Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5

На рис. 1 приведена схема генератора.

При включении питания через резистор R1 начинает заряжаться конденсатор С3, по мере увеличения напряжения на С3 логические элементы переходят в неустойчивое состояние, начинается колебательный процесс, частота которого определяется параметрами последовательных контуров C1L1 и C2L2. В установившемся режиме, при С1 = С2 и L1 = L2 напряжение на С3 соответствует половине напряжения питания, и на выходах DD1.1 и DD1.2 присутствует меандр. Если же параметры частотозадающих элементов изменятся, то изменится и скваженность сигнала. Входы элементов DD1.1 и DD1.2 содержат защитные диоды, которые шунтируют LC контур, поэтому рекомендуется соединять входы DD1.1 и DD1.2 с LC контурами через резисторы сопротивлением 10К…100 К.

Скваженность сигнала можно преобразовать в напряжение, для этого к генератору через буферы DD1.3 и DD1.4 подключаются интеграторы (рис. 2).

Такую схему можно использовать для измерения параметров конденсаторов или катушек индуктивности. Изменение напряжения на выходе ОУ будет пропорционально изменению параметров С или L.

Этот генератор использовался в качестве измерителя небольших перемещений, при этом частотозадающие цепи имели следующие параметры: С1 = С2 = 680 пф, катушки L1 и L2 наматывались на каркасах диаметром 8 мм с подстроечниками из феррита, и содержали по 40 витков провода ПЭЛ-0.3, датчиком служил подстроечник одной из катушек, свободно перемещающийся в каркасе, рабочая частота — около 1 мГц, напряжение питания 12 В. Если перемещать оба подстроечника, то получится дифференциальный датчик.

К выходу операционного усилителя можно подключить варикап (рис. 3), включённый в одноу из LC цепей так, что бы образовалась отрицательная обратная связь — получится схема с автоматической регулировкой, сигнал рассогласования снимается с выхода ОУ.

51. Релаксационный RL-генератор

Если посмотреть на рис. 1, нетрудно заметить, что транзисторы соединены между собой таким способом, при котором образуется аналог тринистора.

Рис. 1. Принципиальная схема RL-генератора.

К управляющему электроду "тринистора" подключена катушка индуктивности L1, а в цепи катода стоит резистор R1. Если транзистор VT1 может быть и кремниевым и германиевым, то VT2 — обязательно германиевым, поскольку именно он обладает способностью усиливать сигналы без напряжения смещения на базе.

Работает этот генератор так. Как только подаётся питающее напряжение, транзистор VT1 приоткрывается (переходит в рабочий режим), так как через его эмиттерный переход течёт начальный ток коллектора транзистора VT2. Поскольку генератор представляет собой неинвертирующий усилитель, выход которого замкнут на вход, случайное увеличение коллекторного тока любого из транзисторов (скажем, из-за собственных шумов транзисторов, внешних наводок и т. д.) немедленно усиливается и приводит к лавинообразному открыванию транзисторов до состояния насыщения, как это обычно происходит в тринисторе (момент t₁ на рис. 2)

Рис. 2. Форма сигнала RL-генератора.

Катушка индуктивности не препятствует открыванию транзисторов, её сопротивление для импульсных сигналов велико.

После открывания транзисторов ток через катушку возрастает по экспоненциальному закону. Так же возрастает и ток коллектора транзистора VT1. Вскоре транзистор VT1 выходит из насыщения, падение напряжения на нём увеличивается. Напряжение же на катушке уменьшается, и развивается лавинообразный процесс закрывания транзисторов (момент t₂ на рис. 2).

Энергия, накопленная в катушке в виде магнитного поля, препятствует быстрому уменьшению тока через катушку, и он спадает до нуля плавно. Причём этот ток поддерживается ЭДС самоиндукции, величина которой после закрывания транзисторов может в десятки раз превышать напряжение источника питания. Энергия магнитного поля рассеивается в виде тепла в переходах транзисторов, ЭДС самоиндукции постепенно спадает до нуля, ток через катушку прекращается, и цикл генерации повторяется (момент t₃ на рис. 2).

Таким образом, на катушке индуктивности L1 возникает непрерывная последовательность прямоугольных импульсов напряжения, а ток через катушку течёт в виде последовательности пилообразных импульсов.

Несколько иначе протекает процесс генерации при использовании в качестве катушки индуктивности обмотки головных телефонов BF1 (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема RL-генератора с головными телефонами.

Частота следования импульсов на ней синхронизируется с резонансной частотой собственных колебаний мембраны, (рис. 4).

Рис. 4. Форма сигнала на головных телефонах.

Происходит это потому, что телефон является обратимым преобразователем, т. е. колебания мембраны, вызванные внешними импульсами напряжения, в свою очередь возбуждают в обмотке телефонов переменное напряжение (штриховая линия на рис. 4), которое суммируется с напряжением генератора и прикладывается к базе транзистора VT2.

Работа телефонов на резонансной частоте мембраны резко повышает КПД генератора как электроакустического преобразователя, в результате чего значительная громкость получается при малой мощности, потребляемой от источника питания.

Для смягчения тембра звучания телефонов параллельно их обмотке можно подключить конденсатор С1 — тогда форма колебаний на обмотке телефонов приблизится к синусоидальной, а импульсы ЭДС самоиндукции практически исчезнут (это кстати, исключит возможность пробоя переходов транзисторов).

Генератор, собранный по схеме рис. 3, может использоваться как экономичный и простой звуковой сигнализатор, особенно в устройствах с автономным питанием, а так же в качестве пробника для проверки ("прозвонки") различных электрических цепей. В последнем варианте достаточно включить в разрыв провода питания двухпроводный шнур со щупами на концах — ими и касаются проверяемых цепей.

На месте BF1 можно использовать головные телефоны или капсюль от них сопротивлением постоянному току не более 250 Ом. Транзистор VT1 — серий МП35-МП38, a VT2 — МП21, МП25, МП26.

На рис. 5 приведена схема генератора с динамической головкой ВА1. Резистор R1 в этом генераторе переменный, им устанавливается режим устойчивой генерации. Звучание маломощной динамической головки (0,5ГД-30 или аналогичная) с малой площадью диффузора напоминает автомобильный сигнал.

Рис. 5. Принципиальная схема RL-генератора с динамической головкой.

Такой генератор можно использовать в моделях автомобилей, в качестве квартирного звонка и звукового сигнала на велосипеде. Транзисторы генератора могут быть такие же, что и в предыдущем случае. Кроме того, на месте VT2 хорошо работают транзисторы серий МП39-МП42.