Простые схемы генераторов колебаний.
Нередко перед радиолюбителем возникает задача собрать генератор колебаний для сигнализации или индикации нарушения какого-то параметра, имеющий простую схему и надежно работающий.
Трансформаторный генератор
Так, в школе при изучении транзистора необходимо продемонстрировать его в работе. Для этой цели хорошо подходит схема генератора,
показанная на рис.1. Генератор состоит из излучающей звук динамической головки ВА1; транзистора VT1 (МП40, МП26 или, если изменить
полярность питания, МП35, МП38); трансформатора и резистора. Таким образом, кроме демонстрации преобразования постоянного тока в
импульсный звуковой сигнал, можно демонстрировать и работу биполярных транзисторов обоих типов проводимости.
Также можно "грубо" проверить работоспособность транзисторов малой и средней мощности.
Трансформатор Т1 - выходной от старых транзисторных радиоприемников с двухтактным выходом. Трансформатор производит согласование
низкого сопротивления нагрузки и высокого выходного сопротивления транзистора, следовательно, батарейки могут сравнительно долго
обеспечить пронзительное звучание динамической головки. Схема представляет собой индуктивную трехточку с сильной положительной обратной
связью, настолько сильной, что приходится снижать напряжение питания.
Еще одно преимущество простейшего генератора - он вырабатывает колебания на частоте, близкой к резонансной частоте головки.
"Промахнуться" при подключении исправного трансформатора практически невозможно: у "наших трансформаторов" три и два его вывода
выведены на разные стороны каркаса.
Если базу VT1 замкнуть на корпус тонкой проволокой, то получим "звуковой финиш" для детских игр или физических экспериментов, но при
неработающем генераторе устройство будет потреблять ток.
Для изучения телеграфной азбуки можно отпусканием ключа размыкать цепь резистора R1. При установке мощного VT1 из серий П4-П601 и
применении мощной звуковоспроизводящей головки сопротивление R1 необходимо уменьшить, а для получения менее мощных колебаний нужно
увеличить номинал R1.
Установив вместо R1 фоторезистор (последовательно с ограничительным), легко получаем сигнализатор попадания света в охраняемую зону
либо фототир. Такой сигнализатор подойдет для звуковой "прозвонки", если установить головку от электронного телефонного аппарата.
Генератор высокой частоты
Если понадобится генератор высокой частоты, не нуждающийся в подборе режима работы каскада, удобной является схема рис.2.
Кремниевый VT1 имеет большее напряжение э-б, которое, по сути, приложено между коллектором и эмиттером, и VT1 может проявить
усилительные свойства. Параметры этой индуктивно-емкостной трехточки подобраны на различных диапазонах частот.
Сигнал обратной связи снимается с 1/З части катушки, считая от заземленного вывода. В то же время емкость конденсатора связи С2 втрое
меньше емкости колебательного контура C1. При хороших транзисторах обратную связь подбирают намного слабее, но мы рассматриваем
генераторы, которые легко запускаются в широкой полосе частот, доступных данному экземпляру транзистора. С другой стороны, сильная ПОС
при подключении антенны "борется" со срывом колебаний, но может внести в колебания набор гармоник.
Увеличение сопротивления R1 позволяет в больших пределах плавно уменьшать мощность колебаний, это удобно как для экономии энергии
батареек, так и при наладке индикатора поля при помощи данного генератора.
Малое количество деталей позволяет легко осуществлять как частотную, так и амплитудную модуляцию, даже путем включения последовательно
с R1 высокоомного и зашунтированного от переменки емкостью больше 10С угольного микрофона. Так же просто на базе фоторезистора в цепи
эмиттера, после R1, собрать сигнализатор включения освещения. Такое устройство может служить радиосигнализатором либо частью цепочки
автоматического включения освещения.
Для увеличения мощности вырабатываемых колебаний нужно включить в цепь базы кремниевый диод VD1, что позволит увеличить напряжение
перехода к-э и амплитуду ВЧ на контурной катушке.
Генератор на ИМС
Без подбора режима работает и генератор на таймере (рис.3,а), "советский" аналог которого КР1006ВИ1. Схема собиралось с использованием
разных типов головных телефонов, последовательно с которыми включен ограничительный резистор R1. Даже при неисправном телефоне В1
выходной каскад D1 все равно не будет перегружен. Конечно, емкость С1 прямо влияет на период колебаний и для приятного либо громкого
звучания В1 необходимо подобрать емкость C1.
Выводы 2 и 6 ИМС соединяем вместе, что не мешает выполнить множество схемных модификаций, причем параметры сигналов и надежность
работы при таком соединении лучше, чем при более "навороченных" вариантах. К слову, вывод 7, называемый "разрядным", не задействован в
генерации, а используется только как еще один выход ("открытый коллектор"), работающий синфазно с выходом 3 ("двухтактный ключ").
После опытов с головными телефонами изменим построение генератора (рис.3,б). Заменим В1 подстроечным резистором, а выходной сигнал
будем снимать с вывода 3 таймера через конденсатор СЗ. В таком виде генератор может работать с периодом от сотен секунд (предел) до одной
десятимиллионной доли секунды (предел). Есть возможность подать выходные колебания как на осциллограф, так и в антенну (на обмотку
ферритового стержня для излучения ультразвука в воду).
Сигналов с таймера хватает и для запитывания пары миниатюрных ламп накаливания (один с выхода идет к "плюсу ", другой - к "минусу'). Таким
образом получаем двухцветную модель светофора.
Практика работы потребовала защитить высокоомные 2 и 6 входы ИМС при помощи стабилитрона VD1. Важно, чтобы его напряжение
стабилизации(и переключения таймера) было не меньше 2/3 величины питания.
Нелишне упомянуть, что моменты переключения таймера определяются потенциалом на ножке 5, поэтому его шунтируют конденсатором С2 (см.
рис.3,а). Изменяя потенциал этой точки по определенному закону получится генератор качающейся частоты, который без шунтировония
не будет выдавать точно прямоугольные колебания, но работать будет!
Важно знать, что выходной каскад таймера можно нагружать током 100 мА (или немного больше, но так надежней). Его рабочая частота
ограничена частотой 10 МГц, а нижний предел ограничен имеющейся емкостью и качеством конденсатора С1. Это ограничение связано с тем, что
входы таймера имеют сопротивление около 10 МОм и большая утечка C1 приведет к нарушению симметрии колебаний. При построении
генератора сверхнизких колебаний (большое сопротивление частотозадающего резистора)при большой утечке C1 возможно совсем сорваться
генерация.
Данная схема рассматривается не только из-за своей простоты, а потому что имеет много применений. Если вывод 4 ИМС подключить к
"плюсу" питания или оставить изолированным, таймер будет нормально работать. Если соединить вывод 4 с "корпусом" тонкой проволокой, то
получим схему охранной сигнализации (пока сохраняется соединение вывода 4 с "нулем" генерация импульсов заблокирована). Соединив
постоянный резистор номиналом около 10 кОм с фоторезистором, легко собирается фотореле (их общая точка соединена с выводом 4). Если в
этой цепочке постоянный резистор подключить к "плюсу", а фоторезистор - к "минусу", то генератор будет работать в темноте, а если наоборот -
генерация включается на свету. Если включить фоторезистор между выходом 3 таймера и входом (ножки 2, 6), получится схема фотозвукового
тира, в которой попадание луча света в мишень вызывает появление звука тем высшего тона, чем больше освещенность (чем точнее попадание
или чем мощнее "световое оружие").
На микросхеме таймера можно собирать не только игрушки "на скорую руку", но и довольно стабильные в работе преобразователи освещенности
или температуры в непрерывный меандр. Такой сигнал проще контролировать (отличить от синусоидальной наводки).
Вполне реально управление от подобного фотодатчика периодически работающим пожарным насосом. К примеру, несколько таких вращающихся
агрегатов смогут более-менее "умно" тушить очаги пожара в складском помещении до прибытия людей. Подобным образом строится и
защита от дождя (датчик влажности, срабатывающий от дыхания человека, выполняется разрезанием участка фольги на стеклотекстолите по
"зигзагу"). Важно только использовать материалы, не подверженные коррозии. Для достижения максимальной чувствительности перед
входами 2 и 6 таймера включают повторитель напряжения на полевике с изолированным затвором.
Ждущий генератор
Нередко для охранной сигнализации и контроля технологических процессов на производстве требуется генератор, сигнализирующий о
нарушении параметров и сохраняющий сигнал до снятия его человеком. Схема ждущего генератора показана на рис.4. Она имеет мощный выход
(можно ослабить сигнал), но в ждущем режиме почти не потребляет ток.
Несимметричный мультивибратор на транзисторах разной проводимости немного "усилен":
- резистор R3 ограничивает сквозной ток через оба транзистора при резком открывающем импульсе;
- резистор R2 ограничивает импульсы тока в цепи базы VT1 и вместе с конденсатором C1 оказывает влияние на частоту колебаний;
- диод VD1 защищает базу VT1 от импульсов обратной полярности и, в то же время, обеспечивает перезаряд С1 даже при отсутствии входного
- сигнала (то есть устойчивую генерацию);
- резистор R1 не подсоединяем к "плюсу" питания, а только временно запитываем через него базовую цепь VТ1 для
запуска генератора;
- диод VD2, включенный последовательно с нагрузкой, облегчает "подхват" генератором слабого входного сигнала.Даже в обычном
несимметричном мультивибраторе, который при больших сопротивлениях может не запускаться, введение этого диода позволяет
легко довести период колебаний до секунд.
Как же работает схема? При разорванной цепи R1 и включении питания VТ1 и VТ2 остаются закрытыми и потребления тока нет (если VТ1 не
очень хороший по тепловому току, можно шунтировать его базовый переход резистором; то же самое приходится делать и при воздействии на вход
наводки переменки!).
Подача сигнала от датчика влаги, даже от вакуумного низковольтного фотоэлемента Ф-2, либо срабатывание контактного датчика (стержень,
подвешенный внутри трубки, например датчик колебаний автомобиля) приводит к небольшому открыванию VТ1 и VТ2. Слабый ток с выхода VТ2
дает падение напряжения на VD2, равное сотням мВ, через C1 открывание VT1 увеличивается. Теперь и на динамической головке происходит
заметное падение напряжение, схема переходит в ключевой режим (VT1 и VT2 полностью открываются). Через некоторое время C1 зарядится, и
его ток станет слабее запитывать базу входного VT1 и транзисторы закроются. Правый вывод C1 получит низкий потенциал, поэтому на его
левом выводе будет отрицательное напряжение, на базу VТ1 воздействует напряжение -0,6 В, ограниченное VD1. Происходит разряд С1, в конце
разряда VТ1 резко переходит в открытое состояние. Таким образом, возникла устойчивая генерация, и снимается она только отключением
питания.
На выход можно включить даже колебательный контур. Для расширения частотного диапазона необходимо заменить выходной VT2 на более
высокочастотный. Разумеется, на радиочастотах емкость С1 необходимо уменьшить, а на очень низких частотах - значительно увеличить.
Н.П. Горейко
Радиоаматор 2003/02
| << Предыдущая | Cледующая >> |