Prosty generator impulsów prostokątnych

Do testowania i konfigurowania różnych wzmacniaczy, w tym wzmacniaczy 3H, przydatne jest użycie generatora impulsów prostokątnych. Zazwyczaj takie generatory są wykonane zgodnie z symetrycznym obwodem multiwibratora przy użyciu dwóch tranzystorów bipolarnych o tej samej strukturze i dwóch obwodach ustalających częstotliwość. Można jednak zmontować prostszy generator, wykorzystując dwa tranzystory o różnej budowie (patrz rysunek) z jednym obwodem zadawania częstotliwości.

Tak działa generator. Po przyłożeniu napięcia zasilania (kondensator C1 nie jest naładowany), tranzystor VT1 zostaje lekko otwarty przez prąd przepływający przez rezystor polaryzacji R1. Prąd kolektora tego tranzystora jest prądem bazowym dla VT2 i otwiera go. Rosnące napięcie na obciążeniu kolektora tego ostatniego przez łańcuch C1R2 jeszcze bardziej otwiera tranzystor VT1, w wyniku czego następuje lawinowy proces otwierania obu tranzystorów - powstaje przód prostokątnego impulsu.

Czas trwania szczytu impulsu jest określony przez czas ładowania kondensatora C1 przez rezystor R2. W miarę ładowania tego kondensatora prąd bazy tranzystora VT1 maleje i następuje moment, w którym następuje lawinowy proces zamykania obu tranzystorów. Na obciążeniu powstaje ujemny spadek napięcia - spadek impulsu. Czas trwania przerwy pomiędzy impulsami jest określony przez czas rozładowania kondensatora C1 przez prąd płynący przez rezystory R1 i R2. Następnie proces się powtarza.

Działanie generatora można wytłumaczyć na różne sposoby. Dwustopniowy wzmacniacz jest objęty obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego (elementy R2C1) i jednocześnie doprowadzany jest do trybu liniowego tranzystora VT1 poprzez przyłożenie polaryzacji do jego podstawy przez rezystor R1. Dlatego powstają oscylacje relaksacyjne. Aby ustabilizować pracę generatora, każdy stopień objęty jest obwodem OOS - w pierwszym stopniu jest on niewielki i realizowany jest poprzez rezystor R1, a w drugim etapie rezystor R5 jest włączony w obwód emitera tranzystora VT2.

Generator pracuje stabilnie przy napięciu zasilania od 1,5 do 12 V, natomiast pobór prądu waha się od 0,15 do kilku miliamperów. Amplituda impulsów wyjściowych na „Wyjściu 1” nieznacznie przekracza połowę napięcia zasilania, a na „Wyjściu 2” jest około 10 razy mniejsza. W razie potrzeby można wykonać kolejny stopień podziału (1/100), dodając rezystor o rezystancji 240 m pomiędzy dolną końcówkę rezystora R4 a przewód wspólny.

Przy wartościach znamionowych komponentów wskazanych na schemacie i napięciu zasilania 2,5 V, pobór prądu wynosił 0,2 mA, częstotliwość impulsów 1000 Hz, współczynnik wypełnienia 2 (fala prostokątna), amplituda impulsu na „Wyjściu 1” wynosiła 1 V .

Oczywiście przy tak prostym generatorze parametry sygnału zauważalnie zależą od napięcia źródła zasilania. Dlatego generator należy ustawić na napięcie, przy którym będzie używany. Jeśli nie ma generacji, wybiera się rezystor R1 i ewentualnie R5. Cykl pracy impulsów ustawia się wybierając rezystor R2.

Jednym z możliwych zastosowań generatora jest lampa błyskowa, na przykład w urządzeniu monitorującym. Następnie włącza się szeregowo diodę LED lub miniaturową żarówkę z rezystorem R5 i stosuje się kondensator o pojemności do ułamków mikrofaradów, tak aby częstotliwość generowania wynosiła 0,5...1 Hz. Aby uzyskać wymaganą jasność kontrolki, można zainstalować rezystory R3, R5 o niższej rezystancji i wykluczyć R4 jako niepotrzebne.

Technika pomiaru

Stabilny generator impulsów prostokątnych

Generatory zegara (GTI) to rodzaj głównych mechanizmów w najbardziej złożonych obwodach cyfrowych. Na wyjściu GTI powstają impulsy elektryczne powtarzające się z określoną częstotliwością. Najczęściej mają kształt prostokątny. Na podstawie tych oscylacji synchronizowane jest działanie wszystkich układów cyfrowych znajdujących się w urządzeniu. W jednym cyklu zegara wykonywana jest jedna operacja atomowa (czyli niepodzielna, niemożliwa do wykonania lub niewykonana częściowo).

Impulsy napięcia mogą być generowane z różnym stopniem dokładności i stabilności. Jednak im bardziej wymagający jest obwód pod względem częstotliwości odniesienia, tym dokładniejszy i stabilniejszy powinien być generator.

Najpopularniejszy:

1.Generatory klasyczne (analogowe). Są łatwe w montażu, ale mają niską stabilność lub generują impulsy, które nie są całkiem kwadratowe. Jako prosty przykład obwody LC lub obwody na nich oparte.

2. Kwarc (na bazie kryształów kwarcu). Tutaj kwarc działa jak wysoce selektywny filtr. Obwód charakteryzuje się wysokim stopniem stabilności i łatwością montażu.

3. Oparte na programowalnych chipach (takich jak Arduino). Rozwiązania generują także stabilne impulsy, lecz w odróżnieniu od kwarcowych, można je sterować w określonych zakresach i generować jednocześnie kilka częstotliwości odniesienia.

4. Autogeneratory. Są to kontrolowane GTI, współpracujące przede wszystkim z nowoczesnymi procesorami i najczęściej integrowane są bezpośrednio z chipem.

Zatem następujące elementy nadają się do roli stabilnych prostokątnych generatorów impulsów w projektowaniu obwodów:

• Kwarc
• I programowalne (w oparciu o programowalne chipy).

Osobno warto wspomnieć o obwodach klasycznych jedno- i multiwibratorów działających w oparciu o elementy logiczne. Ta klasa GTI z pewnością może być stosowana w obwodach cyfrowych, ponieważ jest w stanie generować stabilną częstotliwość.

Oscylator kwarcowy o wysokiej stabilności

Jeden z przykładów realizacji.

Ryż. 1. Obwód oscylatora kwarcowego

Obwód oparty jest na rezonatorze kwarcowym i falowniku CMOS opartym na zasadzie oscylatora Pierce'a.

Za zwiększenie stabilności odpowiadają kondensatory o zwiększonej pojemności Ca i Cb.

Multiwibratory oparte na elementach logicznych

Najprostszy obwód multiwibratora wygląda tak.

Ryż. 2. Obwód multiwibratora

W rzeczywistości jest to obwód oscylacyjny oparty na kondensatorach i rezystancjach. Elementy logiczne umożliwiają odcięcie gładkich krawędzi narastającego i opadającego napięcia podczas ładowania/rozładowywania kondensatora w obwodzie oscylacyjnym.

Wykres generowania naprężeń będzie wyglądał następująco.

Ryż. 3. Wykres generacji naprężeń

Kondensator C1 odpowiada za czas trwania impulsu, a C2 za przerwę pomiędzy impulsami. Nachylenie krawędzi zależy od czasu reakcji elementu logicznego.

Wskazany obwód ma jedną wadę - możliwy jest tryb samowzbudzenia.

Aby wyeliminować ten efekt, zastosowano kolejny dodatkowy element logiczny (patrz schemat poniżej - LE3).

Ryż. 4. C obwód multiwibratora

Generatory wzmacniaczy operacyjnych

Ten sam obwód oscylacyjny, ale z integracją wzmacniacza operacyjnego, będzie wyglądał tak.

Ryż. 5. Schemat obwodu oscylacyjnego

Ryż. 6. Wykres powstawania impulsu na jego wyjściu

Wspomniany obwód generuje impulsy, których czas trwania jest równy czasowi przerwy, co nie zawsze musi mieć miejsce.

Asymetrię do częstotliwości generacji można wprowadzić w następujący sposób.

Ryż. 7. Obwód generatora impulsów

Tutaj czas impulsów i przerwy między nimi są określone przez różne wartości rezystorów.

Generator oparty na NE555

Układ NE555 to uniwersalny timer, który może pracować w trybie multi- lub one-shot.

Istnieje wiele analogów tego mikroukładu: 1006VI1, UPC617C, ICM7555 itp.

Poniżej przedstawiono jedną z prostych opcji budowy generatorów stabilnych impulsów prostokątnych z możliwością regulacji częstotliwości.

Ryż. 8. Wariant stabilnego prostokątnego obwodu generatora impulsów

Tutaj obwód zawiera różne kondensatory (C1, C2, C3, może być ich więcej) i rezystory dostrajające (R2, R3 i R4 odpowiadają za poziom prądu wyjściowego).

Wzór na obliczenie częstotliwości jest następujący.

Generatorowi opartemu na Arduino przyjrzymy się w osobnym artykule.

Data publikacji: 07.01.2018

Opinie czytelników

• Witalij / 23.11.2018 - 17:11
  dostępny

Generatory impulsów znajdują zastosowanie w wielu urządzeniach radiowych (liczniki elektroniczne, przekaźniki czasowe) oraz wykorzystywane są przy konfiguracji sprzętu cyfrowego. Zakres częstotliwości takich generatorów może wynosić od kilku herców do wielu megaherców. Oto proste obwody generatorów, w tym te oparte na cyfrowych elementach „logicznych”, które są powszechnie stosowane w bardziej złożonych obwodach jako jednostki zadawania częstotliwości, przełączniki, źródła sygnałów odniesienia i dźwięków.

Na ryc. Na rysunku 1 przedstawiono schemat generatora generującego pojedyncze prostokątne impulsy po naciśnięciu przycisku S1 (czyli nie jest to samooscylator, którego schematy podano poniżej). Na elementach logicznych DD1.1 i DD1.2 zamontowany jest wyzwalacz RS, który zapobiega przedostawaniu się impulsów odbiciowych ze styków przycisku do urządzenia przeliczającego. W położeniu styków przycisku S1 pokazanym na schemacie, wyjście 1 będzie miało wysoki poziom napięcia, wyjście 2 będzie miało niski poziom napięcia; po naciśnięciu przycisku - odwrotnie. Generator ten jest wygodny w użyciu podczas sprawdzania działania różnych liczników.

Na ryc. Rysunek 2 przedstawia schemat prostego generatora impulsów opartego na przekaźniku elektromagnetycznym. Po podłączeniu zasilania kondensator C1 jest ładowany przez rezystor R1 i uruchamiany jest przekaźnik, wyłączający źródło zasilania stykami K 1.1. Ale przekaźnik nie zostaje natychmiast zwolniony, ponieważ przez pewien czas prąd będzie płynął przez jego uzwojenie z powodu energii zgromadzonej przez kondensator C1. Gdy styki K 1.1 ponownie się zamkną, kondensator zaczyna ponownie ładować - cykl się powtarza.

Częstotliwość przełączania przekaźnika elektromagnetycznego zależy od jego parametrów, a także wartości kondensatora C1 i rezystora R1. W przypadku stosowania przekaźnika RES-15 (paszport RS4.591.004) przełączenie następuje mniej więcej raz na sekundę. Taki generator można wykorzystać np. do zamiany girland na choinkę lub uzyskania innych efektów świetlnych. Jego wadą jest konieczność zastosowania kondensatora o znacznej pojemności.

Na ryc. Na rysunku 3 przedstawiono schemat innego generatora opartego na przekaźniku elektromagnetycznym, którego zasada działania jest podobna do poprzedniego generatora, ale zapewnia częstotliwość impulsów 1 Hz przy 10-krotnie mniejszej pojemności kondensatora. Po włączeniu zasilania kondensator C1 jest ładowany przez rezystor R1. Po pewnym czasie dioda Zenera VD1 otworzy się i zadziała przekaźnik K1. Kondensator zacznie się rozładowywać przez rezystor R2 i rezystancję wejściową tranzystora kompozytowego VT1VT2. Wkrótce przekaźnik zostanie zwolniony i rozpocznie się nowy cykl pracy generatora. Włączenie tranzystorów VT1 i VT2 zgodnie z kompozytowym obwodem tranzystorowym zwiększa impedancję wejściową kaskady. Przekaźnik K 1 może być taki sam jak w poprzednim urządzeniu. Można jednak zastosować RES-9 (paszport RS4.524.201) lub dowolny inny przekaźnik pracujący przy napięciu 15...17 V i prądzie 20...50 mA.

W generatorze impulsów, którego schemat pokazano na ryc. 4 zastosowano elementy logiczne mikroukładu DD1 i tranzystora polowego VT1. Przy zmianie wartości kondensatora C1 oraz rezystorów R2 i R3 generowane są impulsy o częstotliwości od 0,1 Hz do 1 MHz. Tak szeroki zakres uzyskano dzięki zastosowaniu tranzystora polowego, co umożliwiło zastosowanie rezystorów R2 i R3 o rezystancji kilku megaomów. Za pomocą tych rezystorów można zmienić współczynnik wypełnienia impulsów: rezystor R2 ustawia czas trwania napięcia wysokiego poziomu na wyjściu generatora, a rezystor R3 ustawia czas trwania napięcia niskiego poziomu. Maksymalna pojemność kondensatora C1 zależy od jego własnego prądu upływowego. W tym przypadku jest to 1...2 µF. Rezystancja rezystorów R2, R3 wynosi 10...15 MOhm. Tranzystor VT1 może być dowolną serią KP302, KP303. Mikroukład to K155LA3, jego zasilanie to stabilizowane napięcie 5 V. Można zastosować mikroukłady CMOS serii K561, K564, K176, których zasilanie mieści się w zakresie 3 ... 12 V, układ pinów takich mikroukładów jest inny i pokazano na końcu artykułu.

Jeśli masz układ CMOS (seria K176, K561), możesz złożyć generator impulsów o szerokim zakresie bez użycia tranzystora polowego. Schemat pokazano na ryc. 5. Dla wygody ustawiania częstotliwości pojemność kondensatora obwodu rozrządu zmienia się za pomocą przełącznika S1. Zakres częstotliwości generowany przez generator wynosi 1...10 000 Hz. Mikroukład - K561LN2.

Jeśli potrzebujesz wysokiej stabilności generowanej częstotliwości, taki generator można wykonać „kwarcowany” - włącz rezonator kwarcowy na żądanej częstotliwości. Poniżej znajduje się przykład oscylatora kwarcowego o częstotliwości 4,3 MHz:

Na ryc. Rysunek 6 przedstawia schemat generatora impulsów z regulowanym współczynnikiem wypełnienia.

Cykl pracy to stosunek okresu powtarzania impulsów (T) do czasu ich trwania (t):

Cykl pracy impulsów wysokiego poziomu na wyjściu elementu logicznego DD1.3 z rezystorem R1 może wynosić od 1 do kilku tysięcy. W tym przypadku częstotliwość impulsów również nieznacznie się zmienia. Tranzystor VT1, pracujący w trybie kluczowym, wzmacnia impulsy mocy.

Generator, którego schemat pokazano na poniższym rysunku, wytwarza impulsy zarówno o kształcie prostokątnym, jak i piłokształtnym. Oscylator główny wykonany jest na elementach logicznych DD 1.1-DD1.3. Na kondensatorze C2 i rezystorze R2 zamontowany jest obwód różnicujący, dzięki czemu na wyjściu elementu logicznego DD1.5 powstają krótkie impulsy dodatnie (o czasie trwania około 1 μs). Regulowany stabilizator prądu wykonany jest na tranzystorze polowym VT2 i zmiennym rezystorze R4. Prąd ten ładuje kondensator C3, a napięcie na nim rośnie liniowo. W momencie dotarcia krótkiego dodatniego impulsu do bazy tranzystora VT1, tranzystor VT1 otwiera się, rozładowując kondensator S3. W ten sposób na jego płytkach powstaje napięcie piłowe. Rezystor R4 reguluje prąd ładowania kondensatora, a co za tym idzie, stromość wzrostu napięcia piłokształtnego i jego amplitudę. Kondensatory C1 i SZ dobierane są na podstawie wymaganej częstotliwości impulsów. Mikroukład - K561LN2.

Mikroukłady cyfrowe w generatorach są w większości przypadków wymienne i można je stosować w tym samym obwodzie, co mikroukłady z elementami „NAND” i „NOR” lub po prostu falowniki. Wariant takiej wymiany pokazano na przykładzie rysunku 5, gdzie zastosowano mikroukład z falownikami K561LN2. Dokładnie taki obwód, zachowując wszystkie parametry, można zamontować zarówno na serii K561LA7, jak i K561LE5 (lub serii K176, K564, K164), jak pokazano poniżej. Wystarczy obserwować układ pinów mikroukładów, który w wielu przypadkach nawet się pokrywa.

Prostokątne generatory impulsów są stosowane w wielu urządzeniach radiowych: licznikach elektronicznych, automatach do gier i wykorzystywane podczas konfigurowania sprzętu cyfrowego. Zakres częstotliwości takich generatorów może wynosić od kilku herców do wielu megaherców.

Na ryc. Rysunek 51 przedstawia schemat generatora generującego pojedyncze prostokątne impulsy po naciśnięciu przycisku S1. Na elementach logicznych D1.1 i D1.2 zamontowany jest wyzwalacz RS, który zapobiega przedostawaniu się impulsów odbiciowych ze styków przycisku do urządzenia przeliczającego. W położeniu styków przycisku S1 pokazanym na schemacie, wyjście 1 będzie miało wysoki poziom napięcia, wyjście 2 będzie miało niski poziom napięcia; po naciśnięciu przycisku - odwrotnie. Generator ten jest wygodny w użyciu podczas sprawdzania działania różnych liczników.

I na ryc. Rysunek 52 przedstawia schemat najprostszego generatora impulsów opartego na przekaźniku elektromagnetycznym. Po podłączeniu zasilania kondensator C1 jest ładowany przez rezystor R1 i następuje aktywacja przekaźnika wyłączającego źródło zasilania stykami K1.1. Ale przekaźnik nie zostaje natychmiast zwolniony, ponieważ przez pewien czas prąd będzie płynął przez jego uzwojenie z powodu energii zgromadzonej przez kondensator C1. Gdy styki K1.1 ponownie się zamkną, kondensator zacznie ponownie ładować - cykl się powtórzy.

Częstotliwość przełączania przekaźnika elektromagnetycznego zależy od jego parametrów, a także wartości kondensatora C1 i rezystora R1. W przypadku stosowania przekaźnika RES-15 (paszport RS4.591.004) przełączenie następuje mniej więcej raz na sekundę.

Taki generator można wykorzystać np. do zamiany girland na choinkę lub uzyskania innych efektów świetlnych. Jego wadą jest konieczność zastosowania kondensatora o znacznej pojemności.

Ryż. 51 Obwód generatora pojedynczego impulsu

Ryż. 52 Obwód impulsowy na przekaźniku elektromagnetycznym

Na ryc. Rysunek 53 pokazuje schemat innego generatora opartego na przekaźniku elektromagnetycznym, którego zasada działania jest podobna do poprzedniego generatora, ale ma mniejszą moc. Po włączeniu zasilania kondensator C1 jest ładowany przez rezystor R1. Po osiągnięciu częstotliwości impulsów 1 Hz pojemność kondensatora jest dziesięciokrotnie mniejsza - na pewien czas dioda Zenera V1 rozpali się i zadziała przekaźnik K1. Kondensator zacznie się rozładowywać poprzez rezystor R2 i rezystancję wejściową tranzystora kompozytowego V2V3. Wkrótce przekaźnik zostanie zwolniony i rozpocznie się nowy cykl pracy generatora. Włączenie tranzystorów V2 i V3 zgodnie z obwodem wtórnika emitera zwiększa impedancję wejściową kaskady.

Ryż. 53. Obwód generatora impulsów wykorzystujący tranzystor i przekaźnik elektromagnetyczny

Rysunek 54. Generator impulsów oparty na elementach logicznych i tranzystorze polowym

Przekaźnik K1 może być taki sam jak w poprzednim urządzeniu. Można jednak zastosować RES-9 (paszport RS4.524.201) lub dowolny inny przekaźnik pracujący przy napięciu 15...17 V i prądzie 20...50 mA.

W generatorze impulsów, którego schemat pokazano na ryc. 54, zastosowano układ logiczny D1 i tranzystor polowy V1. Gdy zmieniają się wartości kondensatora C1 oraz rezystorów R2 i S3, generuje impulsy o częstotliwości od 0,1 Hz do 1 MHz. Tak szeroki zakres uzyskano dzięki zastosowaniu tranzystora polowego, co umożliwiło zastosowanie rezystorów R2 i R3 o rezystancji kilku megaomów. Za pomocą tych rezystorów można zmienić współczynnik wypełnienia impulsów: rezystor R2 ustawia czas trwania wysokiego potencjału na wyjściu generatora, a rezystor R3 ustawia czas trwania niskiego potencjału. Maksymalna pojemność kondensatora C1 zależy od jego własnego prądu upływowego. W tym przypadku jest to 1...2 µF. Rezystancja rezystorów R2, R3 może wynosić 10...15 MOhm. Tranzystor V1 może być dowolnym z serii KP302, KP303.

Zaleca się zmontowanie tego generatora w obudowie i wykorzystanie go jako samodzielnego urządzenia do konfiguracji urządzeń cyfrowych.

Czasami zachodzi potrzeba zbudowania generatora generującego określoną liczbę impulsów. Odpowiada numerowi naciśniętego przycisku. Można go wykorzystać np. przy zakładaniu charakterografów czy egzaminatorów, w których każda odpowiedź odpowiada określonej liczbie punktów. Schemat ideowy takiego generatora liczby impulsów pokazano na ryc. 55.

Urządzenie to składa się z generatora impulsów, licznika i dekodera. Generator wytwarzający impulsy prostokątne z częstotliwością powtarzania około 10 Hz jest montowany za pomocą elementów logicznych D1.3, D1.4. Z wyjścia elementu D1.4 impulsy są wysyłane do binarnego licznika dziesiętnego zamontowanego na chipie D2.

Ryż. 55. Obwód generatora impulsów (patrz oryginał)

Cztery wyjścia tego licznika (piny 12, 9, 8 i 11) są podłączone do wejść układu D3, który jest dekoderem posiadającym 4 wejścia i 16 wyjść. Gdy licznik pracuje, na jednym z wyjść dekodera występuje niskie napięcie, a liczba na tym wyjściu odpowiada dziesiętnemu odpowiednikowi liczby binarnej podawanej w kodzie binarnym na wejście dekodera.

Po przyłożeniu napięcia zasilania pin 9 elementu D1.3 będzie miał niski poziom napięcia, a impulsy z wyjścia generatora nie dotrą na wejście licznika. Po naciśnięciu jednego z przycisków S1-S15 kondensator C3 jest natychmiast ładowany przez diodę V1 do wysokiego napięcia, na pinach 2 i 3 mikroukładu D2 pojawia się w tym momencie niski poziom napięcia, ustawiając licznik na zliczanie impulsów wejściowych państwo. Jednocześnie poprzez zwarty styk wciśniętego przycisku na wejście elementu D1.1 (pin 2) podawane jest napięcie wysokiego poziomu i wysyłane są impulsy do licznika. Kiedy licznik działa, na wyjściach dekodera stale pojawia się niski poziom napięcia. Gdy tylko pojawi się na wyjściu, do którego podłączony jest lewy (zgodnie ze schematem) styk wciśniętego przycisku, dopływ impulsów na wejście licznika zostanie wstrzymany. Liczba impulsów odpowiadająca numerowi wciśniętego przycisku zostanie usunięta z pinu 11 elementu D1.4. Jeśli nadal będziesz trzymać wciśnięty przycisk, to po pewnym czasie kondensator C3 rozładuje się przez rezystor R2, licznik D2 zostanie wyzerowany, a generator wyemituje nową serię impulsów. Jest całkiem jasne, że wciśniętego przycisku nie można zwolnić, dopóki nie zakończy się seria impulsów.

Układ formujący impulsy na elementach D1.1 i D1.2, będący multiwibratorem rezerwowym, zapobiega przedostawaniu się impulsów powstałych w wyniku odbijania się styków przycisku na wejście licznika.

Konfiguracja urządzenia polega na ustawieniu wymaganej częstotliwości powtarzania impulsów generatora od jednostek herców do dziesiątek kiloherców poprzez wybór rezystora R1 i kondensatora C2.

W opisanych tutaj generatorach impulsów można zastosować rezystory MLT-0,25 i kondensatory K50-6. Tranzystory KT315B można zastąpić tranzystorami z serii KT312, KT315, KT316. Diody - dowolne z serii D7, D9, D311. Przyciski S1 - S15 typu P2K, KM1-G itp. Mikroukłady mogą być serii K133, K134, K136, K158.

Generatory impulsów prostokątnych są stosowane w wielu amatorskich urządzeniach radiowych: licznikach elektronicznych, automatach do gier i są najczęściej stosowane przy konfigurowaniu sprzętu cyfrowego. Zwracamy uwagę na wybór obwodów i konstrukcji prostokątnych generatorów impulsów

Amplituda generowanego sygnału w takich generatorach jest bardzo stabilna i bliska napięciu zasilania. Ale kształt oscylacji jest bardzo odległy od sinusoidalnego - sygnał jest pulsacyjny, a czas trwania impulsów i przerw między nimi można łatwo regulować. Impulsom można łatwo nadać wygląd meandra, gdy czas trwania impulsu jest równy czasowi przerwy pomiędzy nimi.

Głównym i powszechnym typem generatora relaksacyjnego jest symetryczny multiwibrator z dwoma tranzystorami, którego obwód pokazano na poniższym rysunku. W nim dwa standardowe stopnie wzmacniacza na tranzystorach VT1 i VT2 są połączone szeregowo, to znaczy wyjście jednego stopnia jest połączone z wejściem drugiego poprzez kondensatory oddzielające C1 i C2. Wyznaczają także częstotliwość generowanych oscylacji F, a dokładniej ich okres T. Przypomnę, że okres i częstotliwość są powiązane prostą zależnością

Jeśli obwód jest symetryczny, a wartości znamionowe części w obu stopniach są takie same, wówczas napięcie wyjściowe ma kształt meandrowy.

Generator działa w ten sposób: zaraz po włączeniu, podczas gdy kondensatory C1 i C2 nie są naładowane, tranzystory znajdują się w trybie „liniowego” wzmocnienia, gdy przez rezystory R1 i R2 ustawiony zostanie niewielki prąd bazowy, określa to prąd kolektora Vst razy większe, a napięcie na kolektorach jest nieco mniejsze niż napięcie zasilania ze względu na spadek napięcia na rezystorach obciążenia R3 i R4. W tym przypadku najmniejsze zmiany napięcia kolektora (przynajmniej na skutek wahań termicznych) jednego tranzystora są przenoszone przez kondensatory C1 i C2 do obwodu podstawowego drugiego.

Załóżmy, że napięcie kolektora VT1 nieznacznie spadło. Zmiana ta jest przekazywana przez kondensator C2 do obwodu podstawowego VT2 i nieznacznie go blokuje. Napięcie kolektora VT2 wzrasta, a zmiana ta jest przekazywana przez kondensator C1 do podstawy VT1, zostaje odblokowana, prąd kolektora wzrasta, a napięcie kolektora maleje jeszcze bardziej. Proces ten przebiega niczym lawina i bardzo szybko.

W rezultacie tranzystor VT1 jest całkowicie otwarty, jego napięcie kolektora będzie nie większe niż 0,05...0,1 V, a VT2 jest całkowicie zablokowane, a napięcie jego kolektora jest równe napięciu zasilania. Teraz musimy poczekać, aż kondensatory C1 i C2 zostaną naładowane, a tranzystor VT2 zostanie lekko otwarty przez prąd przepływający przez rezystor polaryzacji R2. Proces lawinowy będzie przebiegał w przeciwnym kierunku i doprowadzi do całkowitego otwarcia tranzystora VT2 i całkowitego zamknięcia VT1. Teraz należy odczekać kolejne półokresy potrzebne na naładowanie kondensatorów.

Czas ładowania zależy od napięcia zasilania, prądu płynącego przez rezystory Rl, R2 i pojemności kondensatorów Cl, C2. W tym przypadku mówią o „stałej czasowej” łańcuchów Rl, C1 i R2, C2, w przybliżeniu odpowiadającej okresowi oscylacji. Rzeczywiście, iloczyn rezystancji w omach i pojemności w faradach daje czas w sekundach. Dla wartości wskazanych na schemacie z rysunku 1 (360 kOhm i 4700 pF) stała czasowa wynosi około 1,7 milisekundy, co wskazuje, że częstotliwość multiwibratora będzie mieścić się w zakresie audio rzędu setek herców. Częstotliwość wzrasta wraz ze wzrostem napięcia zasilania i zmniejszaniem wartości znamionowych Rl, C1 i R2, C2.

Opisany generator jest bardzo bezpretensjonalny: można w nim zastosować niemal dowolne tranzystory i zmieniać wartości elementów w szerokim zakresie. Do jego wyjść można podłączyć telefony o wysokiej impedancji, aby usłyszeć wibracje dźwięku, a nawet głośnik - dynamiczną głowicę z transformatorem obniżającym, na przykład głośnik abonencki. W ten sposób możesz zorganizować na przykład generator dźwięków do nauki alfabetu Morse'a. Klucz telegraficzny umieszczony jest w obwodzie zasilającym, szeregowo z baterią.

Ponieważ w radioamatorstwie rzadko potrzebne są dwa wyjścia przeciwfazowe multiwibratora, autor podjął się zaprojektowania prostszego i bardziej ekonomicznego generatora zawierającego mniejszą liczbę elementów. To, co się stało, pokazano na poniższym rysunku. Zastosowano tutaj dwa tranzystory o różnych rodzajach przewodności - p-p-p i p-n-p. Otwierają się jednocześnie, prąd kolektora pierwszego tranzystora służy jako prąd bazowy drugiego.

Razem tranzystory tworzą również dwustopniowy wzmacniacz, objęty PIC poprzez łańcuch R2, C1. Gdy tranzystory są wyłączone, napięcie na kolektorze VT2 (wyjście 1 V) spada do zera, spadek ten jest przesyłany przez łańcuch PIC do podstawy VT1 i całkowicie go wyłącza. Kiedy kondensator C1 zostanie naładowany do około 0,5 V na lewej płytce, tranzystor VT1 lekko się otworzy, prąd będzie przez niego przepływał, powodując jeszcze większy prąd dla tranzystora VT2; Napięcie wyjściowe zacznie rosnąć. Wzrost ten jest przenoszony na podstawę VT1, powodując jego jeszcze większe otwarcie. Następuje opisany powyżej proces lawinowy, całkowicie odblokowujący oba tranzystory. Po pewnym czasie potrzebnym do naładowania C1 tranzystor VT1 zamknie się, ponieważ prąd płynący przez rezystor R1 o dużej wartości jest niewystarczający, aby go całkowicie otworzyć, a proces lawinowy będzie przebiegał w przeciwnym kierunku.

Cykl pracy generowanych impulsów, czyli stosunek czasu trwania impulsów do przerw, reguluje się doborem rezystorów R1 i R2, a częstotliwość oscylacji doborem pojemności C1. Stabilną generację przy wybranym napięciu zasilania uzyskuje się poprzez dobór rezystora R5. Może również regulować napięcie wyjściowe w określonych granicach. I tak np. przy wartościach podanych na schemacie i napięciu zasilania 2,5 V (dwie baterie alkaliczne) częstotliwość generowania wynosiła 1 kHz, a napięcie wyjściowe dokładnie 1 V. Prąd pobierany z akumulatora wyniósł około 0,2 mA, co świadczy o bardzo dużej sprawności generatora.

Obciążenie generatora R3, R4 jest wykonane w postaci dzielnika przez 10, dzięki czemu można usunąć niższe napięcie sygnału, w tym przypadku 0,1 V. Jeszcze niższe napięcie (regulowane) jest usuwane z silnika z rezystorem zmiennym R4 . Ta regulacja może być przydatna, jeśli chcesz określić lub porównać czułość telefonów, przetestować bardzo czuły ULF poprzez podanie na jego wejście małego sygnału i tak dalej. Jeśli takie zadania nie są ustawione, rezystor R4 można zastąpić stałym lub innym ogniwem dzielnika (0,01 V), dodając na dole kolejny rezystor 27 omów.

Sygnał prostokątny o stromych krawędziach zawiera szeroki zakres częstotliwości – oprócz częstotliwości podstawowej F, także jej harmonicznych nieparzystych 3F, 5F, 7F itd., aż do zakresu częstotliwości radiowych. Dzięki temu generatorem można testować nie tylko sprzęt audio, ale także odbiorniki radiowe. Oczywiście amplituda harmonicznych maleje wraz ze wzrostem ich częstotliwości, ale odpowiednio czuły odbiornik pozwala na ich słuchanie w całym zakresie fal długich i średnich.

Jest to pierścień dwóch falowników. Funkcje pierwszego z nich pełni tranzystor VT2, na którego wejściu podłączony jest wtórnik emiterowy na tranzystorze VT1. Ma to na celu zwiększenie rezystancji wejściowej pierwszego falownika, umożliwiając generowanie niskich częstotliwości przy stosunkowo małej pojemności kondensatora C7. Na wyjściu generatora znajduje się element DD1.2, który pełni funkcję elementu buforowego poprawiającego dopasowanie wyjścia generatora do badanego obwodu.

Szeregowo z kondensatorem czasowym (wymaganą wartość pojemności wybiera się przełącznikiem SA1) włącza się rezystor R1, zmieniając rezystancję, którego regulowana jest częstotliwość wyjściowa generatora. Aby dostosować współczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego (stosunek okresu impulsu do czasu jego trwania), do obwodu wprowadza się rezystor R2.

Urządzenie generuje impulsy o dodatniej polaryzacji o częstotliwości 0,1 Hz...1 MHz i cyklu pracy 2...500. Zakres częstotliwości generatora podzielony jest na 7 podzakresów: 0,1...1, 1,10, 10. ...100, 100 ...1000 Hz i 1...10, 10...100, 100...1000 kHz, które ustawia się przełącznikiem SA1.

Obwód może wykorzystywać krzemowe tranzystory małej mocy o wzmocnieniu co najmniej 50 (na przykład KT312, KT342 itp.), Układy scalone K155LNZ, K155LN5.

Prostokątny generator impulsów na mikrokontrolerze w tym obwodzie będzie doskonałym dodatkiem do Twojego domowego laboratorium pomiarowego.

Cechą tego obwodu oscylatora jest stała liczba częstotliwości, a dokładnie 31. Można go stosować w różnych rozwiązaniach obwodów cyfrowych, w których konieczna jest automatyczna zmiana częstotliwości oscylatora lub za pomocą pięciu przełączników.

Wybór jednej lub drugiej częstotliwości odbywa się poprzez przesłanie pięciobitowego kodu binarnego na wejście mikrokontrolera.

Układ zmontowany jest na jednym z najpopularniejszych mikrokontrolerów Attiny2313. W oprogramowaniu wbudowany jest dzielnik częstotliwości z regulowanym współczynnikiem podziału, wykorzystujący częstotliwość oscylatora kwarcowego jako odniesienie.