Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2019-12-20
Всі статті/Радіоелектронні схеми
Генератор для довгої лінії в декількох режимах роботи
Цей генератор може працювати з різними навантаженнями і режимами: від невеликого відрізка дроту довжиною 20 см в режимі довгій лінії, до котушки індуктивності в режимі резонансу першого або другого роду (РВР). В окремих випадках, генератор працює з ЯМР провідника, веде себе самим некласичним чином і впливає на поруч розташовану апаратуру. Він є ще одним варіантом схемотехніки генераторів на одному транзисторі, працює у великому діапазоні живлячих напруг (5..70), містить мінімальну кількість деталей і підходить для широкого спектру дослідницьких завдань.
Загальна схема генератора представлена на малюнку (1a). Транзистор VT1 тут включений в ланцюзі високої частоти «за схемою із загальною базою», яка заземлюється через конденсатор C1. Ланцюжок резисторів R1-R2 подає на неї позитивний зсув, а позитивна зворотній зв'язок виникає завдяки ємності C3, включеної між колектором і емітером цього транзистора, і дросселю L2. Конденсатор C2 згладжує пульсації від роботи генератора і замикає зворотний зв'язок по ланцюгу живлення, що подається на роз'єм XS1-XS2.
Рис.1. Варіанти включення генератора: a — з котушкою індуктивності, b — з довгою лінією, c — із зовнішнім управлінням.
Як ми бачимо, на схемі немає конденсатора, підключеного паралельно L1 і утворює класичний коливальний контур. Ви здивуєтеся, але якщо таку ємність підключити, то ефект вийде абсолютно протилежний очікуваному: замість зменшення частоти, генератор перейде в інший режим і різко збільшить частоту вихідних імпульсів. Крім того, відсутність такого конденсатора дозволяє повніше розкрити хвильові властивості котушки або довгої лінії (L1 за схемою).
В якості L1 можна підключати два види індуктивностей.
1. Довга лінія. Це може бути просто відрізок дроту довжиною 20 см і більше. Цікаво, що в разі двадцатисантиметровой довжини провідника, осцилограф може показати частоту на L1 порядку 5-20 МГц, хоча чверть довжини хвилі при такій частоті дорівнює 4-15 метрів. Мало того, навіть при невеликих потужностях (3-4 Вт) нижній за схемою вивід L1 може сильно обпалювати шкіру при дотику до нього. Останній ефект відноситься і до наступного виду навантаження.
2. Котушка індуктивності. Тут підходять всі види намотаних котушок. Особливо добре себе показала плоска котушка Тесли [1]. Для всіх видів индуктивносей дуже бажана висока добротність. Наприклад, якщо в розрив ланцюга L1 встановити опір навіть невеликого номіналу (5-15 Ом), то генерація може не запуститися.
Режими роботи генератора
1. Пачки імпульсів. Хоча в схемотехніці генератора немає низькочастотних ланцюжків, при деяких умовах він може віддавати пачки імпульсів, причому частота пачки може бути досить високих, аж до звукової частоти. При цьому, частота заповнення пачки буде звичайною для обраного виду індуктивності. Такий режим можна отримати при низьких значеннях напруги в 3-4 В, або за умови, коли індуктивність L1 більше, ніж індуктивність L2. Цей режим відрізняється понад низьким споживанням.
2. Синусоїдальні коливання. Не основний режим роботи. Є перехідним між першим і наступним третім режимом, коли поступово підвищується напруга живлення.
3. Режим РВР. Основний і стабільний режим роботи. При цьому на L1 можна спостерігати однополярні викиди щодо великої амплітуди. Його можна досягти підвищенням напруги живлення схеми, підстроюванням резистором R1 і підключенням паралельно L1 невеликої ємності, наприклад 1 nF.
4. Режим ЯМР. Його також можна домогтися підстроюванням резистором R1 і підключенням паралельно L1 ємності порядку 1-10 nF. Відрізняється від попереднього нестабільними по амплітуді викидами, частота яких перестає залежати від індуктивності L1. Режим відрізняється величезним впливом на навколишнє радіо апаратуру: може початися її перезавантаження або вимикання, а в динаміках з'являється сильний гул. Крім того, якщо джерело живлення генератора цифровий, то показання споживання можуть бути сильно занижені або взагалі дорівнювати нулю.
У другому і третьому режимі, при досить короткій по довжині проводу навантаження L1 (рис. 2b), очевидно, виникають додаткові модуляційні коливання в діапазоні дуже високих частот (КВЧ). Вони засновані на спільному ефекті кристала транзистора і довгої лінії L1.
Зовнішнє управління
Пропонований тут генератор дуже добре може управлятися зовнішнім пристроєм. Для цього зміщення на нього треба подавати з виходу цього пристрою (рис. 1c). Якщо це пристрій також буде генератором, то на виході (на L1 за схемою) можна отримати якісні модульовані коливання.
Деталі
Для режиму генерації дуже важливо підібрати транзистор VT1. Дуже добре підходять потужні високовольтні швидкі перемикальні npn-транзистори, наприклад 2SC2625. Вони забезпечують високий ККД всього генератора і при потужностях порядку 1Вт їх можна не ставити на радіатор. З меншим ККД працюють популярні транзистори 2SC5200.
Особливу увагу потрібно звернути на конденсатор C3. Він повинен бути обов'язково високочастотним, інакше він може сильно грітися і цим сильно знижувати ККД всієї установки. Тут добре підійде трубчастий конденсатор для радіопередавачів. Інші конденсатори можуть бути керамічними або плівковими.
Дросель L2 можна застосувати стандартний, наприклад такий. Бажано вибирати такий, який має більш низьке активний опір, отже, і менші втрати.
Монтаж та налаштування
Монтаж має виконуватися за такими ж правилами, як і для пристроїв НВЧ: мінімальна довжина при з'єднанні між елементами схеми і отстутсвие виступаючих кінців і задирок. Настроювання генератора зводиться до встановлення напруги живлення при якому досягається потрібний режим роботи. Також, можна підлаштувати його резистором R1.
Використовувані матеріали
  1. Coil for electro-magnets. US512340, 1894р.