2017-05-21
Персональный сайт Вячеслава Горчилина
Все статьи
Генератор синусоидального сигнала на одном транзисторе. Расчёт
Для некоторых устройств требуется простой генератор синусоидальных колебаний с широким диапазоном генерируемых мощностей. В этой работе предлагается такое устройство работающее всего на одном транзисторе. Устройство позволяет генерировать синусоидальные колебания в большом диапазлоне частот, который определяется только типом транзистора и отдавать мощность в нагрузку от 0.01 до 10 Вт.
Принципиальная схема генератора представлена на рисунке ниже. Резисторы R1-R2 задают постоянное смещение на базу транзистора VT1, который с помощью цепочки из конденасторов C1-C4 и индуктивности L1 генерирует необходимый нам сигнал. Дроссель L2 желателен, но необязателен; его назначение - обеспечивать баласт, при нём схема, без нагрузки, будет потреблять в два-три раза меньшую мощность. Нагрузка же подсоединяется ко вторичной обмотке катушки L1. Это может быть трансформатор Тесла (ТТ), реактивная нагрузка, или светодиоды, например по схеме лечебной катушки. К слову, если все элементы генератора рассчитаны точно, то работа ТТ в некоторых случаях может быть эффективнее, чем по схеме качера Бровина.
Принципиальная схема генератора синуса на одном транзисторе
Схема может быть легко управляема внешним низкочастотным генератором с тем, чтобы получить на выходе пачки импульсов. Это можно сделать, если верхний по схеме вывод R2 подать на выход драйвера этого генератора. Другой способ получения пачек — уменьшение сопротивления цепочки R1-R2; при определённом значении генератор переходит в режим так называемых «рыбок» — пачек импульсов с пологим нарастанием и спадом. Этот режим имеет черезвычайно низкое потребление от источника питания.
Расчёт
Общий расчёт определяется довольно простыми оптимальными соотношениями между ёмкостями: \[C_1/C_3 = 10, \quad C_2 = C_3, \quad C_3/C_4 = 5 \qquad (1.1) \] Резонансная частота генератора будет находиться так: \[f_r = {1 \over 2 \pi \sqrt{L_1 C_3}} \qquad (1.2) \] Значение сопротивлений определяется коэффициентом усиления транзистора VT1 (\(k_{e}\)) и напряжением питания \(U\), которое может быть от 2 до 30В в зависимости от типа транзистора и необходимой мощности. Примерные значения находятся так: \[R_1 = k_{e}\,U/100 \, (k\Omega), \quad R_2 = 2 R_1 \qquad (1.3) \]
Таким образом, расчёт начинаем со значения индуктивности катушки L1.1. Её можно определить прибором у готовой катушки или рассчитать по известным формулам. Обратите внимание, что если рассчитывается ТТ, то в качестве L1.1 там выступает индуктор. Калькулятором можно рассчитать собственную резонансную частоту вторички — эта частота и понадобится для расчёта. Если же рассчитывается обычный повышающий трансформатор, то частота выбирается исходя из его параметров.
Зная эти значения, находим ёмкость конденсатора C3 из формулы (1.2): \[C_3 = {1 \over (2 \pi f_r)^2 L_1} \qquad (1.4) \] А уже отсюда — все остальные параметры: \[C_1 = 10\,C_3, \quad C_2 = C_3, \quad C_4 = C_3/5 \qquad (1.5) \]
Детали
Для небольших значения напряжения питания 2..4В и мощности до 0.1Вт вполне подойдёт распостранённый транзистор серии КТ315А или его аналог: 2N2712, 2SC633, BFP719. Для больших мощностей хорошо походит транзистор 2SC5200 или C4793. Если мощность генератора до 1Вт, то его можно не ставить на радиатор.
Дроссель L2 можно ставить любой стандартный: 100-200мкГн, например такой. Конденсатор C4 необязателен. Он необходим только для коррекции правильной синусоиды на выходе генератора.

Горчилин Вячеслав, 2017 г.
* Использование материалов сайта возможно с условием установки соответствующих ссылок и соблюдения авторских прав

2009-2017 © Vyacheslav Gorchilin