2014-11-26
Персональний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Генератор пачок наносекундних імпульсів. Переривач іскри

Існує клас експериментальних завдань, в яких потрібно подавати імпульси накачування в котушку індуктивності, LC-контур або трансформатор тільки до закінчення перехідних процесів. Залежно від підключення вихідного ключа можливо рішення і обернених задач. Для цього нижче пропонується генератор пачок імпульсів або, як його ще називають, переривник іскри. Від подібних даний пристрій відрізняє стабільність вихідних параметрів і робота широкому діапазоні. Досягається це за рахунок постоения схеми на високошвидкісний логіці 74HCXX.

Генератор дозволяє:

  • регулювати частоту імпульсів в пачці — 1кГц .. 1Мгц, при цьому тривалість одиночних імпульсів може досягати значення в 20нс;
  • міняти шпаруватість імпульсів в пачці 6,25 .. 50%;
  • регулювати частоту повторення пачок імпульсів — 300Гц .. 50кГц;
  • змінювати кількість імпульсів в пачці — 1 .. 8.

Зазвичай, цих параметрів досить для рішення подібних задач; про розширених ж можливості генератора мова піде нижче.

У схемі задіяно 2 мікросхеми здійснюють логіку 2І-НЕ — DD1, DD2, два зсувних регістра DD3, DD4, і драйвер DA2 для посилення вихідного сигналу. Якщо для вихідного ключа (у схемі не намальовано) досить вихідний потужності логічної мікросхеми, то драйвер DA2 і опір R6 можна прибрати. Харчування логіки здійснює шім-стабілізатор DA1.

Схема генератора пачек наносекундных импульсов

Логіка роботи схеми така. Задаючий генератор на DD1.1, DD1.3, DD1.4 подає імпульси на тактовий вхід сдвигового регістра DD3. З його виходів ми беремо імпульси для вихідного інвертора і тактові имульсы для наступного сдвигового регістра. У залежності від положення перемикача SA3 вихідний інвертор на DD2.1, DD2.2, DD2.4 відкривається на час рівне 1 .. 8 імпульсів задаючого генератора. Після появи логічної одиниці на 13-й ніжці DD3, на D-вхід першого регістра починає надходити логічний нуль, тому другі 8 імпульсів задаючого генератора послідовно заповнюють виходи регістра нулями; вихідний інвертор при цьому знаходиться в закритому стані. Як тільки такий нуль з'явиться на його 13-ї ніжці, наступний сдвиговый регістр DD4 отримає тактовий імпульс, а робота першого — повториться.

Його робота буде повторюватися до тих пір, поки на вході DD2.3 не з'явиться одиниця. Її поява визначає перемикач SA4, який підключає вхід елемента DD2.3 до одного з виходів другого регістра. Число повторень і буде дорівнює числу імпульсів в пачці, що відповідає номеру виходу в DD4. Ця одиниця перемкне вихід DD2.3 в нуль, який зупинить роботу задаючого генератора і запустить процес розрядки конденсатора C4(C5) через резистори R3, R4.

Поки йде розрядка цього конденсатора вся система «засинає» і не споживає енергії на внутрішні перемикання. Це час — пауза між пачками імпульсів. Як тільки напруга на конденсаторі досягне логічного нуля, регістр DD4 скинеться і весь цикл повториться знову.

Заміни

Серія мікросхем К1564 (КР1564) є повним аналогом імпортної 74HC. Тому 74HC164 можна замінити на К1564ИР8, 74HC00 — на К1564ЛА3. Пятивольтовый стабілізатор LM7805 замінюється на КР142ЕН5А, а замість діоди 1N4148 можна встановити будь ультрафаст — чим швидше, тим краще. TC4429 можна замінити на TC4420, але, оскільки ця версія мікросхеми сигнал не інвертує, 2-ю ніжку цього драйвера потрібно під'єднати до ніжці 6 DD2.2.

Зауваження по монтажу

На схемі не показані висновки живлення мікросхем. Вони стандартні: 7 — мінус живлення (загальне), 14 — плюс. Всі мінуси потрібно з'єднати і підключити до загального проводу і до Gnd стабілізатора DA1. Всі плюсові висновки — до його Out (або +5V).

Якщо ви вирішили таки використовувати драйвер DA2, то підключіть дві ємності по 0.1 мкФ прямо на висновки цієї мікросхеми: 1-4 і 8-5. Також, шунтирующую ємність (0.1 мкФ) бажано встановити і на висновки живлення задаючого генератора, іншими словами — підключити його на висновки 7-14 мікросхеми DD1.

Налаштування

Якщо все зібрано правильно — пристрій починає працювати відразу. Підлаштування резистором R1 потрібно виставити верхню межу регулювання частоти імпульсів в пачці так, щоб на виході задаючого генератора, при мінімальному змінному опорі R2, були правильні прямокутні імпульси.

Навантаження

Тут можливі кілька варіантів.
Підключення до X2. Цей вихід дозволяє підключити досить потужний n-p-n транзистор в схемі з загальним емітером. Вихід під'єднують безпосередньо до його базі, а в колектор можуть включатися різні типи індуктивних навантажень або паралельний LC-контур. Це підключення відрізняється крутими фронтами у імпульсів.

Підключення до X3. В цьому випадку, через проміжного драйвера, фронт імпульсу буде більш пологим, але зате X3 дозволяє підключити MOSFET-ключ на будь-струм і напруга. Цей варіант дозволяє вирішувати не тільки завдання розгойдування індуктивності, але і — знімання енергії коливальної системи або з ємності. У схемі із загальним витоком X3 з'єднується безпосередньо з затвором MOSFET-ключа.

Отримання одиночних наносекундних імпульсів

Схема дозволяє отримати такі імпульси тільки на виході X2. При цьому перемикач SA1 повинен знаходитися в крайньому нижньому (по схемі) положенні, а SA3 повинен перебувати в положенні з підключеною 3-їй ніжкою в DD3; R1, R2 повинні мати мінімальні значення. Паспортна частота мікросхеми 74HC00 — 100 мГц, отже одиночний імпульс теоретично може мати тривалість в 10 нс, практично стабільно — 20 нс. Тривалість між імпульсами, як і в загальному випадку, регулюється змінним опором R4.

Розширення можливостей схеми

Якщо в схему додати ще два зсувних регістра, то розширюються можливості пристрою. У наведеній нижче схемі збільшені діапазони двох параметрів: шпаруватість імпульсу в пачці регулюється від 6,7 до 80%, а кількість імпульсів в пачці може бути від одного до 16-ти.

Схема генератора пачек наносекундных импульсов с расширенными возможностями

Також, в розрив ланцюга живлення всієї схеми можна вставити ще один стабілізатор напруги, наприклад, LM7818 або LM7815. В цьому випадку верхня межа напруги весь пристрій напруги збільшиться з 20-ти до 36 Вольт.

Переривач іскри з ФАПЧ для трансформатора Тесли дивіться тут.


Горчилин В'ячеслав, 2014 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin