Что такое генератор световых импульсов

Генераторы импульсов

Генераторы импульсов используют во многих радиотехнических устройствах (электронных счетчиках, реле времени), применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц. Здесь приводятся простые схемы генераторов, в том числе на элементах цифровой «логики», которые широко используются в более сложных схемах как частотозадающие узлы, переключатели, источники образцовых сигналов и звуков.

На рис. 1 приведена схема генератора, который формирует одиночные импульсы прямоугольной формы при нажатии кнопки S1 (то есть он не является автогенератором, схемы которых приводятся далее). На логических элементах DD1.1 и DD1.2 собран RS-триггер, предотвращающий проникновение импульсов дребезга контактов кнопки на пересчетное устройство. В положении контактов кнопки S1, показанном на схеме, на выходе 1 будет напряжение высокого уровня, на выходе 2 — напряжение низкого уровня; при нажатой кнопке — наоборот. Этот генератор удобно использовать при проверке работоспособности различных счетчиков.

На рис. 2 показана схема простейшего генератора импульсов на электромагнитном реле. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и реле срабатывает, отключая источник питания контактами К 1.1. Но реле отпускает не сразу, поскольку некоторое время через его обмотку будет протекать ток за счет энергии, накопленной конденсатором С1. Когда контакты К 1.1 опять замкнутся, снова начнет заряжаться конденсатор — цикл повторяется.

Частота переключении электромагнитного реле зависит от его параметров, а также номиналов конденсатора С1 и резистора R1. При использовании реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) переключение происходит примерно один раз в секунду. Такой генератор можно использовать, например, для коммутации гирлянд на новогодней елке, для получения других световых эффектов. Его недостаток — необходимость использования конденсатора значительной емкости.

На рис. 3 приведена схема еще одного генератора на электромагнитном реле, принцип работы которого аналогичен предыдущему генератору, но обеспечивает частоту импульсов 1 Гц при емкости конденсатора в 10 раз меньшей. При подаче питания конденсатор С1 заряжается через резистор R1. Спустя некоторое время откроется стабилитрон VD1 и сработает реле К1. Конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и входное сопротивление составного транзистора VT1VT2. Вскоре реле отпустит и начнется новый цикл работы генератора. Включение транзисторов VT1 и VT2 по схеме составного транзистора повышает входное сопротивление каскада. Реле К 1 может быть таким же, как и в предыдущем устройстве. Но можно использовать РЭС-9 (паспорт РС4.524.201) или любое другое реле, срабатывающее при напряжении 15. 17 В и токе 20. 50 мА.

В генераторе импульсов, схема которого приведена на рис. 4, использованы логические элементы микросхемы DD1 и полевой транзистор VT1. При изменении номиналов конденсатора С1 и резисторов R2 и R3 генерируются импульсы частотой от 0,1 Гц до 1 МГц. Такой широкий диапазон получен благодаря использованию полевого транзистора, что позволило применить резисторы R2 и R3 сопротивлением в несколько мегаом. С помощью этих резисторов можно изменять скважность импульсов: резистор R2 задает длительность напряжения высокого уровня на выходе генератора, а резистор R3 — длительность напряжения низкого уровня. Максимальная емкость конденсатора С1 зависит от его собственного тока утечки. В данном случае она составляет 1. 2 мкФ. Сопротивления резисторов R2, R3 — 10. 15 МОм. Транзистор VT1 может быть любым из серий КП302, КП303. Микросхема — К155ЛА3, ее питание составляет 5В стабилизированного напряжения. Можно использовать КМОП микросхемы серий К561, К564, К176, питание которых лежит в пределах 3 … 12 В, цоколевка таких микросхем другая и показана в конце статьи.

При наличии микросхемы КМОП (серия К176, К561) можно собрать широкодиапазонный генератор импульсов без применения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 5. Для удобства установки частоты емкость конденсатора времязадающей цепи изменяют переключателем S1. Диапазон частот, формируемых генератором, составляет 1. 10 000 Гц. Микросхема — К561ЛН2.

Если нужна высокая стабильность генерируемой частоты, то такой генератор можно сделать «кварцованным» — включить кварцевый резонатор на нужную частоту. Ниже показан пример кварцованного генератора на частоту 4,3 МГц:

На рис. 6 представлена схема генератора импульсов с регулируемой скважностью.

Скважность – отношение периода следования импульсов (Т) к их длительности (t):

Скважность импульсов высокого уровня на выходе логического элемента DD1.3, резистором R1 может изменяться от 1 до нескольких тысяч. При этом частота импульсов также незначительно изменяется. Транзистор VT1, работающий в ключевом режиме, усиливает импульсы по мощности.

Генератор, схема которого приведена на рисунке ниже, вырабатывает импульсы как прямоугольной, так и пилообразной формы. Задающий генератор выполнен на логических элементах DD 1.1-DD1.3. На конденсаторе С2 и резисторе R2 собрана дифференцирующая цепь, благодаря которой на выходе логического элемента DD1.5 формируются короткие положительные импульсы (длительностью около 1 мкс). На полевом транзисторе VT2 и переменном резисторе R4 выполнен регулируемый стабилизатор тока. Этот ток заряжает конденсатор С3, и напряжение на нем линейно возрастает. В момент поступления на базу транзистора VT1 короткого положительного импульса транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор СЗ. На его обкладках таким образом формируется пилообразное напряжение. Резистором R4 регулируют ток зарядки конденсатора и, следовательно, крутизну нарастания пилообразного напряжения и его амплитуду. Конденсаторы С1 и СЗ подбирают исходя из требуемой частоты импульсов. Микросхема — К561ЛН2.

Цифровые микросхемы в генераторах взаимозаменяемы в большинстве случаев и можно использовать в одной и той же схеме как микросхемы с элементами «И-НЕ», так и «ИЛИ-НЕ», или же просто инверторы. Вариант таких замен показан на примере рисунка 5, где была использована микросхема с инверторами К561ЛН2. Точно такую схему с сохранением всех параметров можно собрать и на К561ЛА7, и на К561ЛЕ5 (или серий К176, К564, К164), как показано ниже. Нужно только соблюдать цоколевку микросхем, которая во многих случаях даже совпадает.

Если требуется повысить нагрузочную способность какого либо узла (чтобы, например, подключить динамик или другую нагрузку), можно применить на выходе усилитель на транзисторе, как в схеме на рис. 6, или же включить несколько элементов микросхемы параллельно, как показано на рисунке ниже:

Универсальная печатная макетная плата для двух микросхем. На таких платах удобно собирать несложные схемы с небольшим количеством деталей, как, например, приведенные в этой статье. Детали паяются к контактным площадкам и при необходимости соединятся перемычками. Размеры платы 100 х 55 мм.

На рисунке ниже приводится цоколевка некоторых широко применяемых цифровых логических микросхем КМОП — технологии с элементами «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» и инверторов. Микросхемы серий К564, К176 имеют аналогичную цоколевку, цоколевка же микросхем серии К155 отличается от указанной (но такие уже давно не применяются). Питание указанных микросхем, как уже говорилось выше, может быть от 3 до 15 В (кроме серии К176, которая более критична к напряжению питания и нормально работает при 9В).

Генераторы световых импульсов

В транзисторной промышленной и любительской аппаратуре с автономным питанием обычно не применяют световых индикаторов включения. В то же время, как показывает практика, нередки случаи, когда приборы остаются ошибочно включенными в течение длительного времени, что заметно сокращает срок службы как источников питания, так и самой аппаратуры. Поэтому индикаторы включения в таких аппаратах крайне желательны.

К индикатору включения предъявляют два основных требования: он должен быть экономичным, а его свечение — заметным, привлекающим внимание. Распространенные индикаторные лампы накаливания для такой аппаратуры малопригодны из-за чрезмерно большого потребляемого тока, а неоновые при низких напряжениях (6—24 В) не работают. Этим требованиям могут удовлетворить электронные индикаторы, в которых источником светового излучения является светодиод.

Ниже приведено описание двух таких устройств — генераторов световых импульсов. Оба генератора собраны по схеме несимметричного мультивибратора. Свечение светодиода в каждом из них прерывистое. Частота вспышек определяется частотой генерации мультивибратора. Такой режим позволяет снизить ток, потребляемый индикатором от батареи питания, и увеличить амплитуду импульса тока через светодиод, то есть получить вспышки большей яркости. Кроме этого, вспышки света для глаза более заметны, чем непрерывное свечение.

Схема генератора, рассчитанного на питание от батареи напряжением 4,5—5 В, показана на рис. 1. Генератор работает следующим образом. При включении источника питания конденсатор С1 начинает заряжаться по цепи: плюс источника питания — эмиттерный переход транзистора T1 — резистор R3 — конденсатор С1 — участок эмиттер-коллектор транзистора Т2 — резистор R5 — минус источника питания. Так заряда конденсатора C1 полностью открывает транзистор T1, а вслед за ним и транзистор Т2. Сопротивление участка коллектор-эмиттер транзистора Т2 становится очень малым, и напряжение источника питания оказывается почти полностью приложенным к светодиоду Д1, который начинает ярко светиться.

Через некоторое время зарядный ток конденсатора С1, уменьшаясь, достигнет такой величины, при которой транзистор T1 начнет закрываться. Это приведет к закрыванию транзистора Т2 и увеличению падения напряжения на нем. Потенциал на коллекторе транзистора Т2 относительно общего провода, соединенного с плюсом источника питания, увеличится (станет менее отрицательным). Это увеличение потенциала через конденсатор С1 будет передано на базу транзистора T1 и вызовет еще большее его закрывание. В свою очередь, это приведет к еще большему увеличению потенциала на коллекторе транзистора Т2. Таким образом, развивается лавинообразный процесс закрывания транзисторов T1 и T2, в результате которого они оказываются надежно закрытыми, а конденсатор С1 — заряженным до некоторого напряжения. Ток через светодиод уменьшается почти до нуля, и он гаснет.

Далее конденсатор С1 начинает сравнительно медленно разряжаться через светодиод, который при малых токах имеет значительное (несколько килоом) сопротивление, и резисторы R3, R2 и R1. Ток разряда этого конденсатора, создавая падение напряжения на резисторе R2, поддерживает транзистор T1 закрытым, при этом напряжение на базе транзистора медленно уменьшается.

В некоторый момент времени напряжение на базе транзистора T1 достигнет такой величины, при которой он начнет приоткрываться. При этом потенциал на коллекторе транзистора Т2 уменьшится (станет более отрицательным), это уменьшение потенциала через конденсатор C1 будет передано на базу транзистора T1 и приведет к еще большему его открыванию. Развивается лавинообразный процесс открывания транзисторов, в конце которого они оказываются в режиме насыщения, светодиод начинает ярко светиться, а конденсатор начинает снова заряжаться — начинается следующий цикл переключения мультивибратора.

Частота генерации в основном определяется емкостью конденсатора С1. Скважность световых импульсов (отношение периода генерации к длительности вспышек) зависит от величины и соотношения сопротивления резисторов R1 и R2, а также и от сопротивления резисторов R3 и R4. От этих факторов зависят также стабильность и устойчивость работы мультивибратора и в некоторой степени частота генерации. Для того чтобы уменьшить потребляемый от батареи ток, следует стремиться к величине скважности, большей 3. Подбором резистора R2 устанавливают напряжение на базе транзистора T1 таким, чтобы он был близок к порогу открывания, то есть при отключенном конденсаторе С1 светодиод не должен даже слабо светиться.

Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора Т2 в режиме насыщения. В связи с тем, что в цепи конденсатора С1 могут иметь место резкие выбросы (пики) напряжения, мультивибратор может стать источником помех для прибора, питающегося от общей батареи. Резистор R3 способствует уменьшению этих помех. Для той же цели служит фильтр R5, С2. Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 1,5—2 мА.

На рис. 2 показана схема генератора световых импульсов, питающегося от батареи напряжением 6—10 В и потребляющего ток 0,8—1,5 мА. Работа этого генератора принципиально не отличается от описанной выше. Он допускает более широкие возможности изменения частоты и скважности световых импульсов по сравнению с генератором по схеме, показанной на рис.1.

В обоих генераторах могут быть использованы любые низкочастотные транзисторы. Светодиоды можно применить типа КЛ101 или АЛ102 с любым буквенным индексом. При налаживании генератора необходимо следить, чтобы средний ток через светодиод не превышал максимально допустимого для данного прибора, иначе светодиод может выйти из строя.

Генераторы световых импульсов

Дополнив предыдущий генератор несколькими деталями, удастся получить светодиодную «мигалку» (рис. 2.3).

Генератор работает следующим образом. При включении источника питания конденсаторы С1 и С 2 начинают заряжаться каждый по своей цепи. Конденсатор С1 по цепи Rl, CI, R2, а конденсатор С2 по цепи R3, С2, R2. Поскольку постоянная времени второй цепи много меньше первой, сначала зарядится до напряжения источника питания конденсатор С2. По мере заряда конденсатора С1 транзистор VT1 начинает открываться и открывает транзистор VT2. Далее процесс открывания обеих транзисторов происходит лавинообразно. Сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора VT2 становится очень малым, и напряжение питания батареи GB1 оказывается приложенным к резистору R2. Благодаря элементам R3, С2, называемым схемой «вольтодобавки», заряженный до напряжения источника питания конденсатор С2 оказывается подключенным последовательно с гальваническим элементом и приложенное к светодиоду напряжение почти удваивается. В процессе разряда конденсатора С2 светодиод некоторое время светится, так как к нему приложено напряжение выше порогового. Конденсатор С1 также начинает разряжаться, что приводит к закрытию транзистора VT1, а вслед за ним и VT2. Процесс этот снова происходит лавинообразно, до надежного закрытия обоих транзисторов. Далее конденсаторы С1 и С2 опять начинают заряжаться и работа устройства повторяется, как это было описано выше.

Частота генерации зависит от сопротивления резисторов R1, R2, емкости конденсатора С1 и напряжения источника питания GB1. При указанных на схеме значениях указанных элементов она составляет около 1,3 Гц. Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 0,12 мА. При питании от элемента АА данное устройство подобно «лампочке Пинк Флойдыча» (в свое время группа Pink Floyd выпустила компакт-диск с альбомом Pulse, в котором был встроен мигающий светодиод) — способно непрерывно работать в течение более одного года.

Рис. 2.3. Генератор световых импульсов на транзисторах

Светоизлучающий диод HL1 должен иметь рабочее напряжение менее 2 В. Можно использовать AJI112, AJI307A, AJI310, AJI316 (красный цвет свечения), AJI360 (зеленый цвет свечения).

Печатная плата и размещение элементов генератора световых импульсов на транзисторах приведены на рис. 2.4. Можно использовать транзисторы КТ315, КТ361 с любыми буквенными индексами. Конденсатор С1 типа К10-17, К10-47, оксидный С2 — К50-16, К50-35. В простых конструкциях, подобных этой, можно отказаться от печатного монтажа, выполнив его предварительно залуженным медным проводом толщиной 0,4…0,6 мм. Выводы деталей обрезают на расстоянии 3…4 мм от платы и вокруг каждого вывода делают 1—2 витка монтажного провода. Затем пропаивают витки паяльником. На выводы элементов, которые приподняты над платой (транзисторы VT1, VT2, светодиод HL1), надевают отрезки поливини лхлоридных трубочек, лучше разноцветных. Можно ввести свой «стандарт» маркировки элементов, например, для вывода эмиттера всегда использовать трубочки синего цвета, коллектора — красного, а базы — белого. Кстати, при монтаже располагайте элементы на плате так, чтобы надписи на них всегда можно было прочесть. Еще лучше, чтобы все надписи были обращены в одну сторону, например, слева направо.

Еще один генератор световых импульсов представляет собой формирователь прямоугольных импульсов на ОУ (рис. 2.5). Резисторы Rl, R2 образуют искусственную среднюю точку. Цепь отрицательной обратной связи образуют элементы R5, С1, а цепь положительной обратной связи — делитель R3, R4. Выходное напряжение генератора поступает на неинвер-

Рис. 2.5. Генератор световых импульсов на ОУ

тирующий вход через делитель R3, R4 с коэффициентом деления

Предположим, что на выходе ОУ имеется максимальное напряжение (по отношению к искусственной средней точке соединения резисторов Rl, R2), которое обозначим +ивых тах. С этого момента времени конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R5. ОУ работает в режиме компаратора (устройства сравнения), сравнивает напряжение на конденсаторе С1 с частью выходного напряжения

поданного на его неинвертирующий вход. До момента времени, пока напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение ОУ не изменяется. Как только оказывается превышенным порог переключения ОУ, выходное напряжение начинает уменьшаться, а положительная обратная связь через делитель R3, R4 придает этому процессу лавинообразный характер. Напряжение на выходе ОУ быстро достигает максимального отрицательного значения -ивых
шах- Процесс перезарядки конденсатора С1 пойдет в другую сторону. Как только напряжение на конденсаторе С1 станет более отрицательным, чем напряжение на резисторе R3 делителя R3, R4, ОУ вновь

Рис. 2.6. Печатная плата генератора световых импульсов на ОУ с размещением элементов

перейдет в состояние, при котором выходное напряжение станет положительным +Uвых mах. Далее процесс повторится. Таким образом, при генерировании колебаний конденсатор С1 периодически перезаряжается в диапазоне напряжений от +Uвых mахК до -Uвых mахК. Период колебаний мультивибратора равен

При R3= R4 период колебаний составляет Т

Печатная плата и размещение элементов приведены на рис. 2.6. Кроме ОУ К553УД2 можно использовать К153УД2, а также многие другие ОУ, например, КР140УД608, КР140УД708. Место установки этих типов ОУ показано на рис. 2.6 штриховыми линиями. Поскольку указанные ОУ имеют внутренние цепи частотной коррекции, надобность в конденсаторе С2 в этом случае отпадает. Резисторы MJIT, С1-4, С2-10, С2-33 мощностью 0,125 или 0,25 Вт, конденсаторы КМ, КЛС, К10.

Учитывая, что в генераторе световых импульсов работают ОУ практически любого типа, можно изготовить своеобразный «тестер» для проверки ОУ. Интересное конструктивное исполнение такого устройства предложено в [28].

Третья схема генератора световых импульсов выполнена на цифровой KMOII-микросхеме. Она может найти применение в качестве имитатора охранной системы, в игрушках, схемах сигнализации режимов работы. Схема генератора световых импульсов приведена на рис. 2.7. Она состоит из генератора на элементах DD1.1, DDI.2 и включенных последовательно буферных элементов DD1.3, DDI.4. В силу невысокой нагрузочной

Рис. 2.7. Генератор световых импульсов на цифровой микросхеме

способности элементов КМОП в генераторе установлены усилители мощности на транзисторах VT1, VT2 и VT3, VT4. На выходах усилителей мощности наблюдаются импульсы противоположной полярности с частотой следования, определяемой частотозадающими элементами R2, С1 генератора. Частота генератора примерно равна Fr= 1,4 R2C1. При указанных на схеме элементах она составляет около 1 Гц.

Конденсатор С2 блокировочный по цепи питания устройства. Резистор R1 защищает вход микросхемы от перегрузок, резисторы R3, R4 определяют ток через светодиоды. В качестве примера на рис. 2.7 показаны четыре варианта подключения светодиодов к генератору световых импульсов, которые могут найти применение в конкретных конструкциях радиолюбителя. Для улучшения понимания принципа работы устройства конденсаторы СЗ, С4 изображены там, где они используются в работе.

Для первого и второго вариантов устанавливать транзисторы VT2, VT4 и конденсаторы СЗ, С4 не требуется. В первом варианте используются отдельные светодиоды любого цвета свечения, подключаемые анодом к выходам 1 и 2 генератора (либо только к одному из выходов). Наиболее широко распространенные светодиоды серии AJI307 имеют следующие цвета свечения в зависимости от индексов: К — красный, Р — оранжевый, М, Е — желтый, Г — зеленый.

Во втором варианте применен двухцветный светодиод AJIC331AM с отдельными выводами от кристаллов, который поочередно загорается зеленым и красным цветом.

Третий и четвертый варианты подключения рассчитаны на использование двухцветных светодиодов со встречно-параллельным включением. Здесь можно использовать светодиоды КИПД41 А—КИПД41М или любые из серии КИПД45.

В третьем варианте конденсаторы СЗ, С4 не устанавливаются, резистор R4 можно заменить перемычкой, а резистор R3 имеет номинал 470 Ом.

В четвертом варианте подключения сопротивление резисторов R3 и R4 составляет около 120 Ом. Подбором сопротивлений этих резисторов и выбором емкостей конденсаторов СЗ, С4 можно установить различную длительность вспышек светодиодов HL5, HL6. При увеличении емкости цвет свечения будет меняться скачком; при указанной на схеме наблюдаются короткие вспышки с поочередным изменением цвета свечения.

Печатная плата генератора световых импульсов и размещение деталей на ней показаны на рис. 2.8. В генераторе кроме указанной на схеме можно использовать аналогичную микросхему серии К1561. При изменении рисунка печатной платы можно применить и другие микросхемы серий К176, К561, К1561. Конденсатор С1 типа К10-17, К73, К78, остальное — К50-6, К50-16, К50-35. Резисторы MJIT, С2-33, С1-4. Транзисторы VT1, VT3 — любые из серий КТ315, КТ3102, a VT2, VT4 — из серий КТ361, КТ3107.

Налаживание генератора световых импульсов сводится к установке требуемой частоты переключения светодиодов, которая грубо может выбрана подбором конденсатора С1, а точнее — резистором R2. На время настройки частоты можно составить R2 из двух резисторов — переменного (1…2 мОм) и постоянного 100 кОм. После установки требуемой частоты генератора измеряют сопротивление цепочки из указанных резисторов и заменяют постоянным. Иногда требуется изменить яркость свечения светодиодов, которая выбирается подбором резисторов R3, R4. Необходимо следить за тем, чтобы не был превышен максимальный ток через светодиоды.

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Главное меню

Главная
Начинающим
Аудиотехника
Электроника в быту
Антенны и радиоприемники
Источники питания
Шпионские штучки
Световые устройства
Приборы и измерения
Светодиод и его применение
Авто-Мото- Вело электроника
Музыкальные центры, магнитолы
DVD и домашние кинотеатры
Автомагнитолы и прочий автозвук
Блоки питания и инверторы ЖК телевизоров
Схемы мониторов
Схемы телевизоров LCD
Схемы телевизоров LED
Схемы усилителей и ресиверов
Схемы спутниковых ресиверов
Инверторы сварочные
Справочные материалы
Сварка и сварочное оборудование
Отечественная техника 20 века
Программаторы
Устройства на микроконтроллерах
Для компьютера
Телефония
Медицина и здоровье
Радиоуправление
Бытовая автоматика
Бытовая техника
Оргтехника
Ноутбуки
Ардуино

Реклама на сайте

Генераторы световых импульсов

Самодельные световые устройства

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Радио, 2000 год, №4

Наибольшей любовью у начинающих радиолюбителей пользуются различные «мигалки»- генераторы световых импульсов: их можно устанавливать на детские игрушки, использовать в аттракционах, размещать на видном месте в салоне автомобиля для имитации действия сторожевого устройства. С некоторыми вариантами таких устройств знакомит предлагаемая подборка.

Мигалки на тиристорах

Сравнительно простые «мигалки» получаются при использовании тринисторов. Правда, особенность работы большинства тринисторов заключается в том, что они открываются при подаче на управляющий электрод определенного напряжения (тока), а для их закрывания необходимо уменьшить анодный ток до значения ниже тока удержания.

Если питать тринистор от источника переменного или пульсирующего напряжения, он будет автоматически закрываться при прохождении тока через ноль. При питании же от источника постоянного напряжения тринистор просто так закрываться не станет, придется использовать специальные технические решения

Схема одного из вариантов «мигалки» на тринисторах приведена на рис. 1. Устройство содержит генератор коротких импульсов на одно-переходном транзисторе VT1 и два каскада на тринисторах. В анодную цепь одного из тринисторов (VS2) включена лампа накаливания EL1.

Работает устройство так. В начальный момент после подачи питания оба тринистора закрыты и лампа не горит. Генератор вырабатывает короткие мощные импульсы с интервалом, определяемым параметрами цепочки R1C1. Первый же импульс поступит на управляющие электроды тринисторов, и они откроются. Лампа зажжется. За счет тока, протекающего через лампу, тринистор VS2 останется открытым, а вот VS1 закроется, так как его анодный ток, определяемый резистором R2, слишком мал. Конденсатор С2 начнет заряжаться через этот резистор и к моменту появления второго импульса генератора окажется заряженным. Этот импульс приведет к открыванию тринистора VS1. и левый по схеме вывод конденсатора С2 будет кратковременно подключен к катоду тринистора VS2. Но даже такого подключения достаточно, чтобы тринистор закрылся и лампа погасла.

Таким образом, оба тринистора окажутся закрытыми, конденсатор С2 разрядится. Следующий импульс генератора приведет к открыванию тринисторов, описанный процесс повторится. Лампа вспыхивает с частотой, вдвое меньшей частоты генератора.

Для указанных на схеме элементов можно использовать лампу накаливания (либо несколько ламп, включенных последовательно или параллельно) с током до 0,5 А. Если использовать все возможности указанных тринисторов, допустимо применить лампу, потребляющую ток до 5 А. В этом случае для надежного закрывания тринистора VS2 емкость конденсатора С2 надо увеличить до 330. 470 мкФ. Соответственно придется увеличить емкость конденсатора С1, чтобы в периоды между импульсами генератора конденсатор С2 успевал зарядиться. Тринистор VS2 следует разместить на небольшом радиаторе.

Детали «мигалки» монтируют на печатной плате (рис. 2) из одностороннего фольгиро-ванного гетинакса или стеклотекстолита. Оксидный конденсатор С2 — обязательно алюминиевый, серий К50-6. К50-16, К50-35.

Если ток лампы не превышает 0,5 А, один из тринисторов можно заменить на маломощный, например, КУ101А (рис. 3). Поскольку напряжения на управляющих электродах тринисторов, при которых они открываются, различны, в устройство введен подстроечный резистор R2, с помощью которого подбирают оптимальный режим их работы. Кроме того, увеличивают сопротивление резистора (R3) в цепи анода тринистора VS1.

Детали устройства размещают на печатной плате (рис. 4) из фольгированного материала.

Налаживание конструкций сводится к установке требуемой частоты «миганий» лампы подбором конденсатора С1. Если лампа накаливания загорается, но не гаснет, значит, либо тринистор VS1 не закрывается (следует увеличить сопротивление резистора R2 в первой «мигалке» или R3 во второй), либо не успевает зарядиться конденсатор С2. Тогда желательно уменьшить его емкость, а еще лучше — частоту переключений. Во второй «мигалке» нужно установить движок подстроечного резистора в такое положение, при котором устойчиво срабатывают оба тринистора.

Мигалки с двухцветными светодиодами

О двухцветных светодиодах (их еще называют двукристальными) рассказывалось в справочном листке «Двукристальные светоизлучающие диоды» в «Радио». 1998. № 11,. с. 57-60; 1999, ╧ 1, с. 51—54. Они могут найти широкое применение в ряде радиолюбительских конструкций. Вот, к примеру, генератор (рис. 5). который может служить индикатором перегрузки, сигнализатором режимов работы. Его нетрудно встроить в соответствующее электронное устройство. В нем. кроме двухцветного светодиода HL1, использована микросхема структуры ТТЛ (ТТЛШ).

Основа конструкции — генератор импульсов, собранный на логических элементах DD1.1. DD1.2. С генератором соединены каскады на элементах DD1.3. DD1.4. К их выходам подключен (через токоограничивающие резисторы R2 и R3) двухцветный светодиод. При подаче на управляющий вход (вывод 1 элемента DD1 .1 ) низкого логического уровня генератор работать не будет и на выходе элемента DD1.3 установится высокий уровень, а на выходе DD1.4 — низкий. Засветится правый по схеме кристалл светодиода HL1. Цвет свечения может быть красным или зеленым, в зависимости от того, как подключить светодиод (при указанном на схеме варианте включения выводов цвет будет красный).

Если такой генератор использовать как индикатор аварийной ситуации, то правый кристалл должен быть зеленым, и его свечение укажет на нормальную работу контролируемого узла.

В случае поступления на управляющий вход (например, когда появится неисправность) высокого логического уровня генератор начнет рабогать. Импульсы поступят на логические элементы DD1.3, DD1.4, их состояние станет поочередно меняться, и светодиод будет изменять цвет своего свечения с частотой следования импульсов генератора.

Вместо указанной на схеме допустимо применить аналогичные микросхемы серий К155. 530. К531. КР531, 533. К555.1553, КР1533, а также другие микросхемы структуры ТТЛ или ТТЛШ (кроме элементов с открытым коллектором). Подстроечный резистор — СПЗ, постоянные — МЛТ, С2-33. конденсатор — К50-6, К50-16.

Налаживание устройства сводится к установке резистором R1 режима устойчивой генерации при минимальной частоте. Нужную частоту следования импульсов можно установить подбором конденсатора. Чтобы изменения цвета свечения были заметны, эта частота должна быть не более нескольких герц. Яркость свечения светодиодов можно немного увеличить подбором резисторов R2, R3 меньшего сопротивления.

В этом устройстве использованы двухцветные светодиоды с раздельными выводами от кристаллов. Если применить светодиоды со встречно-параллельным включением (с двумя выводами) КИПД41А—КИПД41М или любой из серии КИПД45, схему надо изменить в соответствии с рис. 6.

Для того, чтобы светодиод не менял цвета своего свечения, а кратковременно вспыхивал поочередно разным цветом, схему надо изменить в соответствии с рис. 7. В этом варианте при появлении высокого уровня на выходах элементов DD1.3, DD1.4 будет заряжаться конденсатор С2 и кратковременно вспыхнет левый по схеме кристалл светодиода. Когда же появится низкий логический уровень, конденсатор начнет разряжаться, вспыхнет правый кристалл. Подбором конденсатора С2 добиваются нужной длительности вспышек.

Схема генератора световых импульсов на микросхеме структуры КМОП приведена на рис. 8. Поскольку эта микросхема обладает невысокой нагрузочной способностью, для согласования генератора, выполненного на элементах DD1.1 .DD1.2. и буферного элемента DD1 .3 со светодиодом HL1 в устройство введены транзисторы VT1, VT2. Здесь управление генератором также осуществляется подачей на вывод 1 элемента DD1.1 логических уровней. При низком уровне генератор не работает, светится правый по схеме кристалл светодиода. Когда же поступает высокий уровень, генератор включается, цвет свечения светодиода изменяется с частотой следования импульсов генератора.

Частоту генератора грубо устанавливают подбором конденсатора С1, а плавно — резистором R1. Яркость свечения устанавливают подбором резисторов R2, R3.

В этом генераторе хорошо работают элементы большинства микросхем структуры КМОП (кроме элементов с открытым стоком). Транзисторы — любые из серии КТ315, КТ3102, конденсатор С1 — К10-17, К73, МБМ, С2 — К50-6, К50-35, К52, резисторы — такие же, что и в предыдущем генераторе.

Для светодиодов со встречно-параллельным включением излучающих кристаллов схему надо изменить в соответствии с рис. 9. Подбором конденсатора СЗ можно установить различный режим работы светодиода: при увеличении его емкости цвет свечения будет меняться скачком; если же ее уменьшить, появятся короткие вспышки с поочередным изменением цвета свечения. Более плавно режим устанавливают подбором резистора R2.

Транзисторы — любые из указанных на схеме серий. Остальные детали — таких же типов, что и в предыдущих конструкциях.

Схемы простых генераторов импульсов

Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств.

Простейший генератор импульсов

Простейший генератор импульсов (мультивибратор) может быть получен из двух-каскадного УНЧ (рис. 1). Для этого достаточно соединить вход усилителя с его выходом.

Рис. 1. Простейший генератор импульсов — мультивибратор, схема.

Рабочая частота такого генератора определяется значениями R1C1, R3C2 и напряжением питания.

Схемы мультивибраторов

На рис. 2, 3 показаны схемы мультивибраторов, полученные простой перестановкой элементов (деталей) схемы, изображенной на рис. 1. Отсюда следует, что одну и ту же простейшую схему можно изобразить различными способами.

Рис. 2. Схема мультивибратора на транзисторах.

Рис. 3. Схема мультивибратора на транзисторах с небольшой перестановкой деталей на схеме.

Использование мультивибраторов

Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 4, 5.

Рис. 4. Схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов.

На рис. 4 показана схема генератора, позволяющего плавно перераспределять длительность или яркость свечения светодиодов, включенных в качестве нагрузки в цепи коллекторов. Вращением ручки потенциометра R3 можно управлять соотношением длительностей свечения светодиодов левой и правой ветвей.

Если увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, частота генерации понизится, светодиоды начнут мигать. При уменьшении емкости этих конденсаторов частота генерации возрастает, мелькание светодиодов сольется в сплошное свечение, яркость которого будет зависеть от положения ручки потенциометра R3.

На основе подобного схемного решения могут быть собраны разнообразные полезные конструкции, например, регулятор яркости светодиодного фонарика; игрушка с мигающими глазами; устройство плавного изменения спектрального состава источника излучения (разноцветные светодиоды или миниатюрные лампочки и светосуммирую-

Рис. 5. Генератор переменной частоты — схема.

Генератор переменной частоты (рис. 5) конструкции В. Цибульского позволяет получать плавно изменяющееся со временем по частоте звучание [Р 5/85-54]. При включении генератора его частота возрастает с 300 до 3000 Гц за 6 сек (при емкости конденсатора C3 500 мкФ).

Изменение емкости этого конденсатора в ту или иную сторону ускоряет или, напротив, замедляет скорость изменения частоты. Плавно изменять эту скорость можно и переменным сопротивлением R6.

Для того чтобы этот генератор мог выполнять роль сирены, или быть использованным в качестве генератора качающейся частоты, можно предусмотреть схему принудительного периодического разряда конденсатора C3. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.

Управляемый генератор

Управляемый генератор прямоугольных импульсов показан на рис. 6 [Р 10/76-60]. Генератор также представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для упрощения схемы генератора достаточно соединить эмиттеры транзисторов конденсатором.

Рис. 6. Управляемый генератор прямоугольных импульсов — схема.

Емкость этого конденсатора определяет рабочую частоту генерации. В данной схеме для управления частотой генерации в качестве управляемой напряжением емкости использован варикап. Увеличение запирающего напряжения на варикапе приводит к уменьшению его емкости. Соответственно, как показано на рис. 7, возрастает рабочая частота генерации.

Рис. 7. Как возрастает рабочая частота генерации.

Варикап, в порядке эксперимента и изучения принципа работы этого полупроводникового прибора, можно заменить простым диодом. При этом следует учитывать, что германиевые точечные диоды (например, Д9) имеют очень малую начальную емкость (порядка нескольких пФ), и, соответственно, обеспечивают небольшое изменение этой емкости от величины приложенного напряжения.

Кремниевые диоды, особенно силовые, рассчитанные на большой ток, а также стабилитроны, имеют начальную емкость 100. 1000 пФ, поэтому зачастую могут быть использованы вместо варикапов. В качестве варикапов можно применить и р-n переходы транзисторов.

Для контроля работы, сигнал с генератора (рис. 6) можно подать на вход частотометра и проверить границы перестройки генератора при изменении величины управляющего напряжения, а также при смене варикапа или его аналога. Рекомендуется полученные результаты (значения управляющего напряжения и частоту генерации) при использовании разного вида варикапов занести в таблицу и отобразить на графике (см., например, рис. 7). Отметим, что стабильность генераторов на RC-элементах невысока.

Схемы генераторов световых и звуковых импульсов

На рис. 8, 9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений.

Рис. 8. Схема генератора световых импульсов, собранного на транзисторах.

Первый из них вырабатывает короткие вспышки света частотой единицы Гц, второй — импульсы звуковой частоты. Соответственно, первый генератор может быть использован в качестве маячка, светового метронома, второй — в качестве звукового генератора, частота колебаний которого зависит от положения ручки потенциометра R1. Эти генераторы можно объединить в единое целое.

Рис. 9. Схема генератора звуковых импульсов собранного на транзисторах.

Для этого достаточно один из генераторов включить в качестве нагрузки другого, либо параллельно ей. Например, вместо цепочки из светодиода HL1, R2 или параллельно ей (рис. можно включить генератор по схеме на рис. 9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.

Генератор импульсов с пьезокерамическим излучателем

Генератор импульсов (рис. 10), выполненный на составном транзисторе (п-р-п и р-п-р), не содержит конденсаторов (в качестве частотозадающего конденсатора использован пьезокерамический излучатель BF1).

Генератор работает при напряжении от 1 до 10 Б и потребляет ток от 0,4 до 5 мА. Для повышения громкости звучания пьезокерамического излучателя его настраивают на резонансную частоту подбором резистора R1.

Рис. 10. Генератор импульсов с пьезокерамическим излучателем.

Генератор релаксационных колебаний

На рис. 11 показан достаточно оригинальный генератор релаксационных колебаний, выполненный на биполярном лавинном транзисторе.

Генератор содержит в качестве активного элемента транзистор микросхемы К101КТ1А с инверсным включением в режиме с «оборванной» базой. Лавинный транзистор может быть заменен его аналогом (см. рис. 1).

Устройства (рис. 11) часто используют для преобразования измеряемого параметра (интенсивности светового потока, температуры, давления, влажности и т.д.) в частоту при помощи резистивных или емкостных датчиков.

Рис. 11. Генератор релаксационных колебаний — схема.

При работе генератора конденсатор, подключенный параллельно активному элементу, заряжается от источника питания через резистор. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя активного элемента (лавинного транзистора, динистора или т.п. элемента), происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, после чего процесс повторяется с частотой, определяемой постоянной RC-цепи.

Резистор R1 ограничивает максимальный ток через транзистор, препятствуя его тепловому пробою. Времязадающая цепь генератора (R1C1) определяет рабочую область частот генерации.

В качестве индикатора звуковых колебаний при качественном контроле работы генератора используют головные телефоны. Для количественной оценки частоты к выходу генератора может быть подключен частотомер или счетчик импульсов.

Устройство работоспособно в широком интервале изменения параметров: R1 от 10 до 100 кОм (и даже до 10 МОм), С1 — от 100 пФ до 1000 мкФ, напряжения питания от 8 до 300 В. Потребляемый устройством ток обычно не превышает одного мА.

Возможна работа генератора в ждущем режиме: при замыкании базы транзистора на землю (общую шину) генерация срывается. Преобразователь-генератор (рис. 11) может быть использован и в режиме сенсорного ключа, простейшего Rx-и Сх-метра, перестраиваемого широкодиапазонного генератора импульсов и т.д.

Генераторы импульсов на лавинных транзисторах

Генераторы импульсов (рис. 12, 13) также выполнены на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1 типа п-р-п или К162КТ1 типа р-п-р, динисторах, или аналогах динисторов и лавинных транзисторов (см. рис. 1).

Рис. 12. Схема генератора импульсов на лавинных транзисторах К101КТ1.

Генераторы работают при напряжении питания выше 9 Б и вырабатывают напряжение треугольной формы. Выходной сигнал снимается с одного из выводов конденсатора.

Входное сопротивление следующего за генератором каскада (сопротивление нагрузки) должно в десятки раз превышать величину сопротивления R1 (или R2). Низкоомную нагрузку (до 1 кОм) можно включать в коллекторную цепь одного из транзисторов генератора.

Рис. 13. Схема генератора импульсов на лавинных транзисторах К162КТ1.

Генераторы импульсов с использованием индуктивной обратной связи

Довольно простые и часто встречающиеся на практике генераторы импульсов (блокинг-генераторы) с использованием индуктивной обратной связи показаны на рис. 14 [А. с. СССР 728214], 15 и 16.

Рис. 14. Генератор импульсов с использованием индуктивной обратной связи — схема.

Такие генераторы обычно работоспособны в широком диапазоне изменения напряжения питания. При сборке блокинг-генераторов необходимо соблюдать фазировку выводов: при неправильном подключении «полярности» обмотки генератор не заработает.

Рис. 15. Схема блокинг-генератора на транзисторе.

Рис. 16. Схема блокинг-генератора на транзисторе КТ315 с минимумом деталей.

Подобные генераторы можно использовать при проверке трансформаторов на наличие межвитковых замыканий: никаким иным методом такие дефекты не могут быть выявлены.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Из деталей КЛЛ. Генератор световых импульсов на ИФК-50

Для украшения домашней вечеринки или дискотеки может пригодиться один или несколько генераторов световых импульсов, собранных на основе импульсных ламп ИФК-50 или аналогичных, которые ранее широко применялись в фотовспышках. Остальные детали можно взять от вышедших из строя компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). О параметрах этих деталей и их использовании в любительских конструкциях я рассказывал в статье «Из деталей энергосберегающих люминесцентных ламп. » («Радио», 2012, № 6, с. 26-28).

Схема предлагаемого генератора световых импульсов представлена на рис. 1. Накопительный конденсатор СЗ обеспечивает питание импульсной лампы EL1 (ИФК-50). Её включение (под-жиг) осуществляется релаксационным генератором, собранным на динисто-paxVSI-VS3, резисторе R4, конденсаторе С2 и импульсном повышающем трансформаторе Т1. На диоде VD1 собран выпрямитель, транзистор VT1 блокирует работу генератора во время зарядки накопительного конденсатора СЗ.

Работает устройство следующим образом. После подключения к сети накопительный конденсатор СЗ начинает заряжаться через токоограничивающие резисторы R1, R3 и диод VD1. В это время за счёт падения напряжения на резисторе R3 транзистор VT1 открыт, поэтому напряжение на конденсаторе С2 не превышает нескольких долей вольта. Когда конденсатор СЗ заряжается практически полностью и ток через резистор R3 уменьшается примерно до 0,5 мА, транзистор VT1 закрывается и начинается зарядка конденсатора С2. При достижении напряжения на нём примерно 100 В динисторы VS1-VS3 открываются и конденсатор С2 быстро разряжается через них и первичную обмотку импульсного трансформатора Т1. При этом в его вторичной обмотке формируется высоковольтный импульс напряжения. Он поступает на поджигающий электрод лампы EL1, она вспыхивает и конденсатор СЗ разряжается. После погасания лампы он вновь начинает заряжаться и все описанные процессы повторяются. Благодаря такому построению схемы поджигающий импульс формируется только после зарядки накопительного конденсатора СЗ. При указанных на схеме номиналах элементов интервал между вспышками равен примерно 1,5. 2 с. Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи, проникающие на базу транзистора VT1 из сети, и повышает устойчивость работы лампы.

Устройство смонтировано в пластмассовом корпусе с внешним диаметром 46 мм от КЛЛ. Большинство деталей размещены на печатной плате (рис. 2) из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1. 1,5 мм. Конструкцию в целом поясняет рис. 3. Импульсную лампу 2 закрепляют термоклеем на пластмассовой светоотражающей пластине 3, изготовленной из DVD-диска (светоотражающей поверхностью к лампе). К её противоположной стороне также термоклеем крепят печатную плату 4 с элементами. Импульсную лампу соединяют с платой отрезками изолированного провода, пропущенными через имеющиеся в ней отверстия. Таким же образом соединяют плату с цоколем. Затем эту «сборку» закрепляют в корпусе 5 и закрывают прозрачной крышкой 1 из органического стекла. Внешний вид лампы показан на рис. 4.

Можно обойтись и без печатной платы. В этом случае элементы закрепляют термоклеем на пластине-отражателе 3 и используют проводной монтаж.

Повышающий трансформатор Т1 изготовлен из балластного дросселя с Ш-образным ферритовым магнитопро-водом от КЛЛ. Его обмотка использована в качестве вторичной, а первичная — 8 витков провода МГТФ-0,2 — намотана поверх неё. Конденсатор СЗ составлен из двух или более конденсаторов меньшей ёмкости. Чем больше суммарная ёмкость, тем ярче вспышка лампы EL1.

Следует отметить, что гарантированное число вспышек лампы ИФК-50 (с максимальной энергией 50 Дж) — 20000. 30000. В данном устройстве энергия вспышки существенно меньше, поэтому ресурс лампы будет больше.

Если лампа вспыхивает неустойчиво и через различные интервалы времени, причиной может быть недостаточная энергия поджигающего импульса. Для её увеличения можно подключить параллельно конденсатору С2 дополнительный (С2Т) ёмкостью 0,1 мкФ с таким же номинальным напряжением (место для него на плате предусмотрено). Можно также последовательно с динис-торами VS1-VS3 установить ещё один такого же типа.

Автор: И. Нечаев, г. Москва