Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
2020-02-02
Все заметки
Генератор пачек коротких импульсов с цифровым управлением
Дальшейшим развитием генератора коротких импульсов с большой скважностью является следующая схема. Такое устройство может генерировать пачки импульсов с заданным их числом в самой пачке и с заданным числом пауз между ними. В отличие от аналоговых подобных генераторов, где первый и последний импульс в пачке может иметь разную длину, здесь все импульсы и паузы отрабатываются корректно, что может являться очень важным параметром для многих устройств. На его выходе мы получаем пачки импульсов, длительность которых регулируется независимо от их частоты. Генератор может применяться как для исследовательских целей, так и для готовых приборов и устройств.
Параметры генератора следующие. Частота следования импульсов задаётся в цирфовом виде и регулируется от 1 Гц до 150 кГц. Длительность импульса в пачке регулируется переменным сопротивлением R1 и, в зависимости от положения переключателя SW1, может составлять 70 ns - 700 ns, либо 0.5 μs - 5 μs. Число импульсов в пачке, в зависимости от положений переключателя SA1, может быть от 1 до 15-ти. Число пауз между пачками импульсов, в зависимости от положений переключателя SA2, может составлять от 0 до 15-ти. При этом, длительность одной паузы равна периоду импульса.
Как и в предыдущем генераторе, в этом устройстве также задействован относительно недорогой цифровой одноплатный генератор DG1. Он является тактовым для всей остальной схемы. Для получения пачек импульсов и пауз между ними, в схеме применены две цифровых недорогих микросхемы: DD1 и DD2. Тактовые импульсы от DG1 (выход TTL) поступают на первую из них (двухвходовой инвертор DD1.1) и складываются там с запирающим сигналом от выходов первого счётчика DD2.1, соединённых через переключатель SA1. В зависимости от его положений запирающий сигнал появляется через 1-15 тактовых импульсов. Этот же сигнал, через инвертор DD1.4, разрешает работу второго счётчика DD2.2, число импульсов на выходе переключателя SA2 также зависит от его положений. После появления логической единицы на его выходе, сбрасывается первый счётчик, а вместе с ним — запирающий сигнал, и цикл повторяется снова. К выходу DD1.1, через RC-цепочку R1R2C1(C2), подключён ещё один инвертор DD1.3, который формирует длительность выходного импульса в зависимости от положения переменного сопротивления R1. Этот импульс подаётся на драйвер DA1, а с него — на выходной ключ VT1. Цепочка R6VD9ZD1 защищает этот ключ, а также — драйвер и остальную схему, от возможных выбросов ЭДС на его стоке при индуктивной нагрузке.
Далее приводятся данные о числе выходных импульсов и пауз в зависимости от положений переключателей SA1 и SA2. Положение переключателей приводится, как на схеме. Например, положение «1100» у SA1 означает, что контакты замкнуты у SA1.1 и SA1.2, а остальные — разомкнуты; генератор при этом вырабатывает пачку из трёх импульсов. Для DIP-переключателя замкнутый контакт — в положении «on».
Положение переключателей в SA1 и число импульсов
0000
1000 1
0100 2
1100 3
0010 4
1010 5
0110 6
1110 7
0001 8
1001 9
0101 10
1101 11
0011 12
1011 13
0111 14
1111 15
Положение переключателей в SA2 и число пауз
0000 0
1000 1
0100 2
1100 3
0010 4
1010 5
0110 6
1110 7
0001 8
1001 9
0101 10
1101 11
0011 12
1011 13
0111 14
1111 15
Положение «0000» у SA1 означает, что генератор не вырабатывает импульсы (выход отключён). Положение «0000» у SA2 означает, что генератор отдаёт импульсы без пауз между пачками, так, как это делал бы уже знакомый нам генератор.
Подключения к DG1
Этот пункт мы уже описывали ранее, но всё же повторим некоторые основные моменты. Для получения хорошего фронта и спада импульса от одноплатного генератора DG1 необходимы два нестандартных к нему подключения: TTL и +3.3V. Кроме уже перечисленного, подключение +3.3V в данном варианте генератора используется ещё и для питания двух дополнительных микросхем DD1 и DD2, что уменьшает число деталей.
На фото выше отображены эти два подключения: TTL и +3.3V. Они же есть и на принципиальной схеме. +3.3V — это внутреннее питание одноплатного генератора DG1, а TTL — выход этого генератора на выходной инвертор. Необходимо аккуратно подпаять к этим точкам тонкие провода. Лучше всего это делать паяльником с тонким жалом.
Два других подключения: VIN+ и VIN- являются стандартными. Первое — выводится на +12V схемы, а второе — подключается к её общему проводу.
Детали
В качестве выходного ключа хорошо подходят «лёгкие» mosfet-транзисторы: IRF840 или IRF740. Если на выходе необходима большая мощность, то тогда лучше применить быстродействующий IGBT. Для драйвера DA1 оптимально применить быстродействующую микросхему TC4452, тогда минимальный импульс получается шириной в 60-70 ns. Подойдёт и более «медленная» TC4420, но тогда минимальная длительность выходного импульса будет около 100 ns. К слову, в этой схеме можно применить и инвертирующий драйвер, например, TC4451, но тогда вывод сопротивления R1 (точка A) нужно подсоединить не к плюсу питания, как на схеме, а к общему проводу.
Перечень остальных элементов схемы:
  • DG1 — цифровой генератор сигналов 1Hz-150kHz;
  • DD1 — микросхема двоичной логики 74HC02;
  • DD2 — двоичный счётчик импульсов 74HC393;
  • VD1-VD8 — диоды 1N4148;
  • VD9 — диод UF4007;
  • ZD1 — супрессор 1.5KE18CA;
  • R1 — любой переменный резистор с пластмассовой ручкой; R2 — любой подстроечный резистор;
  • С1, C2 — конденсаторы с маленьким ТКЕ, лучше — трубчатые;
  • SA1, SA2 — DS-04B, SWD14 (любой DIP-переключатель на 4 секции);
  • XS1 — стандартный разъём к блоку питания на 12В, например, такой;
  • XS2 — любой клеммник на три вывода, например, такой.
Монтаж
Его можно выполнить любым удобным способом. Нужно напомнить, что на схеме выводы питания цифровых микросхем (DD1, DD2) не указаны, но они должны быть подключены так: 7 вывод — к общему проводу, 14 вывод — к плюсу питания (+V на схеме). В силовой части необходимо расположить драйвер DA1, и все соединения, как можно ближе к выходному ключу VT1.
Настройка
Настройка схемы, также как и в более простой версии этого генератора, сводится к установке минимальной длительности выходного импульса, при котором он всё ещё наблюдается на осциллографе, подключённом к выходу DA1 (6,7 вывод). Это делается при помощи подстроечного резистора R2 при минимальном значении R1 и разомкнутом ключе SW1 и установленном числе импульсов и пауз при помощи переключателей SA1 и SA2. Также, на одноплатном генераторе DG1, необходимо выставить параметр «DUTY» равным 50%. Более этот параметр не меняется. В остальном, схема начинает работать сразу и дополнительных настроек не требует.
Конструкция
Конструкция устройства может быть любой, на ваш вкус. Автор выбрал оптимальный для одноплатного генератора DG1, двухъярусный вариант, размещённый на печатной плате 5x7 см. На втором ярусе располагается одноплатный генератор DG1, а на первом — все остальные элементы. Внешний вид и некоторые этапы сборки изображены на следующих фото:
Один из вариантов применения этого генератора можно найти здесь или здесь.
 
1 2