реакции на переходные процессы). Генераторы высоты звука обычно используются вместе с измерителями уровня звука при измерении акустики комнаты или системы воспроизведения звука и / или с осциллографами или специализированными анализаторами звука.
Многие генераторы высоты тона работают в цифровой области, производя вывод в различных цифровых аудиоформатах, таких как AES3 или SPDIF . Такие генераторы могут включать в себя специальные сигналы для стимулирования различных цифровых эффектов и проблем, таких как ограничение , дрожание , битовые ошибки ; они также часто предоставляют способы управления метаданными, связанными с цифровыми аудиоформатами.
Термин « синтезатор» используется для обозначения устройства, которое генерирует аудиосигналы для музыки или использует более сложные методы.
Компьютерные программы
Компьютерные программы могут использоваться для генерации сигналов произвольной формы на универсальном компьютере и вывода сигнала через выходной интерфейс. Такие программы могут быть коммерческими или бесплатными. Простые системы используют стандартную звуковую карту компьютера в качестве устройства вывода, ограничивая точность формы выходного сигнала и ограничивая частоту, чтобы она лежала в диапазоне звуковых частот .
Генератор видеосигналов — это устройство, которое выводит заранее определенные формы видео- и / или телевизионных сигналов, а также другие сигналы, используемые для стимулирования неисправностей или помощи в параметрических измерениях телевизионных и видеосистем. Широко используются несколько различных типов генераторов видеосигналов. Независимо от конкретного типа, выходной сигнал видеогенератора обычно будет содержать сигналы синхронизации, подходящие для телевидения, включая импульсы горизонтальной и вертикальной синхронизации (в аналоговом виде) или слова синхронизации (в цифровом формате). Генераторы композитных видеосигналов (таких как NTSC и PAL ) также будут включать сигнал цветовой синхронизации как часть вывода
Генераторы видеосигнала доступны для самых разных приложений и для самых разных цифровых форматов; многие из них также включают возможность генерации звука (поскольку звуковая дорожка является важной частью любой видео-, телевизионной программы или фильма).
Как сделать ветряк своими руками
Для того, чтобы сделать ветряной генератор своими руками, следует точно знать какие детали в его конструкции существуют, и за что они отвечают. Так можно будет понять, чем заменить некоторые детали, которые сложно найти в домашних условиях.
Любая ветроустановка имеет в своей конструкции:
- Лопасти, которые вращаются;
- Вырабатывающий переменный ток электрогенератор;
- Контроллер – приспособление, которое преобразовывает механическую энергию от лопастей в ток;
- Инвертор – устройство, которое преобразовывает постоянный ток в переменный;
- Аккумуляторные батареи;
- Мачта.
Простой маленький ветрячок можно изготовить, взяв за основу бытовой вентилятор. Некоторые умельцы приспосабливают под мини-ветряк старый компьютерный кулер. Правда мощность такого ветродуйка не будет превышать и 100 Вт. Когда для энергоснабжения небольших и домов среднего размера нужен ветрогенератор с мощностью в 5 кВт, а для коммерческих объектов – в 10 кВт.
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.
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.
Индуктивная трехточка
Эту схему выбираю я, и советую вам.
R1 – ограничивает ток генератора R2 – задает смещение базы C1, L1 – колебательный контур C2 – конденсатор ПОС
Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:
Эти схемы идентичны.
Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.
Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.
Основные характеристики
Для того, чтобы определиться в целесообразности изготовления генератора на неодимовых магнитах, нужно рассмотреть основные характеристики данного материала, которыми являются:
- Магнитная индукция В — силовая характеристика магнитного поля, измеряется в Тесла.
- Остаточная магнитная индукция Br — намагниченность, которой обладает магнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю, измеряется в Тесла.
- Коэрцитивная магнитная сила Hc — определяет сопротивляемость магнита к размагничиванию, измеряется в Ампер/метр.
- Магнитная энергия (BH)max -характеризует, насколько сильным является магнит.
- Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции Tc of Br – определяет зависимость магнитной индукции от температуры окружающего воздуха, измеряется в процентах на градус Цельсия.
- Максимальная рабочая температура Tmax — определяет предел температуры, при которой магнит временно теряет свои магнитные свойства, измеряется в градусах Цельсия.
- Температура Кюри Tcur — определяет предел температуры, при которой неодимовый магнит полностью размагничивается, измеряется в градусах Цельсия.
В состав неодимовых магнитов, кроме неодима входит железо и бор и зависимости от и их процентного соотношения, получаемое изделие, готовый магнит, различается по классам, отличающимся по своим характеристикам, приведенным выше. Всего выпускается 42 класса неодимовых магнитов.
Достоинствами неодимовых магнитов, определяющими их востребованность, являются:
- Неодимовые магниты обладают наиболее высокими магнитными параметрами Br, Нсв, Hcм , ВН.
- Подобные магниты имеют более низкую стоимость в сравнении с подобными металлами, имеющими в своем составе кобальт.
- Обладают способностью работать без потерь магнитных характеристик в температурном диапазоне от – 60 до + 240 градусов Цельсия, с точкой Кюри +310 градусов.
- Из данного материала возможно изготовить магниты из любой формы и размеров (цилиндры, диски, кольца, шары, стержни, кубы и др.).
Схема запитки
Для первоначального запуска необходима схема, которая подает на трансформатор генератора Тесла импульс энергии. Далее генератор переходит в автоколебательный режим и постоянно во внешнем питании не нуждается.
На сленге разработчиков устройство для запитки именуется «качер». Те, кто знаком с электроникой, знают, что правильное название устройства – блокинг-генератор (ударный генератор). Подобное схемотехническое решение вырабатывает однократный мощный электрический импульс.
Разработано много вариантов блокинг-генераторов, которые делятся на три группы:
- На электронных лампах;
- На биполярных транзисторах;
- На полевых транзисторах с изолированным затвором.
Ламповый электромагнитный генератор на мощных генераторных лампах работает с высокими выходными параметрами, но его конструирование затрудняется наличием комплектующих. Кроме того, требуется не двух,- а трехобмоточный трансформатор, поэтому ламповые блокинг-генераторы в настоящее время встречаются редко.
Ламповый блокинг-генератор
Самое широкое распространение получили качеры на биполярных транзисторах. Их схемотехника хорошо отработана, настройка и регулировка просты. Используются транзисторы отечественного производства 800-й серии (КТ805, КТ808, КТ819), которые имеют хорошие технические параметры, широко распространены и не вызывают финансовых затруднений.
Блокинг-генератор на биполярном транзисторе
Распространение мощных и надежных полевых транзисторов сделало возможным конструирование блокинг-генераторов с повышенным КПД благодаря тому, что MOSFET или IGBT транзисторы имеют лучшие параметры по падению напряжения на переходах. Кроме роста КПД, становится менее проблематичной проблема охлаждения транзисторов. Проверенные схемы используют транзисторы IRF740 или IRF840, также недорогие и надежные.
Схема на полевом транзисторе
Перед тем, как собрать генератор в готовую конструкцию, еще раз перепроверьте качество изготовления всех комплектующих. Соберите конструкцию и подайте на нее питание. Переход в автоколебательный режим сопровождается наличием напряжения на обмотках трансформатора (на выходе вторички). Если напряжение отсутствует, то необходима настройка частоты блокинг-генератора в резонанс с частотой трансформатора.
Важно! При работе с генератором Тесла необходимо соблюдать повышенную осторожность, поскольку при запуске в первичной обмотке наводится высокое напряжение, способное привести к несчастному случаю
Рекомендации по безопасной эксплуатации
Для генераторов, которые будут использоваться в уличной среде, например, ветряная электростанция, велогенератор, следует создать защиту от осадков, пыли, грязи. Устройство размещают в специальном отдельном корпусе.
Если генератор будет работать на улице в многочасовом режиме, испытывая каждодневные нагрузки, ему необходима регулярная смазка подшипников. Манипуляции проводят один-два раза в пол года.
Не допустимо короткое замыкание: проводов двигателя, вспомогательной радиоэлектроники, полупроводников. Это может привести к тому, что сгорят замкнутые обмотки.
Если случилось короткое замыкание, ремонт двигателя может осложняться сложностью доступа к внутренним деталям генератора
Ремонт двигателя может осложняться трудностью доступа к внутренним узлам из-за силы ротора, тормозящей вращение пропорционально нагрузке. Для предотвращения таких ситуаций следует постоянно контролировать температуру двигателя, не давая ему перегреваться.
Также следует постараться не использовать устройство продолжительное время: чем дольше генератор в работе, тем его мощность меньше. Значение оптимальной температуры двигателя от 40 до 45 градусов.
Для самодельного генератора без автоматических приборов управления требуется постоянный пользовательский контроль, в том числе для снятия данных.
Если сборка и использование самодельного электрогенератора вам кажется сложным, рекомендуем присмотреться к покупным аналогам – в следующей статье приведен рейтинг газовых генераторов электроэнергии.
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.
Блокинг-генератор
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).
Зачем нужны ТТ
Подключение трехфазных счетчиков через трансформаторы тока Меркурий дает возможность расширить диапазон измеряемых параметров до нескольких сотен Ампер. Достичь этого удается за счет применения преобразующих устройств с фиксированным коэффициентом трансформации (чаще всего он равен 20-ти). Поскольку счетчики типа Меркурий рассчитаны на токи не более 60-ти Ампер – использование трансформатора позволяет снимать показания при их значениях в питающих цепях, достигающих многих сотен Ампер.
У других моделей ТТ коэффициент трансформации имеет «свои» значения (5, 30, 40 и т. д.).
Выбор конкретного образца преобразователя зависит от расчетного уровня токовой нагрузки в потребительской сети. Если значение тока не превышает 60-ти Ампер, что случается крайне редко, допускается прямое подсоединение счетчика в контролируемую цепь.
