Простой высокочастотный генератор своими руками. Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе

Предлагаемый генератор работает в диапазоне частот от 26560 кГц до 27620 кГц и предназначен для настройки СВ-аппаратуры. Напряжение сигнала с » Вых. 1 » составляет 0,05 В на нагрузке 50 Ом. Имеется и «Вых.2». к которому можно подключать частотомер при налаживании приемников. В генераторе предусмотрена возможность получения частотно-модулированных колебаний. Для этого служит «Вх. мод.», на который подается низ-кочастотный сигнал с внешнего генератора звуковой частоты. Питание генератора производится от стабилизированного источника +12 В.потребляемый ток не превышает 20 мА. Задающий генератор выполнен на полевых транзисторах VT1. VT2. включенных по схеме «общий исток — общий затвор».

Генератор, собранный по такой схеме, хорошо работает на частотах от 1 до 100 МГц. потому что в нем применены полевые транзисторы с граничной частотой >100 МГц. Согласно проведенным исследованиям . этот генератор имеет кратковременную нестабильность частоты (за 10 с) лучшую, чем генераторы, выполненные по схемам емкостной и индуктивной трехточки. Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева, а также уровни второй и третьей гармоник меньше, чем у генераторов, выполненных по схеме трехточки. Положительная обратная связь в генераторе осуществляется конденсатором С10. В цепь затвора VT1 включен колебательный контур С5…С8. L1. определяющий частоту генерации схемы. Через небольшую емкость С9 к контуру подключена варикапная матрица VD1. Подавая на нее низкочастотный сигнал, изменяем ее емкость и тем самым осуществляем частотную модуляцию генератора. Питание генератора дополнительно стабилизируется VD2. Высокочастотный сигнал снимается с резистора R6. включенного в истоковые цепи транзисторов. К генератору через конденсатор С 11 подключен широкополосный эмиттерный повторитель на VT3 и VT4. Преимущества такого повторителя приведены в . К его выходу через конденсатор С 15 подключен делитель напряжения (R14.R15). Выходное сопротивление по «Вых.1» равно 50 Ом. поэтому с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом к нему можно подключить схему с входным сопротивлением 50 Ом. например ВЧ-аттенюатор. опубликованный в [З]. К выходу эмиттерного повторителя подключен истоковый повторитель на VT5. Это позволило полностью исключить взаимное влияние нагрузок. подключенных к «Вых.1» и «Вых.2».

Детали. Конденсаторы Сб…С 10 — типа КТ6. Остальные конденсаторы: керамические — типа К10-7В. К10-17. электролитические — типа К50-35. Катушка L1 намотана на керамическом ребристом каркасе (размер по ребрам — 15 мм) посеребренным проводом диаметром 1 мм с шагом 2 мм. Количество витков — 6.75. Намотка производится нагретым проводом с «натягом». Дроссель L2 — от черно-белых ламповых телевизоров (можно использовать и другие) индуктивностью от 100 до ЗООмкГн. Резисторы — типа МЛТ-0.125. Полевые транзисторы можно применить любые из серии КПЗОЗ. еще лучше — из серии КП307. Высокочастотные разъемы Х1…ХЗ — типа СР50-73ФВ. Транзистор VT3 — любой высокочастотный прп-типа. VT4 — высокочастотный рпр-типа.

Литература
1. Котиенко Д.. Туркин Н. LC-генератор на полевых транзисторах. — Радио. 1990. N5. с.59.

2. Широкополосный повторитель напряжения. — Радио. 1981. N4. с.61.
3. ВЧ аттенюатор. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1996. N10. с.36.
4. Мухин В. Нестандартное поведение катушек индуктивности при нагревании. — Радиолюбитель. 1996. N9. с.13. 14.
5. Маслов Е. Расчет колебательного контура для растянутой настройки. — Радиолюбитель, 1995. N6. с. 14-16.

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полево

Высокочастотный транзисторный генератор. Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

«Классика жанра».

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности.

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Что мы здесь вид

ВЧ-генератор на транзисторе MRF284L — Gnativ.ru

Предисловие

Уважаемые друзья!
После публикации на сайте статьи о создании ВЧ-генератора на мощных полевых транзисторах (MOSFET), ко мне стали поступать вопросы радиолюбителей по поводу различных аспектов работы данного устройства, а также возможности его приобретения. Некоторые радиолюбители не смогли запустить генератор, несмотря на простоту схемы и относительно невысокие требования к её монтажу.

На основании собственного опыта, хочу обратить ваше внимание на несколько ключевых моментов при создании данного генератора:

Первое и основное условие для создания работающего генератора — наличие ИСПРАВНОГО транзистора. Многие радиолюбители (впрочем как и я) пользуются демонтированными полупроводниковыми приборами. В большей части — это демонтаж с оборудования базовых станций сотовой связи. Помимо того, что транзистор может быть поврежден в процессе эксплуатации оборудования, так как является высоконагруженным элементом, так он еще может пострадать при «варварском» демонтаже. Поверьте, 20-30% демонтированных транзисторов — имеют значительные отклонения от заявленных характеристик или являются нерабочими. Поэтому, перед тем как монтировать транзистор — не поленитесь его проверить. Методика проверки подобных приборов при помощи тестера — есть в Интернете. Хорошо — когда у вас есть несколько одинаковых транзисторов. В этом случае, вы можете сравнить измеряемые параметры.

Внутренняя структура транзистора MRF284L

Второе условие — не допускать замыкания резонаторов в процессе тестирования устройства. Это приводит к моментальному выходу транзистора из строя. Если это происходит в тишине — можно услышать негромкий щелчок испаряющихся контактов и ячеек… При этом, горящая ВЧ-дуга между резонаторами никак не влияет на работоспособность транзистора. Во время одного эксперимента я держал дугу 3 часа и при этом транзистор был даже не горячим…

Третий момент связан с возбуждением генератора на множестве частот/гармоник. В этом случае генератор не выдает положенную мощность на одной частоте, она «размазывается» по некоторому диапазону. Определить это просто — генератор потребляет значительный ток, а ВЧ-энергии на резонаторах нет (например, не зажигается энергосберегающая лампа поднесенная к резонаторам). В этом случае, необходимо проверить исправность транзистора, попробовать изменить конструкцию резонаторов, их взаимное расположение, проверить источник питания, устранить возможные «паразитные» связи и т.п.. Наиболее часто, такое явление встречается у больших «согласованных» транзисторов, возбуждение происходит на уровне микроструктур. У транзисторов типа MRF284 — такое явление практически не наблюдается.

Ниже представлено видео работы высокочастотного генератора на более мощном транзисторе MRF6522-70. Этот транзистор рассчитан на диапазон 900 МГц., но хорошо работает в подобных генераторах на более низких частотах, не переходя в режим самовозбуждения.

Вот как выглядит плата генератора:

ВЧ-генератор на транзисторе MRF6522-70

Вот еще один генератор на транзисторе MRF9085 (90 Вт. 880 МГц). Очень «злая» штука))). При её работе, гаснет даже фотоаппарат с расстояния почти 1 м. Пришлось поставить светодиод для индикации работы устройства, так как после очередного эксперимента, забыл отключить генератор и вернувшись через 10 минут обнаружил оплавленные резонаторы и дымящуюся плату генератора…

ВЧ-генератор на транзисторе MRF9085, топология элементов.

Плата крупно:

ВЧ-генератор на транзисторе MRF9085

Семейство генераторов ВЧ;

Работа генератора на транзисторе MRF9085:

Ориентировочная оценка выходной мощности генератора:

В любом случае, создание подобного генератора требует наличия необходимых компонентов, аккуратности и некоторого везения. Поэтому, для энтузиастов и тех людей кто хочет провести эксперименты с подобным генератором, но у которых нет технической или другой возможности создать такое устройство у меня есть деловое предложение (см. ниже).

Коммерческое предложение

Для проведения одного из экспериментов, мною были изготовлены 15 одинаковых генераторов на транзисторе MRF284L. В качестве резонаторов для этих генераторов использовалась медная проволока d 0.8-1.0 mm. В этом генераторе отсутствует модулятор, он получился простым и технологичным. Изменяя параметры резонаторов (длину, расстояние) , можно легко получить частоты до 1,8 ГГц., а при некотором опыте и выше…

Ниже представлена монтажная схема ВЧ-генератора:

Вот как выглядят собранные платы. Устройства собраны на двухстороннем фольгированном стеклотекстолите, толщиной 1,6 мм. и адаптированы под монтаж на радиатор.

Вы можете приобрести эти платы у меня по цене 650 р. Все генераторы проверены и гарантированно работоспособны. Для их запуска вам потребуется источник питания 6-12 вольт (1-3 А), два кусочка медной проволоки длинной 10-15 см. и радиатор для охлаждения транзистора. Транзистор монтируется на радиатор с использованием теплоотводящей пасты. Необходимо обеспечить надежный электрический контакт «земли» и истока транзистора. Особых сложностей возникнуть не должно…
В общем обращайтесь на почту: [email protected] если есть такая заинтересованность.

P.S. Уважаемые друзья, осталось 4 генератора из двух последних партий (v.4) по 750 р.

Экспериментальный качер Бровина >>>

Широкополосный вч генератор своими руками. Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе

Предлагаемый высокочастотный генератор сигналов привлекает простотой конструкции и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в широкой полосе частот.

Общеизвестны требования, предъявляемые к широкополосному генератору сигналов. В первую очередь, это достаточно малая величина выходного сопротивления, позволяющая согласовать его выход с волновым сопротивлением коаксиального кабеля (обычно 50 Ом), и наличие автоматической регулировки амплитуды выходного напряжения, поддерживающей его уровень практически постоянным независимо от изменения частоты выходного сигнала. Для диапазона СВЧ (выше 30 МГц) большое значение имеют простая и надежная коммутация диапазонов, а также рациональная конструкция генератора.

Высокочастотный сигнал с генератора через конденсатор С4 поступает на затвор полевого транзистора VT3. Этим обеспечивается почти идеальная развязка нагрузки и генератора. Для установки напряжения смещения транзисторов VT3 и VT4 служат резисторы R7, R8, а токовый режим каскада определяют резисторы R12 — R 14. Для увеличения степени развязки выходное высокочастотное напряжение снимается с коллекторной цепи VT4.

Для стабилизации уровня сигнал ВЧ через конденсатор С9 подводится к выпрямителю с удвоением напряжения, выполненного на элементах VD1, VD2, С10, С11, R15. Пропорциональное амплитуде выходного сигнала выпрямленное напряжение дополнительно усиливается в цепи управления на VT5 и VT6. При отсутствии сигнала ВЧ транзистор VT6 полностью открыт; при этом к задающему генератору поступает максимальное напряжение питания. В результате облегчаются условия самовозбуждения генератора и в начальный момент устанавливается большая амплитуда его колебаний. Но это напряжение ВЧ через выпрямитель открывает VT5, при этом напряжение на базе VT6 увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения питания генератора и в конечном счете к стабилизации амплитуды его колебаний. Равновесное состояние устанавливается при амплитуде сигнала ВЧ на коллекторе VT4 несколько выше 400 мВ.

Переменный резистор R17 (показан как потенциометр) в действительности представляет собой ВЧ аттенюатор и при отсутствии нагрузки на его выходе максимальное напряжение достигает четверти входного, т.е. 100 мВ. При нагрузке коаксиального кабеля на сопротивление 50 Ом (что является необходимым для его согласования в частотном диапазоне от 50 до 160 МГц и выше) на выходе генератора устанавливается напряжение ВЧ около 50 мВ, которое регулировкой аттенюатора может быть уменьшено до необходимого уровня.

В качестве регулятора R17 в схеме генератора был использован 50-омный аттенюатор фирмы Prech. Если для некоторых конкретных применений не требуется регулировки уровня выходного напряжения, аттенюатор R17 может быть заменен фиксированным резистором с сопротивлением 50 Ом.

Однако и в этом случае сохраняется возможность регулировки уровня напряжения ВЧ в некоторых пределах: с этой целью конденсатор С9 присоединяют не к коллектору VT4, а к его эмиттеру, при этом приходится учитывать небольшое изменение (уменьшение) уровня сигнала на высших частотах рабочего диапазона. Тогда нагрузку для VT4 образуют аттенюатор R17 и резисторы R11, R12. Увеличение амплитуды выходного высокочастотного напряжения может быть достигнуто замыканием резистора R11 проволочной пе

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

ПРОСТЕЙШИЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ

Применение генераторов с колебательными контурами для генерирования колебаний низких частот (ниже 10 кГц) затруднено из-за значительно увеличивающихся номиналов катушек индуктивности и конденсаторов, что влечет за собой увеличение размеров и стоимости генератора.

Поэтому в настоящее время для генерирования низких и инфранизких частот широко используются RC-генераторы, в которых вместо колебательного контура используются RC-фильтры.

RC-генераторы, работая в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до нескольких мегагерц, обеспечивают достаточную стабильность колебаний и имеют малые габариты и массу.

Применение полевых транзисторов в схемах RC-генераторов выгодно отличает их от биполярных транзисторов возможностью использования в цепи положительной обратной связи высокоомных резисторов, что в свою очередь позволяет использовать конденсаторы с меньшими номиналами, обладающие большей стабильностью.

Простейшие RC-генераторы на ПТ изображены на рис. 1. Как известно, условия возбуждения генератора требуют, чтобы цепь обратной связи изменяла на 180° (для однокаскадного генератора) фазу сигнала, поступающего со стоковой нагрузки в цепь затвора.

В схеме генератора, приведенной на рис. 1, а, это достигается выполнением цепи обратной связи из нескольких последовательно включенных простых RC-звеньев. Кроме того, ослабление сигнала при прохождении цепи обратной связи должно компенсироваться усилением каскада.

Для цепей с одинаковыми по значению элементами R и С условие баланса фаз на генерируемой частоте f₀ выполняется при следующих соотношениях [2]:

для трёхзвенных f₀=0,065/RC;

для четырёхзвенных f₀=0,133/RC

Рис. 1. Схемы простейших RC-генераторов.

а — с фазирующей RC-цепочкой; б — с истоковым повторителем; в — с Т-образным RC-мостом.

Для трёхзвенной RC-цепи обратной связи требуемый коэффициент усиления каскада должен быть больше 29 [2, 3], а в четырёхзвенной RC-цепи не менее 18,4.

Для повышения устойчивости работы генератора (из-за шунтирующего действия цепью обратной связи резистора нагрузки Rc) часто вводят дополнительный каскад — истоковый повторитель (рис. 1, б), имеющий высокое входное сопротивление.

Схема генератора с двойным Т-образным RC-фильтром (рис. 1, в), элементы которого выбраны следующим образом: С1=С2=С; С3=С/0,207; R1=R2=R; R3=0,207R — функционирует при условии, если коэффициент усиления каскада не менее 11. При этом частота колебаний

f₀=1/2RСπ.

Рассмотренные простейшие RC-генераторы на ПТ не нашли широкого применения из-за присущих им недостатков.

Первый недостаток — это необходимость получения большого коэффициента усиления каскада, который у генератора с трёхзвенной цепью обратной связи должен быть не менее 29, Практическая реализация такого коэффициента усиления затруднительна из-за малого значения крутизны ПТ. Если учесть, что для улучшения формы генерируемых колебаний вводится отрицательная обратная связь, то коэффициент усиления каскада должен быть еще больше.

Второй недостаток — невозможность перестройки в широком диапазоне частот генераторов, выполненных по схеме с RC-цепочка-ми и Т-образным мостом в цепи обратной связи.

ГЕНЕРАТОРЫ, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Наиболее широкое применение среди RC-генераторов нашла схема с фазовым RC-мостом (генератор на мосте Вина), принципиальная схема которого изображена на рис. 2. К достоинствам подобной схемы следует отнести малое затухание и нулевой сдвиг фаз в цепи обратной связи на частоте генерации.

Таким образом, при включении фазового RC-моста для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы усилитель генератора обеспечивал сдвиг фаз 360°.

Частота генерации при равенстве R1=R2=R и С1=С2=С определяется выражением

f₀=1/2RCπ     (1)

На этой частоте затухание фазового RС-моста минимально и равно 3. (Затухание β — величина ослабления, которое вносит фазовый RC-мост в проходящий сигнал в зависимости от расстройки Δf — определяется по выражению β=(9+(2Δf)²/f₀)^1/2 ) Отсюда следует, что минимальный коэффициент усиления, при котором удовлетворяется условие баланса амплитуд, должно быть не менее 3. Благодаря малому значению требуемого усиления появляется возможность введения глубокой отрицательной обратной связи, что ведет к уменьшению уровня нелинейных искажений при работе в широком диапазоне частот.

В схеме рис. 2, а отрицательная обратная связь осуществляется за счет резистора в цепи истока транзистора T1 и введения цепочки R5C3. В качестве резистора R5 использовался малоинерционный термистор ТВД-4, резисторы R1, R2 — типа ПТМН, а конденсаторы С1 и С2 — типа КСО-Г. При указанных на схеме номиналах частота генерации f₀=1500 Гц. При изменении температуры в диапазоне от 10 до 50° С была получена относительная нестабильность частоты

Δf/f=0,05% на 10° С.

Фазовый RC-мост имеет в своем составе всего по два одноименных элемента; следовательно, его можно перестраивать в широком диапазоне частот, изменяя значение только двух элементов R1, R2 или С1, С2), что делает перестройку генераторов с такими мостами конструктивно удобной.

На рис. 2, б приведена схема перестраиваемого генератора низкой частоты с фазовым RC-мостом. Частота генерируемых колебаний плавно перестраивается с помощью сдвоенного потенциометра R2, R3. Усилитель генератора двухкаскадный с непосредственной связью. Для стабилизации амплитуды колебаний генератора и его режима работы введена глубокая отрицательная обратная связь как по постоянному, так и переменному току (цепочка R8, R6, R5) Для перекрытия всего звукового диапазона следует ввести переключатель, который одновременно изменял бы емкости конденсаторов RC и С2 в обоих плечах моста.

Рис. 2. Принципиальные схемы генераторов с фазовым RС-мостом.

а — с двухкаскадным усилителем и ёмкостной связью; б — с двухкаскадным усилителем и непосредственной связью.

Рис. 3. Генератор, перестраиваемый в широком диапазоне

а — принципиальная схема; б — структурная схема.

Более сложная схема RС-генератора с использованием полевых транзисторов, позволяющая перестраивать частоту в декадном диапазоне, изображена на рис. 3. Для параметров, указанных на схеме, частота генератора лежит в диапазоне 500 кГц — 5 мГц; однако, изменив ёмкости конденсаторов, можно получить частоты в других диапазонах [4].

Два фазовращателя, фазоинвертор, усилитель и аттенюатор соединяются таким образом, что образуют петлю обратной связи. Схема будет генерировать колебания с частотой, при которой полный фазовый сдвиг составляет 360°. На этой частоте каждый из двух идентичных фазовращателей обеспечивает фазовый сдвиг на 90°.

Управляемый напряжением фазовращатель состоит из конденсатора C1 и транзистора Т2.

Транзисторы Т3, Т4 и конденсатор С3 образуют второй фазовращатель, который работает аналогично первому. Благодаря высокому сопротивлению фазовращателей отпадает необходимость в буферных каскадах. Затворы транзисторов Т2 и Т4 заземлены по переменному току и, следовательно, могут быть соединены. Транзистор Т5 предназначен для усиления сигнала.

Транзистор Т7 и резистор R6 образуют управляемый напряжением аттенюатор, при этом транзистор Т7 используется в качестве управляемого резистора.

Амплитудный детектор состоит из усилителя на транзисторе Т6, диодного детектора Д1 и фильтра R5C5. Когда амплитуда входного сигнала увеличивается, напряжение на затворе транзистора Т7 становится более отрицательным, при этом возрастает динамическое сопротивление транзистора и уменьшается коэффициент усиления в петле обратной связи.

СТАБИЛИЗАЦИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ

Свойство полевого транзистора изменять сопротивление канала в зависимости от приложенного к затвору управляющего напряжения нашло достаточно широкое применение в генераторах для автоматической стабилизации уровня выходного сигнала.

На рис. 4, а приведена схема RC-генератора синусоидальных колебаний с регулируемой отрицательной обратной связью [5]. Двухкаскадный усилитель на полевых транзисторах Т1 и Т3 охвачен положительной обратной связью через элементы R1-R4, С1, С3. Отрицательная обратная связь осуществляется через делитель, состоящий из резистора R6 и управляемого сопротивления канала полевого транзистора Т2 Установление стационарной амплитуды происходит за счет воздействия UВых (через детектор Д1 и его элементов R7, С5) на глубину отрицательной обратной связи и на режим питания транзистора Т1. Инерционность АРУ определяется в основном ёмкостью конденсатора С5 и сопротивлением резистора R7 [5]. Такая автоматически регулируемая отрицательная обратная связь позволяет повысить стабильность характеристик генератора по сравнению с обычной схемой при изменении напряжений питания и температуры окружающей среды. При изменении питания от 18 до 10 В амплитуда выходного сигнала снижалась на 8%.

Рис. 4. Генераторы со стабилизацией амплитуды генерируемых колебаний.

а — RС-генератор с регулируемой ООС; б — LC-генератор с аттенюатором на ПТ.

Несколько иначе осуществляется автоматическая стабилизация уровня выходного сигнала генератора, принципиальная схема которого изображена на рис. 4, б [6]. Напряжение сток — исток полевого транзистора Т1 регулируется переменным резистором R3, установленным в цепи затвора второго транзистора Т2. Часть выходного напряжения через трансформатор L1, L2 поступает на выпрямитель Д1 и фильтр R3C7. В зависимости от положения потенциометра R3 изменяется рабочая точка полевого транзистора, изменяется сопротивление его канала и соответственно амплитуда сигнала на выходе генератора. Потенциометром R3 устанавливают необходимую амплитуду выходного напряжения, которая в дальнейшем автоматически поддерживается на заданном уровне.

Как видно из приведённых выше примеров, использование полевых транзисторов в схемах автоматической стабилизации выходного напряжения генераторов позволяет значительно упростить подобные схемы и уменьшить необходимую мощность управления регулируемого элемента.

ЧМ ГЕНЕРАТОРЫ

В автоматике и телемеханике, измерительной технике возникает необходимость в широкополосной частотной модуляции при низкой несущей частоте. Так, например, в радиотелеметрии с частотным разделением каналов каждому- каналу отводится своя поднесущая частота. Генераторы поднесущих частот — это низкочастотные генераторы, частоты которых промодулированы сигналами от датчиков. Применение LC-генераторов в таких системах нежелательно из-за громоздкости выполнения в низкочастотном диапазоне. Поэтому в качестве задающего частотно-модулированного генератора поднесущей частоты используется RС-генератор.

Частота RС-генератора, как уже говорилось выше, определяется параметрами фазирующей RС-цепочки, изменяя которые определенным образом, осуществляют частотную модуляцию колебаний генератора. Для получения линейной модуляционной характеристики необходимо, чтобы одновременно по линейному закону изменялись отношения 1/R или 1/С фазирующей цепочки.

Рис. 5. ЧМ генератор на ПТ, а — принципиальная схема; б — модуляционная характеристика.

В качестве перестраиваемых напряжением ёмкостей применяются полупроводниковые диоды и транзисторы, используя зависимость ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Существенным недостатком подобного способа является большая нелинейность модуляционной характеристики ЧМ генератора из-за нелинейного изменения ёмкости от приложенного напряжения.

Полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы можно использовать и в качестве переменных сопротивлений. Однако такому способу получения ЧМ свойственны следующие недостатки [11]: нелинейность модуляционной характеристики при больших девиациях частоты; большая амплитудная модуляция; плохая развязка источника модулирующего сигнала и автогенератора; значительная мощность, потребляемая управляющей цепью.

Перечисленных недостатков лишен способ осуществления ЧМ с помощью полевых транзисторов. Применение ПТ в качестве переменных сопротивлений в фазирующей цепи RС-генератора позволяет реализовать их важное достоинство — линейную зависимость проводимости канала от управляющего напряжения и высокое входное сопротивление частотного модулятора.

На рис. 5 изображена принципиальная схема ЧМ генератора с фазовым RС-мостом и его модуляционная характеристика для ПТ (Т{Г2) типа КП103Ж и КП103М, используемых в качестве переменных резисторов.

Резисторы R1 и R2 включены для уменьшения глубины девиации до необходимой; кроме того, используя резисторы с отрицательным ТКС, можно уменьшить влияние температурных изменений сопротивления канала ПТ на стабильность частоты генератора. С помощью источника смещения Eсм устанавливают необходимое значение сопротивления каналов ПТ при управляющем (модулирующем) сигнале UBX=0.

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Релаксационные генераторы низких частот имеют большую постоянную времени. В мультивибраторах, выполненных на биполярных транзисторах, для получения большой постоянной времени используются электролитические конденсаторы с большой ёмкостью, обладающие невысокой стабильностью. Высокое же входное сопротивление полевых транзисторов позволяет получать необходимую постоянную времени в релаксационных схемах без использования конденсаторов с большой ёмкостью. Поэтому в тех случаях, когда требуется реализовать постоянные времени примерно несколько секунд или минут, целесообразно использовать полевые транзисторы.

В схеме, изображенной на рис. 6, а, два полевых транзистора включены по схеме истоковых повторителей, а два биполярных транзистора являются переключателями. Принцип работы схемы аналогичен принципу работы обычного мультивибратора, причём комбинацию биполярного и полевого транзистора следует рассматривать как некоторый активный элемент. Таким образом, в схему вносится высокое входное сопротивление полевых транзисторов и одновременно обеспечивается большое полное усиление. Биполярные транзисторы не входят в состояние насыщения, так как напряжение их коллекторов питает стоки полевых транзисторов. В результате такого соединения мультивибратор устойчиво самовозбуждается; поскольку рабочие точки транзисторов смещены в линейную область, любое изменение входного тока вызывает изменение коллекторного напряжения. Эта схема хорошо работает и на высоких частотах.

Рис. 6. Схемы мультивибраторов на ПТ.

а — с ненасыщенными биполярными транзисторами; б — с насыщенными биполярными транзисторами.

Длительность пребывания мультивибратора в каждом из состояний определяется разрядом конденсатора С1 или С2 через резистор цепи затвора. Когда напряжение достигает значения, равного напряжению отсечки полевого транзистора, изменение тока истока заставляет схему перейти в другое состояние. Если ёмкость каждого конденсатора С1 и С2 равна 4 мкФ, то, изменяя R1 и R2 в сторону увеличения, можно повысить длительность периода мультивибратора от 8 мс до 6 мин. Если ёмкость каждого из конденсаторов выбрать равной 100 пФ, то частоту можно изменить от 100 Гц до 3 мГц [7]

Несколько иначе выполнен мультивибратор, схема которого изображена на рис. 6, б [1]. Рассмотрим принцип действия этой схемы. Допустим, что транзистор Т1 переходит в состояние насыщения, тогда на затворе Т4 появляется положительный потенциал и транзисторы Т4 и Т2 закрываются. Скачок напряжения на коллекторе Т2 приводит к надежному открыванию транзисторов Т1 и Т3. Ток смещения, текущий к затвору Т3 через резистор R2, поддерживает его в этом состоянии. Конденсатор С1 разряжаясь через резистор уменьшает напряжение смещения на затворе Т4. Когда напряжение Uзи транзистора Т4 уменьшается до напряжения отсечки, транзисторы Т4 и Т2 начинают проводить и быстро открываются, в то время как Т1 и Т3 закрываются. Длительность импульса мультивибратора определяется по формуле [1]

    (2)

где Ес — напряжение источника питания.

При номиналах деталей, указанных на схеме рис. 8, б, получена длительность импульса примерно 25 с.

ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Используя источник неизменного тока на полевом транзисторе в генераторе пилообразного напряжения, можно получить пилу, линейность и наклон которой почти не зависят от случайных изменений управляющего напряжения. Кроме того, полевые транзисторы позволяют реализовать схемы генераторов развертки с такими значениями линейности и длительности, которых трудно достигнуть при использовании биполярных транзисторов.

Генератор пилообразного напряжения, изображенный на рис. 7, состоит из источника постоянного тока на полевом транзисторе T1, конденсатора переменной ёмкости С1 и однопереходного транзистора Т2. С помощью потенциометра R2 устанавливается значение постоянного тока стока полевого транзистора Т1, соответствующее термостабильной точке ПТ. Отрицательная обратная связь, создаваемая включенными в цепь истока резисторами R1 и R2 с большим сопротивлением, обеспечивает стабильный ток стока несмотря на наличие изменений напряжения питания. Этот ток линейно заряжает конденсатор переменной емкости С1 до напряжения запуска однопереходного транзистора Т2. Время заряда является функцией ёмкости конденсатора С1 [8].

Рис. 7. Схема генератора пилообразного напряжения.

Изменяя ёмкость конденсатора С1, можно регулировать частоту повторения выходного сигнала генератора в диапазоне от 500 Гц до 50 кГц. Накопительный конденсатор быстро разряжается через проводящий переключатель на транзисторе Т2. Пилообразное напряжение с конденсатора С1 подается на выход через эмиттерный повторитель на транзисторе Т3. Амплитуда выходного сигнала определяется положением движка потенциометра R4 и может регулироваться в пределах от 0 до 8 В [8]. Во всём диапазоне частот нелинейность пилообразного напряжения в данной схеме не превышает 1%.

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Одним из самых важных параметров генераторов является стабильность частоты генерируемых колебаний. Жёсткие требования к стабильности и воспроизводимости частоты в современных радиотехнических устройствах удается удовлетворить при использовании кварцевых генераторов.

Рис. 8. Схема кварцевого генератора.

Ламповые кварцевые генераторы в большинстве практических случаев являются неприемлемыми ввиду таких недостатков, как большая потребляемая мощность, большие габариты и масса. Кроме того, сама лампа является источником тепла, что затрудняет термостатирование генератора.

Ввиду малого входного сопротивления биполярных транзисторов кварцевый резонатор в автогенераторах включают только между базой и коллектором.

Полевые транзисторы, в которых отсутствуют перечисленные выше недостатки электронных ламп и биполярных транзисторов, в настоящее время достаточно часто используются в схемах кварцевых генераторов.

Наиболее широкое применение нашли кварцевые генераторы на ПТ, выполненные по схеме ёмкостной трёхточки (рис. 8). Достоинствами такой схемы являются простота выполнения, отсутствие паразитных колебаний, малая рассеиваемая мощность, простота регулировки режима и наладки. Высокая стабильность генерируемой частоты при изменении питающего напряжения в схеме достигнута применением автоматического смещения (резистора в цепи истока) и использованием больших ёмкостей постоянных конденсаторов в цепях затвора и стока генераторного каскада (чем больше эти ёмкости, тем меньшее влияние на частоту колебаний будут оказывать нестабильные межэлектродные ёмкости транзистора). При вариации питающего напряжения от 3 до 9 В частота генератора изменяется не более чем на 1 Гц при номинальном значении 1МГц [10].

А.Г. Милехин

Литература:

1. Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970.
2. Барсуков Ф. И. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М., «Энергия», 1964.
3. Гоноровский И. С Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Советское радио», 1971.
4. Ван дер Гиир. Перестройка RC-генератора в декадном диапазоне с помощью полевых транзисторов. — «Электроника», № 4, 1969.
5. Крисилов Ю. Д. Автоматическая регулировка и стабилизация усиления транзисторных схем. М., «Советское радио», 1972.
6. Проссер Л. Стабильные генераторы на полевых транзисторах. — «Электроника», 1966, № 20.
7. Ханус, Мартинес. Стабильный НЧ мультивибратор с двумя ПТ. — «Электроника», 1967, №1.
8. Илэд Л. Использование полевого транзистора для получения стабильного пилообразного напряжения. — «Электроника», 1966, № 16.
9. Экспресс-информация «ПЭА и ВТ», 1973, № 47.
10. Кинг Л. Стабильный кварцевый генератор на полевом транзисторе. — «Электроника», 1973, №13.
11. Игнатов А.Н. Применение полевых транзисторов типа КП103 в аппаратуре связи. — В книге: Тенденции развития активных радиокомпонентов малой мощности. Новосибирск, «Наука», 1971.

BACK MAIN PAGE

Генераторы высокого напряжения с использованием катушек индуктивности

Все рассмотренные выше генераторы высокого напряжения имели в качестве накопителя энергии конденсатор. Не меньший интерес представляют устройства, использующие в качестве такого элемента индуктивности.

В подавляющем большинстве конструкции подобного рода преобразователей ранних лет содержали механический коммутатор индуктивности. Недостатки такого схемного решения очевидны: это повышенный износ контактных пар, необходимость их периодической чистки и регулировки, высокий уровень помех.

С появлением современных быстродействующих электронных коммутаторов конструкции преобразователей напряжения с коммутируемым индуктивным накопителем энергии заметно упростились и стали конкурентоспособными.

Основой одного из наиболее простых высоковольтных генераторов (рис. 12.1) является индуктивный накопитель энергии.

Рис. 12.1. Электрическая схема высоковольтного генератора на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор прямоугольных импульсов собран на микросхеме 555 (КР1006ВИ1). Параметры импульсов регулируются потенциометрами R2 и R3. Частота импульсов управления также зависит от емкости времязадающего конденсатора С1. Импульсы с выхода генератора подаются через резистор R5 на базу ключевого (коммутирующего) элемента — мощного транзистора VT1.

Этот транзистор в соответствии с длительностью и частотой следования управляющих импульсов коммутирует первичную обмотку трансформатора Т1.

В итоге на выходе преобразователя формируются импульсы высокого напряжения. Для защиты транзистора VT1 (2N3055 — КТ819ГМ) от пробоя желательно параллельно переходу эмиттер — коллектор подключить диод, например, типа КД226 (катодом к коллектору).

Высоковольтный генератор (рис. 12.2), разработанный в Болгарии, также содержит задающий генератор прямоугольных импульсов на микросхеме 555 (К1006ВИ1). Частота импульсов плавно регулируется резистором R2 от 85 до 100 Гц. Эти импульсы через RC-цепочки поступают на ключевые элементы на транзисторах VT1 и VT2. Стабилитроны VD3 и VD4 защищают транзисторы от повреждения при работе на индуктивную нагрузку.

Рис. 12.2. Схема генератора высокого напряжения на основе индуктивного накопителя энергии.

Генератор высокого напряжения (рис. 12.2) может быть использован как самостоятельно — для получения высокого напряжения (обычно до 1…2 кВ), либо как промежуточная ступень «накачки» других преобразователей.

Транзисторы BD139 можно заменить на КТ943В. В качестве ключевых элементов преобразователей с индуктивным накопителем энергии долгие годы использовали мощные биполярные транзисторы. Их недостатки очевидны: довольно высоки остаточные напряжения на открытом ключе, как следствие, потери энергии, перегрев транзисторов.

По мере совершенствования полевых транзисторов последние начали оттеснять биполярные транзисторы в схемах источников питания, преобразователях напряжения.

Для современных мощных полевых транзисторов сопротивление открытого ключа может достигать десятые…сотые доли Ома, а рабочее напряжение достигать 1 …2 кВ.

На рис. 12.3 приведена электрическая схема преобразователя напряжения, выходной каскад которого выполнен на полевом транзисторе MOSFET. Для согласования генератора с полевым транзистором включен биполярный транзистор с большим коэффициентом передачи.

Рис. 12.3. Электрическая схема генератора высоковольтных импульсов с ключевым полевым транзистором.

Задающий генератор собран на /ШО/7-микросхеме CD4049 по типовой схеме. Как сами выходные каскады, так и каскады формирования управляющих сигналов, показанные нарис. 12.1 — 12.3 и далее, взаимозаменяемы и могут быть использованы в любом сочетании.

Выходной каскад генератора высокого напряжения системы электронного зажигания конструкции П. Брянцева (рис. 12.4) выполнен на современной отечественной элементной базе [12.2].

Рис. 12.4. Схема выходного каскада генератора высокого напряжения П. Брянцева на составном транзисторе.

Рис. 12.5. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе триггеров Шмитта.

При подаче на вход схемы управляющих импульсов транзисторы VT1 и VT2 кратковременно открываются. В результате катушка индуктивности кратковременно подключается к источнику питания. Конденсатор С2 сглаживает пик импульса напряжения. Резистивный делитель (R3 и R5) ограничивает и стабилизирует максимальное напряжение на коллекторе транзистора VT2.

В качестве трансформатора Т1 использована катушка зажигания Б115. Ее основные параметры: R,=1,6 Ом, l<8A Ui<330B. Коэффициент трансформации К=68. Для катушки Б116 (Rj=0,6 Ом, 1,<20 А, и,<160 В, К=154) оптимальная величина R5=11 кОм.

Следующие две схемы высоковольтных генераторов напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии (рис. 12.5, 12.6) разработал Andres Estaban de la Plaza.

Первое из устройств содержит задающий генератор прямоугольных импульсов, промежуточный и выходной каскад, высоковольтный трансформатор.

Рис. 12.6. Электрическая схема генератора высокого напряжения с задающим генератором на основе операционного усилителя.

Задающий генератор выполнен на основе триггера Шмитта (КМОП-микросхема типа 4093). Использование триггера Шмитта вместо логических элементов НЕ (см. например, рис. 12.3) позволяет получить импульсы с более крутыми фронтами, и, следовательно, снизить потери энергии на ключевых элементах.

Согласование КМОП-элементов с силовым транзистором VT2 осуществляется предусилителем на транзисторе ѴТ1. Выходной трансформатор Т1 коммутируется силовым биполярным транзистором ѴТ2. Этот транзистор установлен на теплоотводящей пластине.

Частота импульсов генератора ступенчато изменяется переключателем SA1. Соотношение между длительностью импульса и паузой и частоту следования импульсов плавно регулируют потенциометрами R1 и R2.

Переключателем SA2 включают/отключают резистор R6, включенный последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора. Тем самым ступенчато регулируют выходную мощность преобразователя.

Рабочая частота генератора в его пяти поддиапазонах регулируется в пределах 0,6…8,5 кГц; 1,5…20 кГц; 5,3…66 кГц;

13… 170 кГц; 43…>200 кГц.

Первичная обмотка трансформатора Т1, намотанная на сердечнике от трансформатора строчной развертки, имеет 40 витков диаметром 1,0 мм. Выходное напряжение преобразователя на частотах ниже 5 кГц составляет 20 кВ, в области частот 50…70 кГц выходное напряжение снижается до 5… 10 кВ.

Выходная мощность высокочастотного сигнала устройства может доходить до 30 Вт. В этой связи при использовании данной конструкции, например, для газоразрядной фотосъемки необходимо принять особые меры по ограничению выходного тока.

Высоковольтный генератор, рис. 12.6, имеет более сложную конструкцию.

Его задающий генератор выполнен на операционном усилителе DA1 (СА3140). Для питания задающего генератора и буферного каскада (микросхема DD1 типа 4049) используется стабилизатор напряжения на 12 Б на интегральной микросхеме DA2 типа 7812.

Предоконечный каскад на комплиментарных транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 обеспечивает работу оконечного — на мощном транзисторе ѴТЗ.

Соотношение длительность/пауза регулируют потенциометром R7, а частоту импульсов — потенциометром R4.

Частоту генерации можно изменять ступенчато — переключением емкости конденсатора С1. Начальная частота генерации близка к 20 кГц.

Первичная обмотка доработанного трансформатора строчной развертки имеет 5… 10 витков, ее индуктивность примерно 0,5 мГч. Защита выходного транзистора от перенапряжения осуществляется включением варистора R9 параллельно этой обмотке.

Транзистор 2N2222 можно заменить на КТ3117А, КТ645; 2N3055 — на КТ819ГМ-, BD135 — на КТ943А, BD136 — на КТ626А, диоды 1N4148 — на КД521, КД503 и др. Микросхему DA2 можно заменить отечественным аналогом — КР142ЕН8БЩУ DD1 — К561ТЛ1.

Следующим видом генераторов высоковольтного напряжения являются автогенераторные преобразователи напряжения с индуктивной обратной связью.

Импульсный преобразователь с самовозбуждением вырабатывает пакеты высокочастотных высоковольтных колебаний (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Электрическая схема импульсного преобразователя напряжения с самовозбуждением.

Автогенератор импульсов высокого напряжения на транзисторе VT1 получает сигнал обратной связи с трансформатора Т1 и в качестве нагрузки имеет катушку зажигания Т2. Частота генерации — около 150 Гц. Конденсаторы С*, С2 и резистор R4 определяют режим работы генератора.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе 11114×18. Обмотка I состоит из 18 витков провода ПЭВ-2 0,85 мм, намотанных в два провода, а II — из 72 витков провода ПЭЛШО 0,3 мм.

Стабилитрон VD2 укреплен в центре дюралюминиевого радиатора размерами 40x40x4 мм. Этот стабилитрон можно заменить цепочкой мощных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 150 В. Транзистор VT1 также установлен на радиаторе размерами 50x50x4 мм.

Резонансный преобразователь напряжения с самовозбуждением описан в работе Е. В. Крылова (рис. 12.8). Он выполнен на высокочастотном мощном транзисторе VT1 типа КТ909А.

Трансформатор преобразователя выполнен на фторопластовом каркасе диаметром 12 мм с использованием ферритового стержня 150ВЧ размером 10×120 мм. Катушка L1 содержит 50 витков, L2 — 35 витков провода ЛЭШО 7×0,07 мм. Катушки низковольтной половины устройства имеют по одному витку провода во фторопластовой (политетрафторэтиленовой) изоляции. Они намотаны поверх катушки L2.

Рис. 12.8. Схема резонансного высоковольтного генератора с трансформаторной обратной связью.

Выходное напряжение преобразователя составляет 1,5 кВ (максимальное — 2,5 кВ). Частота преобразования — 2,5 МГц. Потребляемая мощность — 5 Вт. Выходное напряжение устройства изменяется от 50 до 100% при увеличении напряжения питания с 8 до 24 В.

Конденсатором переменной емкости С4 трансформатор настраивают на резонансную частоту. Резистором R2 устанавливают рабочую точку транзистора, регулируют уровень положительной обратной связи и форму генерируемых сигналов.

Преобразователь безопасен в работе — при низкоомной нагрузке высокочастотная генерация срывается.

Следующая схема высоковольтного источника импульсного напряжения с двухкаскадным преобразованием показана на рис. 12.9. Электрическая схема его первого каскада достаточно традиционна и практически не отличается от рассмотренных ранее конструкций.

Отличие устройства (рис. 12.9) заключается в использовании второго каскада повышения напряжения на трансформаторе. Это заметно повышает надежность устройства, упрощает конструкцию трансформаторов и обеспечивает эффективную изоляцию между входом и выходом устройства.

Рис. 12.9. Схема высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью и двойным трансформаторным преобразованием напряжения.

Трансформатор Т1 выполнен на Ш-образном сердечнике из трансформаторной стали. Сечение сердечника составляет 16×16 мм. Коллекторные обмотки I имеют 2×60 витков провода диаметром 1,0 мм.

Катушки обратной связи II содержат 2×14 витков провода диаметром 0,7 мм. Повышающая обмотка III трансформатора Т1, намотанная через несколько слоев межслойной изоляции, имеет 20… 130 витков провода диаметром 1,0 мм. В качестве выходного (высоковольтного) трансформатора использована катушка зажигания автомобиля на 12 или 6 В.

К генераторам высокого напряжения с индуктивными накопителями энергии следует отнести и устройства, рассмотренные ниже.

Для получения высоковольтных наносекундных импульсов В. С. Белкиным и Г. И. Шульженко была разработана схема формирователя на дрейфовых диодах и насыщающейся индуктивностью с однотактным преобразователем, синхронизированным с формирователем, а также показана возможность совмещения функций ключа формирователя и преобразователя.

Схема преобразователя, синхронизированного с формирователем, приведена на рис. 12.10; вариант схемы формирователя с раздельными ключевыми элементами приведен на рис. 12.11, а временные диаграммы, характеризующие работу отдельных узлов схемы формирователя, — на рис. 12.12.

Рис. 12.10. Схема формирователя высоковольтных импульсов с общим ключом для преобразователя и формирователя.

Рис. 12.11. Фрагмент схемы формирователя высоковольтных импульсов с раздельными ключами.

Рис. 12.12. Временная диаграмма работы преобразователя.

Задающий генератор прямоугольных импульсов (рис. 12.10) вырабатывает импульсы, отпирающие транзисторный ключ VT1 на время tH и запирающие на время t3 (рис. 12.12). Их сумма определяет период повторения импульсов. За время tH через дроссель L1 протекает ток Ін. После запирания транзистора ток Ін через диод VD1 заряжает накопительную емкость формирователя С1 до напряжения Uн, диод VD1 закрывается и отсекает конденсатор С1 от источника питания.

В таблице 12.1 приведены данные по возможному использованию полупроводниковых приборов в формирователе высоковольтных импульсов. Амплитуда формируемых импульсов приведена для низкоомной нагрузки величиной 50 Ом.

Таблица 12.1. Выбор элементов для формирователей высоковольтных импульсов.

Длительность импульса, НС	Амплитуда генерируемого импульса, В
	300	500	1000
4…6	КД204, КД226 (КТ858, КТ862)	КД212
7…10		ДЛ112-25 (КТ847)	ДЛ122-40 (КП953)
11…15		КД213 (КТ847)	ДЛ132-80 (КП953)

Формирователи двухполярных импульсов на основе серии-ных диодов имеют амплитуду каждой полуволны 0,2… 1 кВ для согласованной нагрузки 50…75 Ом при полной длительности импульса 4…30 не и частоте повторения до 20 кГц.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Управление MOSFET-ами #1 | VasiliSk’s blog

В инете полно статей о том как работают MOSFET-ы (ака полевики, т.е. полевые транзисторы), что надо рулить напряжением а не током. Разберем поподробнее + и – разных драйверов.

Теория проводимости

Есть N-канальные и P-канальные полевики, также ввиду особенностей производства, между Source и Drain образуется “паразитный” диод.

N-канальный MOSFET:

Для управления N-канальным полевиком необходимо приложить положительное напряжение относительно Source порядка 10V. В импульсных преобразователях на частотах 50+кГц требуется быстро открыть полевик, чтобы его сопротивление резко уменьшилось до ~0 ом. В таком случае потерь тепла будет меньше. Почему? Если заглянуть в любой даташит на полевой транзистор то можно обнаружить что сопротивление перехода Drain-Source меняется в зависимости от напряжения на Gate-Source. Взьмем абстрактный транзистор: если при 5V сопротивление будет составлять 1 ом, то при 10V уже 0.5-0.7Ом, что в ~два раза меньше, как следствие потери при более высоком напряжении управления тоже уменьшаются. Всего то! Однако у Gate есть внутренняя емкость. От десятков пикофарад у самых слабых полевиков до нанофарад у таких монстров как APT5016 (хотя это еще не самый злой полевик).

P-канальный MOSFET:

У P-канального наоборот, надо на Gate подать отрицательное напряжение относительно Source чтобы полевик открылся. Ситуация с сопротивлением открытого канала аналогична.

 

Драйвера

Для того чтобы быстро перезарядить Gate необходимо приложить, в зависимости от полевика, различное усилие. В интернете есть формулы для расчета токов, протекающих через драйвер. Я же хочу показать какие есть схемы управления полевиками. Конкретно нас интересует ключевой режим работы MOSFET-а.

Напрямую от контроллера

Не самый лучший вариант. Исключение составляют контроллеры со встроенным драйвером. RG резистор ограничивает ток через контроллер и уменьшает пульсации. У полевиков тоже есть своя индуктивность, она небольшая, но при быстром нарастании/спаде возникают колебания как в LC контуре. В моих краях найти контроллер со встроенным драйвером либо сложно либо дорого, поэтому приходится колхозить на универсальном ШИМ контроллере, под названием TL494.

Еще одна заметка по поводу резистора RG, когда требуется управлять большими токами и приходится ставить по 2-3+ транзистора, то данный резистор необходимо ставить перед каждым полевиком:

Особо крутые контроллеры, как на материнках, работающие на частотах 0.5-2МГц не требуют данного резистора и имеют отдельный выход для каждого полевика. Каждый полевик там представляет собой отдельную фазу с отдельным дросселем. Такие частоты выбраны специально для уменьшения габаритов всей схемы. Чем выше частота – тем меньше индуктивность нужна. В общих чертах.

Производители контроллеров полевиков рекомендуют сопротивление RG 4.7 Ом. Даже видел гдето видео ролик с презентацией сравнения потерь при различных резисторах. На практике же RG может доходить до 200 Ом, т.к. драйвера разные – токи которые они могут выдержать тоже разные. И частоты тоже разные. Короче глупо говорить что ставьте везде 4.7 Ома и будет счастье. Поэтому данный резистор должен подбираться индивидуально под способности драйвера и емкость Gate полевика (в даташитах этот параметр обозначается как C_iss – Input Capacitance).

Двухтактный биполярный драйвер

Одна из самых эффективных схем управления:

В идеале управляющие транзисторы надо распологать как можно ближе к MOSFET-у, для уменьшения пути протекания тока. Важно добавить шунтирующий конденсатор между VGate и землей (в схеме не указан).

Хорошо если N-канальный полевик Source-ом подключен к общей шине – земле – что и контроллер. Такое бывает в Step-Up конвертерах, однако ими мир не ограничивается. В Step-Down конвертерах полевик подключается Drain-ом напрямую к +, а Source идет дальше на дроссель. Если вы (не дай бог как я, по своей неопытности, когда в первой пришлось собрать понижающий преобразователь) попробуете заставить работать такую схему:

То обнаружите что полевик уже дымиться и припой капает коту на хвост расплавился. Как я сказал в начале статьи, N канальный полевик открывается полностью если на Gate подать + относительно Source. Но в данном случае получается когда мы подаем + на Gate, он начинает открываться и Source поднимается к + тоже! В итоге полевик не открыт и не закрыт. Висит посередине и дико греется. Но тут существует простое решение, Bootstrap-драйвер:

Схема немного усложнилась. Как видите силовым полевиком (справа) управляет по прежднему двухтактный биполярный драйвер. Однако он заведен относительно Source полевика. Левый полевой транзистор – маломощный, используется для сдвига уровня. Сигнал подается инвертированный. Резистор Pull-Down (подтягивающий) лучше поставить, в случае чего чтобы схема не “летала в воздухе”. Вот как оно работает: изначально конденсатор CBOOT заряжается через диод DBOOT управляющим напряжением, т.к. транзистор закрыт, на выводе Source земля (после дросселя L идет нагрузка которая как бы “заземляет” на время выключения полевика вывод Source). Полевик сдвига уровня наоборот (слева), открыт, чтобы силовой полевик был закрыт. Собственно в этом и заключается инверсия. Когда полевик сдвига уровня закрывается через резистор RLEVEL подается положительное напряжение на драйвер, а далее драйвер усиливает сигнал и подает + на Gate силового транзистора. Он начинает открываться и… и открывается полностью! Так как конденсатор CBOOT заряжен и привязан к Source силового полевика, то когда Source выравнялся по напряжению с напряжением притания, то CBOOT поднялся еще выше и оттуда, сверху, рулит через драйвер полевиком! Получается напряжение в момент открытия силового полевика относительно земли таково: U_CBOOT+U_POWER. А диод не позволяет этому напряжению уходить обратно. Поэтому важно рассчитать какая разница напряжений у Вас получиться и использовать диод с запасом на данное напряжение. Когда триумф нашего CBOOT подходит к концу левый полевик открывается, на драйвере напряжение падает и одновременно с этим Source силового полевика также возвращается на “землю”. Я бы рекомендовал добавить небольшой резистор после Drain управляющего полевика, чтобы, когда драйвер открыт и “земля” драйвера выше реальной земли, не убить маломощный управляющий полевик. На своей практике я использовал 12 Ом резистор. Такая схема, с КПД 85% управляла понижающим конвертером на 300 ватт…. только недолго, нагрузка на выходе в виде резисторов плавилась на глазах 🙂 Еще большего КПД можно достичь применяя синхронный выпрямитель, это когда вместо диода снизу ставится тоже полевой транзистор и открывается, когда верхний уже закрыт. Т.к. схема синхронизации двух полевиков заметно усложняется, то советую использовать спецальные синхронные драйвера. Там уже все задержки между открытием и закрытием есть, чтобы исключить протекание сквозных токов.

Схема ускоренного выключения на PNP

Самая простая и, возможно, самая популярная схема на одном PNP транзисторе:

В данном случае подразумевается что контроллер достаточно мощный, чтобы быстро зарядить полевик, но например, как у TL494, выход состоит всего лишь из одного npn транзистора. Обьеденив два имеющихся выхода TL494 и подцепив коллектором на + питания, эмитторы идут на вход этого полудрайвера. Главное эммитеры подтянуть на землю резистором. В случае напрямую выход TL494 подключить к полевику, то он будет очень долго закрываться, если подтягивающий резистор на килоом и больше. Если сдеать его на 100-200 ом, то тогда возрастает нагрузка на выходной каскад TL-ки, что тоже не хорошо:

В таком случае и применяется закрывающий драйвер:

В таком случае подтягивающий резистор делается на несколько килоом а RG рассчитывается также как раньше. При подаче положительного импульса, он проходит напрямую через диод D_ON и заряжает Gate полевика. Когда выходной каскад на TL-ке закрывается, то через подтягивающий резистор PULL_DOWN открывается Q_OFF и мгновенно разряжает через себя заряд Gate, что и приводит к моментальному закрытию полевика!

Почему N-канальный полевик лучше P-канального?

Возможно вы уже заметили что на всех схемах фигурирует N-канальный MOSFET. Этому есть несколько причин:

• У N-канала при одинаковой серии меньшее сопротивление открытого канала.
• N-канальные дешевле. 20A N-ch 1$ условно, то 20A P-ch 1.5$
• В парных сборках N-ch и P-ch (в SO8 корпусе например) P-ch обладает как бОльшим сопротивлением так и меньшим максимальным током.
• Сложно достать мощные P-ch полевики в какойнить деревне 🙂
• Драйвер на рассыпухе для High-side N-ch может выйти дешевле чем разность стоимости P-ch – N-ch полевиков.

Так что если уже запаслись N-канальными полевиками, то вперед собирать к ним драйвера! Это не сложнее чем купить/найти P-ch.

Конец первой части 🙂

Like this:

Like Loading…

Related