Простой генератор импульсов на моргающем светодиоде в ряде случаев позволяет собрать компактное устройство для встраивания и управления мощными светодиодами или источниками звука.
Генератор импульсов
Вашему вниманию предлагается простейшая электронная схема с задающим генератором на мигающем светодиоде. Сначала немного теории о мигающем светодиоде. Мигающий светодиод это симбиоз интегральной микросхемы и собственно светодиода. Микросхема по функционалу заменяет таймер с электролитическими конденсаторами большой емкости и представляет из себя генератор высокой частоты и делитель на логических элементах на выходе которого частота понижается в зависимости от типа мигающего светодиода от единиц до долей Герца.
Как сделать генератор импульсов своими руками
Для проверки и налаживания различных усилителей, в том числе и усилителей 3Ч, полезно пользоваться генератором прямоугольных импульсов. Обычно такие генераторы выполняют по схеме симметричного мультивибратора на двух биполярных транзисторах одинаковой структуры и с двумя частотозадающими цепями. Однако можно собрать более простой генератор на двух транзисторах разной структуры (см. рисунок) с одной частотозадающей цепью.
Работает генератор так. При подаче напряжения питания (конденсатор С1 не заряжен) транзистор VT1 приоткрывается током, протекающим через резистор смещения R1. Коллекторный ток этого транзистора является базовым для VT2 и открывает его. Растущее напряжение на коллекторной нагрузке последнего через цепочку C1R2 еще больше открывает транзистор VT1, в результате происходит лавинообразный процесс открывания обоих транзисторов - формируется фронт прямоугольного импульса.
Длительность вершины импульса определяется продолжительностью зарядки конденсатора С1 через резистор R2. По мере зарядки этого конденсатора ток базы транзистора VT1 уменьшается и наступает момент, когда возникает лавинообразный процесс закрывания обоих транзисторов. На нагрузке формируется отрицательный перепад напряжения - спад импульса. Длительность паузы между импульсами определяется длительностью разрядки конденсатора С1 током, протекающим через резисторы R1 и R2. Затем процесс повторяется.
Работу генератора можно пояснить иначе. Двухкаскадный усилитель охвачен цепью положительной обратной связи (элементы R2C1) и в то же время выведен на линейный режим транзистора VT1 подачей смещения на его базу через резистор R1. Поэтому и возникают релаксационные колебания. Для стабилизации работы генератора каждый каскад охвачен цепью ООС - в первом каскаде она невелика и осуществляется через резистор R1, а во втором каскаде в эмиттерную цепь транзистора VT2 включен резистор R5.
Генератор устойчиво работает при напряжении питания от 1,5 до 12 В, при этом потребляемый ток составляет от 0,15 до единиц миллиампер. Амплитуда выходных импульсов на "Выходе 1" несколько превышает полoвину напряжения питания, а на "Выходе 2" она примерно в 10 раз меньше. При желании можно сделать еще одну ступень деления (1 /100), добавив между нижним по схеме выводом резистора R4 и общим проводом резистор сопротивлением 240м.
При указанных на схеме номиналах деталей и при напряжении питания 2,5 В потребляемый ток составил 0,2 мА, частота импульсов - 1000Гц,скважность - 2(меандр), амплитуда импульсов на "Выходе 1" - 1В.
Разумеется, что при столь простом генераторе параметры сигнала заметно зависят от напряжения источника питания. Поэтому налаживать генератор следует при том напряжении, при котором он будет использоваться. В случае отсутствия генерации подбирают резистор R1 и, возможно, R5. Скважность импульсов устанавливают подбором резистора R2.
Одно из возможных применений генератора - в качестве мигающего светового маячка, например, в сторожевом устройстве. Тогда последовательно с резистором R5 включают светодиод или миниатюрную лампу накаливания, а конденсатор используют емкостью до долей микрофарады, чтобы частота генерации составила 0,5...1 Гц. Для получения необходимой яркости светового индикатора можно установить резисторы R3, R5 меньшего сопротивления, а R4 исключить за ненадобностью.
Генератор импульсов используется для лабораторных исследований при разработке и наладке электронных устройств. Генератор работает в диапазоне напряжений от 7 до 41 вольта ивысокой нагрузочной способностью зависящей от выходного транзистора. Амплитуда выходных импульсов может быть равна значению питающего напряжения микросхемы, вплоть до предельного значения напряжения питания этой микросхемы +41 В. Его основа - известная всем , часто используемая в .
Аналогами TL494 являются микросхемы KA7500 и её отечественный клон - КР1114ЕУ4 .
Предельные значения параметров:
Напряжение питания 41В
Входное напряжениеусилителя (Vcc+0.3)В
Выходное напряжение коллектора 41В
Выходной ток коллектора 250мА
Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме 1Вт
Рабочий диапазон температур окружающей среды:
-c суффиксом L -25..85С
-с суффиксом С.0..70С
Диапазон температур хранения -65…+150С
Принципиальная схема устройства
Схема генератора прямоугольных импульсов
Печатная плата генератора на TL494 и другие файлы находятся в отдельном .
Регулировка частоты осуществляется переключателем S2 (грубо) и резистором RV1 (плавно), скважность регулируется резистором RV2. Переключатель SA1 изменяет режимы работы генератора с синфазного (однотактный) на противофазный (двухтактный). Резистором R3 подбирается наиболее оптимальный перекрываемый диапазон частот, диапазон регулировки скважности можно подобрать резисторами R1, R2.
Детали генератора импульсов
Конденсаторы С1-С4 времязадающей цепи выбираются под необходимый частотный диапазон и емкость их может быть от 10 микрофарад для инфранизкого поддиапазона до 1000 пикофарад - для наиболее высокочастотного.
При ограничении среднего тока в 200 мА схема способна достаточно быстро зарядить затвор, но
разрядить его выключенным транзистором невозможно. Разряжать затвор с помощью заземленного резистора – также неудовлетворительно медленно. Для этих целей применяется независимый комплементарный повторитель.
- Читайте: "Как сделать из компьютерного".
Схема 1
Генератор был спроектирован для использования в нем минимального количества общедоступных электронных компонентов, с хорошей повторяемостью и достаточной надежностью. Вариант генератора (схема 1) собран на базе широко распространенного шим-контроллера UC3525 (U1), который управляет мостовой схемой на полевых транзисторах Q4-Q7. Если нижние ключи каждого из полумостов, работающих в противофазе, управляются непосредственно выходами микросхемы 11/14 U2, то в качестве драйверов верхнего плеча применены бустрепные каскады на транзисторах Q2, Q3. Такие каскады широко используются в большинстве современных микросхемных драйверов и достаточно хорошо описаны в литературе, посвященной силовой электронике. Входное напряжение переменное или постоянное (~24~220В/30-320В), подающееся на вход диодного моста (или минуя его в случае подачи постоянного напряжения), питает силовую часть схемы. Для предотвращения большого стартового тока в разрыв цепи питания включен термистор Vr1 (5A/5Ohm). Управляющая часть схемы запитана может быть запитана от любого источника с выходным напряжением +15/+25В и током от 0,5А. Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе Q1 может иметь выходное напряжение от +9 до +18В (в зависимости от типа применяемых силовых ключей, например), но в ряде случаев можно обойтись и без этого стабилизатора, если внешний источник питания с необходимыми параметрами уже стабилизирован. Микросхема UC3525 была выбрана не случайно, - способность генерации импульсной последовательности от нескольких десятков герц до 500кГц и достаточно мощные выходы (0,5А). По крайней микросхемы TL494 не смогли функционировать при частоте менее 250Гц в двухтактном режиме (в однотактном - без проблем) - происходил сбой в работе внутренней логики и последовательность импульсов, а так же их длительность становились хаотичными.
Регулировка частоты импульсной последовательности производится переменным резистором R1, регулировка длительности импульсов осуществляется с помощью R4. Начальная длительность "мертвого времени" устанавливается резистором R3.
Схема 2
Генератор, показанный на схеме 2, является полным аналогом предыдущей схемы и практически не имеет схемных отличий. Однако, отечественная микросхема К1156ЕУ2 (полный аналог UC3825), примененная в этом генераторе, способна работать на более высоких частотах (практически до 1МГц), выходные каскады имеют большую нагрузочную способность (до 1,5А). Кроме того, она имеет несущественное различие в цоколевке по сравнению с UC3525. Так, "тактовый" конденсатор соединен с выводом 6 (5 - у микросхемы 3525), времязадающий резистор соединен с выводом 5 (6 - у микросхемы 3525). Если вывод 9 микросхемы UC3525 - это выход усилителя ошибки, то в микросхеме UC3825 этот вывод выполняет функции входа "токового" ограничителя. Впрочем, все подробности - в даташите на эти микросхемы. Стоит отметить, однако, что К1156ЕУ2 менее устойчива в работе частотах мене 200Гц и требует более тщательной компоновки и обязательной блокировки ее цепей питания конденсаторами относительно большой емкости. При игнорировании этих условий, может быть нарушена плавность регулировки длительности импульсов вблизи их временного максимума. Описанная особенность проявлялась, однако, лишь при сборке на макетной плате. После сборки генератора на печатной плате эта проблема не проявлялась.
Обе схемы легко масштабируются по мощности путем применения либо более мощных транзисторов либо путем их параллельного включения (для каждого из ключей), а так же изменением напряжения питания силовых ключей. Все силовые компоненты желательно "посадить" на радиаторы. До мощности 100Вт использовались радиаторы с клейкой основой, предназначенные для установки на микросхемы памяти в видеокартах (выходные ключи и транзистор стабилизатора). В течении получаса работы с частотой 10кГц с максимальной длительностью выходных импульсов, при напряжении питания ключей (использовались транзисторы 31N20) +28В на нагрузку около 100Вт (две последовательно соединенные лампы 12В/50Вт), температура силовых ключей не превышала 35 градусов Цельсия.
Для построения приведенных выше схем использовались готовые схемные решения, мною лишь перепроверенные и дополненные при макетировании. Для схем генераторов были разработаны и изготовлены печатные платы. На рис 1 и рис 2 изображены платы первого варианта схемы генератора, на рис 3, рис 4 - изображения платы для второй схемы.
Обе схемы на момент написания статьи проверялись в работе на частотах от 40Гц до 200кГц с различными активными и индуктивными нагрузками (до 100Вт), при постоянных входных напряжениях питания от 23 до 100В, с выходными транзисторами IRFZ46, IRF1407, IRF3710, IRF540, IRF4427, 31N20, IRF3205. Вместо биполярных транзисторов Q2, Q3 рекомендуется установка (особенно для работы на частотах свыше 1кГц) полевых транзисторов, таких как IRF630, IRF720 и подобных с током от 2А и рабочим напряжением от 350В. В этом случае номинал резистора R7 может варьироваться от 47Ом (свыше 500Гц) до 1к.
Номиналы компонентов указанные через слэш - для частот свыше 1кГц/для частот до 1кГц кроме резисторов R10, R11, не указанных в принципиальной схеме, но для которых есть установочные места на платах, - вместо этих резисторов можно установить перемычки.
Генераторы не требуют настройки и при безошибочном монтаже и исправных компонентах начинают работать сразу после подачи питания на схему управления и выходные транзисторы. Требуемый диапазон частот определяется емкостью конденсатора С1. Номиналы компонентов и позиции для обеих схем - одинаковые.
На рис 5 - собранные платы генераторов.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| R1 | Резистор | 100 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 22/100 | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Резистор | 33/100 | 1 | В блокнот | ||
| R8, R9 | Резистор | 51/3k3 | 2 | В блокнот | ||
| R10, R11 | Резистор | 0.47 | 2 | В блокнот | ||
| C1 | Конденсатор | 1nF/0.33uF | 1 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор | 0.1u | 1 | В блокнот | ||
| C3 | 1000uFX35V | 1 | В блокнот | |||
| C4 | Конденсатор электролитический | 100uF/25V | 1 | В блокнот | ||
| C5 | Конденсатор электролитический | 220uF/25V | 1 | В блокнот | ||
| C6, C7 | Конденсатор электролитический | 47uF50V | 2 | В блокнот | ||
| C8, C9 | Конденсатор | 330 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| C10, C11 | Конденсатор электролитический | 120uF/400V | 2 | В блокнот | ||
| D2, D3, D6, D7 | Выпрямительный диод | FR207 | 4 | В блокнот | ||
| Q2, Q3 | Биполярный транзистор |
---
Питание: 5-12в
---
Частота: 5Гц-1кГц.
---
Амплитуда выходных импульсов не менее 10в
---
Ток: около 100мА.
За основу был взят мультивибратор, он реализован на трех логических элементах микросхемы 2И-НЕ. Принцип которого при желании можно прочитать в Википедии. Но генератор сам по себе дает инверсный сигнал, что подтолкнуло меня применить инвертор (это 4-й элемент). Теперь мультивибратор дает нам импульсы положительного тока. Однако у мультивибратора нет возможности регулирования скважности. Она у него автоматически выставляется 50%. И тут меня осенило поставить ждущий мультивибратор реализованный на двух таких же элементах (5,6), благодаря которому появилась возможность регулировать скважность. Принципиальная схема на рисунке:
Естественно, предел указанный в моих требованиях не критичен. Все зависит от параметров С4 и R3 – где резистором можно плавно изменять длительность импульса. Принцип работы так же можно прочитать в википедии. Далее: для высокой нагрузочной способности был установлен эммитерный повторитель на транзисторе VT-1. транзистор применен самый распостранненый типа КТ315. резисторов R6 служит для ограничения выходного тока и зашита от перегорания транзистора в случае КЗ.
Микросхемы можно применять как ТТЛ, так и КМОП. В случае применения ТТЛ сопротивление R3 не более 2к. потому что: входное сопротивление этой серии приблизительно равно 2к. лично я использовал КМОП К561ЛА7 (она же CD4011) – два корпуса питание до 15в.
Отличный вариант для использования как ЗГ для какого ни будь преобразователя. Для использования генератора среди ТТЛ – подходят К155ЛА3, К155ЛА8 у последней коллекторы открыты и на выхода нужно вешать резисторы номиналом 1к.
Loading...