Site Loader

Содержание

Генератор импульсов сделать самому своими руками. Генератор высоковольтных импульсов

Генераторы импульсов — это устройства, которые способны создавать волны определенной формы. Тактовая частота в данном случае зависит от многих факторов. Основным предназначением генераторов принято считать синхронизацию процессов у электроприборов. Таким образом, у пользователя есть возможность настраивать различную цифровую технику.

Как пример можно привести часы, а также таймеры. Основным элементом устройств данного типа принято считать адаптер. Дополнительно в генераторы устанавливаются конденсаторы и резисторы вместе с диодами. К основным параметрам устройств можно отнести показатель возбуждения колебаний и отрицательного сопротивления.

Генераторы с инверторами

Сделать генератор импульсов своими руками с инверторами можно и в домашних условиях. Для этого адаптер потребуется бесконденсаторного типа. Резисторы лучше всего использовать именно полевые. Параметр передачи импульса у них находится на довольно высоком уровне. Конденсаторы к устройству необходимо подбирать исходя из мощности адаптера. Если его выходное напряжение составляет 2 В, то минимальная емкость конденсатора должна находиться на уровне 4 пФ. Дополнительно важно следить за параметром отрицательного сопротивления. В среднем он обязан колебаться в районе 8 Ом.

Модель прямоугольных импульсов с регулятором

На сегодняшний день генератор прямоугольных импульсов с регуляторами является довольно распространенным. Для того чтобы у пользователя была возможность настраивать предельную частоту устройства, необходимо использовать модулятор. На рынке производителями они представлены поворотного и кнопочного типа. В данном случае лучше всего остановиться на первом варианте. Все это позволит более тонко проводить настройку и не бояться за сбой в системе.

Устанавливается модулятор в генератор прямоугольных импульсов непосредственно на адаптер. При этом пайку необходимо производить очень аккуратно. В первую очередь следует хорошо прочистить все контакты. Если рассматривать бесконденсаторные адаптеры, то у них выходы находятся с верхней стороны. Дополнительно существуют аналоговые адаптеры, которые часто выпускаются с защитной крышкой. В этой ситуации ее необходимо удалить.

Для того чтобы у устройства была высокая пропускная способность, необходимо резисторы устанавливать попарно. Параметр возбуждения колебаний в данном случае обязан находиться на уровне 4 мс. Как основную проблему генератор прямоугольных импульсов (схема показана ниже) имеет резкое повышение рабочей температуры. В данном случае следует проверить отрицательное сопротивление бесконденсаторного адаптера.

Генератор перекрывающих импульсов

Чтобы сделать генератор импульсов своими руками, адаптер лучше всего использовать аналогового вида. Регуляторы в данном случае применять не обязательно. Связано это с тем, что уровень отрицательного сопротивления может превысить 5 Ом. В результате на резисторы оказывается довольно большая нагрузка. Конденсаторы к устройству подбираются с емкостью не менее 4 Ом. В свою очередь адаптер к ним подсоединяется только выходными контактами. Как основную проблему генератор импульсов имеет асимметричность колебаний, которая возникает вследствие перегрузки резисторов.

Устройство с симметричными импульсами

Сделать простой генератор импульсов такого типа можно только с использованием инверторов. Адаптер в такой ситуации лучше всего подбирать аналогового типа. Стоит он на рынке намного меньше, чем бесконденсаторная модификация. Дополнительно важно обращать внимание на тип резисторов. Многие специалисты для генератора советуют подбирать кварцевые модели. Однако пропускная способность у них довольно низкая. В результате параметр возбуждения колебаний никогда не превысит 4 мс. Плюс к этому добавляется риск перегрева адаптера.

Учитывая все вышесказанное, целесообразнее использовать полевые резисторы. Пропускная способность в данном случае будет зависеть от их расположения на плате. Если выбирать вариант, когда они устанавливаются перед адаптером, в этом случае показатель возбуждения колебаний может дойти до 5 мс. В противной ситуации на хорошие результаты можно не рассчитывать. Проверить генератор импульсов на работоспособность можно просто подсоединив блок питания на 20 В. В результате уровень отрицательного сопротивления обязан находиться в районе 3 Ом.

Чтобы риск перегрева был минимальным, дополнительно важно использовать только емкостные конденсаторы. Регулятор в такое устройство устанавливать можно. Если рассматривать поворотные модификации, то как вариант подойдет модулятор серии ППР2. По своим характеристикам он на сегодняшний день является довольно надежным.

Генератор с триггером

Триггером называют устройство, которое отвечает за передачу сигнала. На сегодняшний день они продаются однонаправленные или двухнаправленные. Для генератора подходит только первый вариант. Устанавливается вышеуказанный элемент возле адаптера. При этом пайку необходимо проделывать только после тщательной зачистки всех контактов.

Непосредственно адаптер можно выбрать даже аналогового типа. Нагрузка в данном случае будет небольшой, а уровень отрицательного сопротивления при удачной сборке не превысит 5 Ом. Параметр возбуждения колебаний с триггером в среднем составляет 5 мс. Основную проблему генератор импульсов имеет такую: повышенная чувствительность. В результате с блоком питания выше 20 В указанные устройства работать не способны.

Обратим внимание на микросхемы. Генераторы импульсов указанного типа подразумевают использование мощного индуктора. Дополнительно следует подбирать только аналоговый адаптер. В данном случае необходимо добиться высокой пропускной способности системы. Для этого конденсаторы применяются только емкостного типа. Как минимум отрицательное сопротивление они должны быть способны выдерживать на уровне 5 Ом.

Резисторы для устройства подходят самые разнообразные. Если выбирать их закрытого типа, то необходимо предусмотреть для них раздельный контакт. Если все же остановиться на полевых резисторах, то изменение фазы в данном случае будет происходить довольно долго. Тиристоры для таких устройств практически бесполезны.

Модели с кварцевой стабилизацией

Схема генератора импульсов данного типа предусматривает использование только бесконденсаторного адаптера. Все это необходимо для того, чтобы показатель возбуждения колебаний был как минимум на уровне 4 мс. Все это позволит также сократить термальные потери. Конденсаторы для устройства подбираются исходя из уровня отрицательного сопротивления. Дополнительно необходимо учитывать тип блока питания. Если рассматривать импульсные модели, то у них уровень выходного тока в среднем находится на отметке 30 В. Все это в конечном счете может привести к перегреву конденсаторов.

Чтобы избежать таких проблем, многие специалисты советуют устанавливать стабилитроны. Припаиваются они непосредственно на адаптер. Для этого необходимо прочистить все контакты и проверить напряжение катода. Вспомогательные адаптеры для таких генераторов также используются. В этой ситуации они играют роль коммутируемого трансивера. В результате параметр возбуждения колебаний повышается до 6 мс.

Генераторы с конденсаторами РР2

Складывается генератор высоковольтных импульсов с конденсаторами данного типа довольно просто. На рынке найти элементы для таких устройств не составляет никаких проблем. Однако важно подобрать качественную микросхему. Многие с этой целью приобретают многоканальные модификации. Однако стоят они в магазине довольно дорого по сравнению с обычными типами.

Транзисторы для генераторов подходят больше всего однопереходные. В данном случае параметр отрицательного сопротивления не должен превышать 7 Ом. В такой ситуации можно надеяться на стабильность работы системы. Чтобы повысить чувствительность устройства, многие советуют применять стабилитроны. При этом триггеры используются крайне редко. Связано это с тем, что пропускная способность модели значительно снижается. Основной проблемой конденсаторов принято считать усиление предельной частоты.

В результате смена фазы происходит с большим отрывом. Чтобы наладить процесс должным образом, необходимо вначале работы настроить адаптер. Если уровень отрицательного сопротивления находится на отметке 5 Ом, то предельная частота устройства должна составлять примерно 40 Гц. В результате нагрузка с резисторов снимается.

Модели с конденсаторами РР5

Генератор высоковольтных импульсов с указанными конденсаторами можно встретить довольно часто. При этом использоваться он способен даже с блоками питания на 15 В. Пропускная способность его зависит от типа адаптера. В данном случае важно определиться с резисторами. Если подбирать полевые модели, то адаптер целесообразнее устанавливать именно бесконденсаторного типа. В том случае параметр отрицательного сопротивления будет находиться в районе 3 Ом.

Стабилитроны в данном случае используются довольно часто. Связано это с резким понижением уровня предельной частоты. Для того чтобы ее выровнять, стабилитроны подходят идеально. Устанавливаются они, как правило, возле выходного порта. В свою очередь, резисторы лучше всего припаивать возле адаптера. Показатель колебательного возбуждения зависит от емкости конденсаторов. Рассматривая модели на 3 пФ, отметим, что вышеуказанный параметр никогда не превысит 6 мс.

Основные проблемы генератора

Основной проблемой устройств с конденсаторами РР5 принято считать повышенную чувствительность. При этом термальные показатели также находятся на невысоком уровне. За счет этого часто возникает потребность в использовании триггера. Однако в данном случае необходимо все же замерить показатель выходного напряжения. Если он при блоке в 20 В превышает 15 В, то триггер способен значительно улучшить работу системы.

Устройства на регуляторах МКМ25

Схема генератора импульсов с данным регулятором включает в себя резисторы только закрытого типа. При этом микросхемы можно использовать даже серии ППР1. В данном случае конденсаторов требуется только два. Уровень отрицательного сопротивления напрямую зависит от проводимости элементов. Если емкость конденсаторов составляет менее 4 пФ, то отрицательное сопротивление может повыситься даже до 5 Ом.

Чтобы решить данную проблему, необходимо использовать стабилитроны. Регулятор в данном случае устанавливается на генератор импульсов возле аналогового адаптера. Выходные контакты при этом необходимо тщательно зачистить. Также следует проверить пороговое напряжение самого катода. Если оно превышает 5 В, то подсоединять регулируемый генератор импульсов можно на два контакта.

Генератор импульсов для таймера » S-Led.Ru


При конструировании различных таймеров требуется генератор, генерирующий импульсы с периодом следования в 1 час, 1 минуту. Обычно такой генератор строят на микросхемах К176ИЕ12 и часовом кварцевом резонаторе, либо получают нужные периоды делением частоты электросети. Но это не всегда удобно и целесообразно. Кварцевого резонатора может не быть, и электросеть не всегда доступна. Если слишком большой точности установки временных интервалов не требуется, можно обойтись без источника стабильной частоты, сделав генератор временных интервалов на основе простого параметрического мультивибратора и счетчика делителя.

На рисунке показана схема такого генератора на микросхемах К561ЛЕ5 и КА561ИЕ16. Генератор вырабатывает импульсы, следующие с периодом 60 минут, 10 минут и 1 минута. Переключение осуществляется изменением R составляющей RC-цели определяющей частоту на выходе задающего мультивибратора, при помощи S1.

Импульсы с мультивибратора на D1.1 и D1.2 поступают на счетчик D2, а он их делит на 16384. Резисторы R2, R3 и R4 подобраны так, что в разных разных положениях S1 на выходе счетчика получаются периоды в 60 минут, 10 минут и 1 минуту. Для того чтобы остановить генератор нужно на вывод 12 D1.3 подать единицу, тогда единица поступит на вывод 5 D1.2 и остановит мультивибратор.При подаче единицы на соединенные вместе выводы 13 D1.3 и 11 D2 происходит установка счетчика в нулевое состояние, а мультивибратора — в исходное.

Точность временных интервалов сильно зависит от параметров RC-цепи, поэтому необходимо более точно подобрать сопротивления резисторов R2, R3 и R4, так чтобы получились нужные временные интервалы (лучше сначала резисторы заменить переменными, а потом, измерив полученные сопротивления, подобрать постоянные).

Чтобы облегчить эту задачу, при установке 60-минутного периода, можно контролировать период импульсов на выводе 14 D2. При периоде 60 минут на выводе 3, на выводе 14 будет период 3 минуты 45 секунд.


Генераторы импульсов — Энциклопедия по машиностроению XXL

Схема электроискрового станка с генератором импульсов R показана на рис. 7.1. Конденсатор С, включенный в зарядный контур, заряжается через резистор R от источника постоянного тока напряжением 100—200 В. Когда напряжение на электродах 1 н 3, образующих разрядный контур, достигнет пробойного, образуется  
[c.401]

Генератор импульсов фиксированной частоты (око-  [c.70]

Генераторы импульсов. Генераторы импульсов являются основной частью электроэрозионных станков, они обеспечивают формирование импульсов нужной характеристики. Принципы их действия и кон-  [c.147]


Станки с генераторами импульсов, работа которых не зависит от состояния межэлектродного промежутка в отличие от электроискровых получили название электроимпульсных. Они обеспечили примерно десятикратное увеличение производительности по сравнению со станками, оснащенными генераторами R .  
[c.150]

Установкой В цепи зарядки электронной лампы 2 (рис. 90) можно регулировать скорость зарядки конденсатора так, чтобы она увеличивалась от нуля до максимума. Это позволит напряжению на обкладках конденсатора расти медленнее, чем восстанавливается электрическая прочность тиратрона. Поэтому можно увеличить скорость деионизации тиратрона, а следовательно, и частоту следования импульсов. Такие электронно-ионные генераторы импульсов применяют в прецизионных станках для получения достаточной производительности при чистовой обработке. Для этих же целей можно применять ламповые генераторы с частотой 100—150 кГц и широким диапазоном регулирования по величине энергии и продолжительности импульсов.  

[c.151]

Рассмотрим некоторые особенности генераторов импульсов, применяемых в станках, предназначенных для обработки инструментальных и других сталей. При использовании импульсов малой продолжительности неизбежно приходится мириться, при обработке деталей из твердых сплавов, с повышенным износом электродов-инструментов и с недостаточным использованием подводимой мощности. При обработке деталей из сталей, особенно инструментальных,  [c.151]

В станках, предназначенных для грубой обработки сталей, чаще всего применяют независимые машинные генераторы импульсов, у которых частота следования импульсов не зависит от величины зазора между электродами и других факторов, как это было в схемах R , RL и др. Указанные машинные генераторы импульсов, характерные для электроимпульсных станков, имеют заданную частоту следования импульсов, более высокую их продолжительность и отличаются малой скважностью.  
[c.152]

Предложенные аппроксимации Rk достаточны для решения практических задач обоснования оптимальных параметров генерирующей аппаратуры. Они позволяют вести расчет переходных процессов в электрическом контуре генератора импульсов и обосновывать оптимальные параметры генератора по любому заданному критерию оптимизации (значениям мощности и энергии в определенные моменты времени).
Применение (1.28) для расчетов переходного процесса сопряжено с трудностью априорного выбора Ai, однако простой вид функции R(t) допускает аналитические вычисления. Для синтеза схемы генератора импульсов по требуемым оптимальным параметрам энерговыделения в канале разряда можно воспользоваться диаграммой энергетических режимов искрового канала, представленной на рис. 1.20/И/.  [c.55]

В таблице 3.1 приведены показатели выхода разрушенных включений из числа вскрытых для исследованных моделей из стекла С-114. Вероятность разрушения включений суш,ественно меняется при варьировании параметров импульса. С увеличением энергии импульса и уменьшением индуктивности разрядного контура генератора импульсов число разрушенных включений от числа вскрытых увеличивается.  

[c.148]

В эрозионных станках используют различные генераторы импульсов электрических разрядов R (ре-шстор-емкость) RL (L — индуктивность) L ламповые генераторы. В промышленности применяют широкодиапазонные транзисторные генераторы импульсов. Э-ги генераторы потребляют мощность 4—18 кВт при силе тока 16— 126 А. Производительность обработки составляет 75—1900 мм /мин при шероховатости обработанной поверхности 4—0,2 мкм.  

[c.402]

Мощные выпрямители обычно имеют трехфазчую схему. Если требуется плавно вручную или автоматически регулировать выпрямленное напряжение, то в качестве вентилей используют тиристоры (рис. 1, г). Регулируя фазу импульсного напряжения, подаваемого от генератора импульсов ГИ на управляющие электроды тиристоров, изменяют длительность импульсов тока, проходящих через них, и тем самым величину выпрямленного тока. Сглаживающим фильтром в мощных выпрямителях обычно служит индуктивность дросселя или самой нагрузки. При холостом ходе U = 0,95> 2 Ui os а, где а — угол управления, значение которого отсчитывается от момента вступления в работу очередного тиристора в неуправляемом выпрямителе (Уобр = = 1 6 С/  

[c.167]

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения ультразвуковых колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефектов. Простейшая структурная схема эходефектоскопа изображена на рис. 6.22, о. Здесьгенератор I возбуждает короткие электрические импульсы и подает их на излучатель 2, который работает как пьезопреобразователь и преобразует данные импульсы в ультразвуковые колебания (УЗК). УЗК распространяются в объект контроля (ОК) 3, отражаются от дефекта и противоположной стороны ОК, принимаются приемником 4 (излучатель и приемник может быть одним и тем же элементом при совмещегшой схеме пьезопреобразователя). Приемник 4 превращает УЗК в электрические сигналы и подает их на усилитель 5, а затем на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на которой формируются пики импульсов I, II, III (верхняя часть рисунка), характеризующие амплитуду эхо-сигналов. Одновременно с запуском генератора импульсов 1 (или с некоторой заданной задержкой во времени) начинает работать генератор развертки 7. Правильную временную последовательность их включения и работы (а также правильную последовательность работы других узлов дефектоскопа, не показанных на рисунке) обеспечивает синхронизатор 6.

Синхронизатор приводит в действие генератор развертки 7. Сигнал, поступающий на генератор развертки 7, направляется на гори-зонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. При этом на электронно-лучевой трубке появляется горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа), расстояние между пиками пропорционально пути импульса от излучателя до отражателя и обратно. Таким образом, развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от различных отражателей ультразвука (от дефекта II, донный III) и их отклонение от зондирующего I.  
[c.178]

Генератор импульсов МГИ — коллекторного типа, имеет переменнополюсную магнитную систему на статоре с узкими полюсными наконечниками и катушечную обмотку на роторе. Он обеспечивает частоту до 2000 имп/с.  [c.152]


Генератор импульсов МИГ — индукторного типа, бесколлек-торный. Его магнитная система выполнена так, что с ее помощью получается кривая напряжения несимметричного вида, причем величина амплитуды обратной полярности недостаточна, чтобы вызвать пробой межэлектродного промежутка. В результате импульсы тока и здесь являются униполярными. Для высокопроизводительной предварительной обработки можно применять вентильные генераторы импульсов, в которых переменный ток промышленной или повышенной частоты выпрямляется управляемым или неуправляемым вентилем. Импульсы большой энергии с малой частотой повторения могут быть получены применением и других схем выпрямления тока промышленной частоты.  [c.152]

Чистовая обработка на электроимпульсных станках обычно производится с использованием высокочастотного генератора импульсов типа ВГ-ЗВ. В основу его работы положено генерирование переменного напряжения с помощью лампового генератора и последующее выпрямление его вентильным устройством для получения униполярных импульсов. Генератор состоит из возбудителя колебаний — задающего генератора, усилителя напряжения, нредоконеч-ного и оконечного усилителей мощности и блока выпрямителей. Токоограничивающее сопротивление служит для регулирования тока через межэлектродный промежуток. Генератор обеспечивает две частоты следования импульсов 8 и 22 тыс. Гц, продолжительность импульсов 20—80 мне, скважность 1,4—2. На частоте 8 тыс. Гц можно работать со средним током в 2,5, 10 и 25—30 А, на частоте 22 тыс. Гц — 2,5 и 20 А.  [c.152]

Электроимпульсная обработка штампов для горячей штамповки шатунов, кулаков, вилок, крестовин и других деталей — весьма распространенная операция. По сравнению с фрезерованием она позволяет снизить трудоемкость в 1,5—2 раза, во столько же раз уменьшить объем последующей слесарно-механической обработки. Во многих случаях целесообразно до термической обработки производить предварительное фрезерование полости штампа или пресс-формы, а после термической обработки доводить электроэрозионным способом. Большие возможности данного способа обработки позволили во многих случаях перейти на изготовление штампов и пресс-форм из твердых сплавов, отличающихся большой износостойкостью. Этому способствовало повышение механических свойств самих сплавов. Обработка штампов, как и других твердосплавных деталей, производится на электроимпульсных станках (например, 4Б722 и 4723), с последующей абразивной или ультразвуковой доводкой. Режим обработки принимают сравнительно мягким при работе на машинных генераторах импульсов ток берут равным 30—50 А, съем при этом составляет 120—220 мм /мин при скорости углубления электрода 0,2—0,5 мм/мин. При более интенсивных режимах на поверхности образуются микротрещины и приходится оставлять значительный припуск на последующую механическую обработку. Если станок имеет высокочастотный генератор импульсов, то припуск на доводку может быть уменьшен до нескольких сотых миллиметра.  [c.156]

Перемещение суппорта при наладке осуществляется с использованием генератора импульсов 7 (см. рис. 138) и коммутатора 6, причем, как и во фрезерных станках, требуемая скорость перемещения достигается за счет переключения частоты генератора. Ускоренное перемещение суппорта обеспечивается также при нажатии на кнопку рычага ручного управления суппортом 17, как это делается в обычном варианте станка 1К62, при этом независимо от положения переключателя включается максимальная частота генератора импульсов.[c.219]

Примером является анализатор типа 3348 фирмы Briiel and Kjxr (Дания). Сокращение времени анализа при использовании традиционных схем анализаторов может быть достигнуто уменьшением длительности переходных процессов в анализирующих фильтрах путем использования генератора импульсов гашения и диодных схем для срыва колебаний в резонаторах. Для сокращения времени анализа может быть применен метод анализа с переменной скоростью. Устройство содержит дифференцируюш.ий каскад, на вход которого подается исследуемый спектр. Сигнал на выходе дифференцирующего каскада зависит от крутизны спектра. Этот сигнал через разделительное устройство, инвертор и сумматор управляет работой генератора пилообразного напряжения, что позволяет вести анализ с переменной скоростью более крутые участки спектра отслеживаются медленнее, а более пологие — быстрее.  [c.309]

Принцип действия интерполятора представлен на рис. 96. В интерполяторе имеется несколько групп ферротранзисторных ячеек, выполняющих роль реле. Каждая ячейка имеет два устойчивых состояния О и 1 . В исходном положении схемы первая ячейка группы находится в состоянии О , остальные — в состоянии 1 . От генератора импульсов ГИ ко всем ячейкам группы, состоящей из десяти ячеек, поступают командные импульсы. Ячейки, находящиеся в состоянии 1 , на импульсы не реагируют, а ячейка, находящаяся в состоянии О , перемагни-чивается и переходит в состояние 1 . Ячейка имеет два выхода. С первого выхода поступает импульс к щеткам считывающего устройства, а со второго выхода — импульс, перемагничивающий соседнюю ячейку в состоянии О . При подаче от генератора импульсов следующего командного импульса вторая ячейка переходит из состояния О в состояние 1 , а с ее выхода поступает импульс к щетке и к соседней ячейке, переводя ее в состояние О . Так последовательно меняют свое состояние все ячейки группы. Из последней, 10-й ячейки по одному выходу поступает  [c.169]

Бурение скважин. Упрощенная технологическая схема ЭИ-проходки скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости нагнетанием приведена на рис. 1.4. Схема включает источник импульсного напряжения, буровой снаряд с направляющими и спускоподъемными механизмами и систему промывки скважин. Главными элементами бурового снаряда являются буровой наконечник (буровая коронка), колонна буровых штанг и высоковольтный ввод. Буровые штанги кроме функций, присущих механическим способам бурения, вьшолняют также функцию передачи импульсов напряжения от генератора импульсов к буровому наконечнику, для чего они снабжаются центральным тоководом, а обратным тоководом служит наружная труба штанги.  [c.14]


Как правило, электроимпульс-ное дробление и измельчение осуществляется в технической воде, удельное сопротивление которой колеблется в широких пределах. Изменение проводимости среды, в которой происходит разрушение, как и геометрии электродов и меж-электродного расстояния, приводит к изменению степени деформации импульса напряжения по амплитуде и по крутизне. Поэтому для обеспечения постоянства внедрения канала разряда в твердое тело при изменении условий пробоя соответствующие оптимальным значениям параметры импульса напряжения должны быть обеспечены известными /11/ федствами коррекции фронта импульса — регулированием параметров разрядного контура, изменением уровня напряжения заряда генератора импульсов, оптимизацией геометрии электродов, в том числе регулированием степени их изолирования от воды.[c.76]

На рисунке 4.4 представлены зависимости коэффициента динамической концентрации напряжений от отношения диаметра отверстий к длине падающей волны, в качестве теоретической зависимости использованы данные /89/. На рисунке 4.5 представлены значения максимального порядка полос и максимального напряжения на контуре отверстий от величины индуктивности разрядного контура генератора импульсов. При наличии отвфстий в электроде-классификаторе при воздействии на него электрического импульсного разряда коэффициент динамической концентрации напряжений увеличивается по фавнению с электродом без отверстий на 60%, величина максимального напряжения на контуре может достигать 625 кГ/см и с увеличением индуктивности разрядного контура резко падает, что связано с уменьшением скорости выделения энергии в канале разряда и, соответственно, уменьшением амплитуды давления в волне сжатия.  [c.167]

Конструкция электродов решающим образом определяет условия формирования импульсного напряжения на разрядном промежутке, являющегося для генератора импульсов при ведении дезинтеграции в воде низкоомной нагрузкой. Уменьшение предпробивных потерь и деформации импульса и соответственно улучшение энергетических характеристик разрушения требует максимальной изоляции поверхности высоковольтных электродов. Однако надежность электродов, изолированных по всей длине, при многоимпульсном воздействии недостаточна, т.к. накопление объемного заряда в изоляции и ударные нагрузки приводят к его пробою и разрушению. Поэтому при разработке высоковольтного электрода решают вопросы оптимизации степени изоляции электродов и конструкции изоляции в активной зоне, формы изоляции на границе токовод-нижняя кромка изоляции, применяют методы гашения ударных нагрузок на торец электрода. Эта проблема свойственна как ЭИ- так и ЭГЭ-устройствам. Специфичная особенность ее решения состоит в следующем. В ЭИ-процессе, реализуемом при уровне напряжения, более чем на порядок превышающем ЭГЭ, и при пробое на фронте импульса, ограничения на величину сопротивления электродной системы для обеспечения требуемых для пробоя параметров импульса напряжения менее жесткие, поэтому менее жесткие требования и к изолированию электрода. ЭИ-  [c.176]

Установка включает в себя электротехническую часть (зарядное повысительно-выпрямительное устройство ЗПВУ и генератор импульсов высокого напряжения ГИН) и механическую часть (дезинтегрирущая камера ДК и технологическая оснастка загрузки, выгрузки продукта и первичной рудоразборки ТО), а также систему управления установкой с контрольно-измерительным комплексом СКУ. Вопросы электротехнического обеспечения процесса — предмет специальных работ /11/, и мы ограничимся лишь краткими ссылками в той мере, сколько это необходимо для отражения его специфичных особенностей при электроимпульсной дезинтеграции и конкретной установки.  [c.257]

Электротехнический блок установки ДИК-1 был скомпонован на основе выпрямителя-трансформатора ВТМ-20/50, регулировочного дросселя с подмагничиванием и генератора импульсов на конденсаторах ИК-100-0.25 в блочном исполнении с разрядниками в щумопоглощающем корпусе. Генератор импульсов расположен в непосредственной близости к рабочей камере, что позволяет до минимума уменьшить индуктивность разрядного контура и обеспечить формирование импульсов напряжения с фронтом порядка 10- с без применения схем коррекции фронта импульсов.[c.260]

Особенностью электрической схемы установки является использование одного повысительно-выпрямительного устройства (ВТМ 35/70) для питания двух генераторов импульсов. Генераторы импульсов этажерочной конструкции собраны на конденсаторах КБГП-2-30Ю.50, использование которых по напряжению в режиме 0.5 от номинального обеспечивает ресурс работы конденсаторов 10 имп. Частота посылок импульсов составляет 6 имп/с, обеспечивая производительность установки до 500 кг/ч. Цикличность всей технологической схемы не требовала создания непрерывно действующей установки, поэтому загрузка и разгрузка продукта осуществлялась с  [c.263]

Испытание камеры проведено также на оловосодержащих рудах Солнечного месторождения. При измельчении на стадиальном аппарате готовый продукт оказался более тонким (рис.6.6), чем после отсадочной машины, о связано с тем, что электроды-классификаторы имели круглые отверстия в отличие от щелевых шпальтовых сит, используемых в отсадочной машине и бутаре . Более тонкий помол материала привел к увеличению удельного расхода энергии. Однако следует отметить, что при использовании трех генераторов импульсов и шести формирующих элементов производительность установки составляла 900 кг/ч при удельных затратах энергии 26.3 кВт ч/т, т.е. производительность на один генератор составляет 300 кг/ч. Следует отметить, что электрическая часть установки работала достаточно надежно (всего было переработано 12 т руды).  [c.276]


Схема прямоугольных импульсов. Генератор импульсов. Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой. Описание работы

Микросхема интегрального таймера 555 была разработана 44 года назад, в 1971 году и до сих пор популярна. Пожалуй, ещё ни одна микросхема так долго не служила людям. Чего только на ней не собирали, даже поговаривают, что номер 555 — это число вариантов её применения:) Одно из классических применений 555 таймера — регулируемый генератор прямоугольных импульсов.
В этом обзоре будет описание генератора, конкретное применение будет в следующий раз.

Плату прислали запечатанной в антистатический пакетик, но микросхема очень дубовая и статикой её так просто не убить.


Схема генератора стандартная для получения скважности импульсов ≤2

Красный светодиод подключен на выход генератора и при малой выходной частоте — мигает.
По китайской традиции, производитель забыл поставить ограничивающий резистор последовательно с верхним подстроечником. По спецификации, он должен быть не менее 1кОм, чтобы не перегружать внутренний ключ микросхемы, однако, реально схема работает и при меньшем сопротивлении — вплоть до 200 Ом, при котором происходит срыв генерации. Добавить ограничивающий резистор на плату затруднительно из-за особенности разводки печатной платы.
Диапазон рабочих частот выбирается установленной перемычной в одной из четырёх позиций
Частоты продавец указал неверно.


Реально измеренные частоты генератора при питающем напряжении 12В
1 — от 0,5Гц до 50Гц
2 — от 35Гц до 3,5kГц
3 — от 650Гц до 65кГц
4 — от 50кГц до 600кГц

Нижний резистор (по схеме) задаёт длительность паузы импульса, верхний резистор задаёт период следования импульсов.
Напряжение питания 4,5-16В, максимальная нагрузка на выходе — 200мА

Стабильность выходных импульсов на 2 и 3 диапазонах невысока из-за применения конденсаторов из сегнетоэлектрической керамики типа Y5V — частота сильно уползает не только при изменении температуры, но даже при изменении питающего напряжения (причём в разы). Рисовать графики не стал, просто поверьте на слово.
На остальных диапазонах стабильность импульсов приемлемая.

Вот что он выдаёт на 1 диапазоне
На максимальном сопротивлении подстроечников


В режиме меандр (верхний 300 Ом, нижний на максимуме)


В режиме максимальной частоты (верхний 300 Ом, нижний на минимум)


В режиме минимальной скважности импульсов (верхний подстроечник на максимуме, нижний на минимуме)

Для китайских производителей: добавьте ограничивающий резистор 300-390 Ом, замените керамический конденсатор 6,8мкФ на электролитический 2,2мкФ/50В, и замените конденсатор 0,1мкФ Y5V на более качественный 47нФ X5R (X7R)
Вот готовая доработанная схема


Себе генератор не переделывал, т. к. указанные недостатки для моего применения не критичны.

Вывод: полезность устройства выясняется, когда какая-либо Ваша самоделка потребует подать на неё импульсы:)
Продолжение следует…

Планирую купить +31 Добавить в избранное Обзор понравился +28 +58

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

5.6 Генераторы импульсов

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц.

На рис. 116 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки SB1. На логических элементахDD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки SB1, 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.

На рис. 117 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор — цикл повторяется.

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду.

Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых

эффектов. Его недостаток — необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 118 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада.

Реле К 1 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 токе 20…50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 119, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются 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 напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 — длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1…2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 — 10…15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303





При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора.

Схема приведена на рис. 120. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют галетным переключателем SA1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1…10 000 Гц.

На рис. 121 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью. Скважность, т. е. отношение периода следования импульсов к длительности напряжения высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рис. 122, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 форми-



руются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение.

Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов.

Иногда возникает необходимость в построении генератора, который формирует число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки.

Принципиальная схема устройства (первый вариант), реализующего такую возможность, приведена на рис. 123. Функционально оно включает генератор импульсов, счетчик и дешифратор. Генератор прямоугольных импульсов собран на логических элементах DD1.3 и DD1.4. Частота следования импульсов около 10 Гц. С выхода генератора импульсы поступают на вход двоично-десятичного счетчика, выполненного на микросхеме DD2. Четыре выхода счетчика соединены со входами микросхемы DD3, представляющей собой дешифратор на 4 входа и 16 выходов.

При подаче питающего напряжения на правых (по схеме) контактах всех пятнадцати кнопок SB I-SB 15 будет напряжение низкого уровня, обеспечиваемое наличием низкоомного резистора R5. Это напряжение подается на вход ждущего мультивибратора, выполненного на элементах DD1.1, DD1.2 и конденсаторе С1, и



гасящего импульсы дребезга контактов кнопок. На выходе ждущего мультивибратора — напряжение низкого уровня, поэтому генератор импульсов не работает. При нажатии одной из кнопок конденсатор С3 мгновенно заряжается через диод VD1 до напряжения высокого уровня, в результате чего на выводах 2 и 3 счетчика DD2 появляется напряжение низкого уровня, устанавливающее его в рабочее состояние. Одновременно через замкнутый контакт нажатой кнопки напряжение высокого уровня подается на вход ждущего мультивибратора, и импульсы генератора поступают на вход счетчика. При этом на выходах дешифратора последовательно появляется напряжение низкого уровня. Как только оно появится на выходе, с которым соединен контакт нажатой кнопки, подача импульсов на вход счетчика прекратится. С вывода 11 элемента DD1.4 будет снято число импульсов, соответствующее номеру нажатой кнопки. Если продолжать удерживать кнопку нажатой, то через некоторое время конденсатор СЗ разрядится через резистор R2, счетчик DD2 установится в нулевое состояние и генератор выдаст новую серию импульсов. До окончания серии импульсов кнопку отпускать нельзя.

В устройстве использованы резисторы МЛТ-0,25; оксидные конденсаторы — К50-6. Транзисторы VT1, VT2 могут быть серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ201, диод VD1 — серий Д7, Д9, Д311. Кнопки SB 1 -SB 15 — типов П2К, KM 1-1 и др.

Настройка числоимпульсного генератора заключается в установке подбором резистора R1 и конденсатора С2 требуемой частоты следования импульсов генератора, которая может быть в пределах от единиц герц до десятков килогерц. При частоте выше 100 Гц для выдачи полной серии импульсов требуется время не более 0,15 с, поэтому кнопку можно не удерживать пальцем — короткого нажатия ее вполне достаточно для формирования пачки импульсов.

На рис. 124 представлена схема еще одного числоимпульсного генератора (второй вариант), по принципу работы аналогичного описанному выше. Благодаря применению микросхем серии К176 схема генератора упростилась. Генератор формирует от 1 до 9 импульсов.

В двух описанных выше вариантах числоимпульсных генераторов необходимо удерживать кнопку нажатой до окончания серии импульсов, в противном случае на выход поступит неполная пачка импульсов. Это является недостатком. На рис. 125 приведена схема третьего варианта числоимпульсного генератора, в котором импульсы начинают вырабатываться после отпускания кнопки.

На микросхемах DD1, DD2 и диодах VD1-VD3 собран шифратор, преобразующий десятичное число в двоичный код. Сигналы с выходов шифратора подаются на входы D1, D2, D4, D8 микросхемы



DD4 (реверсивный счетчик) и на входы логического элемента 4ИЛИ-HE(DD3.1).

Рассмотрим работу генератора при нажатии кнопки SB3. Когда кнопка нажата, на выходах логических элементов DD1. 1 и DD1.2 установится напряжение высокого уровня, а на выходах DD2.1, DD2.2 сохранится напряжение низкого уровня. На выходе логического элемента DD3.1 появится напряжение низкого уровня, которое через дифференцирующую цепь C1R11 поступит на вход С реверсивного счетчика DD4 и установит его в состояние 1100. При этом на выходе логического элемента DD3.2 установится напряжение низкого уровня, которое инвертируется логическим элементом DD5.1 и подготавливает к работе генератор на логических элементах DD5.2-DD5.4. После отпускания кнопки SB3 на выходе элемента DD3.1 появится напряжение высокого уровня, которое будет подано на выход 12 микросхемы DD5; начнет работать генератор. Импульсы с его выхода (вывод 11 микросхемы DD5) поступают на вход -1 реверсивного счетчика. При этом происходит уменьшение числа, записанного в счетчике, и на выходах 1, 2, 4, 8 счетчика последовательно появляются комбинации логических уровней 0100, 1000, 0000. При установке счетчика в состояние 0000 на выходе логического элемента DD3. 2 установится напряжение высокого уровня, и генератор остановится. На выход поступит три импульса.

Частота импульсов генератора определяется элементами С2 и R 12 и может изменяться в широких пределах (от единиц герц до сотен килогерц).


В описанных здесь генераторах импульсов можно использовать резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы К50-6, КМ-6. Транзисторы КТ315Б можно заменить транзисторами из серий КТ312, КТ315, КТ316, КТ503. Диоды — любые из серий Д7, Д9, Д311. Кнопки — типов П2К, КМ1 и др. Микросхемы могут быть серий К 133, К 134, К 136, К158, КР531, К555 для первого и третьего вариантов; К561 — для второго варианта.

Генераторы прямоугольных импульсов широко используются в радиотехнике, телевидении, системах автоматического управления и вычислительной технике.

Для получения импульсов прямоугольной формы с крутыми фронтами широко применяются устройства, принцип работы которых основан на использовании электронных усилителей с положительной обратной связью. К этим устройствам относятся так называемые релаксационные генераторы – мультивибраторы, блокинг-генераторы. Эти генераторы могут работать в одном из следующих режимов: ждущем, автоколебательном, синхронизации и деления частоты.

В ждущем режиме генератор имеет одно устойчивое состояние равновесия. Внешний запускающий импульс вызывает скачкообразный переход ждущего генератора в новое состояние, которое не является устойчивым. В этом состоянии, называемом квазиравновесным, или временно устойчивым, в схеме генератора происходят относительно медленные процессы, которые в конечном итоге приводят к обратному скачку, после чего устанавливается устойчивое исходное состояние. Длительность состояния квазиравновесия, определяющая длительность генерируемого прямоугольного импульса, зависит от параметров схемы генератора. Основными требованиями к ждущим генераторам является стабильность длительности формируемого импульса и устойчивость его исходного состояния. Ждущие генераторы применяются, прежде всего, для получения определенного временного интервала, начало и конец которого фиксируются соответственно фронтом и спадом генерируемого прямоугольного импульса, а также для расширения импульсов, для деления частоты повторения импульсов и других целей.

В автоколебательном режиме генератор имеет два состояния квазиравновесия и не имеет ни одного устойчивого состояния. В этом режиме без какого-либо внешнего воздействия генератор последовательно переходит скачком из одного состояния квазиравновесия в другое. При этом генерируются импульсы, амплитуда, длительность и частота повторения которых определяются в основном только параметрами генератора. Основным требованием, предъявляемым к таким генераторам, является высокая стабильность частоты автоколебаний. Между тем в результате изменения питающих напряжений, смены и старения элементов, воздействия других факторов (температуры, влажности, наводок и т. п.) стабильность частоты автоколебаний генератора обычно невелика.

В режиме синхронизации или деления частоты частота повторения генерируемых импульсов определяется частотой внешнего синхронизирующего напряжения (синусоидального или импульсного), подаваемого в схему генератора. Частота повторения импульсов равна или кратна частоте синхронизирующего напряжения.

Генератор периодически повторяющихся прямоугольных импульсов релаксационного типа называется мультивибратором.

Схема мультивибратора может быть реализована как на дискретных элементах, так и в интегральном исполнении.

Мультивибратор на дискретных элементах. В таком мультивибраторе используют два усилительных каскада, охваченных обратной связью. Одна ветвь обратной связи образована конденсатором и резистором, а другая – и (рис. 6.16).

состояний и обеспечивает генерирование периодически повторяющихся импульсов, форма которых близка прямоугольной.

В мультивибраторе оба транзистора могут находиться в активном режиме очень короткое время, так как в результате действия положительной обратной связи схема скачком переходит в состояние, когда один транзистор открыт, а другой закрыт.

Примем для определенности, что в момент времени транзисторVT 1 открыт и насыщен, а транзисторVT 2 закрыт (рис. 6.17). Конденсаторза счет тока, протекавшего в схеме в предшествующие моменты времени, заряжен до определенного напряжения. Полярность этого напряжения такова, что к базе транзистораVT 2 относительно эмиттера приложено отрицательное напряжение иVT 2 закрыт. Поскольку один транзистор закрыт, а другой открыт и насыщен, в схеме не выполняется условие самовозбуждения, так как коэффициенты усиления каскадов
.

В таком состоянии в схеме протекают два процесса. Один процесс связан с протеканием тока перезаряда конденсатора от источника питания по цепи резистор – открытый транзистор VT 1 .Второй процесс обусловлен зарядом конденсатора через резистор
и базовую цепь транзистораVT 1 , в результате напряжение на коллекторе транзистора VT 2 увеличивается (рис. 6.17). Поскольку резистор, включаемый в базовую цепь транзистора, имеет большее сопротивление, чем коллекторный резистор (
), время заряда конденсатора меньше времени перезаряда конденсатора.

открыт, поскольку его база оказывается подключенной к положительному полюсу источника питания через резистор .

Базовое
и коллекторное
напряжения транзистораVT 1 при этом не изменяются. Это состояние схемы называется квазиустойчивым.

В момент времени по мере перезаряда конденсатора напряжение на базе транзистора VT 2 достигает напряжения открывания и транзистор VT 2 переходит в активный режим работы, для которого
. При открывании VT 2 увеличивается коллекторный ток и соответственно уменьшается
. Уменьшение
вызывает снижение базового тока транзистораVT 1 , что, в свою очередь, приводит к уменьшению коллекторного тока . Снижение токасопровождается увеличением базового тока транзистораVT 2 , поскольку ток, протекающий через резистор
, ответвляется в базу транзистораVT 2 и
.

После того как транзистор VT 1 выйдет из режима насыщения, в схеме выполняется условие самовозбуждения:
. При этом процесс переключения схемы протекает лавинообразно и заканчивается, когда транзистор VT 2 переходит в режим насыщения, а транзистор VT 1 – в режим отсечки.

В дальнейшем практически разряженный конденсатор (
) заряжается от источника питания по цепи резистор
– базовая цепь открытого транзистора VT 2 по экспоненциальному закону с постоянной времени
. В результате в течение времени
происходит увеличение напряжения на конденсаторе до
и формируется фронт коллекторного напряжения
транзистораVT 1 .

Закрытое состояние транзистора VT 1 обеспечивается тем, что первоначально заряженный до напряжения конденсатор через открытый транзисторVT 2 подключен к промежутку база – эмиттер транзистора VT 1 , чем поддерживается отрицательное напряжение на его базе. С течением времени запирающее напряжение на базе изменяется, поскольку конденсатор перезаряжается по цепи резистор – открытый транзистор VT 2 . В момент времени напряжение на базе транзистора VT 1 достигает значения
и он открывается.

В схеме снова выполняется условие самовозбуждения и развивается регенеративный процесс, в результате которого транзистор VT 1 переходит в режим насыщения, а VT 2 закрывается. Конденсатор оказывается заряженным до напряжения
, а конденсатор практически разряжен(
). Это соответствует моменту времени , с которого началось рассмотрение процессов в схеме. На этом полный цикл работы мультивибратора заканчивается, так как в дальнейшем процессы в схеме повторяются.

Как следует из временной диаграммы (рис. 6.17), в мультивибраторе периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы можно снимать с коллекторов обоих транзисторов. В случае, когда нагрузка подключается к коллектору транзистора VT 2 , длительность импульсов определяется процессом перезаряда конденсатора , а длительность паузы – процессом перезаряда конденсатора .

Цепь перезаряда конденсатора содержит один реактивный элемент, поэтому , где
;
;.

Таким образом, .

Процесс перезаряда заканчивается в момент времени, когда
. Следовательно, длительность положительного импульса коллекторного напряжения транзистораVT 2 определяется формулой:

.

В том случае, когда мультивибратор выполнен на германиевых транзисторах, формула упрощается , поскольку
.

Процесс перезаряда конденсатора , который определяет длительность паузымежду импульсами коллекторного напряжения транзистораVT 2 , протекает в такой же эквивалентной схеме и при тех же условиях, что и процесс перезаряда конденсатора , только с другой постоянной времени:
. Поэтому формула для расчета аналогична формуле для расчета:

.

Обычно в мультивибраторе длительность импульса и длительность паузы регулируют, изменяя сопротивление резисторов и.

Длительности фронтов зависят от времени открывания транзисторов и определяются временем заряда конденсатора через коллекторный резистор того же плеча
. При расчете мультивибратора необходимо выполнить условие насыщения открытого транзистора
. Для транзистораVT 2 без учета тока
перезаряда конденсатораток
. Следовательно, для транзистораVT 1 условие насыщения
, а для транзистораVT 2
.

Частота генерируемых импульсов
. Основным препятствием увеличения частоты генерирования импульсов является большая длительность фронта импульсов. Снижение длительности фронта импульса за счет уменьшения сопротивлений коллекторных резисторов может привести к невыполнению условия насыщения.

При большой степени насыщения в рассмотренной схеме мультивибратора возможны случаи, когда после включении оба транзистора насыщены и колебания отсутствуют. Это соответствует жесткому режиму самовозбуждения. Для предотвращения этого следует выбирать режим работы открытого транзистора вблизи границы насыщения, чтобы сохранить достаточный коэффициент усиления в цепи обратной связи, а также использовать специальные схемы мультивибраторов.

Если длительность импульса равна длительности, что обычно достигается при , то такой мультивибратор называетсясимметричным.

Длительность фронта генерируемых мультивибратором импульсов можно существенно уменьшить, если дополнительно ввести в схему диоды (рис. 6.18).

Когда, например, закрывается транзистор VT 2 и начинает увеличиваться коллекторное напряжение, то к диоду VD 2 прикладывается обратное напряжение, он закрывается и тем самым отключает заряжающийся конденсатор от коллектора транзистораVT 2 . В результате ток заряда конденсатора протекает уже не через резистор, а через резистор . Следовательно, длительность фронта импульса коллекторного напряжения
теперь определяется только процессом закрывания транзистора VT 2 . Аналогично работает и диод VD 1 при заряде конденсатора .

Хотя в такой схеме длительность фронта существенно уменьшена, время заряда конденсаторов, которое ограничивает скважность импульсов, практически не изменяется. Постоянные времени
и
не могут быть уменьшены за счет снижения. Резисторв открытом состоянии транзистора через открытый диод подключается параллельно резистору .В результате при
возрастает потребляемая схемой мощность.

Мультивибратор на интегральных схемах (рис. 6.19).Простейшая схема содержит два инвертирующих логических элемента ЛЭ1 и ЛЭ2 , две времязадающие цепочки
и
и диодыVD 1 , VD 2 .

В момент времени
и на выходеЛЭ2
. В результате на вход ЛЭ1 через конденсатор , который заряжен до напряжения
, подается напряжение иЛЭ1 переходит в состояние нуля
. Так как напряжение на выходе ЛЭ1 уменьшилось, то конденсатор начинает разряжаться. В результате на резисторе возникнет напряжение отрицательной полярности, откроется диод VD 2 и конденсатор быстро разрядится до напряжения
. После окончания этого процесса напряжение на входе ЛЭ2
.

Одновременно в схеме протекает процесс заряда конденсатора и с течением времени напряжение на входе ЛЭ1 уменьшается. Когда в момент времени напряжение
,
,
. Процессы начинают повторяться. Опять происходит заряд конденсатора , а конденсатор разряжается через открытый диод VD 1 . Поскольку сопротивление открытого диода намного меньше сопротивления резисторов , и, разряд конденсаторов и происходит быстрее, чем их заряд.

Напряжение на входе ЛЭ1 в интервале времени
определяется процессом заряда конденсатора :, где
;
– выходное сопротивление логического элемента в состоянии единицы;
;
, откуда
. Когда
, заканчивается формирование импульса на выходе элемента ЛЭ2 , следовательно, длительность импульса

.

Длительность паузы между импульсами (интервал времени от до ) определяется процессом заряда конденсатора , поэтому

.

Длительность фронта генерируемых импульсов определяется временем переключения логических элементов.

На временной диаграмме (рис. 6.20) амплитуда выходных импульсов не меняется:
, поскольку при ее построении не учитывалось выходное сопротивление логического элемента. С учетом конечности этого выходного сопротивления амплитуда импульсов будет изменяться.

Недостатком рассмотренной простейшей схемы мультивибратора на логических элементах является жесткий режим самовозбуждения и связанное с этим возможное отсутствие колебательного режима работы. Этот недостаток схемы можно исключить, если дополнительно ввести логический элемент И (рис. 6.21).

Когда мультивибратор генерирует импульсы, то на выходе ЛЭ3
, поскольку
. Однако вследствие жесткого режима самовозбуждения возможен такой случай, когда при включении напряжения источника питания из-за малой скорости нарастания напряжения ток заряда конденсаторов и оказывается небольшим. При этом падение напряжения на резисторах и может быть меньше порогового
и оба элемента(ЛЭ1 и ЛЭ2 ) окажутся в состоянии, когда напряжения на их выходах
. При таком сочетании входных сигналов на выходе элемента ЛЭ3 возникнет напряжение
, которое через резистор подается на вход элемента ЛЭ2 . Так как
, то ЛЭ2 переводится в состояние нуля и схема начинает генерировать импульсы.

Для построения генераторов прямоугольных импульсов наряду с дискретными элементами и ЛЭ в интегральном исполнении используются операционные усилители.

поэтому напряжение на инвертирующем входе
зависит не только от напряжения на выходе усилителя, но и является функцией времени, поскольку
.

Процессы, протекающие в мультивибраторе, рассмотрим, начиная с момента времени (рис. 6.23), когда напряжение на выходе положительное (
). При этом конденсатор в результате процессов, протекавших в предшествующие моменты времени, заряжен таким образом, что к инвертирующему входу приложено отрицательное напряжение.

На неинвертирующем входе действует положительное напряжение
. Напряжение
остается постоянным, а напряжение на инвертирующем входе
с течением времени увеличивается, стремясь к уровню
, поскольку в схеме протекает процесс перезаряда конденсатора .

Однако пока
, состояние усилителя определяет напряжение на неинвертирующем входе и на выходе сохраняется уровень
.

В момент времени напряжения на входах операционного усилителя становятся равными:
. Дальнейшее незначительное увеличение
приводит к тому, что дифференциальное (разностное) напряжение на инвертирующем входе усилителя
оказывается положительным, поэтому напряжение на выходе резко уменьшается и становится отрицательным
. Так как напряжение на выходе операционного усилителя изменило полярность, то конденсатор в дальнейшем перезаряжается и напряжение на нем, а также напряжение на инвертирующем входе стремятся к
.

В момент времени опять
и затем дифференциальное (разностное) напряжение на входе усилителя
становится отрицательным. Так как оно действует на инвертирующем входе, то напряжение на выходе усилителя скачком опять принимает значение
. Напряжение на неинвертирующем входе также скачком изменяется
. Конденсатор , который к моменту времени зарядился до отрицательного напряжения, опять перезаряжается и напряжение на инвертирующем входе возрастает, стремясь к
. Так как при этом
, то напряжение на выходе усилителя сохраняется постоянным. Как следует из временной диаграммы (рис. 6.23), в момент времени полный цикл работы схемы заканчивается и в дальнейшем процессы в ней повторяются. Таким образом, на выходе схемы генерируются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы, амплитуда которых при
равна
. Длительность импульсов (интервал времени
) определяется временем перезаряда конденсатора по экспоненциальному закону от
до
с постоянной времени
, где
– выходное сопротивление операционного усилителя. Поскольку во время паузы (интервал
) перезаряд конденсатора происходит в точно таких же условиях, что и при формировании импульсов, то
. Следовательно, схема работает как симметричный мультивибратор.

происходит с постоянной времени
. При отрицательном напряжении на выходе (
) открыт диодVD 2 и постоянная времени перезаряда конденсатора , определяющая длительность паузы,
.

Ждущий мультивибратор или одновибратор имеет одно устойчивое состояние и обеспечивает генерирование прямоугольных импульсов при подаче на вход схемы коротких запускающих импульсов.

Одновибратор на дискретных элементах состоит из двух усилительных каскадов, охваченных положительной обратной связью (рис. 6.25).

транзистора VT 1 зависит от коллекторного тока транзистора VT 2 . Такую схему называют одновибратором с эмиттерной связью. Параметры схемы рассчитываются таким образом, чтобы в исходном состоянии в отсутствие входных импульсов транзистор VT 2 был открыт и насыщен, а VT 1 находился в режиме отсечки. Такое состояние схемы, являющееся устойчивым, обеспечивается при выполнении условий:
.

Положим, что одновибратор находится в устойчивом состоянии. Тогда токи и напряжения в схеме будут постоянными. База транзистора VT 2 через резистор подключена к положительному полюсу источника питания, что в принципе обеспечивает открытое состояние транзистора. Для расчета коллекторного
и базового токов имеем систему уравнений

.

Определив отсюда токи
и , условие насыщения запишем в виде:

.

Если учесть, что
и
, тополученное выражение существенно упрощается:
.

На резисторе за счет протекания токов ,
создается падение напряжения
. В результате разность потенциалов между базой и эмиттером транзистораVT 1 определяется выражением:

Если в схеме выполняется условие
, то транзисторVT 1 закрыт. Конденсатор при этом заряжен до напряжения . Полярность напряжения на конденсаторе указана на рис. 6.25.

Положим, что в момент времени (рис. 6.26) на вход схемы поступает импульс , амплитуда которого достаточна для открывания транзистораVT 1 . В результате в схеме начинается процесс открывания транзистора VT 1 сопровождающийся увеличением коллекторного тока и уменьшением коллекторного напряжения
.

Когда транзистор VT 1 открывается, конденсатор оказывается подключенным к области база – эмиттер транзистора VT 2 таким образом, что потенциал базы становится отрицательным и транзистор VT 2 переходит в режим отсечки. Процесс переключения схемы носит лавинообразный характер, поскольку в это время в схеме выполняется условие самовозбуждения. Время переключения схемы определяется длительностью процессов включения транзистора VT 1 и выключения транзистора VT 2 и составляет доли микросекунды.

При закрывании транзистора VT 2 через резистор перестают протекать коллекторный и базовый токи VT 2 . В результате транзистор VT 1 остается в открытом состоянии даже после окончания входного импульса. В это время на резисторе падает напряжение
.

Состояние схемы, когда транзистор VT 1 открыт, а VT 2 закрыт, является квазиустойчивым. Конденсатор через резистор , открытый транзистор VT 1 и резистор оказывается подключенным к источнику питания таким образом, что напряжение на нем имеет встречную полярность. В схеме протекает ток перезаряда конденсатора , и напряжение на нем, а следовательно, и на базе транзистора VT 2 стремится к положительному уровню.

Изменение напряжения
носит экспоненциальный характер:, где
. Начальное напряжение на базе транзистораVT 2 определяется напряжением, до которого первоначально заряжен конденсатор и остаточным напряжением на открытом транзисторе:

Предельное значение напряжения, к которому стремится напряжение на базе транзистора VT 2 , .

Здесь учтено, что через резистор протекает не только ток перезаряда конденсатора , но и ток открытого транзистораVT 1 . Следовательно, .

В момент времени напряжение
достигает напряжения отпирания
и транзисторVT 2 открывается. Появившийся коллекторный ток создает дополнительное падение напряжения на резисторе , что приводит к уменьшению напряжения
. Это вызывает уменьшение базового и коллекторноготоков и соответствующее увеличение напряжения
. Положительное приращение коллекторного напряжения транзистораVT 1 через конденсатор передается в цепь базы транзистора VT 2 и способствует еще большему нарастанию его коллекторного тока . В схеме опять развивается регенеративный процесс, оканчивающийся тем, что транзисторVT 1 закрывается, а транзистор VT 2 переходит в режим насыщения. На этом процесс генерирования импульса заканчивается. Длительность импульса определяется, если положить
: .

После окончания импульса в схеме протекает процесс заряда конденсатора по цепи, состоящей из резисторов
, и эмиттерной цепи открытого транзистора VT 2 . В начальный момент базовый ток транзистораVT 2 равен сумме токов заряда конденсатора : тока , ограниченного сопротивлением резистора
, и тока, протекающего через резистор . По мере заряда конденсатора ток уменьшается и соответственно снижается ток базы транзистораVT 2 , стремясь к стационарному значению, определяемому резистором . В результате в момент открывания транзистора VT 2 падение напряжения на резисторе оказывается больше стационарного значения, что приводит к увеличению отрицательного напряжения на базе транзистора VT 1 . Когда напряжение на конденсаторе достигает значения
схема переходит в исходное состояние. Длительность процесса дозаряда конденсатора , который называется этапом восстановления, определяется соотношением .

Минимальный период повторения импульсов одновибратора
, а максимальная частота
. Если интервал между входными импульсами окажется меньше, то конденсатор не успеет дозарядиться и это приведет к изменению длительности генерируемых импульсов.

Амплитуда генерируемых импульсов определяется разностью напряжений на коллекторе транзистора VT 2 в закрытом и открытом состояниях .

Одновибратор можно реализовать на базе мультивибратора, если одну ветвь обратной связи сделать не емкостной, а резисторной и ввести источник напряжения
(рис. 6.27). Такая схема называется одновибратором с коллекторно-базовыми связями.

К базе транзистора VT 2 приложено отрицательное напряжение и он закрыт. Конденсатор заряжен до напряжения
. В случае германиевых транзисторов
.

Конденсатор , исполняющий роль форсирующего конденсатора, заряжен до напряжения
. Это состояние схемы является устойчивым.

При подаче на базу транзистора VT 2 отпирающего импульса (рис. 6.28) в схеме начинают протекать процессы открывания транзистора VT 2 и закрывания транзистора VT 1 .

При этом выполняется условие самовозбуждения, развивается регенеративный процесс и схема переходит в квазиустойчивое состояние. Транзистор VT 1 оказывается в закрытом состоянии, поскольку за счет заряда на конденсаторе к его базе прикладывается отрицательное напряжение. Транзистор VT 2 остается в открытом состоянии и после окончания входного сигнала, так как потенциал коллектора транзистора VT 1 при его закрывании увеличился, и соответственно возросло напряжение на базе VT 2 .

При переключении схемы формируется фронт выходного импульса, который обычно снимается с коллектора транзистора VT 1 . В дальнейшем в схеме протекает процесс перезаряда конденсатора .Напряжение на нем
, а следовательно, и напряжение на базе транзистора VT 1 изменяется по экспоненциальному закону
,где
.

Когда в момент времени напряжение на базе достигает значения
, транзистор VT 1 открывается, напряжение на его коллекторе
уменьшается и закрывается транзистор VT 2 . При этом формируется срез выходного импульса. Длительность импульса получим, если положить
:

.

Так как
, то . Длительность среза
.

В дальнейшем в схеме протекает ток заряда конденсатора через резистор
и базовую цепь открытого транзистораVT 1 . Длительность этого процесса, который определяет время восстановления схемы,
.

Амплитуда выходных импульсов в такой схеме одновибратора практически равна напряжению источника питания.

Одновибратор на логических элементах . Для реализации одновибратора на логических элементах обычно используют элементы И-НЕ. Структурная схема такого одновибратора включает два элемента (ЛЭ1 и ЛЭ2 ) и времязадающую цепочку
(рис. 6.29). Входы ЛЭ2 объединены, и он работает как инвертор. Выход ЛЭ2 соединен с одним из входов ЛЭ1 , а на другой его вход подается управляющий сигнал.

Чтобы схема находилась в устойчивом состоянии, на управляющий вход ЛЭ1 необходимо подать напряжение
(рис. 6.30). При этом условииЛЭ2 находится в состоянии «1», а ЛЭ1 – в состоянии «0». Любая другая комбинация состояний элементов не является устойчивой. В таком состоянии схемы на резисторе имеется некоторое падение напряжения, которое обусловлено током ЛЭ2 , протекающим в

его входной цепи. Схема генерирует прямоугольный импульс при кратковременном уменьшении (момент времени ) входного напряжения
. Через интервал времени, равный
(не показан на рис. 6.29), на выходеЛЭ1 напряжение увеличится. Этот скачок напряжения через конденсатор передается на вход ЛЭ2 . Элемент ЛЭ2 переключается в состояние «0». Таким образом, на входе 1 ЛЭ1 через интервал времени
начинает действовать напряжение
и этот элемент останется в состоянии единицы, если даже по истечении времени
напряжение
опять станет равно логической «1». Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы длительность входного импульса
.

По мере заряда конденсатора выходной ток ЛЭ1 уменьшается. Соответственно уменьшается падение напряжения на :
. Одновременно несколько увеличивается напряжение
, стремясь к напряжению
, которое при переключенииЛЭ1 в состояние «1» было меньше
за счет падения напряжения на выходном сопротивлении ЛЭ1 . Это состояние схемы является временно устойчивым.

В момент времени напряжение
достигает порогового
и элементЛЭ2 переключается в состояние «1». На вход 1 ЛЭ1 подается сигнал
и он переключается в состояние лог. «0». При этом конденсатор , который в интервале времени от до зарядился, начинает разряжаться через выходное сопротивление ЛЭ1 и диод VD 1 . По истечении времени , определяемого процессом разряда конденсатора , схема переходит в исходное состояние.

Таким образом, на выходе ЛЭ2 генерируется импульс прямоугольной формы. Длительность его, зависящая от времени уменьшения
до
, определяется соотношением
, где
– выходное сопротивлениеЛЭ1 в состоянии «1». Время восстановления схемы , где
– выходное сопротивление ЛЭ1 в состоянии «0»; – внутреннее сопротивление диода в открытом состоянии.

и напряжение на инвертирующем входе невелико:
, где
падение напряжения на диоде в открытом состоянии. На неинвертирующем входе напряжение также постоянное:
, и так как
, то на выходе поддерживается неизменное напряжение
.

При подаче в момент времени входного импульса положительной полярности амплитудой
напряжение на неинвертирующем входе становится больше напряжения на инвертирующем входе и выходное напряжение скачком становится равным
. При этом также скачком увеличивается напряжение на неинвертирующем входе до
. Одновременно диод VD закрывается, конденсатор начинает заряжаться и на инвертирующем входе растет положительное напряжение (рис. 6.32). Пока
на выходе сохраняется напряжение
. В момент времени при
происходит изменение полярности выходного напряжения и напряжение на неинвертирующем входе принимает исходное значение, а напряжение начинает уменьшаться по мере разряда конденсатора .

Так как
, то
.

Время восстановления схемы определяется длительностью процесса разряда конденсатора от
до
и с учетом принятых допущений
.

Генераторы на операционных усилителях обеспечивают формирование импульсов амплитудой до десятков вольт; длительность фронтов зависит от полосы частот операционного усилителя и может составлять доли микросекунды.

Блокинг-генератором называется генератор импульсов релаксационного типа в виде однокаскадного усилителя с положительной обратной связью, создаваемой с помощью трансформатора. Блокинг-генератор может работать в ждущем и автоколебательном режимах.

Ждущий режим работы блокинг генератора. При работе в ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние и генерирует импульсы прямоугольной формы, когда на вход поступают запускающие импульсы. Устойчивое состояние блокинг-генератора на германиевом транзисторе осуществляется путем включения источника смещения в базовую цепь. При использовании кремниевого транзистора источник смещения не требуется, поскольку транзистор при нулевом напряжении на базе закрыт (рис. 6.33).

Положительная обратная связь в схеме проявляется в том, что при нарастании тока в первичной (коллекторной) обмотке трансформатора, т. е. коллекторного тока транзистора (
), во вторичной (базовой) обмотке индуцируется напряжение такой полярности, что потенциал базы увеличивается. И, наоборот, при

базовое напряжение уменьшается. Такая связь реализуется путем соответствующего подключения начала обмоток трансформатора (на рис. 6.33, показаны точками).

В большинстве случаев трансформатор имеет третью (нагрузочную) обмотку, к которой подключается нагрузка .

Напряжения на обмотках трансформатора и токи, протекающие в них, связаны между собой следующим образом:
,
,
,
где
,
– коэффициенты трансформации;
– число витков первичной, вторичной и нагрузочной обмоток соответственно.

Длительность процесса включения транзистора настолько мала, что за это время ток намагничивания практически не нарастает (
). Поэтому уравнение токов при анализе переходного процесса включения транзистора упрощается:
.

тока базы
и действительного тока, протекающего в цепи базы транзистора,
.

Таким образом, первоначальное изменение тока базы
в результате процессов, протекающих в схеме, приводит к дальнейшему изменению этого тока
, и если
, то процесс изменения токов и напряжений носит лавинообразный характер. Следовательно,условие самовозбуждения блокинг-генератора:
.

В отсутствие нагрузки (
) это условие упрощается:
. Так как
, то условие самовозбуждения в блокинг-генераторе выполняется довольно легко.

Процесс открывания транзистора, сопровождающийся формированием фронта импульса, заканчивается, когда он переходит в режим насыщения. При этом перестает выполняться условие самовозбуждения и в дальнейшем формируется вершина импульса. Так как транзистор насыщен:
, то к первичной обмотке трансформатора оказывается приложенным напряжение
и приведенные базовый ток
, а также ток нагрузки
, оказываются постоянными. Ток намагничивания при формировании вершины импульса может быть определен из уравнения
, откуда при нулевых начальных условиях получим
.

Таким образом, ток намагничивания в блокинг-генераторе, когда транзистор насыщен, нарастает во времени по линейному закону. В соответствии с уравнением токов также по линейному закону увеличивается коллекторный ток транзистора
.

С течением времени степень насыщения транзистора уменьшается, так как базовый ток остается постоянным
, а коллекторный ток нарастает. В некоторый момент времени коллекторный ток увеличивается настолько, что транзистор переходит из режима насыщения в активный режим и опять начинает выполняться условие самовозбуждения блокинг-генератора. Очевидно, что длительность вершины импульса определяется временем, в течение которого транзистор находится в режиме насыщения. Границе режима насыщения соответствует условие
. Следовательно,
.

Отсюда получаем формулу для расчета длительности вершины импульса:

.

Ток намагничивания
во время формирования вершины импульса увеличивается и в момент окончания этого процесса, т. е. при
, достигает значения
.

Так как к первичной обмотке импульсного трансформатора при формировании вершины импульса приложено напряжение источника питания , то амплитуда импульса на нагрузке
.

При переходе транзистора в активный режим происходит уменьшение коллекторного тока
. Во вторичной обмотке индуцируется напряжение, приводящее к уменьшению напряжения и тока базы, что, в свою очередь, вызывает дальнейшее снижение коллекторного тока. В схеме развивается регенеративный процесс, в результате которого транзистор переходит в режим отсечки и формируется срез импульса.

Протекающий лавинообразно процесс закрывания транзистора имеет столь малую длительность, что ток намагничивания за это время практически не изменяется и остается равным
. Следовательно, к моменту закрывания транзистора в индуктивности запасена энергия
. Эта энергия рассеивается только в нагрузке, так как коллекторная и базовая цепи закрытого транзистора оказываются разомкнутыми. Ток намагничивания при этом уменьшается по экспоненте:
, где
– постоянная времени. Протекающий через резистор ток создает обратный выброс напряжения на нем, амплитуда которого
, что также сопровождается всплеском напряжения на базе и коллекторе закрытого транзистора
. Воспользовавшись найденным ранее соотношением для
, получим:

,

.

Процесс рассеяния запасенной в импульсном трансформаторе энергии, определяющий время восстановления схемы , заканчивается через интервал времени
, после чего схема переходит в исходное состояние. Дополнительный всплеск коллекторного напряжения
может быть значительным. Поэтому в схеме блокинг-генератора принимаются меры к снижению величины
, для чего параллельно нагрузке или в первичную обмотку включают демпфирующую цепь, состоящую из диода VD 1 и резистора , сопротивление которого
(рис. 6.33). При формировании импульса диод закрыт, так как к нему приложено напряжение обратной полярности, и демпфирующая цепь не оказывает влияния на процессы в схеме. Когда при закрывании транзистора в первичной обмотке возникает всплеск напряжения, то к диоду прикладывается прямое напряжение, он открывается и ток протекает через резистор . Так как
, то всплеск коллекторного напряжения
и обратный выброс напряжения на существенно уменьшаются. Однако при этом возрастает время восстановления:
.

Не всегда последовательно с диодом включают резистор , и тогда амплитуда всплеска оказывается минимальной, но увеличивается его длительность.

импульсов. Процессы, протекающие в схеме, рассмотрим, начиная с момента времени , когда напряжение на конденсаторедостигает значения
и транзистор откроется (рис. 6.36).

Поскольку напряжение на вторичной (базовой) обмотке во время формирования вершины импульса остается постоянным
, то по мере заряда конденсатора базовый ток уменьшается по экспоненциальному закону
, где
– сопротивление области база – эмиттер насыщенного транзистора;
– постоянная времени.

В соответствии с уравнением токов коллекторный ток транзистора определяется выражением
.

Из приведенных соотношений следует, что в автоколебательном блокинг-генераторе во время формирования вершины импульса изменяются и базовый и коллекторный токи. Как видно, базовый ток с течением времени уменьшается. Коллекторный ток в принципе может и нарастать, и уменьшаться. Все зависит от соотношения между первыми двумя слагаемыми последнего выражения. Но если даже коллекторный ток и уменьшается, то медленнее, чем базовый ток. Поэтому при уменьшении базового тока транзистора наступает момент времени , когда транзистор выходит из режима насыщения и процесс формирования вершины импульса заканчивается. Таким образом, длительность вершины импульса определяется соотношением
. Тогда можно записать уравнение токов для момента окончания формирования вершины импульса:

.

После некоторых преобразований имеем
. Полученное трансцендентное уравнение можно упростить при условии
. Воспользовавшись разложением в ряд экспоненты и ограничившись первыми двумя членами
, получим формулу для расчета длительности вершины импульса
, где
.

Во время формирования вершины импульса за счет протекания базового тока транзистора напряжение на конденсаторе изменяется и к моменту закрывания транзистора оно становится равным
. Подставив в это выражение значение
и проинтегрировав, получим:

.

При переходе транзистора в активный режим работы снова начинает выполняться условие самовозбуждения и в схеме протекает лавинообразный процесс его закрывания. Как и в ждущем блокинг-генераторе, после закрывания транзистора протекает процесс рассеяния запасенной в трансформаторе энергии, сопровождающийся появлением всплесков коллекторного и базового напряжений. После окончания этого процесса транзистор продолжает находиться в закрытом состоянии благодаря тому, что к базе прикладывается отрицательное напряжение заряженного конденсатора . Это напряжение не остается постоянным, поскольку в закрытом состоянии транзистора через конденсатор и резистор протекает ток перезаряда от источника питания . Поэтому по мере перезаряда конденсатора напряжение на базе транзистора увеличивается по экспоненциальному закону
, где
.

Когда напряжение на базе достигает значения
, транзистор открывается и опять начинается процесс формирования импульса. Таким образом, длительность паузы, определяемая временем нахождения транзистора в закрытом состоянии, может быть рассчитана, если положить
. Тогда получим
.Для блокинг-генератора на германиевом транзисторе полученная формула упрощается, поскольку
.

Блокинг-генераторы имеют высокий коэффициент полезного действия, так как в паузе между импульсами ток от источника питания практически не потребляется. По сравнению с мультивибраторами и одновибраторами они позволяют получить большую скважность и меньшую длительность импульсов. Важным достоинством блокинг-генераторов является возможность получения импульсов, амплитуда которых больше напряжения источника питания. Для этого достаточно, чтобы коэффициент трансформации третьей (нагрузочной) обмотки
. В блокинг-генераторе при наличии нескольких нагрузочных обмоток можно осуществить гальваническую развязку между нагрузками и получать импульсы разной полярности.

Схема блокинг-генератора не реализуется в интегральном исполнении из-за наличия импульсного трансформатора.

В электронной технике широко применяются устройства, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Такие колебания называют релаксационными, мультивибратор представляет собой разновидность одного из релаксационных генераторов. Мультивибратор (от латинских слов multim — много и vibro — колебание) — релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).

Генераторы импульсных сигналов могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.

В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал по приходу внешнего (запускающего) импульса. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.

Сущность работы мультивибратора — переключение энергии конденсатора C с заряда на разряд, от источника питания к резистору R . Это переключение осуществляется с помощью электронных ключей.

Мультивибратор можно построить на базе биполярных и полевых транзисторов, операционных усилителей, таймеров, выполненных в виде интегральных микросхем, потенциальных логических элементов или специализированных интегральных микросхем. Последний вариант получает все большее распространение.

Генераторы импульсов на операционных усилителях. На рис. 16.7 показан классический релаксационный R С -генератор. Работает он таким образом: допустим, что когда впервые прикладывается напряжение, выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким образом это произойдет — неважно). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения U ВХ ВЫКЛ спостоянной времени, равной τ = RC .Когда напряжение конденсатора достигнет напряжения U ВХ ВЫКЛ R 1 / (R 1 + R 2 ), ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта) и конденсатор начинает разряжаться до U ВХ ВКЛ R 1 /(R 1 + R 2 ), с той же самой постоянной времени. Цикл повторяется с не зависящим от напряжения питания периодом (рис. 16.8): T = В случае использования вместо резистора R двух разных резисторов и диодов можно построить несимметричный мультивибратор (рис.16.9), у которого длительности положительного и отрицательного импульсов не совпадают.

Разная длительность положительного и отрицательного импульсов обеспечивается различными постоянными времени перезаряда емкостей τ 1 и τ 2 : τ 1 = R 3 C; и τ 2 =R 4 C. (16.8)

Рис. 16.7. Генератор прямоугольных импульсов на ОУ

Рис.16.8. Временные диаграммы работы генератора

Функциональные генераторы , которые одновременно вырабатывают колебания различных видов: прямоугольные, треугольные, синусоидальные, можно реализовать на ОУ. Генерация переменного напряжения треугольной формы осуществляется по простой схеме с помощью интегратора и триггера Шмитта. В свою очередь, используя простой блок формирования синусоидальной функции (например, фильтр нижних частот) из треугольного напряжения можно получить синусоидальное. Структурная схема такого генератора изображена на рисунок 16.10.


Рис. 16.11. Принципиальная схема функционального генератора

Амплитуда треугольного напряжения зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта и составляет

U D = U макс

где Uмакс- граница насыщения операционного усилителя DA1. Период колебаний равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменялось от до. Отсюда следует: Т = 4RCТаким образом, частота формируемого напряжения не зависит от уровня границы насыщения Uмакс операционного усилителя.

Одновибратор — это мультивибратор в ждущем режиме. Исходя из функциональных признаков, одновибратору часто присваивают и другие названия: спусковая система, заторможенный мультивибратор, однотактный релаксатор и др. Однако независимо от названия одновибратор представляет собой устройство с положительной обратной связью, имеющее одно устойчивое и одно временно-устойчивое состояние, формирующие одиночный прямоугольный импульс.

Формирование импульса прямоугольной формы осуществляется одновибратором после поступления запускающего импульса, который переводит одновибратор из устойчивого состояния во временно устойчивое. Момент окончания временно устойчивого состояния определяется времязадающей цепочкой. Изменяя постоянную времени цепочки (плавно или скачком), можно регулировать длительность выходных импульсов в широких пределах. Поэтому одновибраторы широко применяются для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности и амплитуды и для задержки импульсов на заданное время.

Одновибратор может быть получен из автоколебательного мультивибратора, если его принудительно запереть в одном из временно устойчивых состояний, превратив его в устойчивое (рис. 16.12).

В схему введены диод VD2, осуществляющий ждущий режим и цепь запуска на элементах С1, R3, VD1. Схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе равно отрицательному напряжению насыщения ОУ U- .

В исходном состоянии (на выходе U-) диод VD2 открыт, напряжение на инвертирующем входе UИ примерно равно нулю, а напряжение на неинвертирующем входеUН = U- R2 / (R1 + R2), UН — UИ

Рис.16.13. Временные диаграммы работы одновибратора

Термостабильный генератор импульсов | NiceTV

РадиоМир 2007 №3

Микросхема К561ТЛ1 (зарубежный аналог — CD4093B) весьма популярна среди радиолюбителей. На ней можно построить разнообразные устройства, ведь в составе этой микросхемы четыре элемента 2И-НЕ с передаточной характеристикой триггера Шмитта (гистерезисом). В частности, К561ТЛ1 можно использовать в роли генератора прямоугольных импульсов звуковой сигнализации (рис.1), работающего в широком диапазоне частот. Частота генерируемых импульсов зависит от номиналов элементов R1 и С1.


Рис. 1 Схема генератора на К561ТЛ1

Добавление в классическую схему светодиода обеспечивает гораздо лучшую, термостабильность (малые отклонения частоты выходных импульсов при колебаниях температуры.


Рис. 2 Схема генератора со светодиодом

Показанный на рис.2 генератор вполне конкурентоспособен с кварцевыми генераторами. Сопротивление резистора R1 может изменяться в широких пределах (от единиц килоом до 10…15 МОм). Ёмкость С1 также успешно варьируется от 100 пФ до 50 мкФ. При этом чем меньше ёмкость С1 и больше сопротивление R1, тем выше частота выходных импульсов. Для лучшей термостабильности конденсатор С1 надо использовать неполярный, с ТКЕ (температурным коэффициентом ёмкости) Н70 или М75. При указанных на схеме номиналах элементов частота импульсов составляет 1 кГц. На выход элемента DD1.2 подключается маломощный пьезоэлектрический капсюль НА1, который преобразует импульсы генератора в звуковой сигнал. Для указанного капсюля дополнительного усиления сигнала не требуется. Если для питания классической схемы (рис.1) используется стабилизированный источник с постоянным напряжением 12 В, при уменьшении Uпит на 1В (примерно на 10%) частота выходных импульсов также уменьшается, но на 1%. Таким образом, отношение изменения питающего напряжения к изменению частоты выходных импульсов составляет соответственно 1:10. В некоторых практических случаях это недопустимо. В схеме генератора на рис.2 отношение составляет примерно 1:200. А при колебаниях питающего напряжения в диапазоне 11…15 В изменения частоты и вовсе не заметно. В качестве светодиода HL1, кроме указанного на схеме, допустимо использовать любой светодиод с непрерывным свечением, например, L63SRC.


Рис. 3 Схема генератора с мигающим светодиодом

Придать генератору дополнительные возможности нетрудно, если вместо обычного светодиода применить мигающий. Здесь подходит практически любой тип мигающего светодиода. Схема такого генератора показана на рис.3. Светодиод HL1 играет роль прерывателя тока. Вместо указанного на схеме светодиода можно применить L816BRSC-B, L-769BGR или аналогичный. Во время работы узла он вспыхивает. В данной схеме необходимость в конденсаторе С1 отпадает. Генератор работает за счёт обратной связи через резистор R1 и собственной генерации светодиода HL1. Звук на выходе прерывистый: пауза 0,8 с, звуковой импульс 1,2 с и т.д. При изменении питающего напряжения частота остается стабильной. Такой узел удобно применять в качестве светозвукового сигнализатора в различных игрушках, устройствах охраны и т.п. Для него нет необходимости разрабатывать печатную плату. Если вместо указанного излучателя НА1 в данном варианте использовать капсюль с встроенным генератором, например, FMQ-2015В, то звуковой сигнал будет напоминать милицейскую сирену: частота звука будет изменяться на 170. ..300 Гц в такт вспышкам светодиода HL1. Можно пойти ещё дальше и применить излучатель с прерыванием KPI-4332-12. Тогда получается трёхтональный переливистый звук. Для «мягкости» звучания параллельно НА1 стоит установить неполярный конденсатор ёмкостью 1000…6800 пФ. Для усиления громкости звука необходимо применить более мощный излучатель НА1, например, СП-1, НС0903А, и оснастить узел усилителем тока на любом транзисторе средней мощности (КТ817).

 

А. КАШКАРОВ, г.С.-Петербург.

Схема генератора высоковольтных импульсов » Паятель.Ру


Генератор, в зависимости от напряжения источника питания, вырабатывает высоковольтные импульсы амплитудой до 25 кВ. Он может работать от гальванической батареи на 6В (четыре элемента типа «А»), аккумуляторной батареи на 6… 12В, бортовой сети автомобиля, лабораторного источника питания до 15В. Диапазон применения достаточно широк: электроизгороди на ферме для животных, зажигалка для газа, электрошоковое средство защиты, и др. При изготовлении подобных устройств наибольшие трудности вызывает высоковольтный трансформатор.


Даже при удачном изготовлении он не отличается надежностью и часто выходит из строя от сырости или из-за пробоя изоляции между катушками. Попытка сделать высоковольтный генератор на основе диодного умножителя напряжения тоже не всегда дает положительный результат.

Проще всего использовать готовый высоковольтный трансформатор — автомобильную катушку зажигания от автомобиля с классической системой зажигания. Этот трансформатор отличается высокой надежностью и может работать даже в самых не благоприятных полевых условиях. Конструкция катушки зажигания рассчитана на жесткую эксплуатацию в любых погодных условиях.

Принципиальная схема генератора показана на рисунке. На транзисторах VT1 и VT2 сделан несимметричный мультивибратор, он вырабатывает импульсы частотой около 500 Гц. Эти импульсы протекают через коллекторную нагрузку транзистора VT2 — первичную обмотку катушки зажигания. В результате в её вторичной обмотке, имеющей значительно большее число витков, наводится переменное импульсное высоковольтное напряжение.

Это напряжение поступает на разрядник, если это средство самозащиты или зажигалка для газа, или на электроизгородь. В этом случае на изгородь подается напряжение с центрального вывода катушки зажигания (с того вывода, с которого напряжение поступает на распределитель и свечи), а общий плюс схемы нужно заземлить.

Если генератор будет использоваться как средство самозащиты, его удобнее всего сделать в виде палки. Взять пластмассовую или металлическую трубку такого диаметра, чтобы в неё туго вставлялась катушка зажигания своим металлическим корпусом. В остальном пространстве трубы расположить батареи питания и транзисторы. S1 в этом случае — приборная кнопка. Верхнюю часть корпуса катушки придется переделать.

Удобнее всего взять штепсельную вилку старого образца для сети 220В, с вывинчивающимися контактами. Отверстие под провод в ней нужно рассверлить так, чтобы в него плотно входила часть катушки зажигания с высоковольтным контактом. Затем нужно вывести монтажные провода от этого контакта и от общего плюса схемы и по самым краям вилки их подвести к штыревым контактами вилки.

Затем эту вилку нужно промазать эпоксидным клеем в рассверленном отверстии под провод и туго насадить на пластмассовый корпус высоковольтного контакта катушки. Под штыревые контакты вилки нужно привинтить разрядные лепестки, расстояние между которыми должно быть около 15 мм.

Катушка зажигания может быть любая от контактной системы зажигания (от электронной не подходит), желательно импортная, — она меньше по размерам и лете.

Настройка заключается в подборе номинала R1 таким образом, чтобы между разрядными лепестками был надежный электрический разряд.

Схема генератора суточных импульсов » Схемы электронных устройств

Это устройство генерирует импульсы с периодом в 24 часа. Его можно использовать, например, для отключения охранной системы, если охраняемый объект нужно снимать с охраны каждый день в одно и то же время. Можно найти и другие применения, для включения или выключения какого-то устройства. Схема состоит из кварцевого генератора импульсов частотой 32768 Гц (на часовом резонаторе) и делителя частоты на трех счетчиках К561ИЕ16. В общем, схема проста и традиционна.
Импульсы от генератора, частотой 32768 Гц, поступают на вход первого счетчика, который работает на полный коэффициент деления (16384). При подаче на его вход частоты 32768 Гц, на его старшем выходе будет частота 2 Гц (0,5 сек.). Чтобы получить суточный интервал эту частоту нужно разделить на 172800 (в сутках 86400 секунд). Сначала второй счетчик делит 2 Гц на 32 и на его выходе получается период в 16 секунд. Третий счетчик делит эти импульсы на 5400 и на его выходе получаются импульсы, следующие с периодом 24 часа.

Коэффициенты деления 32 и 5400 для второго и третьего счетчика выбраны потому, что счетчики К561ИЕ16 не имеют выходов с весовыми коэффициентами 2 и 4, поэтому нужно было выбрать такой коэффициент деления частоты, при задании которого эти выходы не нужны. Счет третьего счетчика на уровне 5400 ограничен диодами, обнуляющими всю схему.

Рассмотрим схему. На элементах D1.1 и D1.2 собран кварцевый мультивибратор. Его частота задана резонатором Q1. D2 — делитель на 16384 (импульсы снимаются с выхода «8192»). D3 — делитель на 32 (импульсы сняты с выхода «16»). Счет счетчика D4 ограничен до 5400 при помощи диодов VD1- VD5, которые образуют, совместно с резистором R2 схему «монтажное И».

Как только на всех, обозначенных на схеме, выходах D4 одновременно будут единицы (4096+1024+256+16+8=5400) на вывод 8 D1.3 поступает напряжение лог. единицы через R2. На второй вход D1.3 поступают импульсы с выхода мультивибратора, 32768 Гц. В тот момент, когда на вывод 8 D1.3 поступит единица импульс от мультивибратора проходит на выход D1.3 и инвертируется. Если на выводе 13 D1.4 единица, то на выходе D1.3 появляется один импульс, такой как импульсы на выходе мультивибратора D1.1-D1.2.

На выходе D1.4 на короткое время появляется логическая единица, которая устанавливает все счетчики в нулевое положение, и счет начинается снова, с нуля.

Таким образом, через каждые 24 часа на выходе схемы формируется один импульс длительностью 0,00305517 сек. Этот импульс может быть подан на триггер, управляющий каким-то внешним устройством, на которое нужно подавать сигнал управления один раз в сутки. Если сигнал управления нужно подавать каждые 12 часов, нужно вывод 10 D4 перепаять с вывода 5 D3 на вывод 7 D3. Если, каждые 6 часов, то перепаять вывод 10 D3 с 3-го вывода D2 на 1-й вывод D2.

Обнуляется схема подачей нуля на вывод 13 D1.4. Во время работы в режиме отсчета времени на этот выводе должна быть единица (можно соединить с шиной «+Un»). Наибольшей точности можно достигнуть подбором емкости конденсатора С1 (можно параллельно ему включить подстроечный).

Синтез генетической последовательностной логической схемы с генератором тактовых импульсов | BMC Systems Biology

Динамическая модель синтетических генетических логических схем

Применяя математические модели для описания биохимических реакций генетических систем, можно синтезировать синтетическую генетическую схему с определенной функцией с точки зрения системы.

Рассмотрим динамическую модель синтетической генетической логической схемы с L генами, описываемой классом нелинейных дифференциальных уравнений Хилла[7]

m˙i=αifiu-λimi+αi,0,p˙i=βimi-γipi ,i=1,…,L

(1)

где м и и р и обозначают соответственно концентрации мРНК и белка для гена i , λ и и γ и – скорости деградации мРНК и белка соответственно, α и — скорость транскрипции мРНК, β и – скорость синтеза белка, α i ,0 – базовая производительность, f и (⋅) — функция активности промотора, описывающая нелинейное поведение транскрипции и отражающая силу взаимодействия между регулируемым белком и РНК-полимеразой (РНКп), а u — концентрация транскрипционного фактора (ТФ), который продуцируется другими ген(ы) или индуктор(ы) для контроля скорости транскрипции генов-мишеней.

Для гена с операторным сайтом, который может связывать репрессор или активатор TF, функции активности промотора описаны как

и

, где f НЕ и ф Буфер — функции активности промотора для логики НЕ и Буфера [26, 30] соответственно, n — коэффициент Хилла, который обозначает кооперативность связывания между ТФ и соответствующим оператором, а K — константа Хилла, которые пропорциональны к длине или аффинности сайтов связывания TF, встроенных в промоторную область генов-мишеней.Для логического вентиля НЕ входом является репрессор, и ген производит белок только в отсутствие репрессора; в противном случае присутствие репрессора препятствует связыванию РНКп и промотора. Для генетического буфера входом является активатор, который способствует связыванию РНКп и промотора с образованием белка. Каркасы для двух логических вентилей показаны на рисунках 1 ​​(а) и (б) соответственно.

Рисунок 1

Выражения класса генетических логических элементов. (а) ворота НЕ; (б) Буфер; (в) И ворота; (d) Ворота ИЛИ; (e) вентиль XOR; (f) вентиль И-НЕ; и (g) ворота NOR.

Для генов с двумя операторными сайтами, которые могут связывать два ТФ-репрессора или ТФ-активатора, функции активности промотора описываются в соответствии с их логическими функциями как

(4)

дляU1,u2=u1K1n1+u2K2n2+u1K1n1u2K2n21+u1K1n1+u2K2n2+u1K1n1u2K2n2

(5)

fXORu1,u2=u1K1n1+u2K2n21+u1K1n1+u2K2n2+u1K1n1u2K2n2

(6)

fNANDu1,u2=1+u1K1n1+u2K2n21+u1K1n1+u2K2n2+u1K1n1u2K2n2

(7)

и

fNORu1,u2=11+u1K1n1+u2K2n2+u1K1n1u2K2n2

(8)

, где f И , ф ИЛИ , ф СОР , ф НЕ-И и f NOR являются, соответственно, функциями активности промотора логических элементов И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, И-НЕ и НЕ-ИЛИ, и 1 и и 2 – концентрации репрессорных или активаторных ТФ, K 1 и К 2 — константы Хилла для u 1 и и 2 соответственно и н 1 и n 2 — соответствующие коэффициенты Хилла. Для логических вентилей AND, OR и XOR транскрипционное поведение регулируется двумя TF-активаторами с разными сайтами связывания. Два репрессорных ТФ контролируют генетическую экспрессию логических вентилей И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Каркасы их конструкции показаны на рис. 1(c)-(g).

В [38, 39] промотор и RBS рассматриваются как часть промотора-RBS для регуляции генетической экспрессии, поскольку время полужизни мРНК короче, чем у соответствующего белка. Можно переписать (1) как

p˙i=ρifiu-γipi+ρ0,i,i=1,…,L

(9)

где

ρi=αiβiλi,ρ0,i=α0,iβiλi

Здесь, ρ и и р 0, и — новый синтез и базовая скорость производства белка.Динамическая модель 2 L дифференциального уравнения (1) сводится к динамической системе с L дифференциальным уравнением (9). Для реальной реализации путем извлечения соответствующих частей промотор-RBS из библиотеки промотор-RBS синтетическая генетическая схема может быть реализована в генетических системах.

Синтетические генетические последовательные логические схемы

В цифровых логических схемах выходные данные последовательных логических схем зависят не только от текущих входных данных, но также и от прошлых входных данных.Для синхронных последовательных схем тактовый сигнал используется в качестве метронома для координации действий схем, которые колеблются между состояниями высокого и низкого уровня. Схемы с инициированными тактовыми сигналами становятся активными либо по переднему фронту, либо по заднему фронту, либо по обоим переднему и заднему фронтам. Для последовательной логической схемы, запускаемой по переднему фронту тактового сигнала, она становится активной, когда ее тактовый импульс переходит от низкого уровня к высокому (от 0 до 1), и игнорирует переход от высокого к низкому (от 1 до 0).

В генетических логических схемах колебательный сигнал, создаваемый репрессилятором, не идеален в качестве тактового генератора для использования в схемах, основанных на изменении нарастающего или спадающего фронта тактового сигнала для перехода между состояниями. Наш предлагаемый подход состоит в том, чтобы представить идею схемы формирования формы волны в электронике для генетических логических схем и преобразовать синтезированный сигнал генетических колебаний в четкий тактовый сигнал или сигнал ШИМ с различными рабочими циклами. Регулируя размер рабочего цикла, можно генерировать тактовый импульс с нарастающим или спадающим фронтом, частота которого соответствует частоте колебаний.Для использования тактового импульса разработанный генетический счетчик, основанный на топологии электронной последовательной логической схемы, запускается для генерации тактового сигнала, частота которого обратно кратна генетическому колебанию.

Синтетический генетический осциллятор

Явление осцилляции в биологических системах обнаружено на различных уровнях биологической организации. Его практическая функция заключается в контроле дозировки лекарств или в качестве синхронного механизма межклеточной коммуникации.Возможность генерации зависит не только от топологии сети, но и от параметров системы. В настоящее время простейший синтетический генетический осциллятор может быть синтезирован из одного гена, репрессирующего сам себя с помощью петли отрицательной обратной связи с задержкой. Расширение простейшего осциллятора, называемое репрессилятором, состоит из трех генов ( lacI , tetR , cI ), которые репрессируют друг друга в цепи цикла. Продукт первого гена-репрессора, lacI из E.coli ингибирует транскрипцию второго гена-репрессора, tetR , из резистентного к тетрациклину транспозона Tn10, белковый продукт которого, в свою очередь, ингибирует экспрессию третьего гена-репрессора, cI из фага λ . Наконец, cI ингибирует экспрессию lacI , завершая цикл отрицательной обратной связи [10]. Динамическая модель репрессилятора может быть описана как

p˙i=ρifNOT,ipj-γipi

(10)

где р и и р и являются концентрациями белков для ( I , j ) ≡ ( LACI , CI ), ( TETR , LACI ) или ( CI , Tetr ). Для другого дизайна колебательное поведение может быть вызвано рядом генов-репрессоров и активаторов, в которых количество генов-репрессоров должно быть нечетным.

Чтобы разработать генетический осциллятор с желаемыми колебаниями, можно реализовать сеть регуляции генов для отслеживания эталонного синусоидального сигнала, заданного

.

где и д – сигнал колебаний с заданной амплитудой А , базисной частотой ω 0 , фаза φ и y d ,0 — базовый уровень, обеспечивающий неотрицательную концентрацию белка.Для получения более подробной информации о разработке синтетических генетических осцилляторов с помощью алгоритмов оптимизации см. [35].

Схема формирования сигнала

В электронике схема формирования сигнала предназначена для придания входному сигналу требуемой формы в соответствии с характеристической кривой входа и выхода (I/O). Для колебательного входа и тактового выхода характеристическая кривая ввода-вывода желаемой схемы формирования сигнала показана на рисунке 2. Ступенчатая функция (пунктирная линия) с пороговым уровнем y Т используется в электронике.Для входного сигнала, значение которого превышает пороговый уровень, он рассматривается как «логический высокий». В противном случае это называется «логический низкий уровень». Однако в биологических системах идеальной ступенчатой ​​функции не существует. Вместо этого можно использовать сигмовидную функцию (сплошная линия на рис. 2). На характеристической кривой ввода-вывода сигмовидной функции можно выделить две рабочие области: насыщение и переход. Входной сигнал в области насыщения можно обрезать и удерживать на высоком или низком уровне для аппроксимации.В переходной области усиление в рабочей точке y Т должно быть больше (нормализовано) 1, потому что это гарантирует, что вход, который больше или меньше порогового уровня, будет усилен или уменьшен. При каскадировании следующей сигмовидной функции входной сигнал колебаний будет постепенно достигать области насыщения и оставаться на высоком или низком уровне.

Рисунок 2

Идея схемы формирования генетической волны.

В соответствии с этой идеей можно использовать схему формирования сигнала для регулирования периода логического высокого/низкого уровней колебательного сигнала в синусоидальном цикле и генерации ШИМ-сигнала с различным рабочим циклом, определяемым

.

где D рабочий цикл, T 0 – базовый период сигнала колебаний (11) с 2 π / ω 0 и Т на — это период «логического максимума» в базовом периоде.Для сигналов ШИМ с различными рабочими циклами пороговое значение получается с учетом

yT=Asinω0t+φ+yd,0,t=th±Ton2

(13)

с

th=1ω0sin-11-φω0,th∈0T0

(14)

Для выбора порогового уровня, приближающегося к y d ,0  +  A генерируется тактовый импульс, служащий передним триггерным фронтом, показанный на рисунке 3(a).Для тактового импульса, рассматриваемого как спадающий триггерный фронт, показанный на рисунке 3(b), можно выбрать пороговый уровень, близкий к y . d ,0  -  А . Аналогичным образом синтезируется ШИМ-сигнал с коэффициентом заполнения 50%, т. е. тактовый сигнал, частота которого соответствует частоте генетического генератора, и показан на рисунке 3(c) при выборе базового уровня сигнала y . д ,0 . Другими словами, сигналы ШИМ с различными рабочими циклами могут быть синтезированы из колебательного сигнала через схему формирования формы сигнала с различными пороговыми уровнями.

Рисунок 3

Идеальные сигналы ШИМ. (a) нарастающий фронт срабатывания; (b) спадающий фронт срабатывания; и (c) 50% рабочий цикл.

Реализация генетической схемы формирования формы волны

В спроектированных генетических логических схемах предлагается использовать генетический буфер[30] в качестве буфера между двумя каскадными генетическими схемами для улучшения передачи логического сигнала. Он используется здесь, чтобы помочь в разработке схемы генетического формирования сигнала:

p˙k=ρkfBuffer,kuk,Kk,nk-γkpk+ρ0,k,k=1,…,M

(15)

Его стационарное решение легко получить как

pk,ss=ρkγkfBuffer,kuk,Kk,nk+ρ0,kγk,k=1,…,M

(16)

где р к — выходная концентрация k th Buffer, p к , сс обозначает его равновесную концентрацию, u к , К к и и к — соответственно входная концентрация, константа Хилла и коэффициент Хилла k -го буфера, а ρ к , γ к и р 0, к — соответственно скорость синтеза, распада и базальная скорость.Второй член правой части (16) есть минимальный уровень и ρ к / γ к — это разница между минимальным и максимальным уровнями. Концентрация на выходе генетического буфера равна половине максимальной концентрации на выходе, когда концентрация на входе равна K к и, следовательно, К к относится к пороговому уровню y Т .

На каждом этапе соответствующие входы и пороговые уровни задаются как

uk=yd,k=1pk-1,1

(17)

и

Kk=yT,k=1ρk-1+ρ0,k-12γk-1,1

(18)

На первом этапе входным сигналом является колебательный сигнал в (11), а пороговый уровень выбирается в соответствии с желаемой скважностью в (13). Для следующего этапа входным сигналом является выходная концентрация предыдущего буфера, а пороговым уровнем является половина максимального выходного уровня в предыдущем буфере.Топология предложенной нами генетической цепи формирования формы волны показана на рисунке 4. Сигнал колебаний от продукции белка любым геном репрессилатора активирует первый ген в цепи формирования генетической формы волны, продукция которой активирует следующий ген. Шаг за шагом колебание можно преобразовать в четкий тактовый сигнал или сигнал ШИМ. Однако проблема медленной сходимости к максимальному уровню возникает для большего порогового уровня K к .Чтобы решить эту проблему, можно снова каскадировать буфер с расчетными параметрами (16) на последнем этапе генетической схемы формирования сигнала для компенсации выходного уровня.

Рисунок 4

Топология разработанной генетической схемы формирования сигнала.

Коэффициент усиления в рабочей точке К к получается из

Ak=∂pk,ss∂ukuk=Kk=ρknk4γkKk

(19)

где А к — это прирост k -го буфера.Прирост пропорционален коэффициенту Хилла n к и скорость синтеза ρ к и обратно пропорциональна константе Хилла K к и скорость распада γ к в рабочей точке u к  =  К к .Для обеспечения необходимого условия усиления в рабочей точке K к должно быть больше 1. Сначала выбирают соответствующую константу Хилла для желаемого синтезированного ШИМ-сигнала, а затем выбирают подходящий коэффициент Хилла n к , скорость синтеза ρ к и скорость распада γ к удовлетворительно (19).Из параметров системы на предыдущем этапе переходят к выбору соответствующих параметров системы на следующем этапе, удовлетворяющих (18) и (19). Согласно [38, 39], для реализации предложенной генетической логической схемы в реальности можно найти применимые компоненты промотор-RBS из сконструированной библиотеки промотор-RBS, характеристические кривые ввода/вывода которых способны удовлетворять (18) и (19) .

Конструкция схемы генетического делителя частоты

Делитель частоты в электронике — это устройство, генерирующее выходной сигнал, частота которого обратно кратна частоте входного сигнала.Для достижения этой функции используется последовательная логическая схема, счетчик, который состоит из серии триггеров и запускается тактовым импульсом для генерации тактовых сигналов с многократным базовым периодом. На рис. 5 показан идеальный тактовый сигнал при запуске по переднему фронту тактового сигнала с желаемым базовым периодом.

Рисунок 5

Идеальные тактовые сигналы с (а) базовым периодом; (б) двойной базальный период; и (c) четырехкратный базальный период.

Генетический триггер JK

Генетические триггеры JK, основанные на топологии цифровых логических схем в электронике, делятся на триггеры, запускаемые передним фронтом, и триггеры, запускаемые задним фронтом, как показано на рисунке 6. Для триггеров, запускаемых передним фронтом генетический триггер JK, его модель описана как

Рисунок 6

Класс синхронизируемых генетических JK-триггеров. (a) — срабатывающий по переднему фронту; и (b) — запускаемый задним фронтом.

p˙W=ρWfANDpK,pCLK,KW,nW-γWpW,p˙V=ρVfANDpJ,pCLK,KV,nV-γVpV,p˙R=ρRfANDpW,pQ,KR,nR-γRpR,p˙S=ρSfANDpV,pQ ¯,KS,nS-γSpS,p˙Q=ρQfNORpR,pQ¯,KQ,nQ-γQpQ,p˙Q¯=ρQ¯fNORpS,pQ,KQ¯,nQ¯-γQ¯pQ¯

(20)

где р КЛК — концентрация тактового импульса от низкого к высокому, p Вт , р В , р Р , р С , р В и pQ¯ обозначают, соответственно, концентрации белков генов W , V , R , S , Q и Q¯.Генетический триггер JK, запускаемый нарастающим фронтом, становится активным только тогда, когда тактовый импульс переходит от низкого к высокому. Существует четыре генетических вентиля И и два вентиля НЕ-ИЛИ, топология показана на рисунке 7. Белки p К и р КЛК активируют транскрипцию гена W . Белки р Дж и р КЛК активируют транскрипцию гена V .Продукция генов W и Q активирует транскрипцию гена R , а продукция генов V и Q¯ активирует транскрипцию гена S . Белки р Р и pQ¯ ингибируют транскрипцию гена Q и белков p С и р В ингибируют транскрипцию гена Q¯.

Рисунок 7

Топология генетического JK-триггера, запускаемого восходящим фронтом.

Для генетического JK-триггера, запускаемого задним фронтом, модель описывается формулой

R=ρRfNANDpW,pQ,KR,nR-γRpR,p˙S=ρSfNANDpV,pQ¯,KS,nS-γSpS,p˙Q=ρQfNANDpS,pQ¯,KQ,nQ-γQpQ,p˙Q¯=ρQ¯fNANDpR ,pQ,KQ¯,nQ¯-γQ¯pQ¯

(21)

где р КЛК — концентрация тактового импульса от высокого к низкому.Эта схема состоит из шести генетических вентилей НЕ-И, топологическая структура которой показана на рисунке 8.

Рисунок 8

Топология генетического JK-триггера, запускаемого задним фронтом.

Генетический счетчик

Для синтеза тактового сигнала с частотой, обратно кратной частоте генетического осциллятора, можно использовать схему синхронного генетического счетчика. Схема счетчика в электронике работает по переднему или заднему фронту тактового сигнала и подсчитывает количество тактовых импульсов.Основываясь на этой функции, сначала генерируется серия тактовых импульсов с использованием предложенной нами генетической схемы формирования сигнала, а затем используется сигнал тактового импульса для запуска генетического счетчика. В соответствии с картой Карно в теории цифровой логики можно определить входные сигналы каждого генетического JK-триггера и топологию схемы генетического счетчика. Для синтеза тактовых сигналов с 2 δ -кратным базисным периодом, в котором δ является положительным целым числом, схема синхронного генетического счетчика с числом δ генетических JK-триггеров, запускаемых восходящим фронтом, построена с помощью

.

p˙W1=ρW1fANDpK1,pCLK1,KW1,nW1-γW1pW1,p˙V1=ρV1fANDpJ1,pCLK1,KV1,nV1-γV1pV1,p˙R1=ρR1fANDpW1,pQ1,KR1,nR1-γR1pR1,p˙S1=ρS1fANDpV1,p˙S1=ρS1fANDpV1,p˙R1 ¯1,KS1,nS1-γS1pS1,p˙Q1=ρQ1fNORpR1,pQ¯1,KQ1,nQ1-γQ1pQ1,p˙Q¯1=ρQ¯1fNORpS1,pQ1,KQ¯1,nQ¯1-γQ¯1pQ¯1 ,⋮p˙Wδ=ρWδfANDpKδ,pCLK1,KWδ,nWδ-γWδpWδ,p˙Vδ=ρVδfANDpJδ,pCLK1,KVδ,nVδ-γVδpVδ,p˙Rδ=ρRδfANDpWδ,pQδ,KRδ,nRδ-γRδpRδ,p˙Sδ=ρSδfANDpVδ, pQ¯δ,KSδ,nSδ-γSδpSδ,p˙Qδ=ρQδfNORpRδ,pQ¯δ,KQδ,nQδ-γQδpQδ,p˙Q¯δ=ρQ¯δfNORpSδ,pQδ,KQ¯δ,nQ¯δ-γQ¯δpQ¯ δ,p˙G1=ρG1fANDpK2,pQ2,KG1,nG1-γG1pG1,⋮p˙Gδ-2=ρGδ-2fANDpKδ-1,pQδ-1,KGδ-2,nGδ-2-γGδ-2pGδ-2,

(22)

с входом каждого генетического JK-триггера, заданного как

pJ1=pK1=1,pJ2=pK2=pQ1,pJ3=pK3=pG1,⋮pJδ=pKδ=pGδ-2

(23)

где pCLK1 – сигнал тактового импульса от низкого к высокому, pQ1,pQ2,pQδ – соответственно тактовый сигнал с удвоенным, учетверенным и 2 δ -кратным базальным периодом.На рис. 9 показана топология синхронного генетического счетчика для тактовых сигналов с 2 δ -кратным базисным периодом.

Рисунок 9

Топология синхронного генетического счетчика тактовых сигналов с 2 δ -кратный базальный период.

Для синтеза тактового сигнала с тройным базисным периодом синхронный генетический счетчик с двумя генетическими JK-триггерами, запускаемыми нарастающим фронтом, и генетическим JK-триггером, запускаемым задним фронтом, строится по формуле

p˙W1=ρW1fANDpK1,pCLK1, KW1,nW1-γW1pW1,p˙V1=ρV1fANDpJ1,pCLK1,KV1,nV1-γV1pV1,p˙R1=ρR1fANDpW1,pQ1,KR1,nR1-γR1pR1,p˙S1=ρS1fANDpV1,pQ¯1,KS1,nS1-γS1pS1, p˙Q1=ρQ1fNORpR1,pQ¯1,KQ1,nQ1-γQ1pQ1,p˙Q¯1=ρQ¯1fNORpS1,pQ1,KQ¯1,nQ¯1-γQ¯1pQ¯1,p˙W2=ρW2fANDpK2,pCLK1, KW2,nW2-γW2pW2,p˙V2=ρV2fANDpJ2,pCLK1,KV2,nV2-γV2pV2,p˙R2=ρR2fANDpW2,pQ2,KR2,nR2-γR2pR2,p˙S2=ρS2fANDpV2,pQ¯2,KS2,nS2-γS2pS2, p˙Q2=ρQ2fNORpR2,pQ¯2,KQ2,nQ2-γQ2pQ2,p˙Q¯2=ρQ¯2fNORpS2,pQ2,KQ¯2,nQ¯2-γQ¯2pQ¯2p˙W3=ρW3fNANDpK3,pCLK2,KW3, nW3-γW3pW3,p˙V3=ρV3fNANDpJ3,pCLK2,KV3,nV3-γV3pV3,p˙R3=ρR3fNANDpW3,pQ3,KR3,nR3-γR3pR3,p˙S3=ρS3fNANDpV3,pQ¯3,KS3,nS3-γS3pS3,p˙ Q3=ρQ3fNANDpS3,pQ¯3,KQ3,nQ3-γQ3pQ3,p˙Q¯3=ρQ¯3fNANDpR3,pQ3,KQ¯3,nQ¯3-γQ¯3pQ¯3p˙G1=ρG1fORpQ2,pQ3,KG1,nG1- γG1pG1,

(24)

с входом каждого генетического JK-триггера, заданного как

pK1=pK2=1,pJ1=pQ¯2,pJ2=pQ1,pJ3=pQ2,pK3=pQ¯2

(25)

, где pCLK1 — сигнал тактового импульса от низкого к высокому, pCLK2 — сигнал тактового импульса от высокого к низкому, а pG1 — тактовый сигнал с тройным базальным периодом.Топология синхронного генетического счетчика для тактового сигнала с тройным базальным периодом показана на рисунке 10, а соответствующие идеальные сигналы показаны на рисунке 11.

Рисунок 10

Топология синхронного генетического счетчика для тактового сигнала с тройным базисным периодом. (a) Сигнал тактового импульса от низкого к высокому; (b) Сигнал тактового импульса от высокого к низкому; (c) Выходной сигнал pQ1 первого генетического триггера JK; (d) Выходной сигнал pQ2 второго генетического триггера JK; (e) Выходной сигнал pQ3 третьего генетического триггера JK; и (f) Выходной сигнал логического ИЛИ (d) и (e) .

Рисунок 11

Идеальные сигналы для синтеза тактового сигнала с тройным базисным периодом. (a) Сигнал тактового импульса от низкого к высокому; (b) Сигнал тактового импульса от высокого к низкому; (c) Выходной сигнал pQ1 первого генетического триггера JK; (d) Выходной сигнал pQ2 второго генетического триггера JK; (e) Выходной сигнал pQ3 третьего генетического триггера JK; и (f) Выходной сигнал логического ИЛИ (d) и (e) .

Вышеприведенный подход является общим, аналогичным образом можно определить соответствующие входы каждого генетического JK-триггера на основе теории инженерной цифровой логики[40] и каскадировать эти базовые триггеры, чтобы они напоминали другие типы генетических триггеров. счетчики с нужной рабочей частотой.

Мощные полупроводниково-магнитные импульсные генераторы | Массачусетский технологический институт Press

Резюме

Описывая метод полупроводниковой схемы для генерации повторяющихся импульсов высокой мощности, эта работа представляет собой гибкую процедуру проектирования для адаптации метода к широкому диапазону конкретных применений генератора импульсов.Внимание сосредоточено на базовой конфигурации схемы генератора импульсов, которая обеспечивает конкретную основу для представленного подробного анализа схемы, а также служит отправной точкой для изменений в конфигурации, которые могут быть лучше адаптированы к конкретным требованиям. Два переключающих элемента большой мощности (выпрямители с кремниевым управлением и катушки индуктивности с насыщающимся сердечником) описываются с точки зрения коммутационной способности мощности и энергии и коэффициентов коммутационных потерь — общих характеристик, которые особенно полезны для целей проектирования.

Анализ цепей и переключающих элементов обеспечивает основу для итеративной процедуры проектирования схем, позволяющей повторно оценивать прогнозируемые характеристики схемы по мере разработки проекта.

Эта монография удовлетворяет давнюю потребность в расширении и обновлении методов генераторов импульсов на вакуумных и газовых лампах, которые развивались во время и вскоре после Второй мировой войны. Твердотельная схема обещает меньший вес генератора импульсов и меньшие размеры, а также более высокий общий КПД, более длительный срок службы компонентов и повышенную надежность.

Эта книга будет особенно интересна разработчикам и пользователям радарных импульсных замедлителей, а также тем, кто занимается проектированием ускорителей частиц и подобных повторяющихся мощных импульсных схем.

Твердый переплет
Из печати ISBN: 9780262030199 136 стр. |

Авторы

Годфри Т.Покрытие
Лоуренс Р. Суэйн мл.

Генератор импульсов

| Доступна подробная принципиальная схема

Эта схема генератора импульсов очень полезна при проверке/управлении счетчиками, шаговыми реле и т. д. Она позволяет избежать процедуры установки переключателя на необходимое количество импульсов. Нажимая соответствующие переключатели от S1 до S9, можно получить от 1 до 9 отрицательных тактовых импульсов соответственно.

Цепь генератора импульсов

Триггер Шмитта Затвор И-НЕ N1 микросхемы IC2, резистор R1 и конденсатор C1 подключены для получения тактовых импульсов.Эти импульсы снимаются через вентиль И-НЕ N3, который управляется декадным счетчиком CD4017 (IC1). Изначально переключатель с S1 на S9 не нажат, а светодиод горит. Поскольку контакты 5 и 6 логического элемента И-НЕ N2 подтянуты резистором R3, его выходной контакт 4 становится низким. Это отключает вентиль И-НЕ N3, чтобы перевести его выходной контакт 10 в высокое состояние, и импульс недоступен.

Схема генератора импульсов

IC1 представляет собой счетчик декад, выходы Q которого обычно остаются низкими. При подаче тактовых импульсов его выходы Q последовательно становятся высокими, т.е.е. Q0 сменяется на Q1, Q1 смещается на Q2, Q3 смещается на Q4 и так далее. Если какой-либо из переключателей с S1 по S9, скажем, S5 (на пять импульсов), кратковременно нажимается, контакты 5 и 6 логического элемента НЕ-И N2 переходят в низкий уровень, делая его выходной контакт 4 высоким, что полностью заряжает конденсатор C2 через диод D. в то же время, этот высокий выходной сигнал N2 включает вентиль И-НЕ N3, и тактовые импульсы выходят через контакт 10. Это необходимое количество импульсов, используемых для проверки нашего устройства.

Работа цепи

Тактовые импульсы подаются на вывод 13 включения тактирования IC1, который начинает счет.Как только выходной контакт 1 (Q5) IC1 станет высоким, входные контакты 5 и 6 логического элемента НЕ-И N2 также станут высокими через переключатель S5, поскольку высокочастотные часы допускают пять импульсов при кратковременном нажатии. Этот высокий уровень на входе N2 обеспечивает низкий уровень на выходе 4 для отключения логического элемента И-НЕ N3, и, наконец, не будет импульса для опережения счетчика IC1.

Перед следующим использованием счетчик IC1 должен находиться в состоянии ожидания, т.е. выход Q0 должен быть в состоянии высокого уровня. Для этого используется генератор импульсов с временной задержкой, подключенный к вентилю НЕ-И N4, резистору R4, диоду D, конденсатору C2 и цепи дифференциатора, состоящей из C3 и R5.

Когда на выходном контакте 4 логического элемента И-НЕ N2 низкий уровень, он медленно разряжает конденсатор C2 через резистор R4. Когда напряжение на конденсаторе C2 падает ниже нижней точки срабатывания, выходной контакт 11 логического элемента И-НЕ N4 становится высоким, и на стыке конденсатора C3 и резистора R5 возникает резкий импульс высокого уровня. Этот резкий импульс сбрасывает счетчик IC1, и его выход Q0 (вывод 3) становится высоким. Об этом свидетельствует свечение светодиода.

Перед получением следующего импульса убедитесь, что красный светодиод горит.Кратковременно нажмите любой из переключателей, и светодиод загорится. Если переключатель удерживается нажатым, счетчик считает непрерывно, и вы не можете получить точное количество импульсов.


Статья была впервые опубликована в июне 2006 г. и недавно была обновлена.

Модуль генератора импульсов 555, как это работает — поделитесь проектом

Модуль ATMEGA328P со встроенным LoRa и CAN-BUSВВЕДЕНИЕ В своем стремлении усовершенствовать свою систему телеметрии LoRa к настоящему времени я прошел через довольно много прототипов.Этот пост будет посвящен следующему дизайну узла. В связи с тем, что площадь, на которой я буду развертывать систему, довольно большая, но с примерно квадратными граничными линиями ограждения, я решил попробовать уменьшить количество узлов LoRa Radio, необходимых для покрытия всей области. Это открыло возможность использовать CAN-BUS для подключения узлов, работающих только с датчиками, к радиоузлу, чтобы они сообщали о состоянии при возникновении исключений, а также по запросам от радиоузла. Таким образом, устройство будет функционировать как шлюз LoRa-to-CAN-BUS с некоторой локальной автоматизацией для управления передачей данных на мастер-станцию.Эта концепция также может быть адаптирована для использования в других областях, таких как домашняя автоматизация или промышленная установка. В основе устройства я остановился на универсальном ATMEGA328P, который, если исключить текущую нехватку чипов и текущие высокие цены, является очень недорогим чипом с множеством хорошо протестированных библиотек и относительно низкой кривой обучения, в значительной степени из-за его очень широкого использования в экосистеме Arduino. Компонент LoRa обрабатывается модулем RA-02 или даже RA-01H от AI-Tinker (не спонсируется).Это устройство, как мы видели в предыдущих прототипах, требует использования преобразователей логических уровней из-за того, что оно принимает только логические уровни 3,3 В. Хотя я мог бы избавиться от них, если бы запитал ATMEGA328P от 3,3 В, это вызвало бы две проблемы, одна из которых по-прежнему будет заставлять использовать преобразователи уровней… Я решил запустить ATMEGA328P на частоте 16 МГц, что в основном заставляет мне использовать 5v для питания чипа. Вторая причина не так очевидна, если вы внимательно не прочитаете несколько таблиц данных… Компонент CAN-Bus обрабатывается автономным контроллером SPI-to-CAN MCP2515, а также приемопередатчиком CAN-шины TJA1050. устройство только на 5В. Таким образом, теоретически я мог бы использовать преобразователи логических уровней только между MCP2515 и TJA1050, в то время как остальная часть схемы работает на 3,3 В … Учитывая, что я бы предпочел использовать ATMEGA328P на частоте 16 МГц, а также тот факт, что мой LoRa Radio Схема модуля со схемой преобразователя логического уровня работает очень хорошо, я решил не менять ее и оставить шину CAN на 5 В на всем протяжении, так как мне все равно придется использовать регулятор 5 В на печатной плате только для эта цель.Соединения ввода-вывода для модулей LoRa и CAN BUS Оба встроенных компонента ( Lora и CAN ) являются устройствами SPI. Это означает, что они имеют общие линии SCK, MISO и MOSI (обеспечиваемые на ATMEGA328P выводами D13, D12 и D11 соответственно. Затем индивидуальное устройство SPI дополнительно выбирается для работы с помощью вывода CE, по одному уникальному выводу на устройство). который устанавливается микроконтроллером на низкий уровень, чтобы указать устройству, что оно должно обратить внимание на данные, передаваемые по шине SPI … И LoRa, и CAN также используют другие контакты, LoRa нуждается в контакте сброса, подключенном к D9 , вывод CS/CE на D10, а также вывод аппаратного прерывания, подключенный к D2.(Обратите внимание, что это для использования с библиотекой LoRa Sandeep Mistry. Для библиотеки Radiolib потребуется дополнительный контакт, обычно подключенный к DIO1 на модуле LoRa. Устройство не обеспечивает доступ к этим контактам в его текущем макете, поэтому вы можете использовать только это с библиотекой Sandeep Mistry, по крайней мере на данный момент …) Модуль CAN использует вывод CE / CS на D4 с выводом IRQ на D6, который, хотя и не является выводом аппаратного прерывания, имеет функциональность PCINT. Контакты D10, D9 и D2 не размыкаются для доступа пользователя.хотя я решил дать доступ к D4 и D6, а также к шине SPI, D11, D12, D13, чтобы разрешить взаимодействие с логическими анализаторами или добавить к шине другие устройства SPI… Это подводит нас к очень интересному моменту. … Действительно ли два устройства SPI хорошо работают вместе? и что я имею в виду под «хорошо играть вместе»? Чтобы ответить на этот вопрос, мы вынуждены сначала взглянуть на немного теории, а также понять фундаментальные различия между SPI и I2C… Разница между SPI и I2CБольшинство из нас будет хорошо знакомо с I2C, так как это очень распространенный протокол, используемый для подключения датчиков к микроконтроллеру.Он состоит всего из двух линий ввода-вывода, SDA для данных и SCL для часов. Каждое устройство на шине имеет собственный встроенный адрес, как и в случае расширителя ввода-вывода PCF8574, этот адрес можно выбрать между 0x20h и 0x27h. Все устройства совместно используют эти общие линии данных и будут реагировать только тогда, когда специально адресуется главным контроллером… Если вы случайно не поместите два устройства с одинаковым адресом на одну и ту же шину (если это вообще сработает), таким образом, чтобы неправильное устройство ответило на любой запрос данных…SPI, с другой стороны, работает по совершенно другому принципу, что делает его в несколько раз быстрее, чем I2c, при этом данные одновременно отправляются и принимаются активным устройством… SPI также известен как четырехпроводной протокол. Каждое устройство имеет как минимум 4 линии данных, а именно SCK (часы), MOSI (для данных, передаваемых ОТ ведущего устройства НА ведомое устройство), MISO (для данных, передаваемых НА ведущее устройство ОТ ведомого устройства) и CE или CS (чип). выберите ) pin.SCK, MISO и MOSI являются ОБЩИМИ для всех устройств, что означает, что они являются общими для всех из них.CE/CS — это уникальный контакт для КАЖДОГО устройства, а это означает, что если у вас есть четыре устройства SPI на шине, вам нужно будет иметь четыре отдельных контакта CE/CS! Устройство будет или, скорее, должно реагировать только на данные на SPI- BUS, ЕСЛИ мастер переводит соответствующий вывод CE/CS в НИЗКИЙ уровень. Теперь вам должно очень быстро стать ясно, что это может превратиться в очень, очень сложный беспорядок, очень быстро. Возьмем очень хороший пример. модуль дисплея SPI ST7789 имеет дешевую версию, обычно продается на Ali-express, а также в других интернет-магазинах.Этот конкретный модуль, я полагаю, чтобы упростить его использование, имеет вывод CE / CS, который по умолчанию внутренне опущен на землю … Так что насчет этого, спросите вы? Что в этом плохого, ведь это экономит вам пин-код ввода-вывода? На самом деле это очень неправильно, факт, который вы очень быстро обнаружите, если когда-либо пытались использовать один из этих дисплеев на шине SPI вместе с другими устройствами SPI… Ничего не будет работать, или будет работать только дисплей (если вы повезло) Но почему? Вытягивание CE/CS LOW сигнализирует микросхеме, что она должна реагировать на инструкции на общих линиях SCK, MISO и MOSI.если штифт находится внутри НИЗКОГО уровня, это заставляет этот чип всегда реагировать, даже когда он не должен. Таким образом, загрязняя всю SPI-BUS мусором … Ответ на вопрос После этого очень многословного объяснения, которое все еще является чрезвычайно простым, пришло время вернуться к нашему первоначальному вопросу: Sx127x ( RA-02 ) Модуль и MCP2515 Могут ли контроллер хорошо работать на одной шине? Ответ не однозначен, так как он сводится к тому, какие библиотеки вы используете… Помните, что библиотека должна сбрасывать вывод CE/CS устройства, с которым она хочет взаимодействовать.Некоторые библиотеки ошибочно полагают, что используются только они, и игнорируют тот простой факт, что они должны освобождать вывод CE/CS ПОСЛЕ КАЖДОЙ транзакции, чтобы освободить шину для других устройств, которые также могут ее использовать… Однако я могу сказать, что библиотека LoRa от Sandeep Mistry, а также библиотека mcp_can действительно хорошо сочетаются друг с другом. Эти две библиотеки не удерживают отдельные выводы CE/CS в НИЗКОМ состоянии и позволяют совместно использовать шину spi. Это не относится к описанному выше модулю ST7789, где аппаратное обеспечение фактически все время вытягивает штифт… Взглянем поближе на печатную плату Давайте поближе познакомимся с печатной платой. Модуль Ra-02 (LoRa) занимает большую часть левой стороны печатной платы, а ATMEGA328P — справа. RA-02 окружен преобразователями уровня с использованием N-канального мосфета BSS138 и резисторов 10 кОм (от Q1 до Q6, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R8, R9, R10, R11, R12, R13). ) C1 и C2 — байпасные конденсаторы для модуля Ra-02. В левом нижнем углу у нас есть кнопка аппаратного сброса, для сброса ATMEGA328P, рядом с ней желтая перемычка (h2).Эта перемычка управляет балластным резистором 120 Ом (R17) для шины CAN. Удаление перемычки удалит балласт. Непосредственно под ним находится разъем CAN, помеченный как U5, где CH обозначается как CAN-H, а CL — как порты CAN-L. U3 и U4 вместе с R18, R19, X2, C16, C17 составляют компоненты CAN на печатной плате. Развязка обеспечивается C6, C7, C8, а также C9 и C12 (также включает развязку ATMEGA328P). Заголовок программирования ICSP предоставляется выше U1 (ATMEGA328P) для использования с USPASP, AVRASP или Arduino в качестве интернет-провайдера и т.п.На плате не предусмотрен преобразователь USB в последовательный порт, возможна последовательная загрузка, загружаемая с помощью загрузчика Arduino для Arduino NANO (чтобы использовать все аналоговые входы). Контакты RxD, TxD и DTR выведены на противоположные стороны печатной платы, а также доступ к контактам 3,3 В, 5 В и GND. Предусмотрена розетка постоянного тока. он может принимать до 12 В постоянного тока, хотя я бы рекомендовал не превышать 7,2 В, чтобы не слишком нагружать регуляторы LDO на задней панели печатной платы (LDO1 и LDO2). на картинке выше я подключил преобразователь USB-to-Serial, а также CAN-BUS к устройству.Принципиальная схема Подробные принципиальные схемы представлены ниже: Лист 1 (вверху) относится к ATMEGA328p и поддерживающей его схеме, а также к источнику питания через регуляторы LDO. Лист 2 (внизу) относится к преобразователям логического уровня, RA-02. (Sx1278) Модуль LoRa, контроллер CAN-BUS и схема приемопередатчика. Программное и микропрограммное обеспечение Чтобы протестировать этот модуль, я использовал библиотеку mcp_can от Cory J Fowler для части CAN-Bus, а также Arduino-LoRa от Sandeep MistryКомбинированный пример, использующий LoRa и CAN одновременно, будет выпущен вместе со следующей частью проекта, а именно модулем CAN-Relay.

Выбор и использование генераторов импульсов, май 1967 г. Electronics World

Май 1967 г. Мир электроники

Стол содержания

Восковая ностальгия и изучение истории ранней электроники.См. статьи из Electronics World , опубликовано в мае 1959 г. — Декабрь 1971 г. Настоящим признаются все авторские права.

Некоторые вещи никогда не меняются, и основное определение формы импульса является одним из них. Эта статья из майского Журнал Electronics World , выпуск 1967 года, прекрасно определяет основные характеристики импульса, включая время нарастания и спада, выбросы, ширина импульса и т.д.Лачуги радиолюбителей и лаборатории компании по-прежнему заполнены почтенным HP 215A и Генераторы сигналов HP 213B, фигурирующие в этом материале. Если повезет, можно получить хороший сделка на них от кого-то на eBay.

Выбор и использование генераторов импульсов

Рис. 1. Термины, используемые при описании характеристик выходного импульса.

Джон Ленк

В основном лабораторная версия генератора прямоугольных импульсов, но с регулируемым временем включения-выключения, этот инструмент имеет множество применений при разработке цифровых схемотехника, при проверке времени переключения диодов и транзисторов, как модулятор клистрона, и для импульсного тестирования.

Выходной сигнал генератора импульсов аналогичен выходному сигналу генератора прямоугольных импульсов. Основное различие между ними касается рабочего цикла сигнала. Прямоугольная волна генераторы имеют равные периоды включения и выключения, причем равенство сохраняется при повторении частота разнообразна. С другой стороны, длительность периода «включения» генератора импульсов не зависит от частоты следования импульсов. Рабочий цикл генератора импульсов может быть достаточно низким, чтобы генератор импульсов обычно мог обеспечить большую мощность в течение периода «включения», чем обычный генератор прямоугольных импульсов.

Генераторы импульсов с малым временем нарастания широко используются при разработке цифровых схема. В сочетании с быстродействующим осциллографом эти генераторы позволяют проводить оценку время переключения транзисторов и диодов. Генераторы импульсов могут использоваться в качестве модуляции источники для клистронов и др. в.ч. источников для получения высокой пиковой мощности при сохранении низкая средняя мощность. Генераторы импульсов также используются для тестирования импульсов. очень короткий импульс богат гармониками, так что тестирование входа сводится к одновременной частотной характеристике тестирование компонентов или систем.

Важные характеристики

Показан генератор импульсов

Hewlett-Packard 215A.

HP-213B генерирует импульсы с временем нарастания менее 0,1 нс.

Чтобы адекватно описать характеристики генератора импульсов, сначала необходимо установить единые условия для импульсов. Эти термины проиллюстрированы в Рис. 1. Когда фактические импульсы очень нерегулярны (с чрезмерным наклоном, перерегулированием, или округления), определения могут стать неоднозначными, что потребует более полного описания.

Ниже приведены типичные характеристики выхода лабораторного генератора импульсов:

Только передняя кромка:

Время нарастания (T r ): <1,0 нс (нс) (от 10 до 90%).

Перерегулирование и звон: превышение <5% пикового значения; звон <±5% от амплитуды импульса.

Скругление углов: происходит не раньше, чем на 95% амплитуды импульса.

Время достижения плоской вершины (T a ): <6 нс.

Только задняя кромка:

Время спада (T f ): <1,0 нс (от 10 до 90%).

Перерегулирование: <5%.

Округление: происходит не ранее 95% падения.

Время установления в пределах 2 % от базовой линии (T b ): от 10 до 25 нс, зависит от параметр.

Смещение базовой линии: < 01 % при любых условиях.

Предварительная съемка: <1%.

Возмущения на плоской вершине: <2% от амплитуды импульса.

Пиковое напряжение: >10 вольт на 50 Ом, >20 вольт на разомкнутую цепь.

Полярность: положительная или отрицательная.

Длительность импульса (между 50% точек): плавная регулировка, от нуля до 100 нс (ноль Ширина ns возникает, когда встречаются 50% точек, создавая импульс в половину амплитуды широких импульсов).

Частота повторения (внутренняя): от <100 Гц до >1 МГц в 4 диапазонах.

Качество выходного импульса имеет первостепенное значение при выборе генератор импульсов.Если отображаемый импульс ухудшен, тестовый импульс высокого качества гарантирует, что причина находится только в тестовой цепи. Время подъема и падения должно быть значительно быстрее, чем измеряемые цепи или системы. Любое превышение, звон или провисание тестового импульса должны быть известны, чтобы эти неисправности не быть перепутаны с аналогичными результатами, вызванными тестовой схемой.

Диапазон управления шириной импульса должен быть достаточно широким, чтобы полностью исследовать диапазон работы цепи.Узкие импульсы полезны при определении минимального энергия триггера, необходимая в некоторых схемах.

Максимальная амплитуда импульса имеет первостепенное значение, если требуется значительная входная мощность тестируемой схемой, такой как память на магнитном сердечнике. В то же время диапазон затухания должен быть достаточно широким, чтобы предотвратить перегрузку испытательных цепей а также для имитации реальных условий работы схемы.

Диапазон частот повторения импульсов важен, если тестируемые схемы могут работать только в пределах определенного диапазона частоты пульса или если требуется изменение частоты.В некоторых системах также важны методы внешнего запуска. В быстром пульсе систем импеданс источника генератора является важным фактором, поскольку генератор, полное сопротивление источника которого согласовано с соединительным кабелем, будет поглощать отражения, возникающие из-за рассогласования импедансов во внешней системе, которые используется.

Основные меры предосторожности

Рис. 2 — Схема согласования резистивного сопротивления и формулы.(верхний)
Рис. 3 — Схема трехсторонней разделительной площадки для измерения Z. (нижний)

1. Используйте надлежащие типы кабелей, заделки, аттенюаторы и средства согласования импеданса. сети. Всегда согласовывайте импедансы, если тестовая схема специально не требует несоответствие.

2. Пути возврата по земле должны быть короткими и прямыми. Используйте тяжелые проводники, чтобы обеспечить низкий импеданс в заземлении.

3. Убедитесь, что все соединения затянуты и все разъемы надежно закреплены. собран.

4. Экранирование проводов измерительного оборудования для предотвращения нежелательного соединения с другими частями. цепи. Экранирование особенно необходимо там, где импульсное излучение является проблемой и особенно там, где задействованы делители или цепи с высоким импедансом.

5. Учитывайте влияние вторичных параметров компонентов, таких как индуктивность. в резисторах и в емкостных нагрузках.

6. Учитывать возможное нелинейное поведение компонентов из-за изменения либо напряжение, либо температура.

7. Выберите компоненты, которые правильно работают на частотах и ​​временах нарастания ожидается столкнуться.

Очевидно, что точность измерения времени нарастания не может быть больше время нарастания генератора импульсов. Если генератор импульсов с 20-наносекундным фронтом время используется для измерения времени нарастания 15-наносекундного осциллографа, измерения было бы безнадежно неверным. Также, если один и тот же генератор импульсов и осциллограф использовались для измерения времени нарастания другой системы, самое быстрое время нарастания для точное измерение будет чем-то большим, чем 20 наносекунд.

Как правило, если время нарастания тестового устройства не менее десяти раз до тех пор, пока время нарастания генератора, осциллографа или кабелей, введенная ошибка будет не более 1%. Если время нарастания тестируемого устройства меньше в десять раз больше, чем у испытательного оборудования, необходимо будет рассчитать подъем время. Наиболее распространенный метод включает в себя нахождение квадрата всех времен нарастания, связанных с с тестом, складывая эти квадраты вместе, а затем вычисляя квадратный корень этой суммы.Например, используя генератор импульсов с длительностью 20 нс и осциллограф с длительностью 15 нс, расчет будет таким: 20 х 20 = 400; 15 х 15 = 225; 400 + 225 = 625. √625 = 25, поэтому 25 наносекунд — это максимально возможное время нарастания, которое можно измерить.

Другое эмпирическое правило, применимое к времени нарастания, заключается в том, что если измеряемое оборудование время нарастания в три раза меньше, чем у испытательного оборудования, погрешность лишь незначительно менее 6%.

Если на пути прохождения сигнала имеются значительно длинные коаксиальные кабели, вышеуказанный метод можно использовать только в качестве приближения, так как потери от «скин-эффекта» в коаксиальных кабелях не добавляется должным образом с помощью этого метода.

Подключение генераторов импульсов

1. В большинстве измерений с использованием генераторов импульсов Обратный путь должно быть предусмотрено между тестируемым устройством и выходным разъемом генератора импульсов.

2. Если импульс подается на нагрузку, имеющую постоянный ток. потенциал через него, фактическая амплитуда импульса равна напряжению, установленному генератором импульсов контроль амплитуды менее половины постоянного тока.напряжение на нагрузке.

Например, предположим, что выход генератора импульсов подключен к нагрузке, которая имеет +10 вольт и что регулятор амплитуды генератора импульсов установлен на +1 вольт. Фактическая амплитуда находится путем подстановки этих значений следующим образом: V a = V s — (V l /2) или +1 — (+10/2) = -4 вольта, где V a — фактическая амплитуда импульса, V s — уставка напряжения контроля амплитуды, а V l — d.в. напряжение, приложенное к нагрузка.

3. Если невозможно использовать схему согласования импеданса, одно из возможных решений заключается в использовании длинного коаксиального кабеля между генератором и нагрузкой. Это задержит отражения нагрузки до истечения интересующего времени.

Выход генератора импульсов может быть снабжен схемой согласования импеданса это обеспечит плавный переход мощности (без отражений) с минимальным затуханием. Такая сеть показана на рис.2. Чтобы согласовать импедансы с показанным сети значения R1 и R2 должны выбираться тщательно.

Например, чтобы согласовать систему на 50 Ом с системой на 125 Ом, Z1 = 50 Ом, а Z2 = 125 Ом. Следовательно, R1 = √125(125 — 50) = 96,8 Ом, а R2 = 50 √25/(125 — 50) = 64,6 Ом.

Затухание, наблюдаемое с одного конца сети, не равно наблюдаемому с другого конца. Используя уравнения, показанные на рис. 2, следует отметить, что сигнал, подаваемый от источника Z1 с более низким импедансом, встречает затухание напряжения А1.Кроме того, сигнал, поступающий от источника с более высоким импедансом Z2, столкнется с большее затухание напряжения A2.

Например, при R1 96,8 Ом и импедансе Z2 125 Ом A1 = (96,8/125) + 1 = 1,77.

С R1 96,8 Ом, R2. 64,6 Ом. и импеданс Z1 50 Ом, А2 = (96,8/64,6) + (96,8/50) + 1 = 4,44.

Измерение импеданса

Рис. 4. Форма волны, полученная с кабелем 125 Ом и 50 Ом система.(верхний)
Рис. 5 — Тестовые соединения с использованием генератора с обычным объем. (нижний)

Генератор импульсов можно использовать для определения импеданса неизвестного устройства путем сравнение отраженного импульса с падающим импульсом на осциллографе. Это может объяснить следующим образом.

Когда сигнал проходит по линии передачи, каждый раз, когда он сталкивается с несоответствием или другой импеданс, отражение генерируется и направляется обратно по линии к источник.Амплитуда и полярность дуги отражения определяются величиной импеданса, встречающегося по отношению к характеристическому импедансу кабель. Если импеданс рассогласования выше, чем у линии, отражение будет той же полярности, что и подаваемый сигнал; если он ниже, чем у линия, отражение будет противоположной полярности.

Отраженный сигнал добавляется или вычитается из амплитуды импульса если он возвращается к источнику до окончания импульса.Таким образом, для кабеля с открытый конец (без оконечной нагрузки), импеданс бесконечен, и амплитуда импульса будет быть удвоен. Для кабеля с закороченным концом импеданс равен нулю, а импульс был бы отменен.

Следующая процедура обеспечивает практический метод определения импеданса с генератором импульсов и прицелом.

1. Подключите оборудование, как показано на рис. 3.

2. Наблюдайте падающие и отраженные импульсы на осциллографе.Используя рис. 4 в качестве ориентира определите значения V 0 (падающая) и V x (отраженная). (Этот метод обычно ограничивается первыми отражениями, если отклонения малы из-за многократных отражений и потерь на отражение.)

4. Используя следующее уравнение, рассчитайте неизвестный импеданс. Z = 50/(2В 0 х — 1) где Z — неизвестный импеданс, V 0 — пиковая амплитуда, создаваемая по эталонному сопротивлению 50 Ом, а V x — пиковая амплитуда на время размышлений.

Использование обычных осциллографов

Генератор импульсов часто используется с стробоскопическим осциллографом, генератором и инструкции к осциллографам описывают эту процедуру. Однако генератор импульсов также может использовать с обычными осциллографами с синхронизацией. На рис. 5 показаны тестовые соединения.

Внутренний запуск удобен, так как нет внешних соединений запуска. требуется. Однако при внешнем срабатывании можно наблюдать формирование и усиление импульса сигнала в цепях тестируемого устройства без сброс элементов управления запуском осциллографа для каждого наблюдения.Если внешний сигнал запуска получается из формы сигнала на входной цепи устройства при тестировании, временная зависимость и фаза между выходными и входными сигналами можно увидеть и сравнить на экране осциллографа.

Если сигнал от тестового устройства является быстро нарастающим неповторяющимся или имеет низкий коэффициент заполнения цикл, осциллограф, используемый в этой настройке, должен иметь внутреннюю линию задержки, чтобы передний фронт одиночного сигнала можно легко наблюдать в прицел.

Одним из недостатков обычного осциллографа является то, что частотная характеристика тестового устройства может выходить за пределы полосы пропускания вертикального усилителя система осциллографа. В некоторых случаях выходной сигнал устройства под испытание можно наблюдать при прямом подключении через разделительные конденсаторы к вертикали отклоняющие пластины обычного осциллографа. Таким образом, ограниченная пропускная способность вертикальный усилитель осциллографа можно обойти.

Генератор импульсов Tektronix Type 109 имеет время нарастания менее 0,25 наносекунды.

Следующие факторы, относящиеся к системе вертикальных отклоняющих пластин, должны учитывать при измерении пульса: d.c. рабочий потенциал пластин, свинец индуктивность, емкость отклоняющей пластины, ограничения по времени прохождения, линии задержки, и коэффициент отклонения.

Типовая схема для прямого переменного тока. соединение с вертикальными пластинами показано на Инжир.6. Эта схема позволяет внутреннему вертикальному усилителю осциллографа быть обойденным, но все еще позволяет нормальному постоянному току. рабочее и позиционное напряжения для нанесения на отклоняющие пластины от внутреннего вертикального усилителя. Однако, при использовании этой схемы необходимо использовать качественную внешнюю линию задержки. Это будет задержите пульс настолько, чтобы он появился на экране прицела.

Значения R1 и R2 находятся путем решения уравнения, приведенного на рис.6. Резонансная частота (F 0 ) выводов и емкость отклонения пластины (C D ) для использования в уравнении можно определить по следующему процедура:

1. Выключите питание осциллографа.

2.Отсоедините вертикальные выводы усилителя от контактов на шейке ЭЛТ. (удобный метод соединения со штифтами отклоняющей пластины заключается в использовании зажимов, снятых с миниатюрная трубчатая розетка.)

3.Отрежьте проволочную петлю, равную по длине общей длине С1, С2, R1, R2, R3, и R4.

4. Временно замените проволочную петлю на компоненты между вертикальным штифты отклоняющей пластины.

5. Поднесите измеритель угла наклона к контуру и измерьте резонансную частоту (F 0 )

6. Снимите проволочную петлю.

7. С помощью измерителя емкости измерьте общую емкость между пластинами. (C D ) на штифтах шейки отклоняющей пластины.(Емкость между пластинами также можно найти, обратившись к характеристикам осциллографа.)

Поскольку отклоняющие пластины расположены близко к пути электролуча, в цепях отклоняющей пластины будет протекать небольшой ток. Значения R3 и R4 должны быть достаточно низкими, чтобы этот ток не создавал большого напряжения падение на отклоняющие пластины. Если резисторы слишком велики, искажения, расфокусировка, или могут возникнуть трудности с позиционированием.Поскольку ток отклоняющей пластины изменяется нелинейно в зависимости от положения луча, эффекты наиболее заметны когда луч располагается вблизи верхней или нижней части экрана. приблизительный значение 100 000 Ом, указанное для резисторов R3 и R4, вероятно, будет удовлетворительным. в большинстве случаев.

Генератор импульсов Tektronix Type R116.

Рис. 6 — Схема соединения с вертикальными отклоняющими пластинами.

C1 и C2 должны быть физически малы, чтобы свести к минимуму индуктивность выводов.Ценности C1 и C2 выбираются исходя из требуемой низкочастотной характеристики и можно рассчитать по уравнению, приведенному на рис. 6. (F c  – низкочастотная отсечка.) Например, если R3 и R4 равны 100 000 Ом и если желаемое F c составляет около 1,6 кГц. C1 и C2 должны быть 0,001 мкФ.

Штыревой кабель, который подключается к согласующему резистору R 0 , должен быть достаточно долго, чтобы в случае появления двойного отражения его можно было легко идентифицировать и исправляется регулировкой окончания.

Для выполнения вертикальных измерений с испытательной установкой коэффициент отклонения осциллограф надо знать. Это можно измерить следующим образом:

1. Пока провода от вертикального усилителя подключены к отклоняющей пластине шейные булавки, соедините d.c. вольтметр между контактами.

2. Измерьте изменение напряжения при вертикальном расположении луча по всей высота сетки.

3. Разделите это отклонение напряжения на высоту координатной сетки в делениях, чтобы получить коэффициент отклонения в вольтах на деление.

(Многие схемы и методы, описанные выше, основаны на информации от Tektronix, Inc. и Hewlett-Packard. -Редактор)

 

 

Опубликовано 17 марта 2022 г. (исходный 28.03.2012)

Генератор импульсов переходных процессов, модель 8282-1 | Генераторы

ПРИМЕНЕНИЕ
Генератор переходных импульсов солнечной модели 8282-1 был разработан для использования в экранной комнате при проведении тестов на чувствительность к кондуктивным выбросам.Он обеспечивает все формы волны, требуемые MIL-STD-461B/C и многими другими военными спецификациями EMI. Генератор будет соответствовать требованиям испытаний NEMA TS 2-2003, версия 02.06, разделы 2.1.6.1 и 2.1.7. Модель 8282-1 не подходит для RTCA/DO-160G Section 17 ( см. Solar Model 7054-2 ) или MIL-STD-461F CS106 ( см. Solar Model 2854-2 ).

ОПИСАНИЕ Генераторы спайков
, необходимые для тестирования восприимчивости, были нашей специализацией с 1962 года, когда был представлен наш первый блок, модель Solar 6254-1 .Модель 8282-1 включает в себя всю гибкость и техническое превосходство предыдущих моделей и обеспечивает функции, требуемые спецификацией MIL-STD-461B/C.

Предусмотрены три различных длительности импульса: 0,15 мкс, 5,0 мкс и 10,0 мкс. Форма импульса приблизительно соответствует кривой на рис. 1 стандарта MIL-STD-462. Амплитуда импульса напряжения полностью регулируется и отображается на цифровом измерителе.

Два набора выходных клемм обеспечивают параллельную или последовательную подачу в линию питания.Последовательный впрыск используется на линиях переменного тока. Параллельная инжекция используется в линиях постоянного тока. Выходная обмотка, используемая для последовательного ввода, может выдерживать 25 А силового тока. Выходные клеммы изолированы от корпуса и шнура питания.

Частоту повторения спайка можно отрегулировать с помощью панели управления на любую скорость от 0,5 до 50 импульсов в секунду. Одиночный импульс может быть введен с помощью кнопки на панели.

Все функции выбираются с помощью кнопок, которые подсвечиваются при активации.

Генератор переходных импульсов Solar модели 8282-1 обеспечивает пиковую амплитуду до 600 В для каждого из пиков 0,15, 5,0 и 10,0 мкс. Выходное напряжение резко возрастает до пиковой амплитуды, регулируемой панелью управления, затем экспоненциально падает до перехода через нуль в течение 0,15, 5,0 или 10,0 мкс в зависимости от выбора с помощью кнопок. Напряжение падает ниже нуля и «звенит» в течение периода, определяемого индуктивностью в выходной цепи или нагрузкой.

При последовательной подаче на линии электропередач с частотой 50, 60 или 400 Гц всплеск может применяться как к положительному, так и к отрицательному полупериоду синусоиды промышленной частоты.Всплеск можно отрегулировать так, чтобы он падал на синусоиду мощности от 0° до 360°. Для несинхронного впрыска частоту повторения можно регулировать от 0,5 до 50 pps.

Кнопка включает функцию «одиночный выброс», и выброс можно активировать вручную, нажав другую кнопку. Разъем на задней панели обеспечивает дистанционное включение функции одиночного выброса.

Предусмотрено два метода удаленного запуска. Один метод требует приложения 24 В постоянного тока для запуска импульса со скоростью, определяемой внешним переключателем, до 50 импульсов в секунду.Второй метод требует применения прямоугольной волны, которая может использоваться для запуска выброса до 50 импульсов в секунду для выброса 0,15 мкСм и до 1000 импульсов в секунду для выброса 5,0 и 10,0 мкс. Эта последняя функция может использоваться для запуска всплеска синхронно с некоторой функцией тестируемого оборудования.

ХАРАКТЕРИСТИКИ
Обеспечивает выходы с пиковой амплитудой до 600 В для пиков 0,15, 5,0 и 10,0 мкСм при резистивной нагрузке 5 Ом (низкий импеданс источника).
Широкий диапазон частот повторения позволяет вводить всплески с точки зрения частоты пульса тестируемых объектов.
Функция одиночного импульса обеспечивает контролируемую изоляцию переходных эффектов.
Регулируемое положение импульса на линиях электропередачи переменного тока связывает восприимчивость к переходным процессам с аспектами реального времени цифровых схем, обслуживаемых питанием переменного тока.
Переходные процессы могут вводиться синхронно с повторяющимися функциями схемы в соответствии с требованиями метода CS06 стандарта MIL-STD-462.
Дистанционный запуск одиночных или повторяющихся импульсов в зависимости от конкретных характеристик системы.
Верхние клеммы пар ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ и ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ пары обеспечивают положительный всплеск в режимах 5 мкс и 10 мкс. Эти терминалы выдают отрицательный пик в режиме 0,15 мкСм. Если план тестирования требует как положительного, так и отрицательного выброса, необходимо поменять местами соединения с выходными клеммами генератора переходных импульсов модели 8282-1 Solar .

Генератор лавинных импульсов — введение

В этой вводной статье основное внимание уделяется генераторам импульсов Avalanche, обычно используемым для генерации импульсов с быстрым временем нарастания. Часто быстрые импульсы требуются при измерении скорости нарастания или задержки распространения, а также для дискретизации. К счастью, лавинный пробой биполярного транзистора (BJT) можно использовать для генерации таких специальных импульсов со сверхбыстрым временем нарастания и спада.

Биполярный переходной транзистор и обратный лавинный путь

Позвольте мне начать с «обратной» идеи! Схема, используемая для демонстрации, представляет собой необычную светодиодную мигалку на основе BJT с обратным подключением.При обратном подключении (когда коллектор и эмиттер поменяны местами) лавинная величина BJT обычно ниже, чем его нормальное лавинное напряжение. Обратите внимание, что когда биполярные транзисторы работают в области обратного лавинного потока, как здесь, их также можно назвать негисторами (чем выше ток, тем ниже сопротивление). Итак, на следующей принципиальной схеме показана одна из простейших форм обратного генератора лавинных импульсов.

Принцип работы схемы предельно прост. Конденсатор емкостью 1000 мкФ (C1) заряжается через токоограничивающий резистор номиналом 1 кОм (R1).Первоначально транзистор BC547B (T1) находится в непроводящем состоянии, но когда напряжение на накопительном конденсаторе достигает определенного уровня, транзистор переходит в режим лавинного пробоя и проявляет отрицательное сопротивление. Следовательно, конденсатор быстро разряжается через светодиод (LED1). Напряжение на транзисторе падает до тех пор, пока лавинный режим больше не может поддерживаться, а затем он возвращается в нормальное состояние и снова становится непроводящим. Этот цикл продолжается, и в результате быстрая разрядка через светодиод проявляется в виде коротких вспышек.Скорость мигания светодиода сильно зависит от постоянной RC и характеристик пробоя транзистора. Для типичного 5-миллиметрового синего светодиода резистор ограничения тока не требуется, поскольку продолжительность тока очень мала. Но если вы используете другой светодиод, вам может понадобиться один токоограничивающий резистор для защиты светодиода.

Я провел тест, используя схему, показанную выше, и обнаружил, что минимальное напряжение, необходимое для работы схемы, составляет примерно 12 В.5В. Поскольку я также заметил, что один и тот же транзистор от разных производителей/продавцов может вести себя совершенно по-разному, ваши результаты могут сильно отличаться от моих. Точно так же при изменении входного напряжения питания интервал между импульсами также изменяется.

Ниже показано, как выглядит моя готовая тестовая схема, полностью собранная из деталей мусорных ящиков.

Случайный снимок осциллографа ниже показывает форму волны, измеренную на аноде по отношению к земле (0 В), когда напряжение питания составляет 12.Диапазон 5В – 14,5В. Вы также можете посмотреть видеоролик с кратким тестом, включенный в этот пост.

Следующий сигнал на эмиттере транзистора (T1) обозначает заряд и разряд конденсатора (C1), измеренные при питании схемы напряжением питания 14,5 В. Имейте в виду, что при работе BJT в обратном лавинном режиме время нарастания не очень точное и быстрое, как в стандартном лавинном режиме (одним из полезных преимуществ стандартного лавинного генератора является его чрезвычайно быстрое время нарастания в субнаносекундах). ).Мои быстрые эксперименты показали, что время нарастания используемой мной схемы более мизерное по сравнению со стандартным лавинным генератором!

Биполярный переходной транзистор и стандартный генератор лавинных импульсов

Стандартная схема генератора лавинных импульсов в основном основана на отрицательном дифференциальном сопротивлении в области лавинного пробоя биполярного транзистора для формирования релаксационного генератора. Ниже представлена ​​простая (и достаточно популярная) схема типового генератора лавинных импульсов на транзисторе 2N3904.Обратите внимание, что вы можете попробовать заменить лавинный транзистор 2N3904 на другие доступные транзисторы общего назначения, такие как 2N2222, 2N4441, MPSA42, MPSA44, BC107, BC337, S9014, S8050 и т. лавина, однако!

В этой схеме компоненты R1 и C1 определяют рабочую частоту, примерно 30 кГц. Чтобы обеспечить высокое напряжение, требуемое генератором лавинных импульсов, вам, очевидно, понадобится повышающий преобразователь постоянного тока.Поскольку ток здесь очень низкий, регулируемый выход постоянного тока высокого напряжения не очень важен. Вы можете найти множество схем повышающего преобразователя постоянного тока (высоковольтная версия) повсюду в Интернете. Возьмите любую из этих испытанных схем — это просто (http://www.aholme.co.uk/Avalanche/Avalanche.htm).

Если все в порядке, возможно, вы получите импульсный выходной сигнал на нагрузочных резисторах (R3-R4), аналогичный показанному ниже, полученному с помощью осциллографа с полосой пропускания 100 МГц. Для этого требуется очень быстрый осциллограф (к сожалению, не мой).Обратите внимание, что время нарастания составляет 2,5 нс, что соответствует полосе пропускания около 140 МГц (несоответствие импеданса, конечно, замедлило его, но неплохо).

Время нарастания и пропускная способность?

Время нарастания является важным параметром как в аналоговых, так и в цифровых системах, поскольку это время, необходимое сигналу для пересечения заданного нижнего порога напряжения, за которым следует заданный верхний порог напряжения (в цифровых системах, однако, это описывает, как долго сигнал находится в промежуточное состояние между двумя действительными логическими уровнями).

Надеюсь, вы все знаете, что время нарастания можно использовать для измерения полосы пропускания по Гауссу по простой формуле: BW = 0,35 / T, где BW = ширина полосы, а T = время нарастания. Это обычно используемое соотношение между временем нарастания сигнала и его шириной полосы. Если нам нужна грубая мера (грубая аппроксимация) компонентов с самой высокой частотой в сигнале, это примерно 0,35, деленное на время нарастания 10-90. Основное предположение здесь состоит в том, что сигнал является откликом 1-полюсного фильтра, а полоса пропускания соответствует точке фильтра -3 дБ.Поскольку, конечно, есть и другие способы оценить связь между полосой пропускания и временем нарастания сигнала, я попытаюсь объяснить остальное в другой статье позже.

Вкратце

Я придумал способ использовать биполярные транзисторы, работающие в режиме лавинного пробоя, для создания великолепных генераторов лавинных импульсов. Такие генераторы наносекундных импульсов напряжения (или тока) можно использовать для управления электрооптическими устройствами, такими как лазерные диоды. Подробная статья о самодельном лазерном генераторе импульсов появится позже.Много веселья!

Дополнительная литература

Несколько очень полезных советов и пример генератора лавинных импульсов от знаменитого аналогового гуру Джима Уильямса можно найти в примечаниях по применению Linear Technologies AN47.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.