Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Генератор на транзисторе. Автоколебания – Класс!ная физика

Генератор на транзисторе. Автоколебания

Подробности
Просмотров: 655

«Физика – 11 класс»

Вынужденные колебания возникают под действием переменного напряжения, вырабатываемого генераторами на электростанциях.
Такие генераторы не могут создавать колебания высокой частоты, необходимые для радиосвязи? т.к. для этого потребовалась бы очень большая скорость вращения ротора.
Колебания высокой частоты получают, например, с помощью генератора на транзисторе.

Автоколебательные системы

Обычно незатухающие вынужденные колебания поддерживаются в цепи действием внешнего периодического напряжения.
Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний.

Например, есть система, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания, с источником энергии.


Если сама система будет регулировать поступление энергии в колебательный контур для компенсации потерь энергии на резисторе, то в ней могут возникнуть незатухающие колебания.

Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри самой системы, называются автоколебательными. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

Генератор на транзисторе — пример автоколебательной системы.
Он состоит из колебательного контура с конденсатором емкостью С и катушкой индуктивностью L, источника энергии и транзистора.

Как создать незатухающие колебания в контуре?

Чтобы электромагнитные колебания в контуре не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

Пополнять энергию в контуре можно, подзаряжая конденсатор.

Для этого надо периодически подключать контур к источнику постоянного напряжения.

Конденсатор должен подключаться к источнику только в те интервалы времени, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина заряжена положительно, а присоединенная к отрицательному полюсу — отрицательно.
Только в этом случае источник будет подзаряжать конденсатор, пополняя его энергию.

Если же ключ замкнуть в момент, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина имеет отрицательный заряд, а присоединенная к отрицательному полюсу — положительный, то конденсатор будет разряжаться через источник. Энергия конденсатора при этом будет убывать.

Источник постоянного напряжения, постоянно подключенный к конденсатору контура, не может поддерживать в нем незатухающие колебания, так же как постоянная сила не может поддерживать механические колебания.

В течение половины периода энергия поступает в контур, а в течение следующей половины периода возвращается в источник.


В контуре незатухающие колебания установятся лишь при условии, что источник будет подключаться к контуру в те интервалы времени, когда возможна передача энергии конденсатору.
Для этого необходимо обеспечить автоматическую работу ключа.
При высокой частоте колебаний ключ должен обладать надежным быстродействием. В качестве такого практически безынерционного ключа и используется транзистор.

Транзистор состоит из эмиттера, базы и коллектора.
Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда, например дырки (полупроводник p-типа).
База имеет основные носители противоположного знака, например электроны (полупроводник n-типа).

Работа генератора на транзисторе

Колебательный контур соединен последовательно с источником напряжения и транзистором так, что на эмиттер подается положительный потенциал, а на коллектор — отрицательный.
При этом переход эмиттер — база (эмиттерный переход) является прямым, а переход база — коллектор (коллекторный переход) оказывается обратным, и ток в цепи не идет.
Это соответствует разомкнутому ключу.

Чтобы в цепи контура возникал ток и подзаряжал конденсатор контура в ходе колебаний, нужно сообщать базе отрицательный относительно эмиттера потенциал, причем в те интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена положительно, а нижняя — отрицательно.
Это соответствует замкнутому ключу.

В интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, а нижняя — положительно, ток в цепи контура должен отсутствовать. Для этого база должна иметь положительный потенциал относительно эмиттера.

Таким образом, для компенсации потерь энергии колебаний в контуре напряжение на эмиттерном переходе должно периодически менять знак в строгом соответствии с колебаниями напряжения на контуре.
Необходима обратная связь.

Здесь обратная связь — индуктивная.
К эмиттерному переходу подключена катушка индуктивностью LCB, индуктивно связанная с катушкой индуктивностью L контура.
Колебания в контуре вследствие электромагнитной индукции возбуждают колебания напряжения на концах катушки, а тем самым и на эмиттерном переходе.
Если фаза колебаний напряжения на эмиттерном переходе подобрана правильно, то «толчки» тока в цепи контура действуют на контур в нужные интервалы времени, и колебания не затухают.
Напротив, амплитуда колебаний в контуре возрастает до тех пор, пока потери энергии в контуре не станут точно компенсироваться поступлением энергии от источника.

Эта амплитуда тем больше, чем больше напряжение источника.
Увеличение напряжения приводит к усилению «толчков» тока, подзаряжающего конденсатор.

Генераторы на транзисторах широко применяются не только во многих радиотехнических устройствах: радиоприемниках, передающих радиостанциях, усилителях, ЭВМ.

Основные элементы автоколебательной системы

На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем.

1. Источник энергии, за счет которого поддерживаются незатухающие колебания (в генераторе на транзисторе это источник постоянного напряжения).

2. Колебательная система — та часть автоколебательной системы, непосредственно в которой происходят колебания (в генераторе на транзисторе это колебательный контур).

3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колебательную систему – клапан (в рассмотренном генераторе – транзистор).

4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе – индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).

Примеры автоколебательных систем

Автоколебания в механических системах: часы с маятником или балансиром (колесиком с пружинкой, совершающим крутильные колебания). Источником энергии в часах служит потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины.

К автоколебательным системам относятся электрический звонок с прерывателем, свисток, органные трубы и многое другое. Наше сердце и легкие также можно рассматривать как автоколебательные системы.

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Генератор на транзисторе. Автоколебания – Служебный Дом

1. Что такое автоколебательная система?

        Автоколебательная система – это система, в которой амплитуда колебаний поддерживается при помощи внешнего источника энергии.

2. В чём отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

        Отличие автоколебаний от свободных и вынужденных в том, что: 1) автоколебания не затухают; 2) Автоколебания могут иметь намного большую частоту, чем вынужденные (такие, которые вырабатывают электрогенераторы).

3. Опишите свойства p-n-перехода в полупроводниках.

        p-n-переход представляет собой элемент транзистора или другого полупроводникового прибора, состоящий из проводника p-типа и n-типа. В проводнике p-типа носителями заряда являются дырки, а в проводнике n-типа – электроны. Таким образом, p-n-переход пропускает ток только в одну сторону.

4. Как устроен транзистор?

        Транзистор состоит из трёх p- и n- проводников. Например, существуют p-n-p а также n-p-n транзисторы. На схеме различия между этими двумя типами выражаются направлением стрелки эмиттера. Принцип работы в том, что транзистор пропускает ток из эмиттера в коллектор только тогда, когда на базу подаётся напряжение определённого знака. Обратный транзистор отличается лишь тем, напряжения каких знаков подаются на электроды.

5. Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?

        Роль транзистора в генерации автоколебаний очень высока. Именно благодаря нему можно регулировать подачу тока от источника постоянного тока для поддержания колебаний.

6. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

        Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется за счёт использования дополнительной индуктивной катушки, присоединённой к цепи транзистора эмиттер-база. Таким образом, в катушке появляется индукционный ток, открывающий и закрывающий транзистор.

7. Укажите основные элементы автоколебательной системы.

        Основные элементы колебательной системы: постоянный источник энергии, колебательный контур, транзистор, обратная связь (катушка индуктивности).

8. Приведите примеры автоколебательных систем.

        В качестве примеров автоколебательных систем можно привести стиральную машину, электрический двигатель, компьютерный “бесперебойник” питания в режиме работы при отсутствии напряжения в осветительной сети (преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный для работы компьютера).

Применение метода аналогий при изучении темы “Генератор на транзисторе”

Генератор на транзисторе является автогенератором электромагнитных колебаний.

Автоколебательные электромагнитные системы по описывающим их законам, аналогичны механическим автоколебательным системам. Под автоколебательной системой понимают такую систему, в которой при отсутствии внешнего периодического воздействия возникают и существуют сколь угодно долго периодические колебания.

Рационально начать изучение темы с повторения механических автоколебательных систем, так как физические основы механических и электромагнитных автоколебаний едины.

Примером механической автоколебательной системы являются маятниковые часы, модель которых изображена на рисунке 1а. В 1657 году голландский физик Христиан Гюйгенс предложил использовать изохронность колебаний маятника для создания равномерного движения стрелки на часах. Устройство, предложенное Гюйгенсом, в его главных чертах сохранилось до настоящего времени: маятник, поднятый груз, анкер и ходовое колесо (рисунок 1б). Обращаю внимание учащихся на то, что в основном маятник движется свободно, получая за период два толчка. Колебания возникают и поддерживаются самой колебательной системой, то есть являются автоколебаниями.

Рисунок 1

Анализируя работу данного механизма, выделяем основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем и объединяем их в блок-схему (рисунок 2)

Рисунок 2

Используя метод аналогий, переходим от механической автоколебательной системы к электромагнитной автоколебательной системе. Анализируем, что можно использовать в качестве источника энергии, клапана, колебательной системы в электрической цепи и как можно осуществить обратную связь между клапаном и колебательной системой.

Одновременно на доске и в тетрадях заполняем таблицу 1.

Таблица 1.

Элементы автоколебательной системы

Механическая автоколебательная система (маятниковые часы)

Электромагнитная

автоколебательная система (генератор на транзисторе)

1

источник энергии

поднятый груз

батарея гальванических элементов

2

клапан

анкер

транзистор

3

колебательная система

маятник

колебательный контур

4

Обратная связь

через ходовое колесо

индуктивная – через катушки

Вспоминаем обозначения составляющих частей автогенератора (рисунок 3 а) и рисуем его схему (рисунок 3 б)

Рисунок 3

По данной схеме объясняем принцип работы генератора на транзисторе, подчеркнув в очередной раз, что это автоколебательная система. В момент подключения источника постоянного тока через коллекторную цепь транзистора проходит ток, заряжающий конденсатор колебательного контура. В контуре возникнут свободные электромагнитные колебания. Так как катушка колебательного контура индуктивно связана с катушкой обратной связи, то ее изменяющееся магнитное поле вызовет в катушке обратной связи переменную ЭДС такой же частоты, как и колебания в контуре. Эта ЭДС, будучи приложена к участку база – эмиттер, вызовет пульсацию тока в цепи коллектора. Так как частота этих пульсаций равна частоте электромагнитных колебаний в контуре, то они подзаряжают конденсатор контура и тем самым поддерживают постоянной амплитуду колебаний в контуре.

Собрав установку, изображенную на рисунке 4б можно продемонстрировать, что в автогенераторе без внешнего воздействия возникли электромагнитные колебания синусоидальной формы. Таким образом, в автогенераторе происходит преобразование энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний.

Поскольку в контуре существуют свободные колебания, то для них контур представляет только активное сопротивление, а потому напряжение на участке эмиттер – коллектор и на участке база – эмиттер должны быть сдвинуты на 180°. Чтобы продемонстрировать это учащимся, необходимо поменять местами провода, подходящие к катушке обратной связи. В этом случае колебания в генераторе не возникнут.

Второе условие работы генератора заключается в следующем: Энергия, поступающая в контур из коллекторной цепи, должна полностью восполнить необратимые преобразования в нем энергии. Это условие обеспечивается обратной связью. Чтобы убедить в этом учащихся, надо приподнять и медленно удалить катушку обратной связи от катушки контура. На экране осциллографа видно, как постепенно уменьшается амплитуда колебаний в контуре и наконец колебания исчезают.

Рисунок 4

На основании проделанных опытов сформулируем вывод, что обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям:

а) энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре;

б) поступающая от источника энергия должна быть равна ее потерям в контуре.

Завершаем изучение темы рассмотрением вопроса о применении электромагнитных автоколебательных систем

Метод аналогий при изучении данной темы позволяет не только лучше усвоить суть вопроса, но и, подчеркнуть единство физических закономерностей механических и электромагнитных колебаний.

что это такое и как оно работает / Хабр

Вступление

Сегодня мы попытаемся понять, что же такое генератор Ройера на примере CCFL конвертера, соберем его прототип, а так же изучим принцип работы.

Предыстория

Попал ко мне в руки давеча нерабочий сканер, чинить его не было никакого смысла, поэтому он пошел на запчасти. Снял я с него CCFL (cold cathode fluorescent lamp) лампу, конвертер и решил с ними поиграться.

Но конвертер оказался нерабочим, а так как поиграться очень хотелось, я решил его восстановить. Так как при замене сгоревшего транзистора у китайской платы начали отслаиваться дорожки, я решил сделать свою, заодно поподробнее изучить принцип работы и написать статью на Хабр, может быть кому-то будет интересно.

Схема и принцип работы

Итак, вернемся к Ройеру. Схема, запатентованная в 1954 году Джорджем Х. Ройером, представляет из себя резонансный автогенератор, собранный по топологии пуш-пулл. Вообще, модификаций этой схемы много, но все они отличаются вариациями обмотки связи, и по принципу работы одинаковы. Есть так же генератор Ройера на полевых транзисторах, но это совсем другая схема. В данной статье мы рассматриваем только модифицированный генератор Ройера на биполярных транзисторах, с обмоткой связи без отвода, наиболее часто использующейся в балластах CCFL. Рассмотрим схему:

При подаче питания ток течет к базе транзистора Q2 через резистор R1. Этот резистор служит только для запуска, и с ним связан один момент, но о нем чуть позже. Транзистор Q2 начинает отпираться и через его переход коллектор-эмиттер и часть первичной обмотки начинает течь ток, а также начинает заряжаться конденсатор C1. В этот момент наводится напряжение в обмотке связи, и ток начинает вытекать из базы Q1, втекая в базу Q2. Транзистор Q1 удерживается запертым, а Q2 открывается еще больше, но, поскольку первичная обмотка с контурным конденсатором C1 составляет колебательный контур, через некоторое время заряженный конденсатор C1 начинает отдавать ток в первичную обмотку в обратном направлении, и в обмотке связи ток начинает течь наоборот. Транзисторы Q1 и Q2 меняют свои состояния на противоположные и процесс генерации стабилизируется на резонансной частоте контура, в результате чего в нем образуются синусоидальные колебания, а во вторичной обмотке наводится напряжение. Дроссель L1 накапливает энергию и отдает ее в момент переключения транзисторов, как бы повышая напряжение питания, а так же с конденсатором C2 составляет LC-фильтр.

Плата и компоненты

Через полчаса работы я развел плату и отправил ее травиться (архив с полезностями, в том числе плата в PDF, доступен по ссылке в конце статьи), а сам успел попить чай.

Я немного изменил схему, в частности, поставил PNP транзисторы, поскольку подходящих NPN под рукой не оказалось, а так же добавил второй резистор.

И добавил я его не просто так, помните, я обещал рассказать о резисторе для запуска? В идеале он должен быть несколько десятков килоом, чтобы не влиять на работу, но суметь запустить процесс, а управление транзисторами должно осуществляться исключительно обмоткой связи. Но хитрым китайцам жалко меди, и поэтому в обмотке связи только два витка, и с резистором положенного сопротивления лампа даже не зажигается. Но они ставят резистор более низкого сопротивления, в результате транзистор с эти резистором в базе работает в более нагруженном режиме, он то и сгорел. Я не стал перематывать трансформатор, а поставил более мощные транзисторы и два резистора. Теперь помимо обмотки связи транзисторы отпираются при помощи этих резисторов, в результате мощность балласта повысилась с 4 до 20 ватт, но это предел как для трансформатора, так и для транзисторов.

Испытания

Теперь мы можем снимать дуги и питать CCFL трубки с этого драйвера. Питание схемы 12 вольт.

Архив с полезностями доступен по ссылке.

Буду рад, если статья была полезной или интересной!

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

ПРОСТЕЙШИЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ

Применение генераторов с колебательными контурами для генерирования колебаний низких частот (ниже 10 кГц) затруднено из-за значительно увеличивающихся номиналов катушек индуктивности и конденсаторов, что влечет за собой увеличение размеров и стоимости генератора.

Поэтому в настоящее время для генерирования низких и инфранизких частот широко используются RC-генераторы, в которых вместо колебательного контура используются RC-фильтры.

RC-генераторы, работая в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до нескольких мегагерц, обеспечивают достаточную стабильность колебаний и имеют малые габариты и массу.

Применение полевых транзисторов в схемах RC-генераторов выгодно отличает их от биполярных транзисторов возможностью использования в цепи положительной обратной связи высокоомных резисторов, что в свою очередь позволяет использовать конденсаторы с меньшими номиналами, обладающие большей стабильностью.

Простейшие RC-генераторы на ПТ изображены на рис. 1. Как известно, условия возбуждения генератора требуют, чтобы цепь обратной связи изменяла на 180° (для однокаскадного генератора) фазу сигнала, поступающего со стоковой нагрузки в цепь затвора.

В схеме генератора, приведенной на рис. 1, а, это достигается выполнением цепи обратной связи из нескольких последовательно включенных простых RC-звеньев. Кроме того, ослабление сигнала при прохождении цепи обратной связи должно компенсироваться усилением каскада.

Для цепей с одинаковыми по значению элементами R и С условие баланса фаз на генерируемой частоте f0 выполняется при следующих соотношениях [2]:

для трёхзвенных f0=0,065/RC;

для четырёхзвенных f0=0,133/RC

Рис. 1. Схемы простейших RC-генераторов.

а – с фазирующей RC-цепочкой; б – с истоковым повторителем; в – с Т-образным RC-мостом.

Для трёхзвенной RC-цепи обратной связи требуемый коэффициент усиления каскада должен быть больше 29 [2, 3], а в четырёхзвенной RC-цепи не менее 18,4.

Для повышения устойчивости работы генератора (из-за шунтирующего действия цепью обратной связи резистора нагрузки Rc) часто вводят дополнительный каскад – истоковый повторитель (рис. 1, б), имеющий высокое входное сопротивление.

Схема генератора с двойным Т-образным RC-фильтром (рис. 1, в), элементы которого выбраны следующим образом: С1=С2=С; С3=С/0,207; R1=R2=R; R3=0,207R – функционирует при условии, если коэффициент усиления каскада не менее 11. При этом частота колебаний

f0=1/2RСπ.

Рассмотренные простейшие RC-генераторы на ПТ не нашли широкого применения из-за присущих им недостатков.

Первый недостаток – это необходимость получения большого коэффициента усиления каскада, который у генератора с трёхзвенной цепью обратной связи должен быть не менее 29, Практическая реализация такого коэффициента усиления затруднительна из-за малого значения крутизны ПТ. Если учесть, что для улучшения формы генерируемых колебаний вводится отрицательная обратная связь, то коэффициент усиления каскада должен быть еще больше.

Второй недостаток – невозможность перестройки в широком диапазоне частот генераторов, выполненных по схеме с RC-цепочка-ми и Т-образным мостом в цепи обратной связи.

ГЕНЕРАТОРЫ, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Наиболее широкое применение среди RC-генераторов нашла схема с фазовым RC-мостом (генератор на мосте Вина), принципиальная схема которого изображена на рис. 2. К достоинствам подобной схемы следует отнести малое затухание и нулевой сдвиг фаз в цепи обратной связи на частоте генерации.

Таким образом, при включении фазового RC-моста для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы усилитель генератора обеспечивал сдвиг фаз 360°.

Частота генерации при равенстве R1=R2=R и С1=С2=С определяется выражением

f0=1/2RCπ     (1)

На этой частоте затухание фазового RС-моста минимально и равно 3. (Затухание β – величина ослабления, которое вносит фазовый RC-мост в проходящий сигнал в зависимости от расстройки Δf – определяется по выражению β=(9+(2Δf)2/f0)1/2 ) Отсюда следует, что минимальный коэффициент усиления, при котором удовлетворяется условие баланса амплитуд, должно быть не менее 3. Благодаря малому значению требуемого усиления появляется возможность введения глубокой отрицательной обратной связи, что ведет к уменьшению уровня нелинейных искажений при работе в широком диапазоне частот.

В схеме рис. 2, а отрицательная обратная связь осуществляется за счет резистора в цепи истока транзистора T1 и введения цепочки R5C3. В качестве резистора R5 использовался малоинерционный термистор ТВД-4, резисторы R1, R2 – типа ПТМН, а конденсаторы С1 и С2 – типа КСО-Г. При указанных на схеме номиналах частота генерации f0=1500 Гц. При изменении температуры в диапазоне от 10 до 50° С была получена относительная нестабильность частоты

Δf/f=0,05% на 10° С.

Фазовый RC-мост имеет в своем составе всего по два одноименных элемента; следовательно, его можно перестраивать в широком диапазоне частот, изменяя значение только двух элементов R1, R2 или С1, С2), что делает перестройку генераторов с такими мостами конструктивно удобной.

На рис. 2, б приведена схема перестраиваемого генератора низкой частоты с фазовым RC-мостом. Частота генерируемых колебаний плавно перестраивается с помощью сдвоенного потенциометра R2, R3. Усилитель генератора двухкаскадный с непосредственной связью. Для стабилизации амплитуды колебаний генератора и его режима работы введена глубокая отрицательная обратная связь как по постоянному, так и переменному току (цепочка R8, R6, R5) Для перекрытия всего звукового диапазона следует ввести переключатель, который одновременно изменял бы емкости конденсаторов RC и С2 в обоих плечах моста.

Рис. 2. Принципиальные схемы генераторов с фазовым RС-мостом.

а – с двухкаскадным усилителем и ёмкостной связью; б – с двухкаскадным усилителем и непосредственной связью.

Рис. 3. Генератор, перестраиваемый в широком диапазоне

а – принципиальная схема; б – структурная схема.

Более сложная схема RС-генератора с использованием полевых транзисторов, позволяющая перестраивать частоту в декадном диапазоне, изображена на рис. 3. Для параметров, указанных на схеме, частота генератора лежит в диапазоне 500 кГц – 5 мГц; однако, изменив ёмкости конденсаторов, можно получить частоты в других диапазонах [4].

Два фазовращателя, фазоинвертор, усилитель и аттенюатор соединяются таким образом, что образуют петлю обратной связи. Схема будет генерировать колебания с частотой, при которой полный фазовый сдвиг составляет 360°. На этой частоте каждый из двух идентичных фазовращателей обеспечивает фазовый сдвиг на 90°.

Управляемый напряжением фазовращатель состоит из конденсатора C1 и транзистора Т2.

Транзисторы Т3, Т4 и конденсатор С3 образуют второй фазовращатель, который работает аналогично первому. Благодаря высокому сопротивлению фазовращателей отпадает необходимость в буферных каскадах. Затворы транзисторов Т2 и Т4 заземлены по переменному току и, следовательно, могут быть соединены. Транзистор Т5 предназначен для усиления сигнала.

Транзистор Т7 и резистор R6 образуют управляемый напряжением аттенюатор, при этом транзистор Т7 используется в качестве управляемого резистора.

Амплитудный детектор состоит из усилителя на транзисторе Т6, диодного детектора Д1 и фильтра R5C5. Когда амплитуда входного сигнала увеличивается, напряжение на затворе транзистора Т7 становится более отрицательным, при этом возрастает динамическое сопротивление транзистора и уменьшается коэффициент усиления в петле обратной связи.

СТАБИЛИЗАЦИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ

Свойство полевого транзистора изменять сопротивление канала в зависимости от приложенного к затвору управляющего напряжения нашло достаточно широкое применение в генераторах для автоматической стабилизации уровня выходного сигнала.

На рис. 4, а приведена схема RC-генератора синусоидальных колебаний с регулируемой отрицательной обратной связью [5]. Двухкаскадный усилитель на полевых транзисторах Т1 и Т3 охвачен положительной обратной связью через элементы R1-R4, С1, С3. Отрицательная обратная связь осуществляется через делитель, состоящий из резистора R6 и управляемого сопротивления канала полевого транзистора Т2 Установление стационарной амплитуды происходит за счет воздействия UВых (через детектор Д1 и его элементов R7, С5) на глубину отрицательной обратной связи и на режим питания транзистора Т1. Инерционность АРУ определяется в основном ёмкостью конденсатора С5 и сопротивлением резистора R7 [5]. Такая автоматически регулируемая отрицательная обратная связь позволяет повысить стабильность характеристик генератора по сравнению с обычной схемой при изменении напряжений питания и температуры окружающей среды. При изменении питания от 18 до 10 В амплитуда выходного сигнала снижалась на 8%.

Рис. 4. Генераторы со стабилизацией амплитуды генерируемых колебаний.

а – RС-генератор с регулируемой ООС; б – LC-генератор с аттенюатором на ПТ.

Несколько иначе осуществляется автоматическая стабилизация уровня выходного сигнала генератора, принципиальная схема которого изображена на рис. 4, б [6]. Напряжение сток – исток полевого транзистора Т1 регулируется переменным резистором R3, установленным в цепи затвора второго транзистора Т2. Часть выходного напряжения через трансформатор L1, L2 поступает на выпрямитель Д1 и фильтр R3C7. В зависимости от положения потенциометра R3 изменяется рабочая точка полевого транзистора, изменяется сопротивление его канала и соответственно амплитуда сигнала на выходе генератора. Потенциометром R3 устанавливают необходимую амплитуду выходного напряжения, которая в дальнейшем автоматически поддерживается на заданном уровне.

Как видно из приведённых выше примеров, использование полевых транзисторов в схемах автоматической стабилизации выходного напряжения генераторов позволяет значительно упростить подобные схемы и уменьшить необходимую мощность управления регулируемого элемента.

ЧМ ГЕНЕРАТОРЫ

В автоматике и телемеханике, измерительной технике возникает необходимость в широкополосной частотной модуляции при низкой несущей частоте. Так, например, в радиотелеметрии с частотным разделением каналов каждому- каналу отводится своя поднесущая частота. Генераторы поднесущих частот – это низкочастотные генераторы, частоты которых промодулированы сигналами от датчиков. Применение LC-генераторов в таких системах нежелательно из-за громоздкости выполнения в низкочастотном диапазоне. Поэтому в качестве задающего частотно-модулированного генератора поднесущей частоты используется RС-генератор.

Частота RС-генератора, как уже говорилось выше, определяется параметрами фазирующей RС-цепочки, изменяя которые определенным образом, осуществляют частотную модуляцию колебаний генератора. Для получения линейной модуляционной характеристики необходимо, чтобы одновременно по линейному закону изменялись отношения 1/R или 1/С фазирующей цепочки.

Рис. 5. ЧМ генератор на ПТ, а – принципиальная схема; б – модуляционная характеристика.

В качестве перестраиваемых напряжением ёмкостей применяются полупроводниковые диоды и транзисторы, используя зависимость ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Существенным недостатком подобного способа является большая нелинейность модуляционной характеристики ЧМ генератора из-за нелинейного изменения ёмкости от приложенного напряжения.

Полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы можно использовать и в качестве переменных сопротивлений. Однако такому способу получения ЧМ свойственны следующие недостатки [11]: нелинейность модуляционной характеристики при больших девиациях частоты; большая амплитудная модуляция; плохая развязка источника модулирующего сигнала и автогенератора; значительная мощность, потребляемая управляющей цепью.

Перечисленных недостатков лишен способ осуществления ЧМ с помощью полевых транзисторов. Применение ПТ в качестве переменных сопротивлений в фазирующей цепи RС-генератора позволяет реализовать их важное достоинство – линейную зависимость проводимости канала от управляющего напряжения и высокое входное сопротивление частотного модулятора.

На рис. 5 изображена принципиальная схема ЧМ генератора с фазовым RС-мостом и его модуляционная характеристика для ПТ (Т{Г2) типа КП103Ж и КП103М, используемых в качестве переменных резисторов.

Резисторы R1 и R2 включены для уменьшения глубины девиации до необходимой; кроме того, используя резисторы с отрицательным ТКС, можно уменьшить влияние температурных изменений сопротивления канала ПТ на стабильность частоты генератора. С помощью источника смещения Eсм устанавливают необходимое значение сопротивления каналов ПТ при управляющем (модулирующем) сигнале UBX=0.

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Релаксационные генераторы низких частот имеют большую постоянную времени. В мультивибраторах, выполненных на биполярных транзисторах, для получения большой постоянной времени используются электролитические конденсаторы с большой ёмкостью, обладающие невысокой стабильностью. Высокое же входное сопротивление полевых транзисторов позволяет получать необходимую постоянную времени в релаксационных схемах без использования конденсаторов с большой ёмкостью. Поэтому в тех случаях, когда требуется реализовать постоянные времени примерно несколько секунд или минут, целесообразно использовать полевые транзисторы.

В схеме, изображенной на рис. 6, а, два полевых транзистора включены по схеме истоковых повторителей, а два биполярных транзистора являются переключателями. Принцип работы схемы аналогичен принципу работы обычного мультивибратора, причём комбинацию биполярного и полевого транзистора следует рассматривать как некоторый активный элемент. Таким образом, в схему вносится высокое входное сопротивление полевых транзисторов и одновременно обеспечивается большое полное усиление. Биполярные транзисторы не входят в состояние насыщения, так как напряжение их коллекторов питает стоки полевых транзисторов. В результате такого соединения мультивибратор устойчиво самовозбуждается; поскольку рабочие точки транзисторов смещены в линейную область, любое изменение входного тока вызывает изменение коллекторного напряжения. Эта схема хорошо работает и на высоких частотах.

Рис. 6. Схемы мультивибраторов на ПТ.

а – с ненасыщенными биполярными транзисторами; б – с насыщенными биполярными транзисторами.

Длительность пребывания мультивибратора в каждом из состояний определяется разрядом конденсатора С1 или С2 через резистор цепи затвора. Когда напряжение достигает значения, равного напряжению отсечки полевого транзистора, изменение тока истока заставляет схему перейти в другое состояние. Если ёмкость каждого конденсатора С1 и С2 равна 4 мкФ, то, изменяя R1 и R2 в сторону увеличения, можно повысить длительность периода мультивибратора от 8 мс до 6 мин. Если ёмкость каждого из конденсаторов выбрать равной 100 пФ, то частоту можно изменить от 100 Гц до 3 мГц [7]

Несколько иначе выполнен мультивибратор, схема которого изображена на рис. 6, б [1]. Рассмотрим принцип действия этой схемы. Допустим, что транзистор Т1 переходит в состояние насыщения, тогда на затворе Т4 появляется положительный потенциал и транзисторы Т4 и Т2 закрываются. Скачок напряжения на коллекторе Т2 приводит к надежному открыванию транзисторов Т1 и Т3. Ток смещения, текущий к затвору Т3 через резистор R2, поддерживает его в этом состоянии. Конденсатор С1 разряжаясь через резистор уменьшает напряжение смещения на затворе Т4. Когда напряжение Uзи транзистора Т4 уменьшается до напряжения отсечки, транзисторы Т4 и Т2 начинают проводить и быстро открываются, в то время как Т1 и Т3 закрываются. Длительность импульса мультивибратора определяется по формуле [1]

    (2)

где Ес – напряжение источника питания.

При номиналах деталей, указанных на схеме рис. 8, б, получена длительность импульса примерно 25 с.

ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Используя источник неизменного тока на полевом транзисторе в генераторе пилообразного напряжения, можно получить пилу, линейность и наклон которой почти не зависят от случайных изменений управляющего напряжения. Кроме того, полевые транзисторы позволяют реализовать схемы генераторов развертки с такими значениями линейности и длительности, которых трудно достигнуть при использовании биполярных транзисторов.

Генератор пилообразного напряжения, изображенный на рис. 7, состоит из источника постоянного тока на полевом транзисторе T1, конденсатора переменной ёмкости С1 и однопереходного транзистора Т2. С помощью потенциометра R2 устанавливается значение постоянного тока стока полевого транзистора Т1, соответствующее термостабильной точке ПТ. Отрицательная обратная связь, создаваемая включенными в цепь истока резисторами R1 и R2 с большим сопротивлением, обеспечивает стабильный ток стока несмотря на наличие изменений напряжения питания. Этот ток линейно заряжает конденсатор переменной емкости С1 до напряжения запуска однопереходного транзистора Т2. Время заряда является функцией ёмкости конденсатора С1 [8].

Рис. 7. Схема генератора пилообразного напряжения.

Изменяя ёмкость конденсатора С1, можно регулировать частоту повторения выходного сигнала генератора в диапазоне от 500 Гц до 50 кГц. Накопительный конденсатор быстро разряжается через проводящий переключатель на транзисторе Т2. Пилообразное напряжение с конденсатора С1 подается на выход через эмиттерный повторитель на транзисторе Т3. Амплитуда выходного сигнала определяется положением движка потенциометра R4 и может регулироваться в пределах от 0 до 8 В [8]. Во всём диапазоне частот нелинейность пилообразного напряжения в данной схеме не превышает 1%.

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Одним из самых важных параметров генераторов является стабильность частоты генерируемых колебаний. Жёсткие требования к стабильности и воспроизводимости частоты в современных радиотехнических устройствах удается удовлетворить при использовании кварцевых генераторов.

Рис. 8. Схема кварцевого генератора.

Ламповые кварцевые генераторы в большинстве практических случаев являются неприемлемыми ввиду таких недостатков, как большая потребляемая мощность, большие габариты и масса. Кроме того, сама лампа является источником тепла, что затрудняет термостатирование генератора.

Ввиду малого входного сопротивления биполярных транзисторов кварцевый резонатор в автогенераторах включают только между базой и коллектором.

Полевые транзисторы, в которых отсутствуют перечисленные выше недостатки электронных ламп и биполярных транзисторов, в настоящее время достаточно часто используются в схемах кварцевых генераторов.

Наиболее широкое применение нашли кварцевые генераторы на ПТ, выполненные по схеме ёмкостной трёхточки (рис. 8). Достоинствами такой схемы являются простота выполнения, отсутствие паразитных колебаний, малая рассеиваемая мощность, простота регулировки режима и наладки. Высокая стабильность генерируемой частоты при изменении питающего напряжения в схеме достигнута применением автоматического смещения (резистора в цепи истока) и использованием больших ёмкостей постоянных конденсаторов в цепях затвора и стока генераторного каскада (чем больше эти ёмкости, тем меньшее влияние на частоту колебаний будут оказывать нестабильные межэлектродные ёмкости транзистора). При вариации питающего напряжения от 3 до 9 В частота генератора изменяется не более чем на 1 Гц при номинальном значении 1МГц [10].

А.Г. Милехин

Литература:

  1. Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970.
  2. Барсуков Ф. И. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М., «Энергия», 1964.
  3. Гоноровский И. С Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Советское радио», 1971.
  4. Ван дер Гиир. Перестройка RC-генератора в декадном диапазоне с помощью полевых транзисторов. – «Электроника», № 4, 1969.
  5. Крисилов Ю. Д. Автоматическая регулировка и стабилизация усиления транзисторных схем. М., «Советское радио», 1972.
  6. Проссер Л. Стабильные генераторы на полевых транзисторах. – «Электроника», 1966, № 20.
  7. Ханус, Мартинес. Стабильный НЧ мультивибратор с двумя ПТ. – «Электроника», 1967, №1.
  8. Илэд Л. Использование полевого транзистора для получения стабильного пилообразного напряжения. – «Электроника», 1966, № 16.
  9. Экспресс-информация «ПЭА и ВТ», 1973, № 47.
  10. Кинг Л. Стабильный кварцевый генератор на полевом транзисторе. – «Электроника», 1973, №13.
  11. Игнатов А.Н. Применение полевых транзисторов типа КП103 в аппаратуре связи. – В книге: Тенденции развития активных радиокомпонентов малой мощности. Новосибирск, “Наука”, 1971.
BACK MAIN PAGE

Устройство и принцип действия генераторов гармонических колебаний

Устройство и принцип действия генераторов  Общие сведения. Электронными генераторами гармонических колебаний называют автоколебательные системы, в которых энер­гия источников питания постоянного тока преобразуется в энергию незатухающих электрических сигналов переменного тока требуемой частоты. Электрические сигналы, формируемые генератором, должны быть стабильными по частоте и амплитуде, синусоидальными по форме. По принципу действия различают генераторы с самовозбуж­дением (автогенераторы) и с внешним (посторонним) возбуждением. Автогенераторы используют в качестве возбудителей колебаний требуемых частот, т. е. задающих генераторов. Получаемые от них колебания поступают в последующие каскады с целью усиления мощности или умножения частоты. Генераторы с внешним возбуж­дением являются по существу усилителями и служат для усиления мощности или умножения частоты высокочастотных колебаний.

Автогенератор представляет собой резонансный усилитель (нагрузкой служит резонансный контур) с положительной обратной связью в котором выполнено условие самовозбуж­дения KР=1. Если это условие выполняется только для одной частоты, генерируемые колебания имеют синусоидальную форму, если для многих частот, — сложную форму. Обычно это ус­ловие реализуется в генераторах релаксационных (несинусоидаль­ных) колебаний — мультивибраторах, блокннг-генераторах и др.

Принцип действия. Функциональная схема автогенератора состоит из колебательной системы КС (обычно конту­ра), в которой возбуждаются требуемые незатухающие колебания; источника электрической энергии ИЭ (источника питания), благо­даря которому в контуре поддерживаются незатухающие колеба­ния; усилительного элемента УЭ (транзистора или лампы), с по­мощью которого регулируется подача энергии от источника в кон­тур; элемента обратной связи ЭОС, который осуществляет подачу возбуждающего переменного напряжения из выходной цепи во входную.

По способу осуществления обратной связи различают автоге­нераторы с

  • индуктивной (трансформаторной или автотрансформа­торной)
  • емкостной ОС.

Применяют также схемы двухконтурных генераторов с электронной связью и обратной связью через меж­дуэлектродные емкости.Схемы автогенераторов с индуктивной (трансформаторной) обратной связью. При включении источ­ников питания в коллекторной (анодной) цепи транзистора (лам­пы) возникает ток коллектора, который заряжает конденсатор колебательного контура. После заряда конденсатор разряжается на катушку, В результате в контуре LK CK возникают свободные ко­лебания с частотой fо = 1/(2п\/ LKCK), индуктирующие в катушке связи Lc переменное напряжение той же частоты, с которой проис­ходят колебания в контуре. Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора (анода). Переменная составляющая тока воспол­няет потери энергии в контуре, создавая на нем усиленное тран« зистором переменное напряжение.

Процесс возникновения колебаний в генераторе. В начальный момент (при включении источника пи­тания) свободные колебания в контуре имеют малую амплитуду, поэтому индуктированное этими колебаниями напряжение возбуж­дения на базе транзистора Uб или сетке лампы Uc невелико. После усиления сигнала усилительным элементом ток в контуре iK(i*) воз­растает, в результате чего увеличивается амплитуда напряжения возбуждения U6(Ue), а следовательно, и амплитуда тока в контуре. В установившемся режиме рост тока в контуре ограничивается сопротивлением потерь контура а также затуханием, вносимым в контур за счет прохождения тока по обмотке ОС. Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся лишь при выпол­нении фазового (баланс фаз) и амплитудного (баланс амплитуд) условий самовозбуждения генератора. Фазовое условие сводится к тому, что в схеме генератора долж­на быть установлена положительная ОС между выходной и вход­ной цепями транзистора (лампы). В этом режиме обеспечивается восполнение потерь энергии в контуре. Фазовое условие самовоз­буждения выполняется, если суммарный сдвиг фаз усилительной цепи К и цепи обратной связи 0 составляет 2лп, где-n=0, 1, 2. .. Фазовое условие удовлетворяется, если переменное напряжение на входе усилительного элемента изменяется в про-тивофазе с переменным напряжением на« контуре выходной цепи. Обычно резонансное сопротивление параллельного контура име« ет чисто активный характер. При воздействии»на базу (сетку) сиг­нала с частотой, равной частоте резонанса, напряжение на коллек­торе (аноде) будет сдвинуто по фазе на 180° (как в обычном резиг сторном каскаде усиления). Напряжение, индуктируемое в обмотке обратной связи Lc за счет тока Iк, проходящего через контурную катушку LK, равно Uр=±jw0MIк, где М — коэффициент взаимоин­дукции между катушками. Правильная фазировка колебаний дости­гается соответствующим включением в схему концов катушки ОС, при котором U$ = — jwоМIк.  В этом случае общий фазовый сдвиг в схеме фк+фр =0, т. е. установится положительная ОС.

Амплитудное условие самовозбуждения схемы состоит в том, что для возникновения автоколебательного режима затухание сиг­нала, вносимое цепью ОС, должно компенсироваться усилителем. Глубина положительной ОС должна быть такой, чтобы полностью восполнялись потери энергии в контуре. При положительной ОС коэффициент усиления  k$ =K/(1 — pK). Коэффициент передачи цепи ОС, показывающий, какая часть переменного напряжения контура подается на базу (сетку) усили­тельного элемента в установившемся режиме работы генератора. Учитывая, что усилитель с положительной ОС переходит в ре­жим генерации при условии k$ >1, коэффициент передачи цепи ОС, при котором обеспечивается самовозбуждение, р>1/Kуст. Для транзисторной схемы коэффициент усиления на резонансной часто­те в установившемся режиме где S, Ri, м — статические параметры лампы. При удовлетворении условий баланса фаз и амплитуд в схеме автогенератора возможно установление колебательного режима.

Режимы возбуждения. Генерация колебаний зависит от выбора параметров контура и усилительного элемента, а также от началь­ного режима работы. При выборе исходной рабочей точки на пря­молинейной части характеристики получаем мягкий режим самовоз­буждения, при котором достаточно небольшого изменения тока, чтобы развивались колебания. Если рабочая точка выбрана в области нижнего изгиба харак­теристик (при большом напряжении смещения), то крутизна мо­жет оказаться недостаточной для обеспечения генерации при выбран­ном значении коэффициента взаимоиндукции М. В этом режиме, называемом режимом жесткого самовозбуждения, возбуждение ге­нератора возможно лишь при большой амплитуде напряжения воз­буждения. В транзисторной схеме автогенератора для получения мягкого режима самовозбуждения ,на базу транзистора относительно эмиттера подают- начальное напряжение смещения EСм= — ER2 с делителя R1R2. По мере нарасташш амплитуды коле­баний начинает преобладать падение напряжения на резисторе Ra, поэтому в устанавившемся режиме смещение на базе станет поло­жительным: EСм=IэRэ — ЕВ2. При этом генератор переходит в более экономичный жесткий колебательный режим с малыми углами от­сечки коллекторного тока.

В ламповой схеме генератора  мягкое само­возбуждение с последующим переходом от мягкого режима к жест­кому осуществляется автоматически с помощью цепи Rc Cc, вклю­чаемой в цепь сетки. При этом лампа Л должна работать в режиме сеточных токов. В начальный момент смещение на сетке отсутству­ет, а крутизна велика. С ростом напряжения возбуждения появля-ется сеточный ток, который обеспечивает заданное смещение

Электропитание автогенераторов. Схемы автогенераторов являются схемами с последовательным питанием. поскольку транзистор (лампа) и колебательный контур LK CK по отношению к источнику £к или Е& включены последовательно и через них проходит постоянная составляющая коллекторного (анод* ного) тока. В этих схемах приближение руки к контуру LK CK (на­пример, при настройке) влияет на его емкость, а следовательно, и частоту. Кроме того, в ламповой схеме контур относительно корпуса находится под сравнительно высоким напряжением анодного источ­ника, что неудобно при обслуживании. Однако схема с последова-тельным питанием содержит меньше блокировочных элементов (кон­денсаторов, дросселей).

В схемах автогенераторов с параллельным питанием транзистор (лампа), контур LKCK и источник пи­тания Ек(Еа) включены параллельно. Принцип действия генератора, собранного по этой схеме, в основном аналогичен принципу действия генератора с последовательным питанием. Разделение переменной и постоянной составляющих коллекторного (анодного) тока дости­гается заградительными дросселями L3 и конденсаторами Ср.. Пере­менная составляющая коллекторного (анодного) тока, для которой дроссель представляет большое, а конденсатор малое сопротивле­ние, в основном проходит через транзистор (лампу) и контур, вос­полняя в нем потери энергии. Если бы в схеме не было дросселя L3, переменная составляющая тока, замыкаясь через источник, не поступала бы в контур и возникновение колебаний было бы невоз­можно. При отсутствии в схеме конденсатора Ср постоянный ток от источника ЕК(Е&), замыкаясь через дроссель L3 и катушку LK, мог бы заметно возрасти и вызвать перегрузку источника и недо­пустимый нагрев катушек L3 и LK.

Генератор на транзисторах – Справочник химика 21

    Основным элементом потенциостата является усилитель постоянного тока с преобразованием постоянного тока в переменный на входе и обратным преобразованием на выходе усилителя. Преобразование на входе осуществляется генератором (транзистор Ti), колебательный контур которого состоит из катушки индуктивности Li и емкостей стабилитронов (Дг—Дз), работающих как электрически управляемые конденсаторы-вари-конды. Напряжение разбаланса изменяет емкость стабилитронов и амплитуду генерируемого транзистором напряжения. Таким образом, на входе усилителя происходит преобразование сигнала рассогласования в соответствующее значение амплитуды генерируемого напряжения. Входное сопротивление преобразователя не ниже 10 ом. Усиление напряжения генерации про- [c.213]
    Другим типичным режимом работы транзисторов является импульсный (ключевой) режим, когда требуется получить скачки тока или напряжения от минимального до максимального значения. В этом режиме, за исключением моментов скачка (переключения), транзистор находится в одном из двух устойчивых состояний – в закрытом состоянии, характеризуемым практически нулевым выходным током /к (точнее, тепловым током /о коллекторного р-п-перехода) и максимальным напряжением Е, либо в открытом (насыщенном) состоянии с максимумом тока /к и минимумом напряжения (точка А). Такой режим работы широко используется в генераторах импульсных напряжений, в цифровых логических и запоминающих устройствах ЭВМ, в электронных переключателях. [c.30]

    Полупроводниковые генераторы СВЧ-колебаний [14, 15] используют в качестве активных элементов следующие полупроводниковые приборы лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна, туннельные диоды, параметрические приборы, СВЧ-транзисторы и др. Полупроводниковые генераторы имеют общеизвестные преимущества [c.110]

    Рассмотрим кратко принцип действия и построения СВЧ-гене-раторов, типичных для средств радиоволнового неразрушающего контроля. В состав каждого из таких генераторов входят (рис. 4.3, 4.4) активный элемент, поддерживающий СВЧ-колебания (диод, транзистор, клистрон или др.) резонансная система Р, определяющая частоту СВЧ-колебаний (резонатор, отрезок волновода или длинной линии и т. д.), и стабилизированный блок питания СБП, создающий одно или несколько напряжений постоянного, переменного или импульсного напряжения. Помимо этих основных блоков в генераторе может быть модулятор МЛ, изменяющий амплитуду колебаний, и блок управления частотой колебаний механическим или электрическим путем БУЧ. [c.111]

    К третьей группе СВЧ-генераторов относятся полупроводниковые приборы на базе СВЧ-транзисторов. Диапазон генерируемых частот составляет единицы ГГц. Перестройка частоты осуществляется подбором индуктивности и сопротивлений в цепях питания. Основными преимуществами являются малое значение питающих напряжений и токов и возможность конструктивного исполнения в микрополосковых линиях. [c.426]

    Пилообразное напряжение приложено к переходу база — эмиттер усилителя-формирователя (транзистор Гг), на коллекторе которого выделяются прямоугольные импульсы. Эти импульсы через разделительную емкость С5 поступают на вход ждущего блокинг-генератора. Запускающий импульс блокинг-генератора открывает симистор Ди, в результате чего возникает напряжение на нагрузке. [c. 100]


    При подаче напряжения сети 220 В на вход питание поступает на трансформатор ТРу и выпрямитель Д1—Д4-При замкнутом контакте Ру-2 конденсатор Су заряжается до 10 В от выпрямителя Дз. Выпрямитель Дэ—Дю подает положительные полуволны частотой 100 Гц на базу транзистора Ту (рис. 2-6,а), который с конденсатором i образует генератор пилообразного напряжения (рис. 2-6,6). [c.103]

    Прямоугольные импульсы передним фронтом запускают блокинг-генератор, собранный на транзисторе Г4 и на импульсном трансформаторе ГРг- [c.104]

    Для анализа технических продуктов применяют реактивы с маркой чда , в которых примеси могут быть в количестве от 10 5 до 0,4%. Аналитические работы при научных исследованиях требуют еще более чистых реактивов — марки хч , где содержание примесей должно быть в пределах от 5-10 до 5-10 2%. До последнего времени такая степень чистоты вполне удовлетворяла химиков-аналитиков и производственников. Современная техника предъявляет высокие требования к чистоте новых материалов, применяющихся в производстве транзисторов, квантовых генераторов, топливных элементов счетно-решающих устройств и т. д. Некоторые материалы должны иметь не более 1 атома примесей на 10 атомов основного вещества. Возникла необходимость иметь особо чистые вещества оч , в которых не должно быть примесей больше 10 %. [c.6]

    Нарушение линии блокировки переводит транзистор Т1 в режим отсечки коллекторного тока, в результате чего реле РЗ обесточивается и выдает своими контактами сигнал тревоги на пульт централизованного наблюдения. Одновременно реле РЗ включает релаксационный генератор и реле выдержки времени звукового сигнала тревоги. Сигнальная лампа, подключенная к прибору, загорается пульсирующим светом, а длительность звучания звукового сигнализатора, определяемая реле выдержки времени, составляет 1,5 ,5 мин. [c.15]

    Полупроводниковый триод (транзистор) используется в преобразователе как генератор переменного напряжения, которое трансформируется в высокое напряжение с последующим умножением и выпрямлением. Преобразователь с полупроводниковым триодом (рис. 3. 14) работает следующим образом. [c.123]

    В качестве средств регулирования генераторов НД-5000/2500 использованы электромашинные усилители ЭМУ-25 и для генераторов НД-1500/750, НД-1000/500— выходные блоки на мощных полупроводниковых приборах или магнитных усилителях. Устройство осуществляет также сигнализацию отклонений и отсчет времени процесса нанесения покрытий. Конструктивно комплекс автоматических приборов оформлен в виде трех самостоятельных блоков—реверсирования, в котором применены транзисторы, регулирования средней плотности тока и реле времени, а также управляемого источника тока для возбуждения генератора, питающего ванну. Задающей частью для реверсирования служит несимметричный мультивибратор на двух транзисторах. Реле времени представляет ионное реле с регулируемой длительностью импульсов. От импульсного реле работает шаговый искатель, щетка которого, совершив полный оборот, отключает и дает сигнал об окончании процесса. 202 [c.202]

    Для ионных счетчиков и фотоумножителей требуются высокие напряжения при малом токе (несколько киловольт при токе менее чем 1 мА). Эти требования могут быть удовлетворены при использовании генератора (который обсуждается ниже), дающего переменный ток с частотой в несколько сотен килогерц. Напряжение на выходе можно очень сильно увеличить применением трансформатора с воздушным сердечником и выпрямителя. Требования к фильтрам при такой частоте легко удовлетворяются. Сейчас созданы генераторы на двух мощных транзисторах с трансформатором и выпрямителем в одном корпусе. [c.559]

    Ультразвуковые генераторы на транзисторах конструируют как по схеме с независимым возбуждением, так и но схеме с самовозбуждением каждый каскад усиления таких генераторов работает в режиме переключения. При мощности 50—100 вт используют двухтактную схему, [c.67]

    В годы второй мировой войны в связи с потребностями радиолокационной техники были разработаны детекторы из германия и кремния. Исследование этих полупроводниковых материалов привело американских ученых Бардина и Браттейна в 1948 г. к созданию транзистора, теория которого была разработана В. Шокли. С этого времени начинается промышленный выпуск многих типов полупроводниковых приборов и, в первую очередь, диодов,, усилительных триодов, мощных выпрямителей, индикаторов излучения, а также преобразователей световой и тепловой энергии в электрическую. За последние годы на основе полупроводников созданы магниточувствительные приборы, измерители механических деформаций, излучатели света и в том числе квантовые генераторы — лазеры, позволяющие получать направленный луч света высокой интенсивности. Одним из весьма перспективных направлений является использование полупроводников в качестве управляемых катализаторов химических реакций. [c.10]


    Генераторы этого типа дают короткие импульсы с большой скважностью. Их недостатком является низкий КПД 30—40%), что объясняется большими потерями в токоограничивающих резисторах 2. Длительность и частота импульсов зависят от емкости и сопротивления контура и могут регулироваться лишь крупными ступенями. Более гнбш схемы, в которых начало разряда обусловливается работой специального коммутирующего устройства, нормально запирающего разрядную цепь и отпирающего ее в нужное время (рис. 9.6). Таким путем можно получать короткие импульсы большой мощности и большой скважности, но с высокой частотой следования, обеспечивающие большую производительность при высоком классе чистоты обрабатываемой поверхности. В качестве коммутирующих элементов могут служить тиратроны, электронные лампы, тиристоры и транзисторы. [c.367]

    ИНДИЯ АНТИМОНИД InSb, серые крист, с металлич. блеском Гпл 546 °С в воде и орг. р-рителях не раств. Получ. сплавлением In со Sb. Полупроводниковый материал для детекторов ИК излучений, фотоэлементов, датчиков эффекта Холла, сверхвысокочастотных транзисторов. ИНДИЯ АРСЕНИД InAs, темно-серые крист, с металлич. блеском ( л 943 °С, не раств. в воде и орг. р-рителях. Получ. сплавлением In с As. Полупроводниковый материал для фотоэлементов, датчиков эффекта Холла, детекторов ИК излучений, термоэлектрич. генераторов, сверхвысокочастотных транзисторов. [c.220]

    Электрические цепи, из которых состоит то или иное функциональное электронное устройство (усилители, генераторы, аналоговые и цифровые преобразователи электрических сигналов), в свою очередь состоят из соответствующих элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивных катушек, диодов, транзисторов, источников электрической энергии и т.п.). Цепи и устройства могут изготавливаться в едином технологическом цикле и представлять собой отдельную неделимую конструкцию – аналоговую или цифровую интегральную микросхему. Следует заметить, что термин схема , изначально означавший графическое изображение электрической цепи или устройства, часто отождествляют с самой цепью или устройством, особенно в микроэлектронике. В современной электронике под элементами электроннсЗй схемы подразумевают и интегральные микросхемы, состоящие из определенного количества относительно простых элементов, а также большие и сверхбольшие интегральные микросхемы – БИС и СБИС, которые могут содержать до 10 и более элементов.[c.22]

    При замыкании контактов ТК, транзистор У8 закрывается, базовая цепь однопереходиого траизисюра обесточивается, генератор прекращает свою работу, и тиристор отключает нагрузку отцепи переменного тока. Ток, проходящий через замкнутые контакты ТК, при этом определяется наиряжеинеы питания схемы управления и величиной суммы сопротивлений + R3 (около 0.2 мА). Питание схемы управления осуществляется от сети переменного тока через выпрямитель на диоде У6, стабилизатор иа рези сторе Н8, стабилитроне М7 и сглаживающем конденсаторе С/. [c.161]

    Схема с полевыми транзисторами имеет в частности то преимущество, что выключатель, в противоположность тиристорным нли тиратронным схемам, в определенный момент времени может быть снова разомкнут. Можно, например, после по-> тупления эхо-сигналов снова сделать излучатель (передатчик) высокоомным. Имеется также возможность повысить к.п.д. схемы, если отключать излучатель точно в тот момент, когда ко- лебательный элемент заканчивает первую половину волны своего механического колебания ( Square Wave Puiser — генератор прямоугольных импульсов). Благодаря этому удается избежать того, что схема излучателя снова отнимает энергию от колебательного элемента во время последующих периодов колебания. [c.207]

    Усилительное устройство для контактных термометров типа УКТ-4У2 по принципу действия представляет собой тиристорный выкл10чат( ль (рис. 10). После подачи питания на устройство При разомкнутых контактах ТК транзистор Уй открыт отрицательным потенциалом, подаваемым на его базу через резистор Rl. Генератор, состоящий КЗ однопереходно10 Транзистора резисторов Н2, Н4, К5 и конденсатора С2, включается в работу и генерирует импульсы с частотой порядка 7.5 кГц. Эти импульсы открывают тиристоры, осуществляя теы самым подключение нагрузки к цепи переменного тока. Контакты ТК при этом находятся под напряжением. [c.161]

    Арсенид индия 1пАз тоже применяется в инфракрасных детекторах, а также в приборах для измерения напряженности магнитного ноля. Для производства квантовых генераторов, солнечных батарей, транзисторов и других приборов перспективен и фосфид индия. Однако получить это соединение очень трудно оно плавится при 1070° С и одновременно разлагается. Избежать этого можно только создав в реакторе большое (порядка десятков атмосфер) давление паров фосфора. [c.38]

    Первый электрический прибор, сравнимый по точности с лучшими оптическими детекторами, был описан Гордоном и др. [34]. Эти авторы, по существу, использовали кондуктометрический метод, в котором измеряли на переменном токе сопротивление в канале, где движется граница, с помощью восьми небольших платиновых полосок (толщиной 0,01 мм и шириной 1,0 мм), впаянных в противоположные концы канала. В конструкцию ячейки, аналогичной изображенной на рис. 9,6, для изоляции проводов, идущих к микроэлектродам-зондам, от земли были внесены заметные усложнения. Для регистрации сопротивления между микроэлектродами-зондами применяли довольно простую цепь переменного тока, схематически представленную на рис. 14. Ячейку изолировали от остальной части электрической схемы двумя большими конденсаторами и емкостью 0,02 мкФ, что позволяет проводить измерения с помощью переменного тока, не прерывая постоянный. Генератор колебаний с частотой 20 кГц дает на переменном сопротивлении напряжение 1 В. Падение напряжения на фиксированном сопротивлении усиливается и после выпрямления транзистором Т регистрируется самописцем фирмы “Эстер-лайн-Энгус с пружинным приводом. Установлено, что величина Дс, определенная по выходному сигналу в соответствии с анализом эквивалентной схемы, завышена на 10%. Это обусловлено, по-видимому. [c.103]

    Зистор fi замкнут, то ключ (составной транзистор Tz—Т з) разомкнут и конденсатор заряжается током базы транзистора Т . В результате повышения напряжения на конденсаторе Сх транзистор Т запирается, что приводит к открытию составного транзистора Гг— (ключ замыкается). Схема удерлшвается в этом положении некоторое время, определяемое временем разряда конденсатора С1, так как положительный потенциал заряженного конденсатора прикладывается к базе транзистора Ти оставляя его в закрытом состоянии. Конденсатор С1 разряжается через транзистор Г4, сопротивление которого зависит от величины выходного напряжения. При возрастании выходного напряжения сопротивление транзистора Т , уменьшается, при уменьшении выходного напряжения — увеличгшается, что приводит к изменению скорости разряда конденсатора, а следовательно, и времени открытого состояния ключа, так как при разряде конденсатора С1 снимается запирающее напряжение с базы транзистора Ти Это приводит к его открытию и соответственно к закрытию составного транзистора Гг—Гз (ключ размыкается). Дальше все повторяется, причем в зависимости от величины выходного напряжения меняется время открытого состояния составного транзистора, что приводит к поддержанию выходного напряжения на заданном уровне. Так как приведенная схема не имеет специального задающего генератора, то частота работы ключа колеблется в широких пределах. [c.88]

    Генератор пилообразного напряжения собран на транзисторе на базу которого подаются положительные полуволны напряжения частотой 100 Гц (рис. 2-39,а). При действии положительной полуволны транзистор T закрыт, при этом происходит заряд конденсатора С1 через резистор Кз- В момент времени tl (при переходе синусоиды через О) транзистор открывается и конденсатор С разряжается через переход коллектор— эмиттер. Образующееся пилообразное напряжение (рис. 2-39,6) подается на формирователь-усилитель синхронизирующих импульсов, собранный на транзисторах и Т3. Кроме пилообпазного нацряже-10 . 147 [c.147]

    При снижении напряжения ниже 2 В УКН обесточивает СН, и он прекращает работу. При нормальном входном напряжении на выходе СН обеспечивается напряжение порядка 1,85 В с точностью 0,05 В. Наличие напряжения на выходе СН определяется по свечению зеленого светодиода, включенного параллельно выходу. Стабилизированным напряжением постоянного тока питаются датчик Д и преобразователь напряжения ПН. Датчик, как и все термокаталитические датчики, состоит из реакционной камеры, внутри которой помещены рабочий и компенсационный чувствительные элементы, и мостовой измерительной схемы, плечами которой являются спирали чувствительных элементов. Выходной сигнал датчика, пропорциональный концентрации метана, поступает на усилитель постоянного тока УПТ, откуда после усиления подается на устройство формирования команд УФК. Питание УПТ и УФК осуществляется от ПН, представляющего собой одно-тактный генератор звуковой частоты, собранный на одном транзисторе и трансформаторе. Невы-прямленное повышенное выходное напряжение ПН служит источником напряжения для звуковой и световой сигнализации ЗСС, а выпрямленное, сглаженное и отстабилизированное напряжение — для питания УПТ и УФК. В УФК формируются следующие команды команда на включение звуковой, световой аварийной сигнализации и отключение машины при достижении ПДК метана. В этом случае включение машины при помощи кнопки [c.764]

    Применение полевых транзисторов позволило создать импульсные генераторы, преобразующие входные сигналы напряжением от 1 мкВ до 2 В точно в частотный диапазон 1 Гц — 2 МГц. Наименьшие доступные измерению площади составляли 1 мкВ-с, а наибольшие расчетные значения для счетчика— 10 —10 мкВ-с в 7 или 8 счетных декадах либо в полуло- [c.422]

    Генератор на б—10 Мгц для возбуждения колебаний в кварцевой пластинке собран на трех транзисторах типа П414 и П416А по осцилляторной схеме Монтаж схемы генератора возбуждения выполнен печатным способом. Печатная плата заключена в закрытый экран из дуралюминия. На верхней торцовой стенке экрана расположены тумблер для подключения питающего напряжения и два высокочастотных разъема, один из которых служит для присоединения в схему кварцевой пластинки, находящейся в рабочей камере, а другой — для подачи выходного сигнала от кварцевого резонатора на вход измерителя частоты. В качестве последнего использован кварцевый частотомер-калибратор марки 41-5 с погрешностью измерения частоты при использовании основного кварцевого генератора, равной +5 -10 3//С за 15 суток, но не лучше +1 -10 fx dz (- — коэффициент кра гности сравниваемых частот по фигурам Лиссажу). Для повышения стабильности работы возбуждающего генератора последний был помещен в камеру водяного термостата, вода из которого одновременно используется и для температурной стабилизации кварцевой пластинки в рабочей камере с точностью Г. [c.161]

    Триггеры и генераторы колебаний. Электронное пороговое устройство (с двумя устойчивыми состояниями выходного сигнала) называют триггером. Так,-в триггере Шмитта (рис. 41, а) положительная обратная связь осуществляется через сопротивление Яа- При отсутствии ВХОДНОГО сигнала или малой его величине транзистор Т1 закрыт, а Т2 открыт. При подаче на вход Т1 достаточно большого отрицательного сигнала Усраб транзистор Т1 начнет открываться, что приведет к уменьшению напряжения на его коллекторе. Транзистор Т2 при этом начнет запираться, причем уменьшение его коллекторного тока в,ызо-вет уменьщение падения напряжения на сопротивлении Яэ- Это приведет к уменьшению потенциала эмиттера Т1, что, в свою очередь, (из-за увеличения напряжения между базой и эмиттером) еще более его откроет. Процесс будет развиваться лавинообразно, и очень скоро Т1 окажется полностью открытым, а Т2 полностью закрытым. Таким образом, выходное напряжение триггера /вых скачкообразно увеличится. При дальнейшем увеличении /вх состояние триггера не изменится. [c.84]

    Постоянная составляющая тока линии через сглаживающий фильтр Е6, С4, Н7 поддерживает транзистор Т1 узла контроля в насьш1енном состоянии. Электромагнитные реле РЗ, Р4, находятся под током, релаксационный генератор и реле выдержки времени отключены, а сигнальная лампа, подключенная к прибору, горит неполным накалом. [c.13]

    ЛЯЮТ к ней с противоположных сторон металлические электроды. Если через эти электроды подвести к пластинке элект роэнергию, то она будет колебаться с характеристической частотой. Температурный коэффициент расширения кристаллического кварца очень невысок, поэтому частота генератора, изготовленного из надлежащим образом вырезанной пластинки, почти не зависит от температуры. Диапазон частот таких генераторов от 10 кГц до 50 МГц. Кварцевые генераторы обычно изготавливают с одним транзистором (рис. 27-23). ОУ используются редко из-за ограниченных возможностей в области высоких частот. [c.571]

    Выпрямители Варакгоры Туннельные диоды Лавинопролетные диоды Биполярные транзисторы Полевые транзисторы Генераторы Ганна Акустические усилители Датчики Холла Источники света, светодиоды [c. 155]


Электронная головоломка: генератор импульсов

Форрест М. Мимс III

Таинственный компонент – лавинный транзистор

Транзисторы , разработанные специально как лавинные транзисторы, не так распространены, как обычные переключающие транзисторы, поэтому в этой схеме используется выбранный переключающий транзистор NPN. Не все транзисторы будут работать в лавинном режиме, но многие будут. Я тестировал сотни и более половины работали.

Как это работает

На изображении ниже показана схема со скрытым компонентом.Во время работы C1 заряжается через R1 до тех пор, пока не будет достигнуто лавинное напряжение коллектор-эмиттер Q1. Затем включается Q1, и C1 разряжается через Q1 и лазерный диод очень коротким импульсом от 20 до 50 наносекунд. Импульс подает ток до 20 ампер или около того на лазерный диод, который не предназначен для непрерывной работы и предназначен для возбуждения потоком сильноточных импульсов. R1 выбирается таким образом, чтобы не превышался допустимый рабочий цикл лазера. R2 обеспечивает базовое смещение транзистора.

Загадочный компонент – это переключающий транзистор NPN, работающий в лавинном режиме.

Предпосылки

Я построил много проектов лазерных диодов ближнего инфракрасного диапазона, используя этот базовый драйвер лавинного транзистора. Фактически, это схема, которую я использовал в проекте лазерного диода MITS, опубликованном в Popular Electronics за несколько лет до того, как компания представила микрокомпьютер Altair 8800, в результате чего Пол Аллен и Билл Гейтс переехали в Альбукерке, штат Нью-Мексико, для разработки программного обеспечения для Альтаир и начинающий Microsoft.

Насколько мне известно, впервые лавинный транзистор для управления лазерным диодом использовала компания RCA в конце 1960-х годов. Тогда я впервые увидел базовую схему в публикации RCA. Официальный документ Хансена и Шмидта по этому вопросу приведен в ссылках.

Идем дальше

Эта схема все еще используется для управления импульсными лазерными диодами очень большой мощности. Для лазерных диодов с меньшей мощностью, вероятно, лучшим выбором будет полевой транзистор с переключением мощности, тем более что напряжение источника питания может быть значительно ниже.

Назад к головоломке с электроникой >> Ссылки

Дж. П. Хансен и В. А. Шмидт, Генератор лавинных транзисторных импульсов с быстрым нарастанием для управления инжекционными лазерами. Протоколы IEEE 55, февраль 1967, 216-217.

Форрест М. Мимс III, Осцилляторы релаксации обеспечивают компактный привод для инжекционных лазеров, Electronics , 88-90, 19 июля 1971.

Там же, Общие сведения о твердотельных лазерах, Popular Electronics , октябрь 1971 г., 35-37, 42-45, 102.

Там же, Твердотельный лазер для экспериментатора, Popular Electronics , October 1971, 53-37, 42-45, 102.

Ibid., Транзисторы работают в лавинном режиме для быстрых импульсов с большим током, Микроволны , 73, февраль 1973 г.

Назад к головоломке с генератором импульсов >>

Поваренная книга по биполярным транзисторам

– Часть 5


Два наиболее широко используемых типа схем транзисторных генераторов сигналов – это типы генераторов, которые генерируют синусоидальные волны и используют транзисторы в качестве линейных усилительных элементов, и типы мультивибраторов, которые генерируют квадратные или прямоугольные формы сигналов и используют транзисторы в качестве цифровых переключающих элементов.

В этом месячном выпуске описаны практические способы использования биполяров в линейном режиме для создания простых, но полезных схем генератора синусоидальной волны и белого шума. В выпуске в следующем месяце серии будут рассмотрены практические мультивибраторы схем генераторов биполярных сигналов.

ОСНОВЫ ОСЦИЛЛЯТОРА

Чтобы генерировать достаточно чистые синусоидальные волны, генератор должен удовлетворять двум основным конструктивным требованиям, как показано на Рис. 1 . Во-первых, выходной сигнал усилителя (A1) должен быть подан обратно на его вход через частотно-избирательную сеть (A2) таким образом, чтобы сумма фазовых сдвигов усилителя и цепи обратной связи равнялась нулю градусов (или 360 °) при желаемая частота колебаний, т.е.е., так что x ° + y ° = 0 ° (или 360 °). Таким образом, если усилитель генерирует сдвиг фазы на 180 ° между входом и выходом, частотно-избирательная схема должна вносить дополнительный сдвиг фазы на 180 °.

РИСУНОК 1. Основная схема и условия, необходимые для генерации синусоидальной волны.


Второе требование состоит в том, что коэффициент усиления усилителя должен точно противодействовать потерям в цепи частотно-избирательной обратной связи на желаемой частоте колебаний, чтобы получить общий коэффициент усиления системы, равный единице, т.е.g., A1 x A2 = 1. Если коэффициент усиления меньше единицы, схема не будет колебаться, а если больше единицы, она будет перегружена и будет генерировать искаженные формы волны. Сеть частотно-избирательной обратной связи обычно состоит из C-R или L-C или кварцевого фильтра; практические схемы генератора, в которых используются частотно-избирательные фильтры C-R, обычно генерируют выходные частоты ниже 500 кГц; те, которые используют частотно-избирательные фильтры L-C, обычно генерируют выходные частоты выше 500 кГц; те, которые используют кварцевые фильтры, генерируют сверхточные частоты сигнала.

ОСЦИЛЛЯТОРЫ C-R

Простейшим синусоидальным генератором C-R является генератор с фазовым сдвигом, который обычно принимает базовую форму, как показано на Рис. 2 . Здесь три идентичных фильтра верхних частот C-R включены в каскад, чтобы создать фильтр третьего порядка, который вставляется между выходом и входом инвертирующего (сдвиг фазы на 180 °) усилителя; фильтр дает полный фазовый сдвиг 180 ° на частоте fo около 1 / (14RC), поэтому полная схема имеет сдвиг контура на 360 ° при этом условии и колеблется на fo, если усилитель имеет достаточное усиление (около x29), чтобы компенсировать потери в фильтре и, таким образом, получить средний коэффициент усиления контура, дробно превышающий единицу.

РИСУНОК 2. Фильтр верхних частот третьего порядка, используемый в качестве основы генератора с фазовым сдвигом.


Обратите внимание на Рисунок 2 , что каждый отдельный каскад фильтра верхних частот C-R имеет тенденцию пропускать высокочастотные сигналы, но отклоняет низкочастотные. Его выходной сигнал уменьшается на 3 дБ при частоте прерывания 1 / (2 RC) и падает на уровне 6 дБ / октаву, когда частота уменьшается ниже этого значения. Таким образом, базовый фильтр 1 кГц дает 12 дБ подавления сигнала 250 Гц и 20 дБ – сигнала 100 Гц.Фазовый угол выходного сигнала опережает входной и равен arctan 1 / (2fCR), или + 45 ° при fc. Каждая ступень C-R известна как фильтр первого порядка. Если несколько (n) таких фильтров подключены каскадом, результирующая схема называется фильтром «n-го порядка» и имеет крутизну, превышающую fc, равную (n x 6 дБ) / октаву.

На рис. 3 показана схема практического генератора с фазовым сдвигом 800 Гц, который может работать от любого источника постоянного тока в диапазоне от 9 до 18 В. Для первоначальной настройки схемы просто отрегулируйте RV1 так, чтобы схема генерировала достаточно чистый синусоидальный сигнал на выходе, как это видно на осциллографе – выходной уровень сигнала полностью регулируется с помощью RV2.

РИСУНОК 3. Генератор с фазовым сдвигом 800 Гц.


Основные недостатки простых генераторов с фазовым сдвигом типа Figure 3 заключаются в том, что они имеют довольно низкую внутреннюю стабильность усиления и их рабочую частоту нелегко изменить. Гораздо более универсальный генератор C-R может быть построен с использованием мостовой сети Вина.

На рисунке 4 показаны основные элементы генератора моста Вина. Сеть Вина состоит из R1-C1 и R2-C2, значения которых сбалансированы так, что C1 = C2 = C, а R1 = R2 = R.Фазовые сдвиги этой сети отрицательны на низких частотах, положительны на высоких и равны нулю на центральной частоте 1 / (6,28CR), при которой сеть имеет коэффициент затухания, равный трем. Таким образом, сеть можно заставить колебаться, подключив неинвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением x3 между ее выходными и входными клеммами, как показано на схеме.

РИСУНОК 4. Базовая схема генератора Вина.


На рис. 5 показан простой генератор Вина с фиксированной частотой, в котором Q1 и Q2 подключены как усилители с общим эмиттером с низким коэффициентом усиления.Q2 дает коэффициент усиления по напряжению немного больше единицы и использует резистор цепи Вина R1 в качестве нагрузки коллектора, а Q1 представляет высокий входной импеданс на выходе сети Вина и имеет переменное усиление через RV1. Значения компонентов показывают, что цепь колеблется с частотой около 1 кГц – при использовании RV1 следует отрегулировать так, чтобы генерировалась слегка искаженная синусоидальная волна.

РИСУНОК 5. Практический генератор Вина 1 кГц.


На рисунке 6 показана улучшенная конструкция генератора Вина, потребляющая 1. 8 мА от источника питания 9 В и имеет полностью регулируемую выходную амплитуду до 6 В от пика к пику через RV2. Q1-Q2 – это пара комплементарного общего эмиттера с прямой связью, обеспечивающая очень высокий входной импеданс для базы Q1, низкий выходной импеданс коллектора Q2 и неинвертированный коэффициент усиления по напряжению от x5,5 постоянного тока и от x1 до x5,5. AC (переменная через RV1). Красный светодиод генерирует 1,5 В с низким импедансом, которые поступают на базу Q1 через R2 и, следовательно, смещают выход Q2 до значения покоя + 5 В. Сеть Wien R1-C1 и R2-C2 подключена между выходом Q2 и входом Q1, и при использовании RV1 просто настраивается так, чтобы при просмотре выходного сигнала схемы на осциллографе генерировалась стабильная и визуально чистая форма сигнала.В этом случае амплитуда колебаний ограничена на уровне примерно 6 В от пика до пика из-за начала ограничения положительного пика, когда усилитель начинает работать в режиме насыщения. Если RV1 тщательно отрегулирован, это ограничение может быть уменьшено до почти незаметного уровня, что позволяет генерировать синусоидальные волны хорошего качества с коэффициентом нелинейных искажений менее 0,5%.

РИСУНОК 6. Мостовой синусоидальный генератор Вина 1 кГц с выходной переменной амплитудой.


Схема , рис. 6, может быть изменена для работы с ограниченным диапазоном переменной частоты путем уменьшения значений R1 и R2 до 4.7 кОм и соединить их последовательно с объединенными переменными резисторами 10 кОм. Обратите внимание, однако, что генераторы Вина с переменной частотой лучше всего строить с использованием операционных усилителей или других линейных ИС в сочетании с системами обратной связи с автоматическим регулированием усиления, используя различные стандартные схемы этого типа, которые были опубликованы в предыдущих выпусках этого журнала. .

ОСЦИЛЛЯТОРЫ L-C

Синусоидальные генераторы

C-R обычно генерируют сигналы в диапазоне от 5 Гц до 500 кГц. Генераторы L-C обычно генерируют их в диапазоне от 5 кГц до 500 МГц и состоят из частотно-избирательной цепи L-C, которая подключена к петле обратной связи усилителя.

Самым простым генератором на L-C транзисторах является генератор обратной связи с настроенным коллектором, показанный на , рис. 7, . Q1 подключен как усилитель с общим эмиттером, с базовым смещением, обеспечиваемым через R1-R2, и с эмиттерным резистором R3, развязанным по переменному току через C2. L1-C1 формирует настроенную коллекторную цепь, а обратная связь коллектор-база обеспечивается через L2, который индуктивно связан с L1 и обеспечивает действие трансформатора. Выбирая фазу этого сигнала обратной связи, можно сделать так, чтобы схема давала нулевой фазовый сдвиг контура на настроенной частоте, так что она колеблется, если коэффициент усиления контура (определяемый отношением витков T1) больше единицы.

РИСУНОК 7. Настроенный коллекторный генератор обратной связи.


Особенностью любой настроенной цепи L-C является то, что фазовое соотношение между ее током включения и индуцированным напряжением изменяется от -90 ° до + 90 ° и равно нулю на центральной частоте, определяемой соотношением f = 1 / (2 LC). Таким образом, схема Figure 7 дает нулевой общий фазовый сдвиг и колеблется на этой центральной частоте. С показанными значениями компонентов частота может быть изменена от 1 МГц до 2 МГц через C1.Эта базовая схема может быть спроектирована для работы на частотах от нескольких десятков Гц при использовании трансформатора с многослойным сердечником до десятков или сотен МГц при использовании радиочастотных технологий.

ИЗМЕНЕНИЯ ЦЕПИ

Рисунок 8 показывает простой вариант конструкции Рисунок 7 – осциллятор Хартли. Его коллекторная нагрузка L1 отводится примерно на 20% вниз от его верха, и положительная шина питания подсоединяется к этой точке; Таким образом, L1 обеспечивает действие автотрансформатора, в котором напряжение сигнала наверху L1 сдвинуто по фазе на 180 ° с напряжением на его нижнем (коллектор Q1) конце.Сигнал с верхней части катушки подается на базу Q1 через C2, и, таким образом, схема колеблется с частотой, установленной значениями L-C.

РИСУНОК 8. Базовый осциллятор Хартли.


Обратите внимание на приведенное выше описание, что действие генератора зависит от некоторого вида точки отвода общего сигнала, сделанной в настроенной цепи, так что получается действие автотрансформатора с разделением фаз. Эта точка ответвления не должна быть превращена в настоящую катушку настройки, но может быть преобразована в конденсатор настройки, как в схеме генератора Колпитца, показанной на , рис. 9, .С показанными значениями компонентов эта конкретная схема колеблется примерно на 37 кГц.

РИСУНОК 9. Генератор Колпитца 37 кГц.


Модификация конструкции Колпитта, известная как осциллятор Клаппа или Гурье, показана на рис. 10 . C3 соединен последовательно с L1 и имеет небольшое значение по сравнению с C1 и C2. Следовательно, резонансная частота схемы устанавливается в основном L1 и C3 и почти не зависит от изменений емкости транзисторов и т. Д.Таким образом, схема обеспечивает отличную стабильность частоты. При показанных значениях компонентов он колеблется с частотой около 80 кГц.

РИСУНОК 10. Генератор Гурье или Клаппа, 80 кГц.


На рисунке 11 показан генератор Рейнарца, в котором катушка настройки имеет три индуктивно связанных обмотки. Положительная обратная связь достигается путем соединения сигналов коллектора и эмиттера транзистора через обмотки L1 и L2. Обе эти индуктивности подключены к L3, и цепь колеблется с частотой, определяемой L3-C1.На диаграмме показаны типичные отношения витков катушки для цепи, колеблющейся с частотой несколько сотен кГц.

РИСУНОК 11. Базовый генератор Рейнарца.


Наконец, . На рисунках 12, и , 13, показаны версии генераторов Хартли и Колпитца с эмиттерным повторителем. В этих схемах транзисторы и настроенные схемы L1-C1 дают нулевой сдвиг фазы на частоте колебаний, а настроенная схема дает усиление по напряжению, необходимое для обеспечения колебаний.

РИСУНОК 12. Версия генератора Хартли с эмиттерным повторителем.


РИСУНОК 13. Версия генератора Колпитца с эмиттерным повторителем.


МОДУЛЯЦИЯ

Цепи генератора L-C на рис. 7 с по 13 можно легко модифицировать для получения модулированных (AM или FM), а не непрерывных (CW) выходных сигналов. Рисунок 14 , например, показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для работы в качестве генератора частоты биений (BFO) 456 кГц с функцией амплитудной модуляции (AM).Стандартный транзисторный трансформатор промежуточной частоты 465 кГц (T1) используется в качестве настраиваемой схемы L-C, а внешний сигнал AF может подаваться на эмиттер Q1 через C2, таким образом эффективно модулируя напряжение питания Q1 и тем самым модулируя амплитуду несущего сигнала 465 кГц. Схема может использоваться для создания глубины модуляции примерно до 40%. C1 имеет низкий импеданс для несущей 465 кГц, но высокий импеданс для сигнала модуляции AF.

РИСУНОК 14. BFO 465 кГц с функцией AM.


На рис. 15 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения возможности частотной модуляции (ЧМ) вместе с настройкой варактора через RV1. Кремниевый диод 1N4001 D1 используется в качестве недорогого варакторного диода, который при обратном смещении (как неотъемлемая часть его основного действия кремниевого диода) по своей сути демонстрирует емкость (в несколько десятков пФ), которая уменьшается с приложенным обратным напряжением. D1 и блокирующий конденсатор C2 подключены последовательно и эффективно подключены через настроенную схему T1 (поскольку шины питания схемы закорочены вместе, что касается сигналов переменного тока).

РИСУНОК 15. BFO 465 кГц с варакторной настройкой и функцией FM.


Следовательно, центральная частота генератора может быть изменена путем изменения емкости D1 через RV1, а FM-сигналы могут быть получены путем подачи сигнала модуляции AF на D1 через C3 и R4.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ

Генераторы с кварцевым управлением обеспечивают превосходную точность и стабильность частоты. Кристаллы кварца имеют типичные значения добротности около 100 000 и обеспечивают примерно в 1000 раз большую стабильность, чем обычная схема с регулировкой L-C.Их рабочая частота (которая может варьироваться от нескольких кГц до 100 МГц) определяется механическими размерами кристалла, который можно разрезать для обеспечения последовательной или параллельной резонансной работы. Устройства с последовательным режимом демонстрируют низкий импеданс в резонансе – устройства с параллельным режимом демонстрируют высокий импеданс в резонансе.

Рисунок 16 показывает широкодиапазонный кварцевый генератор, предназначенный для использования с кристаллом параллельного режима. Фактически это схема генератора Пирса, и ее можно использовать практически с любым исправным кристаллом параллельного режима от 100 кГц до 5 МГц без необходимости модификации схемы.

РИСУНОК 16. Широкодиапазонный генератор Пирса использует кристалл параллельного режима.


В качестве альтернативы На рис. 17 показан генератор Колпитца 100 кГц, предназначенный для использования с кристаллом последовательного режима. Обратите внимание, что настроенная схема L1-C1-C2 предназначена для резонанса на той же частоте, что и кристалл, и что значения ее компонентов должны быть изменены, если используются другие частоты кристалла.

РИСУНОК 17. Генератор Колпитца 100 кГц использует кристалл последовательного режима.


Наконец, На рис. 18 показан исключительно полезный двухтранзисторный генератор, который можно использовать с любым последовательно-резонансным кристаллом от 50 кГц до 10 МГц. Q1 подключен как усилитель с общей базой, а Q2 – как эмиттерный повторитель, а выходной сигнал (от эмиттера Q2) подается обратно на вход (эмиттер Q1) через C2 и последовательно-резонансный кристалл. Эта превосходная схема будет колебаться с любым кристаллом, который показывает малейшие признаки жизни.

РИСУНОК 18.Генератор с широким диапазоном (50 кГц – 10 МГц) может использоваться практически с любым кристаллом последовательного режима.


БЕЛЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА

Одна полезная линейная, но несинусоидальная форма волны известна как белый шум, который содержит полный спектр случайно сгенерированных частот, каждая из которых имеет одинаковую среднюю мощность при усреднении за единицу времени. Белый шум имеет важное значение при тестировании усилителей AF и RF и широко используется в системах звуковых генераторов со спецэффектами.

Рисунок 19 показывает простой генератор белого шума, который основан на том факте, что все стабилитроны генерируют значительный белый шум при работе с низким током.R2 и ZD1 подключены в петле отрицательной обратной связи между коллектором и базой усилителя с общим эмиттером Q1, таким образом стабилизируя рабочие уровни постоянного тока схемы, а петля развязана по переменному току через C1. Таким образом, ZD1 действует как источник белого шума, который соединен последовательно с базой Q1, который усиливает шум до полезного уровня около 1,0 вольт, от пика до пика. В этой схеме можно использовать любой стабилитрон от 5,6 до 12 В.

РИСУНОК 19. Генератор белого шума на транзисторе-стабилитроне.


РИСУНОК 20. Двухтранзисторный генератор белого шума.


Рис. 20. – это простая вариация вышеупомянутой конструкции, с обратным смещением перехода база-эмиттер транзистора 2N3904 (который «стабилитрон» составляет около 6 В), используемого в качестве генерирующего шум стабилитрона. NV


(PDF) Триггерный генератор субнаносекундного джиттера, использующий тригатронный переключатель и схему лавинного транзистора

DING et al.: СУБНАНОСЕКУНДНЫЙ ГЕНЕРАТОР ТРИГГЕРА ДЖИТТЕРА ИСПОЛЬЗУЕТ ТРИГАТРОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ И ЦЕПЬ ЛАВИННОГО ТРАНЗИСТОРА 1061

Рис. 19. Форма окончательного выходного сигнала двухкаскадного генератора Маркса.

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье разработана схема лавинного транзистора Маркса

. С его помощью запускался двухкаскадный генератор Маркса

на базе тригатронного переключателя. Исследованы выходные характеристики схемы Маркса

на лавинных транзисторах и двухкаскадного генератора Маркса

.Экспериментальные результаты

показывают, что субнаносекундный джиттер, время нарастания в наносекунде

и высоковольтный триггерный генератор могут быть достигнуты с помощью тригатронного переключателя

с лавинной транзисторной схемой.

R

ЭФФЕКТЫ

[1] Я. Чен, Дж. Диккенс, Дж. Манковски и М. Кристиансен, «Оценка

a срабатывающее реле высокого давления 50 кВ, 100 Гц, субнс с джиттером и

давление, величина срабатывания и температура газа », IEEE Trans.Dielectr.

Электр. Insul., Т. 18, нет. 4, pp. 975–982, Aug. 2011.

[2] Г. А. Месяц, Импульсная мощность. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Kluwer, 2005,

ch. 14.

[3] С. Т. Роговски и др., «Эксплуатация и производительность первого высокого

current LTD в Национальных лабораториях Сандиа», в Proc. 15-я IEEE Int.

Pulsed Power Conf., Монтерей, Калифорния, США, июнь 2005 г., стр. 155–157.

[4] С. Ф. Гловер, Ф. Уайт, К. У. Рид и М. Дж. Харден, «Генетическая оптимизация

для конфигурации системы с импульсным питанием», IEEE Trans.Плазма

Sci., Vol. 37, нет. 2, стр. 339–346, февраль 2009 г.

[5] П. Лю, А. Цю, Ф. Сун и Ю. Цзяхуэй, «Разработка устройства с восемью выходами на 150 кВ с восемью выходами с джиттером суб

. триггерный генератор »в Proc. IEEE

Int. Pulsed Power Conf., Вашингтон, округ Колумбия, США, июнь / июл. 2009,

, с. 613–617.

[6] Д. Л. Смит, Дж. Хэммон, Дж. М. Уилсон, Х. К. Харджес и

В. Б. С. Мур, «FANTM: Тестовый модуль NIF для первой статьи», IEEE

Trans. Plasma Sci., т. 28, вып. 5, pp. 1316–1323, Oct. 2000.

[7] М. М. Кекез, «Простой генератор высокого напряжения с временем нарастания менее 50 пс»,

Rev. Sci. Instrum., Т. 62, нет. 12, pp. 2923–2930, Dec. 1991.

[8] Дж. Гао, Ю. Лю, Дж. Лю, Дж. Ян и Дж. Чжан, «Разработка генератора Маркса с повторяющейся волновой эрекцией

». ”IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 37, нет. 10,

pp. 1936–1942, октябрь 2009 г.

[9] JR Mayes, WJ Carey, WC Nunnally, and L. Altgilbers, «Sub-

, работа генераторов Маркса с джиттером в наносекундах», в Pulsed Power

Plasma Sci., Копать землю. Tech. Papers, Лас-Вегас, Невада, США, июнь 2001 г.,

, стр. 471–474.

[10] К. Грегори, П. Стивенсон и Р. Берк, «Четырехступенчатый генератор Маркса

с использованием тиристоров», Rev. Sci. Instrum., Т. 69, нет. 11, pp. 3996–3997,

Nov. 1998.

[11] Дж. Х. Ким, М. Х. Рю, Б. Д. Мин, С. В. Шендерей, Дж. С. Ким и

Г. Х. Рим, «Импульсный источник питания высокого напряжения с использованием генератора Маркса и

твердотельные переключатели »в Proc. 31-го Анну. Конф. IEEE Ind.Электрон. Soc.,

, ноябрь 2005 г., стр. 1244–1247.

[12] Y. Wu, K. Liu, J. Qiu, X. Liu и H. Xiao, «Повторяющийся и высоковольтный генератор Маркса

с использованием твердотельных устройств», IEEE Trans. Dielectr. Электр.

Insul., Т. 14, вып. 4, pp. 937–940, Aug. 2007.

[13] Х. Д. Сандерс и С. С. Глидден, «Твердотельное устройство с оптическим запуском

с длительным сроком службы, Маркс», Proc. IEEE Int. Силовые модуляторы высокого напряжения

Conf., Лас-Вегас, NE, США, май 2008 г., стр.13–16.

[14] С. М. Оук, К. С. Биндра, Б. С. Нараян, Р. К. Хардекар, «Быстрый дампер резонатора

для пикосекундного лазера на стекле», Rev. Sci. Instrum., Т. 62,

нет. 2, pp. 308–312, Feb. 1991.

[15] В. Н. Рай и М. Шукла, «Схема высоковольтного генератора импульсов с временем нарастания наносекунд менее

», Rev. Sci. Instrum., Т. 65, нет. 6, pp. 2134–2136,

Jun. 1994.

[16] В. Н. Рай, М. Шукла и Р. К. Хардекар, «Транзисторная схема банка Marx

, обеспечивающая субнаносекундные импульсы высокого напряжения», Измер.Sci.

Технол., Т. 5, вып. 4, pp. 447–449, 1994.

[17] А. И. Бишоп и П. Ф. Баркер, «Субнаносекундный переключатель ячейки Поккельса –

, использующий лавинные транзисторы», Rev. Sci. Instrum., Т. 77, нет. 4,

pp. 044701-1–044701-5, 2006.

[18] М. Инокучи, М. Акияма, Т. Сакугава, Х. Акияма и Т. Уэно,

«Разработка миниатюрного генератора Маркса. с использованием BJT »в Proc. IEEE

Int. Pulsed Power Conf., Вашингтон, округ Колумбия, США, июнь / июл.2009,

, с. 57–60.

[19] Дж. Лю, Б. Шан и З. Чанг, «Генерация импульсов быстрого нарастания высокого напряжения

с использованием лавинного транзистора», Rev. Sci. Instrum., Т. 69, нет. 8,

pp. 3066–3067, Aug. 1998.

[20] SJ MacGregor, JM Koutsoubis и SM Turnbull, «Конструкция

и работа компактного высоковольтного триггера с высокой частотой повторения импульсов

. генератор », Изм. Sci. Technol., Т. 9, вып. 11. С. 1899–1905,

1998.

[21] Ф. Дж. Зутаверн и др., «Заряженные постоянным током GaAs PCSS для триггерных генераторов

и других высоковольтных приложений», IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 38,

нет. 10, стр. 2708–2715, октябрь 2010 г.

[22] Р.Дж. Фосиа и К.А. Фрост, «Компактная, с низким уровнем джиттера, быстрым временем нарастания, газовая система генератора импульсов

с переключением газов и высокой частотой повторения импульсов

. , ”В Proc. IEEE Pulsed Power Conf., Вашингтон, округ Колумбия, США,

июн. / Июл. 2009, стр.1227–1232.

[23] X. Лю, Технология мощных импульсов. Пекин, Китай:

National Defense Industry Press, 2007, гл. 6.

[24] З. З. Цзэн, Введение в практическую технологию импульсной энергии. Сиань,

Китай: Shaanxi Science and Technology Press, 2003, гл. 3.

[25] Т. Х. Мартин, А. Х. Гюнтер и М. Кристиансен, ред. Дж. К. Мартин

об импульсной мощности. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Пленум, 1996, гл. 10.

[26] Т. Лян, Х. Цзян, З. Ван, Ф.Сан, П. Конг и А. Цю, «Исследование характеристик многозазорного газового переключателя с коронным разрядом для баланса напряжений

Char-

», IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 42, нет. 2, pp. 340–345,

Feb. 2014.

[27] Дж. Р. Вудворт и др. «Новые низкоиндуктивные газовые переключатели для линейных драйверов трансформаторов

», Phys. Rev. Special Topics-Accel. Балки, об. 13,

нет. 8, стр. 080401, август 2010 г.

Вейдун Дин (M’14) родился в провинции Хубэй, Китай,

в 1976 году.Он получил B.S. и М.С. степени

в области высокого напряжения и технологии изоляции от

Сианьского университета Цзяотун, Сиань, Китай, в 1997 году

и 2000, соответственно, и докторская степень. степень от

Университета Кюсю, Фукуока, Япония, в 2007 году, под номером

при поддержке Международного Стипендиального Фонда Окадзаки Кахейта

.

В настоящее время он является доцентом Сианьского университета

Цзяотун.

Доктор Дин был удостоен награды «Отличник

» секции IEEE в Фукуоке в 2005 году.

Яньань Ван родился в Хэнани, Китай, в 1990 году.

Он получил степень бакалавра наук. степень в области электротехники

из Сианьского университета Цзяотун, Сиань, Китай, в

2014, где в настоящее время он получает степень магистра

.

eboxer-1 GM328B Части генератора волн Однокнопочная работа для N-каналов GM328B Тестер ЖК-транзисторов Детали для самостоятельной сборки P-каналы для обнаружения транзисторов NPN и PNP

Тестер ЖК-транзисторов Детали для самостоятельной сборки P-каналы для обнаружения транзисторов NPN и PNP eboxer- 1 Детали генератора волн GM328B Работа с одним ключом для N-каналов GM328B, для N-каналов GM328B ЖК-тестер транзисторов Детали для самостоятельной сборки P-каналы для обнаружения транзисторов NPN и PNP eboxer-1 Детали генератора сигналов GM328B Работа с одним ключом, eboxer-1 GM328B Детали генератора волн Работа с одним ключом для N-каналов GM328B ЖК-тестер транзисторов Детали для самостоятельной сборки P-каналы для обнаружения NPN- и PNP-транзисторов, детали генератора волн eboxer-1 GM328B, ЖК-тестер GM328B для самостоятельной работы, Работа с одним ключом для N-каналов , P-каналы для обнаружения транзисторов NPN и PNP: электроника, найдите свой любимый продукт, узнайте больше о нас, бесплатная доставка и бесплатный возврат, ежедневное обновление стилей, не более $ 39..

Цифровой ЖК-дисплей

легко читается и может отображать данные измерений и графику, 12, Однокнопочное управление для N-каналов. Тип элемента: Комплект для сборки тестера GM328B. диоды, поддержка автоматического отключения, P-каналы для обнаружения транзисторов NPN и PNP: Электроника. Цифровой ЖК-дисплей легко читается и может отображать данные измерений и графику. батарея поддержки, GM328B ЖК-тестер транзисторов DIY детали, автоматическое обнаружение транзисторов NPN и PNP. Поддерживаются коэффициент усиления биполярного транзистора и напряжение включения-выключения база-эмиттер.Материал: печатная плата, вход напряжения DC7V ~ 12V, 14, тиристоры, 01 мГн-20ч, 13, он поддерживает 2 измерения сопротивления, используйте высокопроизводительный однокристальный ATmega 328 и внешний генератор 8 МГц в качестве системных часов. N-каналы, состояние: 100% новый, автоматически проверяйте контакт компонента и отображайте его на экране дисплея, ток меньше 20 нА, когда система выключена. P-каналы, максимальное разрешение 50 Ом. Поддержка калибровки нескольких параметров, разрешение конденсатора, 8, 5, показывающее положительное и отрицательное напряжение включения-выключения.MOSFET и JFET, диоды, выходной 10-битный сигнал PWM, P-каналы, мощность: 7–12 В постоянного тока, диапазон измерения эквивалентной индуктивности составляет 0,01 Ом. Другой известный конденсатор больше или равен 25 пФ. Поддержка батареи, вы можете измерить емкость в диапазоне 25 пФ ~ 100 мФ с разрешением 1 пФ. и т. д., 8-дюймовый ЖК-дисплей 160×128, экран дисплея: 1, ток меньше 20 нА, когда система выключена, двойные диоды, N-каналы, снижение энергопотребления, поддержка идентификационных контактов для тестовых компонентов. Характеристики: Входное напряжение DC7V ~ 12V, Сопротивление: 0, двойные диоды, MOSFET и JFET, Поддерживает одновременное измерение обоих диодов и отображение падения напряжения на диодах и т. Д. 1, Конденсаторы менее 25 пФ можно измерить при параллельном подключении, используйте высокопроизводительный однокристальный ATmega 328 и внешний генератор 8 МГц в качестве системной тактовой частоты.9, Spec: Сопротивление менее 2100 Ом. Измерение емкости: 25 пФ ~ 100 мФ, детали генератора волн eboxer-1 GM328B, 6, 15, 01 Ом, измерение сопротивления: максимум 50 мОм. Автоматическое определение транзисторов NPN и PNP. Ток: около 20 нА, однокнопочное управление, 11, максимальное разрешение измерения сопротивления составляет 0, 3, 4, 10, снижение энергопотребления, однокнопочное управление, может использоваться в качестве частотомера и генератора частоты: частотный диапазон 1 Гц-2 МГц, 16, 2, 7, поддержка автоматического отключения, функция самопроверки программной ленты, тиристоры.

Генератор лавинных импульсов – Введение

Эта предварительная статья посвящена генераторам лавинных импульсов, обычно используемым для генерации импульсов с быстрым нарастанием. Часто быстрые импульсы требуются при измерении скорости нарастания или задержки распространения, а также для выборки. К счастью, лавинный пробой биполярного переходного транзистора (BJT) можно использовать для генерации таких специальных импульсов со сверхбыстрым временем нарастания и спада.

Биполярный переходной транзистор и обратный лавинный путь

Позвольте мне начать с «перевернутой» идеи! Схема, использованная для демонстрации, представляет собой необычный светодиодный мигающий светильник на основе обратно подключенного BJT.При обратном подключении (когда коллектор и эмиттер меняют местами) величина лавины BJT обычно ниже, чем его нормальное лавинное напряжение. Обратите внимание, что когда BJT работают в зоне обратного схода лавины, как было здесь, их также можно назвать негисторами (чем выше ток, тем ниже сопротивление). Следующая принципиальная схема показывает вам одну простейшую форму генератора обратных лавинных импульсов.

Принцип работы схемы предельно прост. Конденсатор емкостью 1000 мкФ (C1) заряжается через токоограничивающий резистор 1K (R1).Первоначально транзистор BC547B (T1) находится в непроводящем состоянии, но когда напряжение на накопительном конденсаторе достигает определенного уровня, транзистор переходит в режим лавинного пробоя и показывает отрицательное сопротивление. Следовательно, конденсатор быстро разряжается через светодиод (LED1). Напряжение на транзисторе падает до тех пор, пока лавинный режим больше не может поддерживаться, а затем он возвращается в свое нормальное состояние и снова становится непроводящим. Этот цикл продолжается, и в результате быстрый разряд светодиода проявляется в виде коротких вспышек.Частота мигания светодиода во многом зависит от постоянной RC и характеристик пробоя транзистора. Для типичного синего светодиода диаметром 5 мм резистор-ограничитель тока не требуется, поскольку продолжительность протекания тока чрезвычайно мала. Но если вы используете другой светодиод, вам может потребоваться включить один токоограничивающий резистор для защиты светодиода.

Я провел тест с использованием той же схемы, показанной выше, и обнаружил, что минимальное напряжение, необходимое для работы схемы, составляет примерно 12.5В. Поскольку я также заметил, что один и тот же транзистор от разных производителей / продавцов может работать по-разному, ваши результаты могут отличаться от моих. Точно так же, когда изменяется входное напряжение питания, интервал между импульсами также изменяется.

Ниже показано, как выглядит моя законченная тестовая схема, полностью сделанная из деталей ящика для мусора.

Приведенный ниже снимок осциллографа показывает форму сигнала, измеренную на аноде относительно земли (0 В), когда напряжение питания равно 12.Диапазон 5 В – 14,5 В. Вы также можете посмотреть небольшой тестовый фильм, включенный в этот пост.

Следующая осциллограмма на эмиттере транзистора (T1) обозначает заряд и разряд конденсатора (C1), исследуемого, когда схема была запитана напряжением питания 14,5 В. Имейте в виду, что при работе BJT в режиме обратной лавины время нарастания не очень четкое и быстрое, как в стандартном лавинном режиме (одно из полезных преимуществ стандартного лавинного генератора – его чрезвычайно быстрое время нарастания в субнаносекунды). ).Мои быстрые эксперименты показали, что время нарастания используемой мной схемы более жалкое, чем у стандартного лавинного генератора!

Биполярный переходной транзистор

и генератор стандартных лавинных импульсов

Стандартная схема генератора лавинных импульсов в основном полагается на отрицательное дифференциальное сопротивление в области лавинного пробоя биполярного переходного транзистора, чтобы сформировать релаксационный осциллятор. Ниже представлена ​​простая (и довольно популярная) схема типового генератора лавинных импульсов на транзисторе 2N3904.Обратите внимание, что вы можете попробовать заменить лавинный транзистор 2N3904 другими доступными транзисторами общего назначения, такими как 2N2222, 2N4441, MPSA42, MPSA44, BC107, BC337, S9014, S8050 и т. Д., Не каждый транзистор NPN общего назначения может точно хотя лавина!

В этой схеме компоненты R1 и C1 определяют рабочую частоту, и она составляет примерно 30 кГц. Для обеспечения высокого напряжения, требуемого генератором лавинных импульсов, вам, очевидно, понадобится повышающий преобразователь постоянного тока.Поскольку ток здесь очень низкий, регулируемый выход постоянного высокого напряжения не очень важен. Вы можете найти множество схем повышающего преобразователя постоянного тока (высоковольтная версия) повсюду в Интернете. Возьмите любую из этих проверенных схем – это просто (http://www.aholme.co.uk/Avalanche/Avalanche.htm).

Если все в порядке, возможно, вы получите импульсный выход на нагрузочных резисторах (R3-R4), аналогичный показанному ниже, снятому осциллографом с полосой пропускания 100 МГц. Чтобы отдать должное, требуется очень быстрый осциллограф (к сожалению, не мой).Видите, это время нарастания 2,5 нс, что соответствует полосе пропускания около 140 МГц (несоответствие импеданса, безусловно, замедлило его, но неплохо).

Время нарастания и пропускная способность?

Время нарастания является важным параметром как в аналоговых, так и в цифровых системах, поскольку это время, необходимое сигналу для пересечения указанного нижнего порога напряжения, за которым следует указанный верхний порог напряжения (однако в цифровых системах оно описывает, как долго сигнал находится в промежуточное состояние между двумя допустимыми логическими уровнями).

Надеюсь, вы все знаете, что время нарастания можно использовать для измерения ширины полосы по Гауссу, используя простую формулу: BW = 0,35 / T, где BW = полоса пропускания, а T = время нарастания. Это обычно используемая зависимость между временем нарастания сигнала и его полосой пропускания. Если нам нужно грубое измерение (грубое приближение) самых высокочастотных компонентов в сигнале, это примерно 0,35, деленное на его время нарастания 10-90. Основное предположение здесь состоит в том, что сигнал является откликом однополюсного фильтра, а полоса пропускания равна точке -3 дБ фильтра.Поскольку существуют, конечно, другие способы оценки связи между полосой пропускания и временем нарастания сигнала, я попытаюсь объяснить остальное в другой статье позже.

Итого

Я разработал способ использования биполярных транзисторов, работающих в режиме лавинного пробоя, для создания мощных генераторов лавинных импульсов. Такие генераторы импульсов напряжения (или тока) наносекундного масштаба могут использоваться для управления электронно-оптическими устройствами, такими как лазерные диоды. Разъясненная статья о самостоятельном проекте лазерного диодного генератора импульсов появится позже.Много веселья!

Дополнительная литература

Некоторые очень полезные советы и пример генератора лавинных импульсов от знаменитого гуру аналоговых технологий Джима Вильямса можно найти в заметке по применению Linear Technologies AN47.

https://electronicprojectsforfun.files.wordpress.com/2017/10/jimwilliamsan47applicationnode.pdf

Несколько источников

Область управления

– обзор

Дизайн руководства по эксплуатации

Рисунки 6.18–6.22 проиллюстрировано использование нисходящей концепции при создании операционных процедур. В начале проекта написания процедур разрабатывается структура высокого уровня; затем в эту структуру добавляются все более высокие уровни детализации. Люди, пишущие процедуры, всегда имеют перед собой общую картину; они могут смотреть на руководство целиком. Имея общую структуру, авторы процедур всегда работают с законченным продуктом; это не просто «процедуры написания» – они разрабатывают интегрированное руководство по эксплуатации.

Рисунок 6.18. Уровень 1 руководства.

Рисунок 6.19. Уровень 2 руководства.

Рисунок 6.20. Уровень 3 руководства.

Рисунок 6.21. Уровень 4 инструкции (запуск охлаждающей воды).

Рисунок 6.22. Последовательная раскладка с новой процедурой.

Концепция «сверху вниз» проиллюстрирована вторым примером, начиная с рис. 6.18. Разработаны процедуры запуска установки, причем процедуры запуска градирни показаны более подробно.

На самом верхнем уровне – рис. 6.18 – руководство по эксплуатации состоит всего из трех слов: «Запустите объект». Очевидно, что руководство на данном этапе не имеет практического значения. Тем не менее, он – это полный, точный и актуальный вариант, и он действительно является отправной точкой для разработки более подробных процедур.

Чтобы показать, как можно продолжить развитие рисунка 6.18, предполагается, что предприятие имеет четыре рабочих зоны.

1.

Площадь 100 (Коммунальные услуги)

2.

Площадь 200

3.

Площадь 300

4.

Площадь 400

Первым шагом при запуске является запуск инженерных систем. Затем блоки 200 и 300 запускаются параллельно. Когда они оба запущены и работают, можно запускать Unit 400. Эта последовательность проиллюстрирована на рисунке 6.19.

Еще раз, рисунок 6.19 представляет собой полное руководство по эксплуатации; тот, который является полным, точным и актуальным.Хотя никаких подробностей не приводится, даже на этом этапе дается некоторое полезное руководство: операторы знают, что не следует запускать Блок 400, пока блоки 100, 200 и 300 не будут запущены и работают.

Рисунок 6.19 расширен на рисунках 6.20 и 6.21.

Модуль «Запуск служебных программ» был расширен, хотя значок «Запуск служебных программ» остается на чертеже для полноты картины. Однако он был заштрихован, а соединительные линии к нему и от него были удалены, чтобы указать, что он больше не работает.Он разделен на шесть отдельных инженерных систем. Логика рисунка 6.20 показывает, что ни охлаждающая вода, ни паровые системы не могут быть запущены до тех пор, пока не будут работать системы пожаротушения, приборного воздуха и воздуха в помещении.

Одна секция объекта – азотная система – не подключена к другим модулям, потому что азотная система в настоящее время не используется. Однако есть планы использовать азот позднее; следовательно, на Рисунке 6 показано место для процедур, связанных с азотом.20.

Структура, показанная на рисунке 6.20, продолжает развиваться более детально до тех пор, пока не будут определены все операционные модули. Например, модуль «Запуск охлаждающей воды» можно разработать, как показано на рисунке 6.21.

На рис. 6.18 показано, что раздел руководства «Запуск охлаждающей воды» теперь состоит из пяти модулей или папок с файлами. Каждая папка представляет собой модуль в общей структуре системы для запуска градирни. Сами папки разделены на три группы: «Подготовка», «Поток воды» и «Обработка».Каждая из файловых папок или модулей, показанных на рисунке 6.18, представляет собой рабочую процедуру, состоящую из рабочих инструкций или инструкций по выполнению задач.

Первые два модуля (Заполнение бассейна / Запуск водяных насосов) находятся в разделе «Подготовка». Модули должны выполняться в показанной последовательности, т.е. заполнение бассейна башни должно выполняться до того, как будут предприняты какие-либо другие действия. Затем должен последовать запуск основных насосов охлаждающей воды при рециркуляции (т. Е. Вода из насосов немедленно течет обратно в градирню, не попадая никому из пользователей).

Следующие два модуля (Проверка химического состава воды / воды для пользователей) попадают в раздел «Расход воды». Эти два модуля могут выполняться параллельно, т.е. порядок, в котором они выполняются относительно друг друга, не важен. Однако оба должны быть выполнены, прежде чем перейти к разделу «Обработка», который содержит только один модуль – «Добавление химикатов».

Один модуль может быть вызван множеством различных рабочих последовательностей. Действительно, именно эта возможность обеспечивает один из самых сильных стимулов для использования модульной системы.Например, для устранения неполадок любого кожухотрубного теплообменника в системе можно использовать модуль «Проверка химического состава воды». Этот модуль «общедоступен» для любой другой последовательности рабочих задач.

Добавление и удаление модулей

Одно из преимуществ наличия четко определенной структуры для руководства по эксплуатации и его составных процедур состоит в том, что добавлять или удалять модули довольно просто. Например, в случае рисунка 6.21 может быть решено, что необходима новая процедура, озаглавленная «Запуск вентиляторов [градирни]».Эта новая процедура будет выполняться параллельно с существующей процедурой «Запуск водяных насосов». Он должен быть завершен до того, как можно будет начать набор процедур «Поток воды». Обновленная структура показана на Рисунке 6.22.

Нумерация модулей

Каждому модулю / процедуре дается уникальный номер и имя. В этом примере все модули запуска начинаются с цифры «1»; номера для установившихся процедур, останова и аварийных процедур – «2», «3» и «4» соответственно.Модули в системе коммунальных услуг начинаются с номера «100»; для градирни используется цифра «4». Следовательно, любая процедура, связанная с запуском градирни, будет иметь числовой префикс «1.100.4». Номера модулей, показанных на Рисунке 6.22, приведены в Таблице 6.5.

Таблица 6.5. Имена и номера модулей запуска

Порядок работы Номер
Запустите утилиты 1.100
Запустите охлаждающую воду 1.100.4
Заполните резервуар 1.100.4.1
Запустите водяные насосы 1.100.4.2
Запустите вентиляторы 38. 4.3
Проверка химического состава воды 1.100.4.4
Подача воды пользователям 1.100.4.5
Добавление химикатов для обработки 1.100.4.6

Первые две процедуры «Запустить утилиты» и «Запустить охлаждающую воду» – показаны зачеркнутым шрифтом, чтобы указать, что они фактически не упоминаются в руководстве по эксплуатации.Они были разработаны в более подробные процедуры, показанные ниже.

После того, как модулю был присвоен номер, этот номер всегда остается с ним. Если добавляются дополнительные модули, им присваиваются следующие номера в последовательности. Если модуль удаляется, его номер «списывается», как отсеиваются номера известных спортсменов.

Способ, которым рабочие процедуры могут связываться друг с другом, показан на Рисунке 6.23. В случае примера охлаждающей воды модуль 1.100.4.4 – Проверка химического состава воды – содержит ряд инструкций по проверке химического состава охлаждающей воды. ЕСЛИ состав не такой, каким должен быть, ТО последовательность перейдет к модулю 1.100.4.6 – Добавление химикатов для обработки – Иначе последовательность перейдет к следующему набору модулей.

Рисунок 6.23. Использование условных инструкций 2.

Патент США на высоковольтный генератор и методы управления им Патент (Патент № 11,116,068 от 7 сентября 2021 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка является продолжением международной заявки №PCT / CN2018 / 113812, поданная 2 ноября 2018 г., в которой испрашивается приоритет китайской патентной заявки № 201711070608.1, поданной 3 ноября 2017 г. Каждая из упомянутых выше заявок полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к генераторам высокого напряжения с медицинскими рентгеновскими трубками и, в частности, относится к многорезонансным цепям в них и способам их управления.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Генераторы высокого напряжения с рентгеновской трубкой должны обеспечивать широкий диапазон выходного напряжения и тока для удовлетворения различных клинических потребностей.Например, выходное напряжение высоковольтного генератора мощностью 50 кВт для оборудования компьютерной томографии (КТ) обычно находится в диапазоне от 60 до 140 кВ, а выходной ток составляет от 10 мА до 420 мА. Между тем, чтобы приспособиться к различным географическим областям и различным условиям сети, генератор высокого напряжения обычно должен быть совместим с широким диапазоном входных напряжений сети от 380 В переменного тока (± 15%) до 480 В переменного тока (± 15%), что приведет к широкий динамический диапазон напряжения на шине постоянного тока. Кроме того, на входной стороне генератора высокого напряжения обычно используется трехфазный неуправляемый выпрямитель, но может использоваться только конденсатор ограниченной емкости из-за ограничения объема системы.В результате на шине постоянного тока может появиться пульсация 300 Гц (или 360 Гц) с большой амплитудой, дополнительно увеличивая динамический диапазон напряжения на шине постоянного тока.

Поскольку генератор высокого напряжения CT должен поддерживать излучение большой продолжительности, только биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) может использоваться в качестве переключающего транзистора. Но внутренние характеристики IGBT ограничивают частоту переключения ниже 20 кГц ~ 30 кГц. Для увеличения частоты переключающих транзисторов обычно используются методы мягкого переключения.Но даже в этом случае частота переключения в промышленных приложениях редко превышает 100 кГц без ущерба для стабильности или надежности преобразователя напряжения.

В генераторе высокого напряжения с рентгеновской трубкой известного уровня техники для увеличения частоты переключающего транзистора и уменьшения объема генератора высокого напряжения в схеме инвертора обычно используется резонансный преобразователь с ЧИМ (частотно-импульсной модуляцией). Но резонансные схемы предшествующего уровня техники требуют, чтобы переключающий транзистор работал в широком диапазоне частот, чтобы приспособиться к широкому диапазону входных и выходных напряжений, что приводит к таким проблемам, как нестабильность и повышенные потери IGBT на высоких частотах и ​​увеличенная громкость и шум на более низких частотах. .

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия предоставляется генератор высокого напряжения. Генератор высокого напряжения включает в себя схему инвертора, подключенную для приема входного напряжения постоянного тока (DC), резонансную схему, подключенную к цепи инвертора, трансформатор, подключенный к резонансной цепи, а также подключенный для обеспечения выхода высокого напряжения для высокого напряжения. устройство, и схема управления фазой, подключенная для приема напряжения и тока через резонансный контур, а также подключенная к схеме инвертора.Схема управления фазой генерирует управляющие сигналы для управления схемой инвертора. Управляющие сигналы приводят в действие схему инвертора, чтобы резонансный контур работал в индуктивной области.

В некоторых вариантах осуществления управляющие сигналы приводят в действие схему инвертора, работающую на частоте, превышающей верхний пик резонанса, на основе фазовой задержки между напряжением и током, а верхний пик резонанса соответствует первой резонансной частоте.

В некоторых вариантах осуществления, дополнительно содержащих схему ограничения амплитуды, связанную со схемой выпрямителя, управляющие сигналы заставляют схему инвертора работать на частоте ниже, чем нижний резонансный пик, на основе выбора схемы ограничения амплитуды, и нижний резонансный пик соответствует второй резонансной частоте.

В некоторых вариантах реализации резонансный контур включает в себя по меньшей мере катушку индуктивности, последовательно подключенную к конденсатору.

В некоторых вариантах реализации последовательно подключенные катушка индуктивности и конденсатор подключены параллельно первичным обмоткам трансформатора.

В некоторых вариантах осуществления последовательно подключенные катушка индуктивности и конденсатор последовательно соединены с первичными обмотками трансформатора.

В некоторых вариантах реализации последовательно подключенные катушка индуктивности и конденсатор подключены параллельно вторичным обмоткам трансформатора.

В некоторых вариантах реализации резонансный контур включает в себя по меньшей мере катушку индуктивности, подключенную к конденсатору параллельно.

В некоторых вариантах реализации параллельно подключенные катушка индуктивности и конденсатор последовательно соединены с первичными обмотками трансформатора.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, также предоставляется генератор высокого напряжения, который включает в себя схему инвертора, подключенную для приема входного напряжения постоянного тока (DC), резонансную схему, связанную со схемой инвертора, трансформатор, имеющий первичную и вторичные обмотки, трансформатор соединен с резонансным контуром, а также соединен для обеспечения вывода высокого напряжения на высоковольтное устройство, и схема управления, включающая схему управления фазой, схему ограничения амплитуды и генератор управляющего сигнала.Схема управления фазой подключена для сравнения фазы напряжения на резонансном контуре с фазой тока через резонансный контур. Схема ограничения амплитуды сравнивает выходное высокое напряжение с эталонным высоким напряжением. Генератор управляющих сигналов генерирует управляющие сигналы на основе сравнения схемой управления фазой и сравнения схемой ограничения амплитуды для управления схемой инвертора. Управляющие сигналы приводят в действие схему инвертора, чтобы резонансный контур работал в индуктивной области.Управляющие сигналы управляют схемой инвертора, чтобы поддерживать высокое выходное напряжение выше минимального уровня.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, дополнительно предоставляется генератор высокого напряжения, включающий в себя инверторный мост, первую резонансную ветвь, вторую резонансную ветвь, трансформатор и схему выпрямителя. Инверторный мост включает в себя первую ветвь моста и вторую ветвь моста, первую ветвь моста или вторую ветвь моста, включая, по меньшей мере, два переключающих транзистора, распределенных последовательно.Первая резонансная ветвь соединена последовательно с первой ветвью моста. Трансформатор включен последовательно между первой резонансной ветвью и второй ветвью моста. Вторая резонансная ветвь подключена параллельно трансформатору. Схема выпрямителя, соединенная с трансформатором, обеспечивает выходное напряжение на источник рентгеновского излучения.

В некоторых вариантах осуществления первая резонансная ветвь содержит последовательную резонансную ветвь, содержащую конденсаторы и / или катушки индуктивности.

В некоторых вариантах реализации вторая резонансная ветвь соединена параллельно с первичной или вторичной стороной трансформатора, а вторая резонансная ветвь содержит конденсаторы и катушки индуктивности.

В некоторых вариантах осуществления переключающий транзистор содержит транзистор IGBT, транзистор IGBT работает между первой частотой переключения и второй частотой переключения, первая частота переключения определяется на основе первой резонансной ветви и второй резонансной ветви, вторая частота переключения определяется второй резонансной ветвью.

В некоторых вариантах осуществления дополнительно содержит схему управления, причем схема управления содержит первую ветвь управления, вторую ветвь управления и модулятор, причем как первая ветвь управления, так и вторая ветвь управления связаны с модулятором; при этом первая ветвь управления предназначена для получения выходного тока и напряжения на ножках инверторного моста и для создания первого управляющего сигнала на основе выходного тока и напряжения на ножках инверторного моста; при этом вторая ветвь управления предназначена для приема сигнала обратной связи по напряжению от схемы выпрямителя или устройства, генерирующего рентгеновские лучи, и для создания второго управляющего сигнала на основе сигнала обратной связи по напряжению.

В некоторых вариантах осуществления первая ветвь управления содержит: первый компаратор перехода через ноль, вход первого компаратора перехода через ноль соединен с выходом первого плеча моста; второй компаратор перехода через ноль, вход второго компаратора перехода через ноль соединен с выходом инверторного моста; фазовую задержку, соединенную последовательно с первым компаратором перехода через ноль; фазовый компаратор, выход фазы задержки и выход второго компаратора перехода через ноль соединены с входом фазового компаратора; и генератор несущей, причем вход генератора несущей соединен с выходом фазового компаратора, а выход генератора несущей соединен с входом модулятора.

В некоторых вариантах осуществления вторая ветвь управления содержит: сумматор, вход сумматора соединен с выходом схемы выпрямителя или выходом устройства генерации рентгеновских лучей; регулятор, соединенный с выходом сумматора; ограничитель, вход ограничителя соединен с выходом регулятора, а выход ограничителя соединен с входом модулятора.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия дополнительно предоставляется устройство для генерации рентгеновских лучей.Устройство генерации рентгеновского излучения включает в себя рентгеновскую трубку и генератор высокого напряжения, сконфигурированный для генерирования напряжения трубки, подаваемого на рентгеновскую трубку. Генератор высокого напряжения включает в себя инверторный мост, инверторный мост, содержащий первую опору моста и вторую опору моста, первая опора моста и вторая опора моста соединены параллельно, а первая опора моста или вторая опора моста, состоящая из двух или больше коммутирующих транзисторов, распределенных последовательно; первую резонансную ветвь, причем первая резонансная ветвь соединена с первой ветвью моста; трансформатор, содержащий обмотку первичной стороны и обмотку вторичной стороны, при этом обмотка первичной стороны и первая резонансная ветвь соединены последовательно, а обмотка первичной стороны соединена со вторым плечом моста; вторую резонансную ветвь, причем вторая резонансная ветвь подключена параллельно первичной обмотке или вторичной обмотке трансформатора; и схему выпрямителя, при этом схема выпрямителя соединена с обмоткой вторичной стороны трансформатора для подачи выходного напряжения на устройство, генерирующее рентгеновские лучи.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, дополнительно предоставляется способ управления генератором высокого напряжения. Генератор высокого напряжения включает в себя инверторный мост, инверторный мост, содержащий первую опору моста и вторую опору моста, первая опора моста и вторая опора моста соединены параллельно, а первая опора моста или вторая опора моста, состоящая из двух или больше коммутирующих транзисторов, распределенных последовательно; первую резонансную ветвь, причем первая резонансная ветвь соединена с первой ветвью моста; трансформатор, содержащий обмотку первичной стороны и обмотку вторичной стороны, при этом обмотка первичной стороны и первая резонансная ветвь соединены последовательно, а обмотка первичной стороны соединена со вторым плечом моста; вторую резонансную ветвь, причем вторая резонансная ветвь подключена параллельно первичной обмотке или вторичной обмотке трансформатора; и схему выпрямителя, при этом схема выпрямителя соединена с обмоткой вторичной стороны трансформатора для подачи выходного напряжения на устройство, генерирующее рентгеновские лучи.Способ включает в себя управление соотношением фаз между напряжением на плечах моста и выходным током инверторного моста для управления частотой управляющего сигнала переключающих транзисторов инверторного моста.

В некоторых вариантах осуществления управление фазовым соотношением между напряжением ветви моста и выходным током инверторного моста для управления частотой управляющего сигнала переключающих транзисторов инверторного моста включает: получение выходного тока и напряжения ветви моста. инверторного моста; генерируют фазовый сигнал на основе напряжения на плече моста и выходного тока и генерируют первый управляющий сигнал на основе фазового сигнала; получение выходного напряжения выпрямительной схемы и формирование второго управляющего сигнала на основе выходного напряжения выпрямительной схемы; и генерируют управляющий сигнал для переключающих транзисторов для управления переключающими транзисторами для работы на основе первого управляющего сигнала и второго управляющего сигнала.

В некоторых вариантах осуществления фаза напряжения на плече моста опережает фазу выходного тока инверторного моста.

В некоторых вариантах реализации первая опора перемычки сконфигурирована для соединения с анодом устройства генерации рентгеновских лучей, вторая опора перемычки сконфигурирована для присоединения к катоду устройства генерирования рентгеновских лучей.

В некоторых вариантах осуществления первое плечо моста или второе плечо моста содержит множество транзисторов IGBT, множество транзисторов IGBT работают между первой частотой переключения и второй частотой переключения, первая частота переключения определяется на основе первой резонансная ветвь и вторая резонансная ветвь, вторая частота переключения определяется второй резонансной ветвью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее раскрытие дополнительно описывается в терминах примерных вариантов осуществления. Эти примерные варианты осуществления подробно описаны со ссылкой на чертежи. Чертежи выполнены не в масштабе. Эти варианты осуществления являются неограничивающими примерными вариантами осуществления, в которых одинаковые ссылочные позиции представляют аналогичные структуры на нескольких видах чертежей, и в которых:

ФИГ. 1 показан генератор высокого напряжения на основе резонансной рентгеновской трубки с последовательным резонансным соединением ЖК известного уровня техники;

РИС.2 иллюстрирует коэффициент усиления известного генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой, показанного на фиг. 1 по частоте переключения;

РИС. 3 – генератор высокого напряжения на основе ЖК-рентгеновской трубки с параллельным резонансом, известный из уровня техники;

РИС. 4 иллюстрирует коэффициент усиления известного генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой, показанного на фиг. 2 по частоте переключения;

РИС. 5 иллюстрирует известный резонансный генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой серии LLC;

РИС.6 иллюстрирует коэффициент усиления известного генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой, показанного на фиг. 5 относительно частоты переключения;

РИС. 7 – генератор высокого напряжения на основе рентгеновской трубки с последовательно-параллельным резонансом LCC предшествующего уровня техники;

РИС. 8 иллюстрирует коэффициент усиления известного генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой, показанного на фиг. 7 относительно частоты переключения;

РИС. 9 иллюстрирует генератор высокого напряжения в соответствии с настоящим раскрытием;

РИС.10 иллюстрирует коэффициент усиления высоковольтного генератора по фиг. 9 относительно частоты переключения;

РИС. 11 – увеличенный вид фиг. 10;

РИС. 12 иллюстрирует примерные формы нескольких сигналов генератора высокого напряжения, показанного на фиг. 9;

РИС. 13 иллюстрирует примерные формы нескольких сигналов генератора высокого напряжения, показанного на фиг. 9 при большой нагрузке;

РИС. 14 иллюстрирует примерные формы нескольких сигналов генератора высокого напряжения, показанного на фиг.9 при большой нагрузке;

РИС. 15 иллюстрирует изменения частоты переключения, выходного напряжения и тока нагрузки генератора высокого напряжения по фиг. 9, когда нагрузка переключается с тяжелой на легкую, в соответствии с настоящим раскрытием;

РИС. 16 иллюстрирует изменения частоты переключения, выходного напряжения и тока нагрузки генератора высокого напряжения по фиг. 9, когда нагрузка переключается с легкой на тяжелую, в соответствии с настоящим раскрытием;

ФИГ. 17-21 иллюстрируют альтернативные варианты осуществления, согласующиеся с настоящим раскрытием; и

ФИГ.22 иллюстрирует способ управления резонансным преобразователем в соответствии с настоящим раскрытием.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В нижеследующем подробном описании многочисленные конкретные детали изложены в виде примеров, чтобы обеспечить полное понимание соответствующего раскрытия. Однако специалистам в данной области должно быть очевидно, что настоящее раскрытие может быть реализовано на практике без таких подробностей. В других случаях хорошо известные способы, процедуры, системы, компоненты и / или схемы были описаны на относительно высоком уровне без деталей, чтобы избежать излишнего затенения аспектов настоящего раскрытия.Различные модификации раскрытых вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в данном документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления и приложениям без отклонения от сущности и объема настоящего раскрытия. Таким образом, настоящее раскрытие не ограничивается показанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с формулой изобретения.

Терминология, используемая в данном документе, предназначена только для описания конкретных примерных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения.Используемые здесь формы единственного числа могут быть предназначены для включения также форм множественного числа, если контекст явно не указывает иное. Также будет понятно, что термины «содержать», «содержит» и / или «содержащий», «включать», «включает» и / или «включающий», когда они используются в данном описании, определяют наличие заявленных признаков. , целые числа, шаги, операции, элементы и / или компоненты, но не препятствуют присутствию или добавлению одной или нескольких других функций, целых чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и / или их групп.

Следует понимать, что используемые здесь термины «система», «двигатель», «агрегат», «модуль» и / или «блок» представляют собой один метод для различения различных компонентов, элементов, частей, секции или сборки различных уровень в порядке возрастания. Однако термины могут быть заменены другим выражением, если они достигают той же цели.

Следует понимать, что когда узел, двигатель, модуль или блок упоминается как «включенный», «подключенный» или «связанный с» другим узлом, двигателем, модулем или блоком, он может быть непосредственно может присутствовать, подключаться или соединяться с другим блоком, двигателем, модулем или блоком, либо взаимодействовать с ним, либо промежуточный блок, двигатель, модуль или блок, если контекст явно не указывает иное.Используемый здесь термин «и / или» включает в себя любые и все комбинации одного или нескольких связанных перечисленных элементов.

Эти и другие особенности и характеристики настоящего раскрытия, а также способы работы и функции связанных элементов конструкции и сочетание частей и экономия производства могут стать более очевидными после рассмотрения следующего описания с ссылка на прилагаемые чертежи, все из которых составляют часть этого раскрытия.Однако следует четко понимать, что чертежи предназначены только для целей иллюстрации и описания и не предназначены для ограничения объема настоящего раскрытия. Понятно, что чертежи выполнены не в масштабе.

Теперь со ссылками на фигуры описываются различные аспекты. В нижеследующем описании изложены многочисленные конкретные детали, чтобы облегчить понимание одного или нескольких аспектов настоящего раскрытия. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что эти аспекты могут быть реализованы на практике без этих конкретных деталей.

РИС. 1-8 показаны различные генераторы высокого напряжения с рентгеновскими трубками известного уровня техники и график их усиления в зависимости от частоты переключения. В генераторах высокого напряжения с рентгеновской трубкой предшествующего уровня техники обычно используется резонансный преобразователь или инвертор, где переключающие транзисторы (например, IGBT) управляются ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) или ЧИМ для изменения выходной мощности или напряжения. С ШИМ переключающие транзисторы работают в режиме жесткого переключения, обычно связанного с более высокими коммутационными потерями. Чтобы уменьшить потери при переключении, преобразователь должен работать на более низких частотах, что означает увеличение размера (или объема) и ограниченное применение генератора высокого напряжения.С другой стороны, ЧИМ обычно реализует мягкое переключение переключающих транзисторов, тем самым значительно снижая потери при переключении. Следовательно, высоковольтный генератор может работать на более высоких частотах переключения и быть реализован с меньшими размерами или объемом, обеспечивая более разнообразные применения. Однако, как показано на фиг. 1-8 и описанные ниже, обычные резонансные преобразователи, например, последовательные резонансные преобразователи LC, параллельные резонансные преобразователи LC, последовательно-параллельные резонансные преобразователи LCC, полумостовые резонансные преобразователи LLC, должны работать в широком диапазоне частот для обеспечения широкий диапазон выходных напряжений.

РИС. На фиг.1 показан генератор высокого напряжения с резонансной рентгеновской трубкой серии LC известного уровня техники. Как показано на фиг. 1, мощность постоянного тока v в подается на LC-резонансный контур через инверторный мост, состоящий из четырех переключающих транзисторов Q 1 , Q 2 , Q 3 и Q 4 , и четыре диода D 1 , D 2 , D 3 и D 4 , соединенные встречно параллельно через переключающие транзисторы. Переключающие транзисторы включаются и выключаются сигналами ЧИМ, подаваемыми на их затворы, тем самым обеспечивая напряжение переменного тока (AC) v AB с частотой переключения f s , соответствующей сигналам управления ЧИМ.Напряжение переменного тока v AB подается на последовательный LC-резонансный контур, который включает в себя последовательный индуктор L s и последовательный конденсатор C s , последовательно подключенные к первичной обмотке трансформатора T r . Трансформатор T r преобразует переменное напряжение v AB в более высокое переменное напряжение посредством связи между его первичной и вторичной обмотками. На правой стороне более высокое выходное переменное напряжение на вторичных обмотках выпрямляется двумя выпрямителями с удвоением напряжения в мощное постоянное напряжение, которое затем подается на рентгеновскую трубку.

РИС. 2 изображает нормализованное усиление g схемы резонансного преобразователя на фиг. 1 относительно частоты переключения f s . Коэффициент усиления g отложен по вертикальной оси как измерение выходного напряжения по сравнению с входным напряжением и нормирован на максимальное отношение выходного сигнала к входному, и, таким образом, варьируется между 0 и 1. Частота переключения отложена по боковому краю. ось в логарифмической шкале. Как показано на фиг. 2, усиление достигает пика на резонансной частоте f r , определяемой индуктивностью L s и емкостью C s , т.е.е., ½π√ {квадратный корень из (L r C r )} и уменьшается по обе стороны от резонансной частоты, когда частота переключения f s смещается от резонансной частоты f r . В показанном примере резонансная частота составляет около 40 кГц.

Чтобы обеспечить выходное напряжение в широком диапазоне, схема резонансного преобразователя должна работать в широком диапазоне усиления g, например, между двумя пунктирными линиями, обозначенными «минимальное усиление» и «максимальное усиление». Как показано на фиг.2, диапазон усиления также определяет диапазон частоты переключения f s . Поскольку объем или размер работающей схемы преобразователя увеличивается по мере уменьшения частоты переключения и поскольку более низкая частота имеет тенденцию попадать в диапазон звуковых частот, приводящий к звуковому шуму, предпочтительно, чтобы схема преобразователя работала с правой стороны резонансной частоты. В показанном примере диапазон частот переключения f s , обеспечивающий необходимый диапазон усиления, следовательно, равен e.г., ˜50 кГц (f с, мин ) -˜380 кГц (f с, макс ). Этот рабочий диапазон создает проблемы, потому что минимальный (50 кГц) все еще очень низкий, требующий большой схемы преобразователя, а максимальный (380 кГц) намного превышает возможности переключателей IGBT (около 100 кГц).

РИС. 3 показан генератор высокого напряжения на основе рентгеновской трубки с параллельным ЖК-резонансом предшествующего уровня техники. Схема на фиг. 3 в основном то же самое, что и на фиг. 1, за исключением того, что параллельно нагрузке подключен конденсатор C p , т.е.Т. е. трансформатор Т r и остальная часть цепи на правой стороне трансформатора. ИНЖИР. 4 изображает нормализованное усиление g схемы резонансного преобразователя по фиг. 3 относительно частоты f s . Для достижения широкого диапазона выходной мощности при различных условиях нагрузки частота переключения f s должна изменяться в широком диапазоне от примерно 20 кГц (f s, min ) до примерно 120 кГц (f s, max ). . Более того, важно, чтобы схема работала на одной стороне резонансной частоты, чтобы избежать нестабильности.Но, как видно на фиг. 4 показывает, что при уменьшении нагрузки резонансная частота увеличивается, а пик кривой усиления сдвигается вправо. Таким образом, невозможно иметь фиксированную минимальную рабочую частоту f s, min , которая обеспечивает желаемое усиление. Например, минимальная рабочая частота с показанной самой легкой нагрузкой составляет около 70 кГц, обозначенная на кривой меткой f s, min-L , но на этой частоте коэффициент усиления падает примерно на 60%, то есть на 0,4, когда нагрузка – самая тяжелая из показанных, обозначенная на кривой g H .Поэтому трудно поддерживать рабочую частоту на правой стороне пика с широким диапазоном нагрузки, сохраняя при этом широкий диапазон выходного сигнала.

РИС. 5 иллюстрирует генератор высокого напряжения на основе полумостового резонанса LLC на основе рентгеновской трубки известного уровня техники. По сравнению со схемами на фиг. 1 и 3, схема на фиг. 5 использует LLC-резонансный контур, включающий в себя последовательный индуктор L s , последовательный конденсатор C s и индуктор L p , подключенные параллельно нагрузке.ИНЖИР. 6 изображает нормированный коэффициент усиления g схемы преобразователя по фиг. 5 относительно частоты переключения f s . Проблема преобразователя аналогична решению с последовательным резонансом LC на фиг. 1. Как показано, пик кривой смещается влево по мере уменьшения нагрузки, таким образом, можно зафиксировать нижнюю границу диапазона рабочих частот, например, на уровне f с, мин . Но поскольку кривая усиления относительно плоская вправо, широкий диапазон выходного сигнала между «минимальным усилением» и «максимальным усилением» означает, что рабочая частота может варьироваться от примерно 25 кГц (f с, min ) до 900 кГц (f ). s, max ), представляя проблемы как на нижнем, так и на верхнем уровне, как обсуждалось выше в связи с фиг.1 и 2.

РИС. 7 иллюстрирует известный резонансный генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой, который отличается от схем на фиг. 1, 3 и 5, поскольку он включает последовательно-параллельный резонансный контур LCC, состоящий из последовательного индуктора L s , последовательного конденсатора C s и конденсатора C p , подключенных параллельно нагрузке. Нормализованная кривая усиления схемы по фиг. 7 относительно частоты переключения f s , как показано на фиг. 8, предполагает по существу те же проблемы, что и проблемы, связанные со схемой на фиг.3.

Из-за практических ограничений по размеру генератора высокого напряжения для использования с рентгеновскими трубками, физических ограничений переключаемых транзисторов IGBT и желаемого усиления для широкого диапазона выходных сигналов, схемы предшествующего уровня техники, описанные выше, все не соответствуют удовлетворительно.

Для решения некоторых или всех проблем, отмеченных выше в связи со схемами предшествующего уровня техники, настоящее раскрытие предоставляет схемы генератора с широким диапазоном выходной мощности (или усиления) в пределах желаемого диапазона частот. Предоставляется генератор высокого напряжения, подходящий для большой мощности в широком диапазоне входных и выходных сигналов.Генератор высокого напряжения включает в себя схему инвертора, подключенную для приема входного напряжения постоянного тока (DC), резонансную схему, подключенную к цепи инвертора, трансформатор, подключенный к резонансному контуру, а также подключенный для обеспечения выхода высокого напряжения для высокого напряжения. устройство, и схема управления фазой, подключенная для приема напряжения и тока через резонансный контур, а также подключенная к цепи инвертора, чтобы гарантировать, что частота переключения генератора не будет ниже верхнего резонансного пика, создаваемого последовательным и параллельная резонансная ветвь и ограничитель, чтобы гарантировать, что частота переключения генератора не будет выходить за пределы нижнего резонансного пика, создаваемого параллельной резонансной ветвью или параллельным LC в последовательной ветви.При такой конфигурации основной цепи и цепи управления генератор будет работать между верхним пиком резонанса и нижним пиком резонанса, чтобы обеспечить широкую входную и широкую выходную мощность, то есть управляющие сигналы управляют схемой инвертора, чтобы резонансный контур работал в индуктивная область.

В одном аспекте предоставлены генераторы на основе резонансного контура с двумя резонансными частотами. Две резонансные частоты определяют крутую кривую усиления между ними, тем самым обеспечивая широкий диапазон выходного сигнала в узком частотном диапазоне – ни слишком низко, ни слишком высоко.В другом аспекте настоящего изобретения предусмотрены генераторы со схемой ограничения амплитуды, которая эффективно ограничивает самую высокую рабочую частоту, чтобы избежать нестабильных областей вблизи более высокой из двух резонансных частот. В дополнительном аспекте предоставляются генераторы со схемой управления фазой, которая гарантирует, что генератор работает на правой стороне пика кривой усиления, чтобы избежать проблем, связанных с низкочастотными операциями. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие эти различные аспекты.

Вариант 1 осуществления

В соответствии с Вариантом 1 осуществления настоящего раскрытия фиг. 9 иллюстрирует резонансный преобразователь, включающий в себя схему инвертора, основанную на последовательно-параллельном резонансном контуре LCLC 93 . Резонансный контур LCLC 93 включает последовательную резонансную ветвь 931 и параллельную резонансную ветвь 932 . Последовательная резонансная ветвь 931 включает в себя последовательный дроссель L s и последовательный конденсатор C s .Параллельная резонансная ветвь 932 включает параллельную катушку индуктивности L p и параллельный конденсатор C p . Параллельная катушка индуктивности L p последовательно подключена к параллельному конденсатору C p , и оба подключены параллельно нагрузке.

Источник питания постоянного тока v в подается на резонансный контур LCLC 93 через инверторный мост. В неограничивающем примере на фиг. 9, инверторный мост состоит из H-моста, состоящего из четырех переключающих транзисторов Q 1 , Q 2 , Q 3 и Q 4 , и четырех диодов D 1 , D 2 , D 3 и D 4 подключены встречно параллельно через переключающие транзисторы.Переключающие транзисторы могут быть, например, триодами, полевыми транзисторами, такими как MOSFET, или биполярными транзисторами с переходом или изолированным затвором (IGBT). Например, транзисторы IGBT обеспечивают высокую частоту переключения, низкие потери и стабильное выходное напряжение. В примерном варианте осуществления конденсаторы C snub1 -C snub4 соединены параллельно с переключающими транзисторами для дальнейшего уменьшения потерь при переключении.

Первый переключающий транзистор Q 1 и второй переключающий транзистор Q 2 соединены последовательно, т.е.е. эмиттер первого переключающего транзистора Q 1 соединен с коллектором второго переключающего транзистора Q 2 , образуя первую ветвь моста (ведущую ветвь) 91 . Третий переключающий транзистор Q 3 и четвертый переключающий транзистор Q 4 соединены последовательно, т. Е. Эмиттер третьего переключающего транзистора Q 3 подключен к коллектору четвертого переключающего транзистора Q 4 , образуя второй переключающий транзистор Q 4 . опора моста (отстающая опора) 92 .Первая опора моста 91 и вторая опора моста 92 соединены параллельно, и обе подключены к источнику питания v в . Эмиттер первого переключающего транзистора Q 1 и коллектор второго переключающего транзистора Q 2 дополнительно подключены к средней точке A ветви 91 моста. Эмиттер третьего переключающего транзистора Q 3 и коллектор четвертого переключающего транзистора Q 4 дополнительно подключены к средней точке B ветви 92 моста.Первое плечо 91 моста составляет анодно-инверторный мост или вывод анодного напряжения высоковольтного генератора, а второе плечо 92 моста составляет катодно-инверторный мост или катодный вывод высоковольтного генератора.

Переключающие транзисторы включаются и выключаются управляющими сигналами, подаваемыми на их затворы, тем самым обеспечивая переменное напряжение v AB между средними точками A и B с частотой переключения f s , соответствующей сигналам управления.В одном аспекте управляющие сигналы являются сигналами ЧИМ. Напряжение переменного тока v AB подается на резонансный контур LCLC, который подключен к первичной обмотке трансформатора T r . Трансформатор T r преобразует переменное напряжение v AB в более высокое переменное напряжение посредством связи между его первичной и вторичной обмотками. На правой стороне более высокое выходное переменное напряжение на вторичных обмотках выпрямляется двумя выпрямителями удвоения напряжения 94 и 95 в мощное постоянное напряжение kV_fb, которое затем подается на рентгеновскую трубку.Трансформатор, связанный с катодом, и трансформатор, связанный с анодом, могут иметь форму параллельных первичных обмоток или двух последовательно соединенных обмоток первичной стороны. Трансформатор T r может иметь отдельные катод и анод или может иметь объединенные катод и анод. Хотя это не показано, трансформатор T r может также иметь паразитную индуктивность L k и паразитную емкость C w .

Оба выпрямителя удвоения напряжения 94 и 95 заземлены, а выход выпрямителя удвоения напряжения 94 соединен с анодом рентгеновской трубки, а выход выпрямителя удвоения напряжения 95 – подключен к катоду рентгеновской трубки.Трансформатор T r , рентгеновская трубка и схема между ними составляют нагрузку для схемы инвертора.

РИС. 10 изображает нормализованное усиление g схемы резонансного преобразователя на фиг. 9 относительно частоты переключения f s . Коэффициент усиления g отложен по вертикальной оси как измерение выходного напряжения по сравнению с входным напряжением и нормализован к максимальному отношению выходного сигнала к входному, и, таким образом, варьируется от 0 до 1. Частота переключения f s нанесена вдоль боковая ось в логарифмическом масштабе.Как показано на фиг. 10, последовательные и параллельные катушки индуктивности и конденсаторы определяют две резонансные частоты: более высокую последовательную резонансную частоту f r1 и более низкую параллельную резонансную частоту f r2 . Последовательная резонансная частота f r1 определяется индуктивностью L s и емкостью C s , то есть

12⁢π⁢Lr⁢Cr.
Например, если L s = 20 мкГн и C s = 1 мкФ, то f r1 ˜36 кГц. Параллельная резонансная частота f r2 определяется индуктивностью L p и емкостью C p , т.е.е.,

12⁢π⁢Lp⁢Cp.
Например, это L p = 2 мкГн и C p = 125 нФ, тогда f r2 ˜100 кГц. Из-за того, что нагрузка на резонансный контур меняется, как последовательная, так и параллельная резонансные частоты также меняются и смещаются вправо и повышаются по мере уменьшения нагрузки.

Как отмечалось выше, операции с левой стороны пика кривой усиления могут быть проблематичными, потому что более низкие частоты обычно означают большой размер или объем устройства, а переключающие транзисторы становятся нестабильными на высоких частотах (например, IGBT становятся нестабильными. на частотах выше 100 кГц).В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, дополнительно предоставляется схема управления, которая автоматически ограничивает рабочую частоту между пиком кривой усиления и параллельной резонансной частотой (около 100 кГц в примере, приведенном выше).

В качестве примера нижняя половина фиг. 9 показывает схему управления , 96, , включающую в себя ветвь управления фазой , 961 и ветвь управления амплитудой , 962 . Ветвь управления фазой 961 принимает в качестве входов ток i Ls через последовательную резонансную ветвь и переменное напряжение v AB и определяет фазы этих двух с помощью двух компараторов перехода через ноль.Фазовая задержка задерживает обнаруженную фазу тока i Ls , а затем фазовый компаратор сравнивает задержанную фазу тока с обнаруженной фазой v AB . Результирующий сигнал сравнения фаз v phase применяется к несущей частоте, генерируемой генератором несущей, в результате чего получается первый модулированный сигнал напряжения v tri , который затем подается на модулятор 963 ЧИМ.

Ветвь управления амплитудой 962 сравнивает напряжение постоянного тока большой мощности kV_fb с опорным напряжением kV_ref и через регулятор и ограничитель генерирует второй сигнал модулированного напряжения v mod для ограничения амплитуды высокого напряжения Напряжение постоянного тока кВ_фб.

На основе первого модулированного сигнала напряжения v tri и второго модулированного сигнала напряжения v mod , модулятор PFM 963 генерирует сигналы управления затвором или управляющие сигналы, v g1 , v g2 , v g3 , и v g4 , которые предусмотрены на затворах переключающих транзисторов Q 1 , Q 2 , Q 3 и Q 4 для их включения и выключения. В качестве альтернативы, модулятор , 963 PFM может быть связан с драйвером, и в этом случае модулятор , 963 PFM может генерировать промежуточные сигналы, а затем драйвер может генерировать сигналы управления затвором.Хотя фиг. 9 показаны четыре выхода модулятора PFM 963 , они могут быть предоставлены на двух выходных клеммах, где управляющие сигналы v g1 и v g3 могут быть предоставлены на одном терминале, а управляющие сигналы v g2 и v g4 может быть предоставлен на другом терминале.

В одном аспекте модулятор 963 ЧИМ может содержать компаратор. Первый модулированный сигнал напряжения vtri может быть периодической пилообразной волной с фиксированным наклоном. Когда vtri достигает той же амплитуды, что и второй сигнал модуляции напряжения vmod, полярность сигналов управления затвором меняется.Для получения более подробной информации о примерной архитектуре схемы модулятора 963 ЧИМ можно обратиться к патенту Китая № CN106358354A. Полярность vg1-vg4 может изменяться в соответствии с полярностью управляющего сигнала.

Во время работы генерация сигналов управления затвором v g1 , v g2 , v g3 и v g4 на основе сигнала сравнения фаз v phase и модулированного сигнала напряжения v tri гарантирует, что напряжение v AB всегда опережает ток i Ls по фазе и, таким образом, гарантирует, что схема работает справа от пика кривой усиления.В частности, пик кривой усиления определяет границу между сопротивлением резонансного контура при нагрузке, емкостным и индуктивным, где резонансный контур является емкостным с левой стороны пика и индуктивным с правой стороны. Работа схемы в индуктивной области, означающая, что фаза тока i Ls отстает от напряжения v AB , может обеспечить переключение при нулевом напряжении (ZVS) и повысить эффективность. С другой стороны, работа в емкостной области может привести к потерям и шуму при обратном восстановлении, сильным всплескам тока и даже неисправностям устройства.В соответствии с примерным вариантом осуществления величина фазовой задержки между напряжением v AB и током i Ls может быть настроена путем изменения параметров или операций ветви управления фазой , 961 , чтобы обеспечить желаемый запас безопасности (для например, фазовая задержка не менее 5 °) от пика кривой усиления, независимо от нагрузки. В качестве альтернативы компараторам с переходом через нуль, поддержание опережения фазы напряжения v AB по сравнению с опережением фазы тока i Ls также может быть достигнуто с помощью схемы фазовой автоподстройки частоты (PLL) или другого общеизвестного управления фазой. схемы.

Механизм сравнения фаз и управления, показанный на фиг. 9 и описанные здесь, не зависят от нагрузки, а скорее автоматически отслеживают пик кривой усиления даже при изменении нагрузки, так что схема всегда работает с правой стороны от пика, даже когда пик смещается вместе с нагрузкой. Кроме того, генерация сигналов управления затвором v g1 , v g2 , v g3 и v g4 на основе сигнала модуляции напряжения v mod предотвращает падение выходного напряжения постоянного тока высокой мощности ниже порогового значения. соответствует минимальному усилению и, таким образом, предотвращает превышение рабочей частоты определенного верхнего предела, например 100 кГц.

РИС. 11 – увеличенный вид фиг. 10, чтобы проиллюстрировать диапазон рабочей частоты резонансного преобразователя, показанного на фиг. 9. В этом примере верхний предел диапазона составляет около 105 кГц. Нижний предел диапазона составляет около 50 кГц для большой нагрузки и может возрасти примерно до 83 кГц при легкой нагрузке.

РИС. 12 показаны примерные формы сигналов сигналов v , фаза , v tri , v mod и v g1 -vg 4 . Фазовый сигнал v фаза представляет, когда напряжение v AB опережает ток i Ls по фазе, а v tri (периодическая пилообразная волна) начинает интегрироваться с течением времени, когда v AB больше не проводит ток i Ls .Таким образом, чем быстрее напряжение v AB теряет опережение фазы по сравнению с током i Ls , тем короче период v tri и тем выше должна быть частота v tri . Затем модулятор ЧИМ 963 сравнивает v tri с v mod (постоянная пунктирная линия), и каждый раз, когда v tri пересекается с v mod по переднему фронту, полярности управляющих сигналов затвора v g1 -v g4 перевернуты. Таким образом, более высокое значение v mod становится, т.е.е., чем ближе выходное напряжение kV_fb приближается к kV_ref, тем длиннее период v tri и тем ниже должна быть частота v tri . Посредством комбинации этих двух механизмов управления можно гарантировать, что резонансный преобразователь работает в узком частотном диапазоне между пиком кривой усиления и верхним пределом частоты переключаемых транзисторов.

РИС. 13 иллюстрирует примерные формы сигналов последовательно-параллельного резонансного контура LCLC с большой нагрузкой.В частности, фиг. 13 показаны формы сигналов v AB и i Ls на одном графике и формы сигналов v Q1 и i Q1 (напряжение и ток Q 1 ) на другом графике, когда выходное напряжение составляет 140 кВ, ток нагрузки 350 мА, рабочая частота 48 кГц. Как видно из рисунка, фаза тока i Ls отстает от фазы напряжения v AB , что означает, что схема работает в индуктивной области, то есть с правой стороны пика кривой усиления.Кроме того, ток i Q1 является отрицательным до включения Q 1 , а наличие параллельного диода D 1 обеспечивает переключение при нулевом напряжении (ZVS) Q 1 .

РИС. 14 иллюстрирует примерные формы сигналов последовательно-параллельного резонансного контура LCLC, аналогичные показанным на фиг. 13, но при небольшой нагрузке, когда выходное напряжение 140 кВ, ток нагрузки 10 мА. Рабочая частота теперь 87 кГц. Как видно из рисунка, ток i Ls все еще отстает от напряжения v AB , а ток i Q1 остается отрицательным до включения Q 1 .Следовательно, механизмы управления, показанные на фиг. 9 и описанные здесь, обеспечивают переключение при нулевом напряжении и работу в узком частотном диапазоне, независимо от того, большая или легкая нагрузка, что гарантирует надежность и низкие потери переключения переключающего транзистора.

ФИГ. 15-16 показаны изменения частоты переключения f s , выходного напряжения и тока нагрузки последовательно-параллельного резонансного контура LCLC на фиг. 9 при изменении нагрузки. В частности, фиг. 15 иллюстрирует изменения при переключении нагрузки с тяжелой на легкую, а на фиг.16 иллюстрирует изменения при переключении нагрузки с легкой на тяжелую. На фиг. 15, нагрузка изменяется с тяжелой на легкую, например, ток нагрузки изменяется с 350 мА до 10 мА. Как обсуждалось выше, когда нагрузка уменьшается, пик кривой усиления смещается вправо, то есть соответствующее увеличение частоты. Как показано на рисунке, рабочая частота увеличивается с 48 кГц до 87 кГц при уменьшении нагрузки, оставаясь при этом ниже второй резонансной частоты около 100 кГц. Подобным образом, как показано на фиг.16, когда нагрузка увеличивается, например, ток нагрузки изменяется с 10 мА до 350 мА, поскольку пик кривой усиления смещается влево, рабочая частота также падает с 87 кГц до 48 кГц.

Вариант осуществления 2

Фиг. 17 иллюстрирует схему резонансного преобразователя генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой в ​​соответствии с Вариантом 2 осуществления настоящего раскрытия. Генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой содержит инверторный мост, резонансный контур, трансформатор, схему выпрямителя с удвоением напряжения и схему управления.По сравнению с вариантом 1 на фиг. 9, резонансный контур из Варианта 2 осуществления также включает в себя последовательную резонансную ветвь , 931 и параллельную резонансную ветвь , 932, ; но вместо параллельного подключения к первичным обмоткам трансформатора T r , параллельная резонансная ветвь 932 включает последовательно подключенные индуктивность L p1 и конденсатор C p1 , дополнительно подключенные параллельно вторичной обмотке 1 и последовательно соединенные дроссель L p1 и конденсатор C p1 дополнительно соединены параллельно вторичной обмотке 2 .Схема резонансного преобразователя из Варианта 2 осуществления работает таким же образом, как и в Варианте 1 осуществления, с более мягкими требованиями к цепи резонансных ветвей.

Вариант осуществления 3

Фиг. 18 иллюстрирует схему резонансного преобразователя генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой согласно Варианту 3 осуществления настоящего раскрытия. Генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой содержит инверторный мост, резонансный контур, трансформатор, схему выпрямителя с удвоением напряжения и схему управления.По сравнению с вариантами 1 и 2 последовательная резонансная ветвь , 931 содержит только последовательный резонансный конденсатор C s . Даже если показано, что параллельная резонансная ветвь , 932, соединена параллельно с первичными обмотками трансформатора T r , конфигурация параллельной резонансной ветви , 932 из Варианта 2 также может быть принята.

Вариант осуществления 4

Фиг. 19 иллюстрирует схему резонансного преобразователя генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой согласно варианту 4 осуществления настоящего раскрытия.Генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой содержит инверторный мост, резонансный контур, трансформатор, схему выпрямителя с удвоением напряжения и схему управления. По сравнению с вариантом 1 на фиг. 9, ветвь , 962 управления амплитудой дополнительно включает в себя ограничитель тока, который ограничивает ток i Ls через мост инвертора.

Например, вторая ветвь управления , 962 может принимать сигнал обратной связи по напряжению от нагрузки и сигнал обратной связи по току с выхода инвертора, соответственно.Второй управляющий сигнал генерируется на основе сигнала обратной связи по току и сигнала обратной связи по напряжению.

Первый сумматор , 9621, принимает на входе сигнал обратной связи по напряжению от генератора высокого напряжения рентгеновского излучения и опорное напряжение и вычисляет разность напряжений между ними. Разность напряжений регулируется регулятором, а затем пропорционально интегрируется ограничителем для генерации на выходе частично модулированного напряжения.

Второй сумматор 9622 принимает частично модулированное напряжение как один вход и входы тока от инверторного моста после выпрямления и фильтрации.Второй сумматор , 9622, вычисляет разность между током нагрузки и током первой обратной связи. Регулятор 2 представляет собой регулятор тока, который выполняет пропорциональную интегральную операцию над значением разности для вывода другого частично модулированного напряжения. Эти два частично модулированных напряжения подаются на ШИМ-модулятор для создания второго управляющего сигнала. В варианте осуществления используется двойное управление с обратной связью для напряжения и тока, которое не влияет на процесс переключения режимов и может улучшить характеристики управления схемы инвертора.

Вариант осуществления 5

Фиг. 20 иллюстрирует схему резонансного преобразователя генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой согласно варианту 5 осуществления настоящего раскрытия. Генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой содержит инверторный мост, резонансный контур, трансформатор, схему выпрямителя с удвоением напряжения и схему управления. По сравнению с вариантом 4 на фиг. 19 резонансный контур включает последовательно соединенные последовательно индуктивность L s и конденсатор C s , параллельно подключенную индуктивность L p и конденсатор C p , а также еще один конденсатор C p2 , подключенный параллельно к первичным обмоткам трансформатора. Т r .

Вариант осуществления 6

Фиг. 21 иллюстрирует схему резонансного преобразователя генератора высокого напряжения с рентгеновской трубкой согласно варианту 6 осуществления настоящего раскрытия. Генератор высокого напряжения с рентгеновской трубкой содержит инверторный мост, резонансный контур, трансформатор, схему выпрямителя с удвоением напряжения и схему управления. По сравнению с вариантом 5 на фиг. 20, резонансный контур включает последовательно соединенные последовательно индуктивность L s и конденсатор C s , а также параллельно подключенные индуктивность L p и конденсатор C p , но не включает конденсатор C p2 , подключенный параллельно к первичной обмотке. обмотки трансформатора Т р .

РИС. 22 иллюстрирует способ 2000 для управления генератором высокого напряжения в соответствии с настоящим раскрытием. В соответствии с примерным вариантом осуществления высоковольтный генератор может содержать инвертор, такой как инверторный мост. Инверторный мост состоит из первого плеча моста и второго плеча моста, а первое плечо моста или второе плечо моста содержит, по меньшей мере, два переключающих транзистора, распределенных последовательно. Генератор высокого напряжения дополнительно содержит: первую резонансную ветвь, причем первая резонансная ветвь соединена последовательно с выходом первой ветви моста; трансформатор, причем трансформатор подключен между выходом первой резонансной ветви и выходом второй ветви моста; вторую резонансную ветвь, причем вторая резонансная ветвь подключена параллельно трансформатору; схема выпрямителя, при этом схема выпрямителя соединена с выходом трансформатора для подачи выходного напряжения на устройство, генерирующее рентгеновское излучение.Кроме того, первая резонансная ветвь может определять первую частоту переключения переключающего транзистора, а вторая резонансная ветвь может определять вторую частоту переключения переключающего транзистора. Управляя сигналами управления, переключающий транзистор может работать между первой частотой переключения и второй частотой переключения. Специалисты в данной области техники поймут, что это всего лишь примерный вариант осуществления генератора высокого напряжения, и способ может применяться к генераторам высокого напряжения в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными выше, или их вариантами.В соответствии с примерным вариантом осуществления способ управления может содержать управление соотношением фаз между выходным напряжением и выходным током инвертора (например, инверторного моста) для управления частотой управляющего сигнала переключающего транзистора инвертора. мост ( 2010 ). Способ может повторяться циклически.

Механизмы ограничения частоты, описанные здесь, то есть методы управления фазой и / или ограничения амплитуды, гарантируют, что рабочая частота резонансного преобразователя не будет пересекать резонансный пик резонансного контура и / или не будет повышаться до такого высокого уровня. чтобы сделать некоторые компоненты схемы (например, IGBT) нестабильными.Поддерживая опережение фазы напряжения в резонансном контуре над током через резонансный контур, резонансный контур работает в индуктивной области, обеспечивая переключение переключающих транзисторов при нулевом напряжении. Предотвращая падение коэффициента усиления схемы ниже минимального, используя схему ограничения амплитуды, резонансный контур работает на частотах ниже, чем частота, соответствующая минимальному усилению, безопасная для переключающих транзисторов.

Описанные выше варианты осуществления не являются ограничивающими.Как будет понятно специалистам в данной области техники, вариации и комбинации различных вариантов осуществления, описанных в данном документе, по-прежнему будут соответствовать настоящему раскрытию. Кроме того, приведенные выше описания вариантов осуществления относятся к нескольким различным аспектам настоящего раскрытия. Следует понимать, что не все аспекты требуются. Настоящее раскрытие охватывает варианты осуществления любого из раскрытых аспектов или любой их комбинации. Например, вариант осуществления, соответствующий настоящему раскрытию, может включать в себя схему управления фазой для обеспечения того, чтобы резонансный преобразователь работал в индуктивной области, т.е.е., на правой стороне пика кривой усиления, но может не включать схему управления амплитудой; или наоборот. Точно так же схема инвертора относится к схеме, которая получает входное напряжение постоянного тока и генерирует выходное напряжение переменного тока. Даже несмотря на то, что схемы инвертора в вариантах осуществления выше описаны с переключающими транзисторами (такими как IGBT), альтернативные формы схем инвертора также могут быть приняты, не влияя на работу резонансного преобразователя.

Этапы и / или действия способов или алгоритмов, описанных в связи с раскрытыми здесь аспектами, могут быть воплощены непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, выполняемом процессором, или в их комбинации.Например, варианты осуществления, описанные выше в связи с различными способами, могут быть реализованы на машиночитаемом носителе, хранящем компьютерные программные коды, когда они выполняются процессором / компьютером, компьютерные программные коды выполняют любой этап ранее описанных способов или любую их комбинацию.

Различные иллюстративные логические схемы, логические блоки, модули и схемы, описанные в связи с раскрытыми здесь вариантами осуществления, могут быть реализованы или выполнены процессорами общего назначения, процессорами цифровых сигналов (DSP), специализированными интегральными схемами (ASIC), программируемыми пользователем вентильными матрицами. (FPGA) или другие программируемые логические устройства, дискретная логика затвора или транзистора, дискретные аппаратные компоненты или любые комбинации, предназначенные для выполнения функций, описанных в данном документе.Универсальный процессор может быть микропроцессором, но в альтернативе процессор может быть любым обычным процессором, контроллером, микроконтроллером или конечным автоматом. Процессор также может быть реализован как комбинация вычислительных устройств (например, комбинация DSP и микропроцессора, множество микропроцессоров, один или несколько микропроцессоров вместе с ядром DSP или любая другая подобная конфигурация). Кроме того, по меньшей мере, один процессор может содержать одну или несколько функций модулей для выполнения одного или нескольких шагов и / или действий, описанных выше.Например, варианты осуществления, описанные выше в связи с различными способами, могут быть реализованы процессором и памятью, соединенной с процессором, при этом процессор может быть сконфигурирован для выполнения любого этапа ранее описанных способов или любой их комбинации.

Компьютерный программный код для выполнения операций для аспектов настоящего раскрытия может быть написан на любой комбинации одного или нескольких языков программирования, включая объектно-ориентированный язык программирования, такой как Java, Scala, Smalltalk, Eiffel, JADE, Emerald, C ++, C #, VB.NET, Python и т.п., обычные процедурные языки программирования, такие как язык программирования «C», Visual Basic, Fortran 2003, Perl, COBOL 2002, PHP, ABAP, языки динамического программирования, такие как Python, Ruby и Groovy, или другие языки программирования. языков. Программный код может выполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, как автономный пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть подключен к компьютеру пользователя через сеть любого типа, включая локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), либо соединение может быть выполнено с внешним компьютером (для Например, через Интернет с использованием поставщика Интернет-услуг) или в среде облачных вычислений, или предлагается в качестве услуги, такой как «Программное обеспечение как услуга» (SaaS).

Кроме того, изложенный порядок элементов или последовательностей обработки или использование цифр, букв или других обозначений не предназначен для ограничения заявленных процессов и методов каким-либо порядком, кроме случаев, указанных в формуле изобретения. Хотя в приведенном выше раскрытии с помощью различных примеров обсуждается то, что в настоящее время считается множеством полезных вариантов реализации настоящего изобретения, следует понимать, что такие детали предназначены исключительно для этой цели и что прилагаемая формула изобретения не ограничивается раскрытыми вариантами реализации, но, напротив, предназначены для охвата модификаций и эквивалентных устройств, которые находятся в пределах сущности и объема раскрытых вариантов осуществления.Например, хотя реализация различных компонентов, описанных выше, может быть воплощена в аппаратном устройстве, она также может быть реализована только как программное решение – например, установка на существующий сервер или мобильное устройство.

Аналогичным образом, следует принимать во внимание, что в предшествующем описании вариантов осуществления настоящего раскрытия различные признаки иногда сгруппированы вместе в единственном варианте осуществления, чертеже или его описании с целью упрощения раскрытия, способствующего пониманию одного или больше различных вариантов осуществления изобретения.Однако этот метод раскрытия не следует интерпретировать как отражающий намерение, что заявленный предмет изобретения требует большего количества функций, чем прямо указано в каждом пункте формулы изобретения. Скорее, варианты осуществления изобретения заключаются не во всех признаках одного вышеупомянутого раскрытого варианта осуществления.

В некоторых вариантах реализации числа, выражающие количества ингредиентов, такие свойства, как молекулярная масса, условия реакции и т.д., используемые для описания и утверждения определенных вариантов реализации заявки, следует понимать как измененные в некоторых случаях термином « около »,« приблизительно »или« существенно.Например, «примерно», «приблизительно» или «по существу» может указывать на отклонение в пределах ± 20% от описываемого значения, если не указано иное. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления числовые параметры, изложенные в письменном описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными, которые могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены с помощью конкретного варианта осуществления. В некоторых вариантах осуществления числовые параметры следует толковать в свете количества сообщаемых значащих цифр и с применением обычных методов округления.Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем некоторых вариантов осуществления заявки, являются приблизительными, числовые значения, изложенные в конкретных примерах, сообщаются настолько точно, насколько это практически возможно.

Каждый из патентов, патентных заявок, публикаций патентных заявок и других материалов, таких как статьи, книги, спецификации, публикации, документы, вещи и / или тому подобное, упомянутые в данном документе, тем самым включены сюда посредством этой ссылки в своих целостность для всех целей, за исключением любой истории дела обвинения, связанной с ним, любого из того же, что несовместимо с настоящим документом или противоречит ему, или что-либо из того же, что может иметь ограничивающее влияние в отношении самого широкого объема притязаний сейчас или позже связанный с настоящим документом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.