Схемы простых генераторов импульсов. Стабильный генератор прямоугольных импульсов Ламповый генератор прямоугольных импульсов
Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств. Простейший генератор импульсов (мультивибратор) может быть получен из двух-каскадного УНЧ (рис. 6.1). Для этого достаточно соединить вход усилителя с его выходом. Рабочая частота такого генератора определяется значениями R1C1, R3C2 и напряжением питания. На рис. 6.2, 6.3 показаны схемы мультивибраторов, полученные простой перестановкой элементов (деталей) схемы, изображенной на рис. 6.1. Отсюда следует, что одну и ту же простейшую схему можно изобразить различными способами.
Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 6.4, 6.5.
На рис. 6.4 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).
Генератор переменной частоты (рис. 6.5) 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 СЗ 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 СЗ. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.
Управляемый генератор прямоугольных импульсов показан на рис. 6.6 [Р 10/76-60]. Генератор также представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для упрощения схемы генератора достаточно соединить эмиттеры транзисторов конденсатором. Емкость этого конденсатора определяет рабочую частоту генерации. В данной схеме для управления частотой генерации в качестве управляемой напряжением емкости использован варикап. Увеличение запирающего напряжения на варикапе приводит к уменьшению его емкости. Соответственно, как показано на рис. 6.7, возрастает рабочая частота генерации.
Варикап, в порядке эксперимента и изучения принципа работы этого полупроводникового прибора, можно заменить простым диодом. При этом следует учитывать, что германиевые точечные диоды (например, Д9) имеют очень малую начальную емкость (порядка нескольких пФ), и, соответственно, обеспечивают небольшое изменение этой емкости от величины приложенного напряжения. Кремниевые диоды, особенно силовые, рассчитанные на большой ток, а также стабилитроны, имеют начальную емкость 100... 1000 пФ, поэтому зачастую могут быть использованы вместо варикапов. В качестве варикапов можно применить и р-n переходы транзисторов, см. также главу 2.
Для контроля работы сигнал с генератора (рис. 6.6) можно подать на вход частотометра и проверить границы перестройки генератора при изменении величины управляющего напряжения, а также при смене варикапа или его аналога. Рекомендуется полученные результаты (значения управляющего напряжения и частоту генерации) при использовании разного вида варикапов занести в таблицу и отобразить на графике (см., например, рис. 6.7). Отметим, что стабильность генераторов на RC-элементах невысока.
На рис. 6.8, 6.9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений. Первый из них вырабатывает короткие вспышки света частотой единицы Гц, второй — импульсы звуковой частоты. Соответственно, первый генератор может быть использован в качестве маячка, светового метронома, второй — в качестве звукового генератора, частота колебаний которого зависит от положения ручки потенциометра R1. Эти генераторы можно объединить в единое целое. Для этого достаточно один из генераторов включить в качестве нагрузки другого, либо параллельно ей. Например, вместо цепочки из светодиода HL1, R2 или параллельно ей (рис. 6.8) можно включить генератор по схеме на рис. 6.9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.
Генератор импульсов (рис. 6.10), выполненный на составном транзисторе (п-р-п и р-п-р), не содержит конденсаторов (в качестве частотозадающего конденсатора использован пьезокерамиче-ский излучатель BF1). Генератор работает при напряжении от 1 до 10 Б и потребляет ток от 0,4 до 5 мА. Для повышения громкости звучания пьезокерамического излучателя его настраивают на резонансную частоту подбором резистора R1.
На рис. 6.11 показан достаточно оригинальный генератор релаксационных колебаний, выполненный на биполярном лавинном транзисторе.
Генератор содержит в качестве активного элемента транзистор микросхемы К101КТ1А с инверсным включением в режиме с «оборванной» базой. Лавинный транзистор может быть заменен его аналогом (см. рис. 2.1).
Устройства (рис. 6.11) часто используют для преобразования измеряемого параметра (интенсивности светового потока, температуры, давления, влажности и т.д.) в частоту при помощи резистивных или емкостных датчиков.
При работе генератора конденсатор, подключенный параллельно активному элементу, заряжается от источника питания через резистор. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя активного элемента (лавинного транзистора, динистора или т.п. элемента), происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, после чего процесс повторяется с частотой, определяемой постоянной RC-цепи. Резистор R1 ограничивает максимальный ток через транзистор, препятствуя его тепловому пробою. Времязадающая цепь генератора (R1C1) определяет рабочую область частот генерации. В качестве индикатора звуковых колебаний при качественном контроле работы генератора используют головные телефоны. Для количественной оценки частоты к выходу генератора может быть подключен частотомер или счетчик импульсов.
Устройство работоспособно в широком интервале изменения параметров: R1 от 10 до 100 кОм (и даже до 10 МОм), С1 — от 100 пФ до 1000 мкФ, напряжения питания от 8 до 300 В. Потребляемый устройством ток обычно не превышает одного мА. Возможна работа генератора в ждущем режиме: при замыкании базы транзистора на землю (общую шину) генерация срывается. Преобразователь-генератор (рис. 6.11) может быть использован и в режиме сенсорного ключа, простейшего Rx-и Сх-метра, перестраиваемого широкодиапазонного генератора импульсов и т.д.
Генераторы импульсов (рис. 6.12, 6.13) также выполнены на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1 типа п-р-п или К162КТ1 типа р-п-р, динисторах, или их аналогах (см. рис. 2.1). Генераторы работают при напряжении питания выше 9 Б и вырабатывают напряжение треугольной формы. Выходной сигнал снимается с одного из выводов конденсатора. Входное сопротивление следующего за генератором каскада (сопротивление нагрузки) должно в десятки раз превышать величину сопротивления R1 (или R2). Низкоомную нагрузку (до 1 кОм) можно включать в коллекторную цепь одного из транзисторов генератора.
Довольно простые и часто встречающиеся на практике генераторы импульсов (блокинг-генераторы) с использованием индуктивной обратной связи показаны на рис. 6.14 [А. с. СССР 728214], 6.15 и 6.16. Такие генераторы обычно работоспособны в широком диапазоне изменения напряжения питания. При сборке блокинг-генераторов необходимо соблюдать фазировку выводов: при неправильном подключении «полярности» обмотки генератор не заработает.
Подобные генераторы можно использовать при проверке трансформаторов на наличие межвитковых замыканий (см. главу 32): никаким иным методом такие дефекты не могут быть выявлены.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год
В один прекрасный день мне понадобился срочно генератор прямоугольных импульсов со следующими характеристиками:---
Питание: 5-12в
---
Частота: 5Гц-1кГц.
---
Амплитуда выходных импульсов не менее 10в
---
Ток: около 100мА.
За основу был взят мультивибратор, он реализован на трех логических элементах микросхемы 2И-НЕ. Принцип которого при желании можно прочитать в Википедии. Но генератор сам по себе дает инверсный сигнал, что подтолкнуло меня применить инвертор (это 4-й элемент). Теперь мультивибратор дает нам импульсы положительного тока. Однако у мультивибратора нет возможности регулирования скважности. Она у него автоматически выставляется 50%. И тут меня осенило поставить ждущий мультивибратор реализованный на двух таких же элементах (5,6), благодаря которому появилась возможность регулировать скважность. Принципиальная схема на рисунке:
Естественно, предел указанный в моих требованиях не критичен. Все зависит от параметров С4 и R3 – где резистором можно плавно изменять длительность импульса. Принцип работы так же можно прочитать в википедии. Далее: для высокой нагрузочной способности был установлен эммитерный повторитель на транзисторе VT-1. транзистор применен самый распостранненый типа КТ315. резисторов R6 служит для ограничения выходного тока и зашита от перегорания транзистора в случае КЗ.
Микросхемы можно применять как ТТЛ, так и КМОП. В случае применения ТТЛ сопротивление R3 не более 2к. потому что: входное сопротивление этой серии приблизительно равно 2к. лично я использовал КМОП К561ЛА7 (она же CD4011) – два корпуса питание до 15в.
Отличный вариант для использования как ЗГ для какого ни будь преобразователя. Для использования генератора среди ТТЛ – подходят К155ЛА3, К155ЛА8 у последней коллекторы открыты и на выхода нужно вешать резисторы номиналом 1к.
Назначение этих устройств понятно из названия. С их помощью создают импульсы, которые обладают определёнными параметрами. При необходимости можно приобрести аппарат, изготовленный с применением фабричных технологий. Но в данной статье будут рассмотрены принципиальные схемы и технологии сборки своими руками. Эти знания пригодятся для решения разных практических задач.
Как выглядит генератор импульсов Г5-54
Необходимость
При нажатии клавиши электромузыкального инструмента, электромагнитные колебания усиливаются и поступают на громкоговоритель. Слышен звук определённого тона. В этом случае используется генератор синусоидального сигнала.
Для слаженной работы памяти, процессоров, других составных частей компьютера необходима точная синхронизация. Образцовый сигнал с неизменной частотой создаётся тактовым генератором.
Чтобы проверить работу счётчиков, других электронных устройств, выявить неисправности, применяют единичные импульсы с необходимыми параметрами. Такие задачи решают с помощью специальных генераторов. Обычный ручной переключатель не подойдёт, так как с его содействием не получится обеспечить определённую форму сигнала.
Параметры выходных сигналов
Перед выбором той или иной схемы, необходимо точно сформулировать цель проекта. На следующем рисунке приведён в увеличенном виде типичный прямоугольный сигнал.
Схема прямоугольного импульса
Его форма не является идеальной:
- Напряжение возрастает постепенно. Учитывают длительность фронта. Этот параметр определяется временем, за которое импульс вырастает от 10 до 90% амплитудной величины.
- После максимального выброса и возврата к исходному значению возникают колебания.
- Вершина – неплоская. Поэтому длительность импульсного сигнала замеряется на условной линии, которая проведена на 10% ниже максимального значения.
Также для определения параметров будущей схемы используют понятие скважности. Этот параметр вычисляется по следующей формуле:
- S – это скважность;
- T – период повторения импульса;
- t – длительность импульса.
При невысокой скважности кратковременный сигнал сложно фиксировать. Это провоцирует сбои в системах передачи информации. Если временное распределение максимумов и минимумов одинаковое, параметр будет равен двум. Такой сигнал называют меандром.
Меандр и основные параметры импульса
Для упрощения в дальнейшем будут рассмотрены только генераторы прямоугольных импульсов.
Принципиальные схемы
На следующих примерах можно понять принципы работы самых несложных устройств этого класса.
Схемы генераторов прямоугольных импульсов
Первая схема предназначена для формирования единичных прямоугольных импульсов. Она создана на двух логических элементах, которые соединены для выполнения функций триггера типа RS. Если кнопка находится в указанном положении, на третьей ножке микросхемы будет высокое напряжения, а на шестой – низкое. При нажатии уровни поменяются, но не возникнет дребезг контактов и соответствующие искажения выходного сигнала. Так как для работы требуется внешнее воздействие (в этом случае – ручное управление), это устройство не относится к группе автогенераторов.
Простой генератор, но выполняющий свои функции самостоятельно, изображён на второй половине рисунка. При подаче питания через резистор заряжается конденсатор. Реле срабатывает не сразу, так как после разрыва контакта, некоторое время течение тока через обмотку, обеспечивается зарядом конденсатора. После замыкания цепи этот процесс повторяется неоднократно, пока не будет отключено питание.
Изменяя номиналы сопротивления и конденсатора, можно наблюдать на осциллографе за соответствующими трансформациями частоты и других параметров сигнала. Такой генератор прямоугольных сигналов создать будет нетрудно своими руками.
Для того чтобы расширить диапазон частоты, пригодится следующая схема:
Генератор с изменяемыми параметрами импульсов
Чтобы реализовать план, двух логических элементов недостаточно. Но подобрать одну подходящую микросхему нетрудно (например, в серии К564).
Параметры сигнала, которые можно изменить регулировкой своими руками, другие важные параметры
| Элемент принципиальной схемы | Предназначение и особенности |
|---|---|
| VT1 | Этот полевой транзистор использован для того, чтобы в цепи обратной связи можно было применить резисторы с высоким сопротивлением. |
| C1 | Допустимая ёмкость конденсатора – от 1 до 2 мкФ. |
| R2 | Величина сопротивления определяет длительность верхних частей импульсов. |
| R3 | Этот резистор – устанавливает длительность нижних частей. |
Чтобы обеспечить стабильность частоты прямоугольных сигналов, используют схемы на кварцевых элементах:
Видео. Высоковольтный генератор импульсов своими руками
Чтобы своими руками было проще собрать генератор импульсов определённой частоты, лучше использовать универсальную монтажную плату. Она пригодится для экспериментов с разными принципиальными электрическими схемами. После приобретения навыков и соответствующих знаний, будет нетрудно создать идеальное устройство для успешного решения конкретной задачи.
Это устройство найдет применение в различных приборах автоматики для периодического прерывания тока в цепях нагрузки или для генерирования импульсов с изменяемыми в широких пределах периодом следования и длительности. Скважность импульсов может достигать нескольких тысяч, период их повторения и длительность - десятков секунд.
При включении источника питания (см. схему) все транзисторы генератора закрыты, начинается зарядка конденсатора С1 через цепь VD1,R3, R H . Когда напряжение на эмиттере транзистора VT1 станет меньше, чем на базе, он откроется. Вслед за ним откроются и транзисторы VT2 и VT3. Теперь конденсатор С1 будет разряжаться через цепь VT2, R4, VT1. После разрядки конденсатора транзисторы снова закроются и процесс повторится.
Кроме указанной, в генератор введена еще одна цепь разрядки этого конденсатора - VT3, R5, VD2. Применение составного транзистора VT2VT3 позволяет увеличить сопротивление резистора R4, уменьшая тем самым влияние цепи VT2, R4, VT1 на длительность разрядки конденсатора С1. При этом генератор по сравнению с исходным получил ряд преимуществ; появилась возможность в широких пределах регулировать длительность импульсов; устранена зависимость длительности импульсов от периода их следования; улучшена форма выходных импульсов; напряжение практически перестало влиять на параметры импульсной последовательности.
Нагрузка R H (лампа накаливания, светодиод, обмотка реле и др.) может быть включена как в минусовой, так и в плюсовой провод питания. Транзистор VT3 выбирают в соответствии с током, потребляемым нагрузкой. К другим элементам генератора особых требований не предъявляется.
При указанных на схеме номиналах времязадающих элементов- С1, R3, R4, R5 - период следования импульсов можно регулировать от 20 до 1500 мс, а их длительность - от 0,5 до 1 2 мс.
А. ДРЫКОВ
Генераторы прямоугольных импульсов используют во многих радиотехнических устройствах: электронных счетчиках, игровых автоматах, применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц.
На рис. 51 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1. На логических элементах D1.1 и D1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 - напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке - наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.
А на рис. 52 показана схема простейшего импульсника на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается черезрезистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор - цикл повторится.
Частота переключений электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использований реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно 1 раз в секунду.
Такой генератор можно использовать, например, для переключения гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток - необходимость использования конденсатора значительной емкости.
Рис. 51 Схема генератора одиночных импульсов
Рис. 52 Схема импульсника на электромагнитном реле
На рис. 53 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обесшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя печивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора вдесятеро меньше - некоторое время откроется стабилитрон V1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора V2V3. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов V2 и V3 по схеме эмиттерного повторителя повышает входное сопротивление каскада.
Рис. 53. Схема генератора импульсов на транзисторе и электромагнитном реле
Рис 54. Генератор импульсов на логических элементах и полевом транзисторе
Реле К1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15...17 В и при токе 20...50 мА.
В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 54, использованы логическая микросхема D1 и полевой транзистор V1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и S3 он генерирует импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность высокого потенциала на выходе генератора, а резистор R3 - длительность низкого потенциала. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1 ...2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 могут быть 10...15 МОм. Транзистор V1 может быть любым из серий КП302, КП303.
Этот генератор целесообразно собрать в корпусе и использовать как самостоятельный прибор для настройки цифровых устройств.
Иногда возникает необходимость в построении генератора, который формирует число импульсов. Соответствующее номеру нажатой кнопки. Его можно использовать, например, при налаживании характериографов или экзаменаторов, в которых каждому ответу соответствует определенное число очков. Принципиальная схема такого числоимпульсного генератора приведена на рис. 55.
Это устройство состоит из генератора импульсов, счетчика и дешифратора. Генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой следования около 10 Гц, собран на логических элементах D1.3, D1.4. С выхода элемента D1.4 импульсы поступают на двоично-десятичный счетчик, собранный на микросхеме D2.
Рис. 55. Схема числоимпульсного генератора (см. оригинал)
Четыре выхода этого счетчика (выводы 12, 9, 8 и 11) соединены со входами микросхемы D3, представляющей собой дешифратор на 4 входа и 16 выходов. При работе счетчика на одном из выходов дешифратора присутствует напряжение низкого уровня, причем номер этого выхода соответствует десятичному эквиваленту двоичного числа, поданного в двоичном коде на вход дешифратора.
При подаче питающего напряжения на выводе 9 элемента D1.3 будет напряжение низкого уровня, и импульсы с выхода генератора на вход счетчика не поступают. При нажатии одной из кнопок S1-S15 конденсатор С3 мгновенно заряжается через диод V1 до напряжения высокого уровня, на выводах 2 и 3 микросхемы D2 в это время появляется напряжение низкого уровня, устанавливающее счетчик в срстояние счета входных импульсов. Одновременно через замкнутый контакт нажатой кнопки напряжение высокого уровня подается на вход элемента D1.1 (вывод 2) и импульсы подаются на счетчик. При работе счетчика на выходах дешифратора последовательно появляется напряжение низкого уровня. Как только оно появится на выходе, с которым соединен левый (по схеме) контакт нажатой кнопки, подача импульсов на вход счетчика прекратится. С вывода 11 элемента D1.4 будет снято число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки. Если продолжать удерживать кнопку нажатой, то через некоторое время конденсатор С3 разрядится через резистор R2, счетчик D2 установится в нулевое состояние, и генератор выдаст новую серию импульсов. Вполне понятно, что до окончания серии импульсов нажатую кнопку отпускать нельзя.
Формирователь импульсов на элементах D1.1 и D1.2, представляющий собой ждущий мультивибратор, предотвращает проникновение импульсов, создающихся дребезгом контактов кнопок, на вход счетчика.
Настройка устройства заключается в установке подбором резистора R1 и конденсатора С2 требуемой частоты следования импульсов генератора от единиц герц до десятков килогерц.
В описанных здесь генераторах импульсов можно использовать резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы - К50-6. Транзисторы КТ315Б можно заменить транзисторами из серий КТ312, КТ315, КТ316. Диоды - любые из серий Д7, Д9, Д311. Кнопки S1 - S15 типа П2К, КМ1-Г и др. Микросхемы могут быть серий К133, К134, К136, К158.
Статьи по теме
