Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
2020-01-13
Всі статті
Генератор коротких імпульсів з великою шпаруватістю
У цій замітці буде представлений генератор коротких імпульсів з великим інтервалом часу між ними або іншими словами — з великою шпаруватістю, яка може досягати значень в 10 тисяч і більше. Він може генерувати імпульси тривалістю від 60 наносекунд, незалежно від частоти їх слідування, яка, в свою чергу, може змінюватися в інтервалі 1Гц-150кГц. Тривалість імпульсу можна регулювати змінним опором (60 ns - 30 μs), а частоту їх проходження — за допомогою двох кнопок управління. Ця частота отображется на дисплеї, що може бути дуже зручним для багатьох дослідів. Генератор підходить для експериментів і робочих установок, де потрібні дуже короткі, але потужні імпульси, наприклад, для котушок трансформаторів з надмалою індуктивністю. Всі налаштування генератора енергонезалежними.
Принципова схема генератора зображена нижче. Працює вона наступним чином. Одноплатний генератор DG1 виробляє на своєму виході TTL прямокутні коливання заданої оператором частоти. Через диференціюючу ланцюжок C1(C2)R1R2 вони надходять на вхід драйвера вихідного ключа DA1, де перетворюються в необхідні для відкриття транзистора VT1 імпульси. Регулювання тривалості вихідного імпульсу здійснюється змінним опором R1, а її діапазон змінюється перемикач SW1. Завдяки порогового пристрою, який стоїть на вході драйвера, імпульс на виході виходить з максимально можливим фронтом і спадом. При цьому відпала необхідність застосовувати дополнительныю мікросхему для його формування, правда довелося використовувати драйвер інвертується. Вихід останнього з'єднується з ланцюгом захисної R3VD2ZD1 і потрапляє на затвор вихідного ключа VT1. Захист тут просто необхідна, т. к. надкороткі імпульси іноді можуть давати величезні викиди в навантажувальних ланцюгах, які часто виводять з ладу і вихідний ключ і драйвер.
У схемі задіяний відносно недорогий цифровий одноплатний генератор DG1, який відрізняється непоганими стабільними параметрами частоти і зручністю установки.
На жаль, стандартний вихід одноплатного генератора (PWM) не дає необхідних значень по фронту і спаду імпульсу, т. к. на його виході варто інвертор на транзисторі, завдання якого — перетворити імпульси з амплітудою TTL напруги в імпульси з амплітудою харчування. При цьому перетворенні досить сильно падають характеристики фронту і спаду, що для нас критично. Тому автор використовував два внутрішніх підключеннях, про яких далі піде мова.
На фото вище відображені ці два підключення: TTL і +3.3 V. Вони ж є і на принциповій схемі. +3.3 V — це внутрішнє харчування одноплатного генератора DG1, а TTL — вихід цього генератора на вихідний інвертор. Необхідно акуратно підпаяти до цих точках тонкі дроти. Найкраще це робити паяльником з тонким жалом.
Деталі
В якості вихідного ключа добре підходять «легкі» mosfet-транзистори: IRF840 або IRF740. Якщо на виході необхідна велика потужність, то тоді краще застосувати швидкодіючий IGBT. Для драйвера DA1 краще всього застосувати більш швидкодіючу мікросхему TC4451, тоді мінімальний імпульс виходить шириною в 50-60 ns. Якщо взяти ще більш швидкодіючий драйвер, то вихідні параметри схеми можуть бути ще краще. Єдине, що потрібно пам'ятати при його виборі, — драйвер повинен инветировать вхідний сигнал. Підійде і «повільна» TC4429, але тоді мінімальна тривалість вихідного імпульсу буде близько 100 ns.
Перелік інших елементів схеми:
  • DG1 — цифровий генератор сигналів 1Hz-150kHz;
  • VD1 — діод 1N4148;
  • VD2 — діод UF4007;
  • ZD1 — супресор 1.5KE18CA;
  • R1 — будь-змінний резистор з пластмасовою ручкою; R2 — будь підлаштування резистор;
  • С1, C2 — конденсатори з маленьким ТКЕ, краще — трубчасті;
  • XS1 — стандартний роз'єм до блоку живлення на 12В, наприклад, такий;
  • XS2 — будь-клемник на три виводу, наприклад, такий.
Налаштування
Налаштування схеми зводиться до встановлення мінімальної тривалості вихідного імпульсу, при якому він все ще спостерігається на осцилографі, підключеному до виходу DA1 (6,7 висновок). Це робиться за допомогою підлаштування резистора R2 при мінімальному значенні R1 і розімкнутому ключі SW1. Також, на одноплатном генераторі DG1, необхідно виставити параметр «DUTY» рівним 50%. Більше цей параметр не змінюється.
Конструкція
Конструкція пристрою може бути абсолютно будь-який, за вашим бажанням. Єдина вимога: необхідно розташувати драйвер DA1, і всі з'єднання, як можна ближче до вихідного ключа. Автор вибрав двох'ярусний варіант, розміщений на друкованій платі 4x6 см. На другому ярусі розташовується одноплатний генератор DG1, а на першому — всі інші елементи. Зовнішній вигляд і деякі етапи складання зображені на наступних фото:
Один з варіантів застосування даного девайсу можна знайти тут, а в наступній частині ви можете познайомитися з більш просунутою версією цього генератора, який може віддавати задане число імпульсів в пачці і пауз між ними.