Содержание
Схемы простых генераторов импульсов
Генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств. Простейший генератор импульсов (мультивибратор) может быть получен из двух-каскадного УНЧ (рис. 6.1). Для этого достаточно соединить вход усилителя с его выходом. Рабочая частота такого генератора определяется значениями R1C1, R3C2 и напряжением питания. На рис. 6.2, 6.3 показаны схемы мультивибраторов, полученные простой перестановкой элементов (деталей) схемы, изображенной на рис. 6.1. Отсюда следует, что одну и ту же простейшую схему можно изобразить различными способами.
Рис. 6.1
Рис. 6.2
Практические примеры использования мультивибратора приведены на рис. 6.4, 6.5.
На рис. 6.4 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-щий экран).
Рис. 6.3
Рис. 6.4
Генератор переменной частоты (рис. 6.5) 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 СЗ 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 СЗ. Такие эксперименты можно рекомендовать для самостоятельного расширения познаний в области импульсной техники.
Рис. 6.5
Рис. 6.6
Управляемый генератор прямоугольных импульсов показан на рис. 6.6 [Р 10/76-60]. Генератор также представляет собой двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для упрощения схемы генератора достаточно соединить эмиттеры транзисторов конденсатором. 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.
6.7, возрастает рабочая частота генерации.
Рис. 6.7
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, см. также главу 2.
Для контроля работы сигнал с генератора (рис. 6.6) 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. 6.7). Отметим, что стабильность генераторов на RC-элементах невысока.
Рис. 6.8
Рис. 6.9
На рис. 6.8, 6.9 показаны типовые схемы генераторов световых и звуковых импульсов, выполненные на транзисторах различного типа проводимости. Генераторы работоспособны в широком диапазоне питающих напряжений. 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. 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. 6.8) можно включить генератор по схеме на рис. 6.9. В итоге получится устройство периодической звуковой или светозвуковой сигнализации.
Генератор импульсов (рис. 6.10), выполненный на составном транзисторе (п-р-п и р-п-р), не содержит конденсаторов (в качестве частотозадающего конденсатора использован пьезокерамиче-ский 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. 6.10
Рис. 6.11
На рис. 6.11 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. 2.1).
Устройства (рис. 6.11) часто используют для преобразования измеряемого параметра (интенсивности светового потока, температуры, давления, влажности и т.д.) в частоту при помощи резистивных или емкостных датчиков.
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. 6.11) может быть использован и в режиме сенсорного ключа, простейшего Rx-и Сх-метра, перестраиваемого широкодиапазонного генератора импульсов и т.д.
Генераторы импульсов (рис. 6.12, 6.13) также выполнены на лавинных транзисторах микросхемы К101КТ1 типа п-р-п или К162КТ1 типа р-п-р, динисторах, или их аналогах (см. рис. 2.1). 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. 6.12
Рис. 6.13
Рис. 6.14
Довольно простые и часто встречающиеся на практике генераторы импульсов (блокинг-генераторы) с использованием индуктивной обратной связи показаны на рис.
6.14 [А. с. СССР 728214], 6.15 и 6.16. 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. 6.15
Рис. 6.16
Подобные генераторы можно использовать при проверке трансформаторов на наличие межвитковых замыканий (см. главу 32): никаким иным методом такие дефекты не могут быть выявлены.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год
5.2.1. Простейшие генераторы ЛИН | Электротехника
При невысоких требованиях к линейности напряжения специальных мер для стабилизации тока конденсатора не принимают, имея в виду, что в начале зарядки (разрядки) он меняется мало.
Действительно, за время t = 3t (где t – постоянная времени цепи зарядки) конденсатор заряжается до напряжения U = 0,95Е (где Е – напряжение источника).
Если же выбрать t много больше требуемой длительности прямого хода «пилы» (tпр), то за время tпр конденсатор успеет зарядиться до напряжения uС, составляющего незначительную часть напряжения Е. Поэтому ток зарядки (рис. 5.2, а) меняется незначительно
Линейность напряжения на конденсаторе в начале зарядки иллюстрирует рис 5.2, б, где начальный, относительно линейный участок экспоненты соответствует переднему фронту формируемого пилообразного импульса.
Аналогично мало меняется ток в начале разрядки конденсатора, в ходе которой может быть сформировано линейно спадающее напряжение.
Схемы ГЛИН, в которых не предусмотрена стабилизация тока конденсатора, изображены на рис. 5.3, а и 5.4. Каждая из них представляет собой интегрирующую RС-цепь, дополненную транзисторным каскадом, коммутирующим конденсатор с зарядки на разрядку.
В исходном состоянии транзистор Т (см.
рис. 5.3, а) насыщен. Поэтому напряжение на его коллекторе и конденсаторе С uК = uC = uCmin » 0.
Формирование ЛИН происходит во время действия на входе управляющего прямоугольного импульса, длительность tИ которого равна требуемой длительности tпр пилообразного напряжения. С поступлением на базу такого импульса транзистор запирается, и конденсатор начинает заряжаться по цепи (+ ЕК) – «земля» – С – RK – (-ЕК) с постоянной времени tЗ = CRK. При этом на выходе схемы (на конденсаторе С) происходит нарастание отрицательного напряжения (рис. 5.3, б). После окончания входного импульса транзистор отпирается, и конденсатор через него быстро разря
жается. При регулярном поступлении на вход управляющих импульсов на выходе схемы формируется последовательность пилообразных импульсов.
Чтобы обеспечить линейность прямого хода, выбирают tЗ >> tИ, за счет чего зарядка конденсатора соответствует начальному, относительно линейному участку экспоненты. Однако чем больше tЗ превосходит tпр, тем меньше напряжение Um, до которого зарядится конденсатор за время tпр, тем меньше коэффициент использования напряжения источника ЕК.
Обычно длительность обратного хода «пилы» tобр намного меньше tпр. С учетом этого параметры схемы должны удовлетворять неравенству:
tЗ >> tпр >> tР ,
где tР – постоянная времени разрядки конденсатора.
Чтобы выполнить оба требования, емкость конденсатора выбирают, как правило, небольшой, а увеличение tЗ получают за счет сопротивления резистора RK.
Установим для данной схемы связь между коэффициентом нелинейности и коэффициентом использования напряжения источника. Если по сравнению с ЕК пренебречь напряжением на насыщенном транзисторе и напряжением на резисторе RK от обратного тока , то начальный и конечный токи в процессе зарядки конденсатора:
где Um – напряжение на конденсаторе в момент окончания управляющего импульса.
Подставив эти значения в выражение (5.2) и считая Um << ЕК, получим
g = Um / ЕК. (5.5)
Так как начальное напряжение на конденсаторе » 0 (транзистор насыщен), то в соответствии с выражением (5.3) коэффициент использования напряжения источ
| Все металлы содержат подвижное вещество, называемое «электрическим зарядом». Даже незаряженные провода полностью заряжены! Ведь атомы металла половина из положительных протонов и половина из отрицательных электронов. Металлы особенный, потому что их электроны не остаются связанными с атомами металла, вместо этого они летают внутри металла и образуют что-то вроде электрических разрядов. «жидкость» внутри проводов. Все провода полны электрической жидкости. Современный ученые называют это «электронным морем» или «электронным газом». Жидкость заряд подвижен, и это позволяет металлам быть электрическими проводниками. подвижное зарядное устройство не невидимый, он на самом деле придает металлам их серебристый блеск. Электронный газ похожа на серебристую жидкость. Вроде, как бы, что-то вроде. Когда круг из проволоки окружает магнитное поле, и Электромагнитная индукция. Это основной закон физики, и он Генераторы не имеют только один круг провода. Почему этот генератор переменного тока, а не постоянного тока? Когда магниты переворачиваются, они создают Если вам нужен генератор постоянного тока, вам придется добавить специальный реверсивный переключатель. Теперь о лампочке. Если соединить концы катушки вместе, то Итак, просто подключите лампочку к витку провода, поместите короткий мощный Отсоедините один провод от лампочки. Закрутите магнит. Пока И ЧТО?Когда вы запускаете генератор и зажигаете лампочку, вы Подумайте об этом так. ПОЧУВСТВУЙТЕ ЭЛЕКТРОНЫКогда ваша рука вращает магнит, вы можете почувствовать дополнительную работу. ВЫКЛЮЧИТЬ ПОЛЕПопробуйте изменить положение магнитов. Удалите магниты, затем приклейте их ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКАЕсли вы можете получить дешево Как высоко вы можете сделать напряжение только Примечание: лампочка имеет сопротивление около 50 Ом. Кроме того, 250 футов № 30 МОТОР ВЫЗОВ!Существует простой способ превратить ваш генератор в СОЗДАНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРАВы можете изменить этот генератор, чтобы он производил постоянный ток, а не переменный. Напряжение Преобразовать в постоянный ток:
ИСТОРИЯ «СВЕРХПРОСТОГО» ГЕНЕРАТОРАУправляя магазином техники в Музее науки в Бостоне, я Примерно в 1994 году я думал о сверхпростом электродвигателе, который Чтобы произвести впечатление на всех учителей физики, я постарался, чтобы детали были простыми. ВНИМАНИЕ: Держите магниты вдали от компьютеров, дисков, видеокассет, цветных Хотите чрезвычайно мощный двигатель или генератор? Проект для взрослых? Те В динамо-машине Gramme можно сделать «слои» сердечника. В ранних версиях Эдисона использовались «кисти». Но тогда иди и делай так, как делал Тесла во время своей проектной работы для корпорации Эдисона. Motor Triva: электродвигатели были просто случайно подключил неиспользованный Gramme Dynamo до другого, который вращался под действием силы пара. Второй НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ РАЗНЫЕ ЧАСТИ. Если лампочка не загорается, обычно это БЫСТРО ВРАЩАЙТЕ В ТЕМНОТЕ. Иногда ваш генератор работает нормально, но ДОБАВЬТЕ МНОГО ПРОВОДА. Если ваша катушка имеет более 250 Лучший источник провода: купите большой «Соленоид».
| ||
НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДРУГУЮ ЛАМПОЧКУ. Этот генератор не может питать обычный СКЛАДЫВАЙТЕ МАГНИТЫ, ЧТОБЫ ОНИ СИЛЬНО ПРИТЯГИВАЛИСЬ. Убедитесь, что четыре прямоугольника ТЩАТЕЛЬНО ОЧИСТИТЕ КОНЕЦ ПРОВОДА. Обязательно следуйте инструкциям и схемам. Вы ДОЛЖНЫ намотать катушку Кроме того, не наматывайте катушку на открытый конец коробки, иначе вы Если вы не можете достаточно быстро вращать магниты пальцами, попробуйте ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. НЕ ЗАМЕНЯЙТЕ МАГНИТЫ ИЛИ ЛАМПОЧКУ ДРУГОГО ТИПА. Это Возможно, вам не повезло, и вы получили перегоревшую лампочку. Чтобы проверить это, получите Генератор можно улучшить, используя больше витков провода. Вы использовали только Или, если вы хотите, чтобы ваша лампочка зажглась ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ярко, купите второй комплект. СЛЕДУЮЩИЙ: |
Настоящий провод может просто
Чем быстрее меняется магнитное поле, тем больше напряжение
Небольшие напряжения от всех кругов будут суммироваться
Магнит перевернулся, магнит
Заряды света
Теоретически вы
Если слегка потереть руки, кожа
Но потом происходит обратное! Заряд
Когда магниты
Как маленькое напряжение
После нескольких часов экспериментов я понял, что
Попробуй это:
Так что не используйте другой провод.
Если бы вы могли намотать больше витков на свою катушку,
их сайт. Или попробуйте
) Затем приклейте два
Также попробуйте использовать красный светодиод. Не используйте обычный фонарик
Катушка провода имеет очень тонкое красное пластиковое покрытие, и вы
Зажмите гвоздь в конце
Лампочка должна ярко гореть. ЕслиБолее простой и дешевый электрический генератор можно сделать из купленной в магазине ленты
Энергия
Просмотр 2 изображений
Обладая способностью превращать трение в небольшое количество электричества, трибоэлектрические генераторы однажды могут быть использованы в одежде, которая превращает движение в энергию, в мозговых имплантатах без батареек и во множестве других сценариев.
Ученые, работающие над дешевыми и простыми версиями этих крошечных генераторов, пришли к конструкции, в которой используется двухсторонняя лента, купленная в магазине, и которая, по их словам, может работать наравне с более сложными версиями, когда дело доходит до производства электроэнергии.
На протяжении многих лет мы видели множество версий трибоэлектрических генераторов, которые работают на предпосылке, что определенные материалы приобретают электрический заряд при трении друг о друга, например, воздушный шар и ваши волосы. По словам авторов этого нового исследования, до сих пор конструкции включали сложные компоновки дорогих деталей, а также имели ограниченную мощность с точки зрения мощности.
Под руководством Ганга Вана из Университета Алабамы ученые приступили к разработке менее сложной версии. Трибоэлектрический генератор исследователей основан на более ранних исследованиях, которые показали, что эти системы могут быть изготовлены из ленты, пластика и металла, но они собирают эти компоненты вместе таким образом, что их производительность приближается к более сложным и дорогим версиям.
Конструкция состоит из купленного в магазине двустороннего скотча и полиэтиленовой пленки, зажатых между тонкими алюминиевыми пластинами. Мгновенное сжатие слоев вместе и их разъединение вызывает образование искры, при этом величина приложенного давления напрямую влияет на количество генерируемой энергии.
Иллюстрация недавно разработанного трибоэлектрического генератора
САУ Омега (2022 г.). DOI: 10.1021/acsomega.2c05457
Версия генератора с двумя электродами использовалась для получения удельной мощности 1690,6 Вт на квадратный метр (10,7 кв. Фута), что, по словам команды, на 47% выше, чем в предыдущих проектах. В серии экспериментов команда использовала генератор, чтобы зажечь массив из 400 светодиодов, просто нажимая на его слои.
Питание светодиодов или другой мелкой электроники — это один из возможных вариантов использования трибоэлектрических генераторов, но их гораздо больше. Список включает в себя деревянные полы, которые собирают энергию от пешеходов, слуховые аппараты, которые питаются сами по себе, сенсорные экраны, которые генерируют электричество, когда вы их используете, и лесные датчики, работающие от качающихся ветвей деревьев.
