Релаксационный RL - генератор
В помощь радиолюбителю, выпуск 106.
Если посмотреть на рис.1, нетрудно заметить, что транзисторы соединены между собой таким способом, при котором образуется аналог тринистора. К управляющему электроду "тринистора" подключена катушка индуктивности L1, а в цепи катода стоит резистор R1. Если транзистор VT1 может быть и кремниевым и германиевым, то VT2 - обязательно германиевым, поскольку именно он обладает способностью усиливать сигналы без напряжения смещения на базе.
Рис. 1 Принципиальная схема RL - генератора.
Работает этот генератор так. Как только подаётся питающее напряжение, транзистор VT1 приоткрывается (переходит в рабочий режим) , так как через его эмиттерный переход течёт начальный ток коллектора транзистора VT2. Поскольку генератор представляет собой неинвертирующий усилитель, выход которого замкнут на вход, случайное увеличение коллекторного тока любого из транзисторов (скажем, из-за собственных шумов транзисторов, внешних наводок и т.д.) немедленно усиливается и приводит к лавинообразному открыванию транзисторов до состояния насыщения, как это обычно происходит в тринисторе (момент t1 на рис. 2)
Рис. 2. Форма сигнала RL - генератора.
Катушка индуктивности не препятствует открыванию транзисторов, её сопротивление для импульсных сигналов велико.
После открывания транзисторов ток через катушку возрастает по экспотенциальному закону. Так же возрастает и ток коллектора транзистора VT1. Вскоре транзистор VT1 выходит из насыщения, падение напряжения на нём увеличивается. Напряжение же на катушке уменьшается, и развивается лавинообразный процесс закрывания транзисторов (момент t2 на рис. 2 ).
Энергия, накопленная в катушке в виде магнитного поля, препятствует быстрому уменьшению тока через катушку, и он спадает до нуля плавно. причём этот ток поддерживается ЭДС самоиндукции, величина которой после закрывания транзисторов может в десятки раз превышать напряжение источника питания. Энергия магнитного поля рассеивается в виде тепла в переходах транзисторов, ЭДС самоиндукции постепенно спадает до нуля, ток через катушку прекращается и цикл генерации повторяется (момент t3 на рис. 2).
Таким образом, на катушке индуктивности L1 возникает непрерывная последовательность прямоугольных импульсов напряжения, а ток через катушку течёт в виде последовательности пилообразных импульсов.
Несколько иначе протекает процесс генерации при использовании в качестве катушки индуктивности обмотки головных телефонов BF1 (рис. 3).
Рис. 3. Принципиальная схема RL - генератора с головными телефонами.
Частота следования импульсов на ней синхронизируется с резонансной частотой собственных колебаний мембраны. (рис. 4).
Рис. 4 форма сигала на головных телефонах.
Происходит это потому, что телефон является обратимым преобразователем , т.е. колебания мембраны, вызванные внешними импульсами напряжения, в свою очередь возбуждают в обмотке телефонов переменное напряжение (штриховая линия на рис. 4), которое суммируется с напряжением генератора и прикладывается к базе транзистора VT2.
Работа телефонов на резонансной частоте мембраны резко повышает КПД генератора как электороакустического преобразователя, в результате чего значительная громкость получается при малой мощности, потребляемой от источника питания.
Для смягчения тембра звучания телефонов параллельно их обмотке можно подключить конденсатор C1 - тогда форма колебаний на обмотке телефонов приблизится к синусоидальной, а импульсы ЭДС самоиндукции практически исчезнут (это кстати, исключит возможность пробоя переходов транзисторов).
Генератор, собранный по схеме рис. 3 , может использоваться как экономичный и простой звуковой сигнализатор, особенно в устройствах с автономным питанием, а так же в качестве пробника для проверки ("прозвонки") различных электрических цепей. В последнем варианте достаточно включить в разрыв провода питания двухпроводный шнур со щупами на концах - ими и касаются проверяемых цепей.
На месте BF1 можно использовать головные телефоны или капсюль от них сопротивлением постоянному току не более 250 Ом. Транзистор VT1 - серий МП35 - МП38, а VT2 - МП21, МП25, МП26.
На рис. 5 приведена схема генератора с динамической головкой BA1. Резистор R1 в этом генераторе переменный, им устанавливается режим устойчивой генерации. Звучание маломощной динамической головки (0.5ГД-30 или аналогичная) с малой площадью диффузора напоминает автомобильный сигнал.
Рис.5 Принципиальная схема RL - генератора с динамической головкой.
Такой генератор можно использовать в моделях автомобилей, в качестве квартирного звонка и звукового сигнала на велосипеде. Транзисторы генератора могут быть такие же, что и в предыдущем случае. Кроме того, на месте VT2 хорошо работают транзисторы серий МП39-МП42.
Если между коллектором транзистора VT1 и базой VT2 включить разделительный конденсатор C2 и использовать головной телефон BF1 (рис. 6), генератор будет формировать пакеты импульсов, имитирующие птичьи трели. Конденсаторы могут быть любого типа, переменный резистор - СП-1, головной телефон (или капсюль) - сопротивлением не более 250 Ом, например ДЭМ-4М, транзисторы - такие же что и в предыдущем генераторе.
Рис. 6 Принципиальная схема RL - генератора с разделительным конденсатором.
Как упоминалось выше, амплитуда импульсов ЭДС самоиндукции на обмотке телефона достигает значительной величины. Учитывая это, можно использовать генератор как преобразователь напряжения. Такой преобразователь , например, станет незаменимым источником питания авометра, при измерении больших сопротивлений. Известно, что для большинства авометров требуется для этого режима отдельный источник , который не всегда есть под руками. Кроме того, дополнительные операции, связанные с его подключением , снижают оперативность измерений. Всё это приводит к тому, что один из диапазонов измерений авометра остаётся неиспользованным.
Выйти из положения поможет преобразователь напряжения из RL - генератора (рис. 7), встраиваемый в корпус авометра. Он содержит минимум элементов и не требует налаживания после изготовления. В конструкцию авометра при этом необходимо ввести небольшие изменения: установить на его корпусе переключатель SA1, включить его контакты в разрыв плюсового провода питания и подключить преобразователь к минусовому выводу элемента G1 авометра.
Рис.7 Принципиальная схема преобразователя напряжения.
В положении "выкл" переключатель замыкает разрыв в плюсовом проводе питания , и авометр используется в обычных режимах. Хотя преобразователь при этом и остаётся подключённым к источнику питания, он практически не потребляет энергии - диод и стабилитрон включены по отношению к источнику питания в обратном направлении.
Для работы в режиме измерения больших сопротивлений переключатель переводят в положение "вкл.". В действие вступает генератор на транзисторах VT1, VT2. Импульсы ЭДС самоиндукции обмотки телефонов BF1 заряжают через диод VD2 конденсатор С1. Напряжение на нём быстро возрастает и стабилизируется на уровне примерно 12В (напряжение стабилизации стабилитрона VD1). Суммируясь с напряжением источника питания, оно поступает на цепи измерения авометра. Звуковой сигнал, издаваемый телефонами BF1, напоминает о том, что переключатель после окончания измерений надо перевести в положение "выкл.".
Ток, потребляемый преобразователем от источника напряжения, составляет примерно 5 мА. Ток нагрузки преобразователя не должен превышать 100 мкА, иначе увеличится амплитуда пульсаций выходного напряжения и снизится точность измерений. Поэтому применять преобразователь желательно лишь в авометрах с минимальным пределом измерения постоянного тока 100 мкА.
Транзисторы преобразователя могут быть такие же, что и в предыдущих устройствах. Кроме указанных на схеме, подойдут стабилитроны Д813, КС213, диоды Д219, Д223, КД102, КД103 с любым буквенным индексом. Резистор - любого типа, малогабаритный. Головные телефоны - капсюль ДЭМ-4М, ТК-67 или другой , электромагнитной системы, с сопротивлением обмотки постоянному току 50...100 Ом.
Д. Приймак