В один прекрасний день мені знадобився терміново генератор прямокутних імпульсів з наступними характеристиками:

--- Харчування: 5-12В


---
Частота: 5Гц-1кГц.


---
Амплітуда вихідних імпульсів не менше 10в


--- Струм: близько 100мА.

За основу був узятий мультивибратор, він реалізований на трьох логічних елементах мікросхеми 2 І-НЕ. Принцип якого при бажанні можна прочитати у Вікіпедії. Але генератор сам по собі дає інверсний сигнал, що підштовхнуло мене застосувати інвертор (це 4-й елемент). Тепер мультивибратор дає нам імпульси позитивного струму. Однак у мультивибратора немає можливості регулювання шпаруватості. Вона у нього автоматично виставляється 50%. І тут мене осінило поставити чекає мультивибратор реалізований на двох таких же елементах (5,6), завдяки якому з'явилася можливість регулювати шпаруватість. Принципова схема на малюнку:

Природно, межа вказаний в моїх вимогах не критичний. Все залежить від параметрів С4 і R3 - де резистором можна плавно змінювати тривалість імпульсу. Принцип роботи так само можна прочитати в вікіпедії. Далі: для високої здатності навантаження було встановлено еммітерной повторювач на транзисторі VT-1. транзистор застосований самий распостраннений типу КТ315. резисторів R6 служить для обмеження вихідного струму і зашита від перегорання транзистора в разі КЗ.

Мікросхеми можна застосовувати як ТТЛ, так і КМОП. У разі застосування ТТЛ опір R3 не більше 2к. тому що: вхідний опір цієї серії приблизно дорівнює 2к. особисто я використовував КМОП К561ЛА7 (вона ж CD4011) - два корпуси харчування до 15в.

Відмінний варіант для використання як ЗГ для якого ні будь перетворювача. Для використання генератора серед ТТЛ - підходять К155ЛА3, К155ЛА8 у останньої колектори відкриті і на виходу потрібно вішати резистори номіналом 1к.

Всі розглянуті вище генератори високої напруги мали в якості накопичувача енергії конденсатор. Не менший інтерес представляють пристрої, що використовують в якості такого елемента індуктивності.

У переважній більшості конструкції подібного роду перетворювачів ранніх років містили механічний комутатор індуктивності. Недоліки такого схемного рішення очевидні: це підвищений знос контактних пар, необхідність їх періодичної чистки та регулювання, високий рівень перешкод.

З появою сучасних бьютродействующіх електронних комутаторів конструкції перетворювачів напруги з комутованих індуктивним накопичувачем енергії помітно спростилися і стали конкурентоспроможними.

Основою одного з найбільш простих вьюоковольтних генераторів (рис. 12.1) є індуктивний накопичувач енергії.

Мал. 12.1. Електрична схема високовольтного генератора на основі індуктивного накопичувача енергії

Генератор прямокутних імпульсів зібраний на мікросхемі 555 (КР1006ВІ1). Параметри імпульсів регулюються потенціометрами R2 і R3. Частота імпульсів управління також залежить від ємності времязадающего конденсатора 01. Імпульси з виходу генератора подаються через резистор R5 на базу ключового (коммутирующего) елемента - потужного транзистора VT1.

Цей транзистор відповідно до тривалості і частотою проходження імпульсів комутує первинну обмотку трансформатора Т1.

У підсумку на виході перетворювача формуються імпульси вьюокого напруги. Для захисту транзистора VT1 (2N3055 - КТ819ГМ) від пробою бажано паралельно переходу емітер - колектор підключити діод, наприклад, типу КД226 (катодом до колектора).

Високовольтний генератор (рис. 12.2), розроблений в Болгарії, також містить задає генератор прямокутних імпульсів на мікросхемі 555 (К1006ВІ1). Частота імпульсів плавно регулюється резистором R2 від 85 до 100 Гц. Ці імпульси через RC-ланцюжка надходять на ключовий елемент на транзисторах VT1 і VT2. Стабілітрони VD3 і VD4 захищають транзистори від пошкодження при роботі на індуктивне навантаження.

Мал. 12.2. Схема генератора високої напруги на основі індуктивного накопичувача енергії

Генератор вьюокого напруги (рис. 12.2) може бути використаний як самостійно - для отримання вьюокого напруги (зазвичай до 1 ... 2 кВ), або як проміжна ступінь «накачування» інших перетворювачів.

Транзистори BD139 можна замінити на КТ943В.

В якості ключових елементів перетворювачів з індуктивним накопичувачем енергії довгі роки використовували потужні біполярні транзистори. Їх недоліки очевидні: досить високі залишкові напруги на відкритому ключі, як наслідок, втрати енергії, перегрів транзисторів.

У міру вдосконалення польових транзисторів останні почали відтісняти біполярні транзистори в схемах джерел живлення, перетворювачів напруги.

Для сучасних потужних польових транзисторів опір відкритого ключа може досягати десятьма ... сотью частки Ома, а робоча напруга досягати 1 ... 2 кВ.

На рис. 12.3 наведена електрична схема перетворювача напруги, вихідний каскад якого виконаний на польовому транзисторі MOSFET. Для узгодження генератора з польовим транзистором включений біполярний транзистор з великим коефіцієнтом передачі.

Електрична схема генератора високовольтних імпульсів з ключовим польовим транзистором

Генератор, що задає зібраний на / СМО / 7-мікросхемі CD4049 за типовою схемою. Як самі вихідні каскади, так і каскади формування керуючих сигналів, показані на рис. 12.1 - 12.3 і далі, взаємозамінні і можуть бути використані в будь-якому поєднанні.

Вихідний каскад генератора вьюокого напруги системи електронного запалювання конструкції П. Брянцева (рис. 12.4) виконаний на сучасній вітчизняній елементній базі.

При подачі на вхід схеми керуючих імпульсів транзистори VT1 ​​і VT2 короткочасно відкриваються. В результаті котушка індуктивності короткочасно підключається до джерела

Мал. 12.4. Схема вихідного каскаду генератора високої напруги П. Брянцева на складеному транзисторі

Мал. 12.5. Електрична схема генератора високої напруги з генератором, що задає на основі тригерів Шмітта

харчування. Конденсатор С2 згладжує пік імпульсу напруги. Резистивний дільник (R3 і R5) обмежує і стабілізує максимальна напруга на колекторі транзистора VT2.

Як трансформатора Т1 використана котушка запалювання Б115. Її основні параметри: Ri = 1,6 Ом, \

Наступні дві схеми вьюоковольтних генераторів напруги з використанням індуктивних накопичувачів енергії (рис. 12.5, 12.6) розробив Andres Estaban de la Plaza.

Перше з пристроїв містить задає генератор прямокутних імпульсів, проміжний і вихідний каскад, вьюоковольтний трансформатор.

Електрична схема генератора високої напруги з генератором, що задає на основі операційного підсилювача

Генератор, що задає виконаний на основі тригера Шмітта (КМО / 7-мікросхема типу 4093). Використання тригера Шмітта замість логічних елементів НЕ (див. Наприклад, рис. 12.3) дозволяє отримати імпульси з більш крутими фронтами, і, отже, знизити втрати енергії на ключових елементах.

Узгодження КМО / 7-елементів з силовим транзистором VT2 здійснюється предусилителем на транзисторі VT1. Вихідний трансформатор Т1 комутується силовим біполярним транзистором VT2. Цей транзистор встановлений на тепловідвід-щей пластині.

Частота імпульсів генератора поступово змінюється перемикачем SA1. Співвідношення між тривалістю імпульсу і паузою і частоту проходження імпульсів плавно регулюють потенціометрами R1 і R2.

Перемикачем SA2 включають / відключають резистор R6, включений послідовно з первинної обмоткою трансформатора. Тим самим поступово регулюють вихідну потужність перетворювача.

Робоча частота генератора в його п'яти піддіапазонах регулюється в межах 0,6 ... 8,5 кГц; 1,5 ... 20 кГц; 5,3 ... 66 кГц; A3 ... МО кГц; 43 ...> 200 кГц.

Первинна обмотка трансформатора Т1, намотана на сердечнику від трансформатора рядкової розгортки, має 40 витків діаметром 1,0 мм. Вихідна напруга перетворювача на частотах нижче 5 кГц становить 20 кВ, в області частот 50 ... 70 кГц вихідна напруга знижується до 5 ... 10 / св.

Вихідна потужність високочастотного сигналу пристрою може доходити до 30 Вт. У зв'язку з цим при використанні даної конструкції, наприклад, для газорозрядної фотозйомки необхідно вжити особливих заходів по обмеженню вихідного струму.

Вьюоковольтний генератор, рис. 12.6, має більш складну конструкцію.

Його задає генератор виконаний на операційному підсилювачі DA1 (СА3140), Для харчування задає генератора і буферного каскаду (мікросхема DDI типу 4049) використовується стабілізатор напруги на 12 S на інтегральної мікросхемі DA2 типу 7812.

Предоконечний каскад на комплементарних транзисторах VT1 і VT2 забезпечує роботу кінцевого - на потужному транзисторі VT3.

Співвідношення тривалість / пауза регулюють потенціометром R7, а частоту імпульсів - потенціометром R4.

Частоту генерації можна змінювати поступово - перемиканням ємності конденсатора С1. Початкова частота генерації близька до 20 кГц.

Первинна обмотка доопрацьованого трансформатора рядкової розгортки має 5 ... 10 витків, її індуктивність приблизно 0,5 мГн. Захист вихідного транзистора від перенапруги здійснюється включенням варістора R9 паралельно цій обмотці.

Транзистор 2N2222 можна замінити на КТ3117А, КТ645; 2N3055 - на КТ819ГМ; BD135 - на КТ943А, BD136 - на КТ626А, діоди 1N4148 - на КД521, КД503 та ін. Мікросхему DA2 можна замінити вітчизняним аналогом - КР142ЕН8Б (Д); DDI - К561ТЛ1.

Наступним видом генераторів вьюоковольтного напруги є автогенераторного перетворювачі напруги з індуктивним зворотним зв'язком.

Імпульсний перетворювач з самозбудженням виробляє пакети високочастотних високовольтних коливань (рис. 12.7).

Мал. 12.7. Електрична схема імпульсного перетворювача напруги з самозбудженням

Автогенератор імпульсів високої напруги на транзисторі VT1 отримує * сигнал зворотного зв'язку з трансформатора Т1 і в якості навантаження має котушку запалювання Т2. Частота генерації - близько 150 Гц. Конденсатори С *, С2 і резистор R4 визначають режим роботи генератора.

Трансформатор Т1 виконаний на муздрамтеатрі Ш 14 × 18. Обмотка I складається з 18 витків дроту ПЕВ-2 0,85 мм, намотаних в два дроти, а II - з 72 витків дроту ПЕЛШО 0,3 мм.

Стабілітрон VD2 укріплений в центрі дюралюмінієвого радіатора розмірами 40x40x4 мм. Цей стабілітрон можна замінити ланцюжком потужних стабілітронів з сумарним напругою стабілізації 150 В. Транзистор VT1 також встановлено на радіаторі розмірами 50x50x4 мм.

Резонансний перетворювач напруги з самозбудженням описаний в роботі Е. В. Крилова (рис. 12.8). Він виконаний на високочастотному потужному транзисторі VT1 типу КТ909А.

Трансформатор перетворювача виконаний на фторопластовий каркасі діаметром 12 мм з використанням феритового стрижня 150ВЧ розміром 10 × 120 мм. Котушка L1 містить 50 витків, L2 - 35 витків дроту ЛЕШО 7 × 0,07 мм. Котушки низьковольтної половини пристрої мають по одному витку дроти під

Мал. 12.8. Схема резонансного високовольтного генератора з трансформаторної зворотним зв'язком

фторопластовой (політетрафторетіленовой) ізоляції. Вони намотані поверх котушки L2.

Вихідна напруга перетворювача складає 1,5 кВ (максимальне - 2,5 кВ). Частота перетворення - 2,5 МГц. Споживана потужність - 5 Вт. Вихідна напруга пристрою змінюється від 50 до 100% при збільшенні напруги живлення з 8 до 24 В.

Конденсатором змінної ємності 04 трансформатор налаштовують на резонансну частоту. Резистором R2 встановлюють робочу точку транзистора, регулюють рівень позитивного зворотного зв'язку і форму генеруються сигналів.

Перетворювач безпечний в роботі - при низкоомной навантаженні вьюокочастотная генерація зривається.

Наступна схема вьюоковольтного джерела імпульсної напруги з двохкаскадним перетворенням показана на рис. 12.9. Електрична схема його першого каскаду досить традиційна і практично не відрізняється від розглянутих раніше конструкцій.

Відмінність пристрою (рис. 12.9) полягає в використанні другого каскаду підвищення напруги на трансформаторі. Це помітно підвищує надійність пристрою, спрощує конструкцію трансформаторів і забезпечує ефективну ізоляцію між входом і виходом пристрою.

Трансформатор Т1 виконаний на Ш-подібному сердечнику з трансформаторної сталі. Перетин сердечника становить

Мал. 12.9. Схема високовольтного перетворювача з трансформаторної зворотним зв'язком і подвійним трансформаторних перетворенням напруги

16 × 16 мм. Колекторні обмотки I мають 2 × 60 витків дроту діаметром 1,0 мм.

Котушки зворотного зв'язку II містять 2 × 14 витків дроту діаметром 0,7 мм. Обмотка III трансформатора Т1, намотана через кілька шарів міжшарової ізоляції, має 20 ... 130 витків дроту діаметром 1,0 мм. В якості вихідного (вьюоковольтного) трансформатора використана котушка запалювання автомобіля на 12 або 6 В.

До генераторам вьюокого напруги з індуктивними накопичувачами енергії слід віднести і пристрої, рассмотреннью нижче.

Для отримання вьюоковольтних наносекундних імпульсів В. С. Белкиним і Г. І. Шульженко була розроблена схема формувача на дрейфовий діодах і насичує индуктивностью з однотактних перетворювачем, синхронізованим з формувачем, а також показана можливість поєднання функцій ключа формувача і перетворювача.

Схема перетворювача, синхронізованого з формувачем, наведена на рис. 12.10; варіант схеми формувача з роздільними ключовими елементами наведено на рис. 12.11, а тимчасові діаграми, що характеризують роботу окремих вузлів схеми формувача, - на рис. 12.12.

Генератор, що задає прямокутних імпульсів (рис. 12.10) виробляє імпульси, отпирающие транзисторний ключ VT1

Мал. 12.10. Схема формувача високовольтних імпульсів із загальним ключем для перетворювача і формувача

Мал. 12.11. Фрагмент схеми формувача високовольтних імпульсів з роздільними ключами

Мал. 12.12. Тимчасова діаграма роботи перетворювача

на час 1н і замикають на час \ ^ (рис. 12.12). Їх сума визначає період повторення імпульсів. За час через дросель L1 протікає струм I ". Після замикання транзистора струм через діод VD1 заряджає накопичувальну ємність формувача С1 до напруги і ^, діод VD1 закривається і відсікає конденсатор С1 від джерела живлення.

У таблиці 12.1 наведені дані щодо можливого використання напівпровідникових приладів в формирователе високовольтних імпульсів. Амплітуда формованих імпульсів приведена для низкоомной навантаження величиною 50 Ом.

Таблиця 12.1. Вибір елементів для формирователей високовольтних імпульсів

Тривалість імпульсу, НС

Амплітуда генерується імпульсу, В

КД204, КД226 (КТ858, КТ862)

ДЛ112-25 (КТ847)

ДЛ122-40 (КП953)

КД213 (КТ847)

ДЛ132-80 (КП953)

Формувачі двополярного імпульсів на основі серійних діодів мають амплітуду кожної напівхвилі 0,2 ... 1 кВ для узгодженої навантаження 50 ... 75 Ом при повній тривалості імпульсу 4 ... 30 НС і частоті повторення до 20 кГц.

Вимоги до генераторів імпульсів (ГІ) включають в себе необхідність досягнення високого ККД. Крім того, вони визначаються властивостями міжелектродного проміжку (МЕП) - різко нелінійного елемента електричного кола.

Стабільність імпульсів струму - сталість їх тривалості залежить від сталості властивостей проміжку і крутизни переднього фронту імпульсу напруги. Чим більше ця крутизна, тим стабільніше імпульси струму. Звідси випливає ще одна вимога до генераторам імпульсів - високий ступінь крутизни переднього фронту імпульсу напруги.

Підведення імпульсів енергії до міжелектродному проміжку при ЕЕО можна здійснити по структурній схемі показаної на рис. 1, а.

Рис.1 Структурні схеми джерела живлення для установки електроерозійної обробки і тимчасові діаграми напруги і струму

Протягом часу τ і комутатор К замкнутий і джерело живлення віддає навантаженні (МЕМ) потужність Р і, яка в n разів перевершує середню потужність за період проходження імпульсів Т.

Потужність джерела живлення повинна бути рівною Р і = I m * U m, де I m і U m - амплітудні значення напруги і струму протягом імпульсу. Вона витрачається тільки в проміжку часу τ і.

Якщо знехтувати втратами в накопичувачі енергії то віддається накопичувачем в МЕМ енергія складе A = P і * τ і, а потужність джерела P = A / T = P і * τ і / T = P і / n, тобто при введенні в структурну схему накопичувача енергії потужність джерела може бути зменшена в n раз.

Схема електроерозійної установки, що забезпечує роботу з накопичувачами енергії, наведена на рис. 1, б.

Протягом паузи P і * τ і комутатор К знаходиться в положенні 1 і через обмежувач струму накопичувачем від джерела живлення споживається потужність P / n. Накопичувач при цьому запасає енергію A = P і * τ і, яка при перемиканні комутатора До на час імпульсу τ і в положення 2 віддає потужність P і = A / τ і.

Робота за цією схемою дає можливість трансформувати потужність джерела P = P і / n в потужність, яка витрачається при навантаженні.

Імпульсні генератори розрізняють за принципом дії, конструкції і параметрів імпульсів. ГІ умовно поділяють на залежні, обмежено-залежні і незалежні. У перших з них параметри генеруючих імпульсів визначаються фізичним станом міжелектродного проміжку. У незалежних генераторах імпульси не пов'язані зі станом МЕП.

Електрична енергія в накопичувачі може запасатися у вигляді електричного поля конденсатора або електромагнітного поля індуктивної котушки. Застосовуються також комбіновані накопичувачі містять активні опори, ємність і індуктивність - релаксаційні генератори (рис. 2).

Рис.2 Принципові схеми релаксаційних генераторів для установок ЕЕО

В процесі їх розрядки витрачається енергія, накопичена в реактивних елементах ланцюга (конденсаторі або індуктивної котушки).

RC-генератор імпульсів (рис. 2, а) складається з послідовно з'єднаних джерела живлення G, ключа До, Струмообмежувального опору R 1 і накопичувального конденсатора З 1, Підключеного паралельно МЕП.

Ємнісний накопичувач заряджається від джерела живлення через обмежуючий опір R 1завдяки чому заводний ток багато менше струму імпульсу Iі. Струм зарядки конденсатора визначиться зі співвідношення i 1 = (dUc / dτ) * С. Напруга на конденсаторі де U co - початкова напруга на конденсаторі в момент τ = 0. До кінця зарядки напруга U cбуде дорівнює напрузі джерела живлення. Розрядка відбувається протягом часу τ = T/n. У разі великої шпаруватості імпульсів середнє значення розрядного струму під час проходження імпульсу τ і в nраз більше струму зарядки, тому ємнісний накопичувач є по суті трансформатором струму.

В індуктивному накопичувачі швидкість наростання струму в індуктивності визначається її значенням і прикладеним напругою. Необхідна сила струму I іможе бути отримана і при малих значеннях падіння напруги на індуктивності U до<

У процесах електроерозійної обробки більш широко застосовуються генератори з ємнісними накопичувачем, оскільки індуктивний накопичувач поступається ємкісному за енергетичними показниками.

схема імпульсного LC-генератори показаний на рис. 2, б. Зарядний струму проходить до конденсатору Звід джерела живлення Gчерез обмотку вібратора L. Спочатку він притягує якір Яелектромагнітного вібратора і збільшує міжелектродний проміжок, піднімаючи електрод-інструмент.

До кінця зарядки конденсатора струм через обмотку вібратора поступово спадає, що утримує якір вібратора електромагнітна сила слабшає і електроди починають зближуватися, зменшуючи МЕП. Після пробою МЕП і проходження імпульсу струму цикл роботи генератора повторюється. Частота імпульсів визначається співвідношенням Lі Cв ланцюзі генератора.

Генератори, виконані за такою схемою, мають високі ККД і продуктивність.

Введення в зарядний ланцюг RC-генератора індуктивності (перехід до генератора RLC) Підвищує ККД генератора, так як в цьому випадку знижується токогранічіваюцее опір. RLC-генератори (рис. 2, в) працюють при більш низькій напрузі ніж RC-генератори, так як при наявності резонансу між Lі Знапруга на конденсаторі-накопичувачі виявляється більше напруги джерела живлення.

Рівняння перехідного процесу зарядної ланцюга RLC-генератори має вигляд

З даного рівняння випливає, що заряд конденсатора може відбуватися за експоненціальним або по коливальному закону.

Коливальний процес виникає при. У такому режимі роботи зарядної ціп напруга на конденсаторі в кінці зарядного періоду τ зар одно майже подвоєною ЕРС.

Насправді максимальна напруга до якого може зарядиться конденсатор, залежить від відношення R 1 / (2L 1).

У ЕЕО застосовується також СС-генератори імпульсів, в якому в якості струмообмежувального елемента використовується конденсатор С1. Такий генератор володіє більш високим ККД у порівнянні з LC-генератори з електромагнітним вібратором. частотні характеристики СС-генератори визначаються в основному частотними характеристиками діодів випрямляча В.

Основний недолік релаксаційних генераторів - зв'язок частоти імпульсів струму з фізичним станом МЕП. Він може бути усунутий, якщо в розрядну ланцюг ввести керований перемикач, який в заданий момент часу підключав б до МЕП накопичувальний конденсатор.

Для живлення пристроїв ЕЕО існують статичні генератори імпульсів, що регулюють тимчасові і енергетичні параметри в широкому діапазоні при відсутності накопичувальних елементів. У них легко формуються прямокутні і уніполярні імпульси. За способом генерування їх підрозділяють на генератори з незалежним збудженням, автогенератори і інвертори.

Конструктивно вони виконані в основному на транзисторних або тиристорних приладах.

Структурна схема широкодіапазонного генератора імпульсів показана на рис. 2.3.


Рис.3 Структурна схема широкодіапазонного транзисторного генератора імпульсів

Вона включає в себе джерело живлення, силові блоки, число яких може дорівнювати шести, з розділовим діодом VD, блок запалювання, генератор, що задає, попередній підсилювач потужності, робочий проміжок (МЕП), блок захисту від коротких замикань. До складу силових блоків і блоку підпалу включені силові транзистори, що працюють в ключовому режимі і перемикаються синхронно від генератора, що задає. При включенні транзисторів від блоку підпалу подається малопотужний імпульс. Він сприяє пробою проміжку і формуванню низьковольтного розряду. До пробою розділовий діод Д замкнений. Після пробою напруга на проміжку знижується до 40-25 В, діод Д відкривається і через проміжок проходить імпульс струму, значення якого визначається кількістю включених паралельно силових блоків. Їх синхронне вимикання перериває розряд. При короткому замиканні електродного проміжку МЕП все транзистори силових блоків відключаються. Подача імпульсів до МЕП відновлюється після ліквідації короткого замикання.

Для ЕЕО металів імпульсами високих енергій з частотою 50-100 Гц використовують статичні генератори імпульсів - трансформатори промислової частоти з вентилем.

Імпульси енергії тривалістю до мілісекунд отримують за допомогою генераторів імпульсів, які за принципом роботи поділяють на комутаторні і індукторні генератори.

Магнітний комутаторної генератор (МКГ) включає в себе змінно-полюсну магнітну систему на статорі і обмотку на якорі. Обмотка якоря на його окружності розподілена нерівномірно на вузьких частинах під полюсами, яких у МКГ значно більше, ніж у звичайних машин, завдяки чому підвищується частота струму генератора. При обертанні якоря генератора в його обмотці, розташованої на вузькій ділянці навпроти полюсів індуктора, в момент проходження його переменнополюсного індуктора індукується симетрична імпульсна ЕРС.

Уніполярізацію імпульсів виробляють за допомогою розташованого на одному валу з якорем колектора (комутатора), що складається з двох систем сегментів з накладеними на них щітками. Наявність пауз між імпульсами полегшує комутацію оскільки перехід щіток з однієї системи сегментів на іншу відбувається в момент відсутності напруги в обмотці якоря.

Машинний індукторний генератор імпульсів (МТІ) - електрична машина бесколлекторного типу, що виробляє змінну напругу підвищеної частоти. Його основна особливість - відсутність обертається полюсной системи, яка замінена зубчастим індуктором. Обмотка якоря і збудження розташовані на статорі генератора. Змінний магнітний потік виникає за рахунок зміни опору магнітного ланцюга генератора, обумовленого зубчасті обертового індуктора.

Внаслідок застосування зубчастого індуктора отримують несиметричну криву змінної напруги з різними амплітудами полуволн позитивної і негативної полярності. При досить малій амплітуді зворотного напівхвилі напруги пробою МЕП відбувається тільки при імпульсах напруг прямої полярності, в результаті чого імпульси струму завжди будуть уніполярними.

Промислові джерела живлення установок ЕЕО.

Тиристорний генератор імпульсів типу Tг-250-0,15М призначений для перетворення трифазного змінного струму промислової частоти в імпульсний струм частотою 150 Гц з регіліруемой скважностью. Він застосовується в якості джерела живлення технологічним струмом верстатів моделей 4723, 4А724, 4Д723, 4Д26.

Максимальна продуктивність верстата під час роботи від тиристорного генератора імпульсів становить 4000 мм 3 / хв в разі обробці стали 45 мідними інструментом і 3500 мм 3 / хв при обробці графітовим інструментом.

До складу генератора імпульсів входять блоки вентилів, підпалу, управління, регулятора Подогов і опорів, а також трансформатори і індуктивні баластні опору. Блок вентилів зібраний по схемі трифазного напів-керованого моста на діодах і тиристорах. Блок підпалу синхронно з силовими генерує високовольтні імпульси амплітудою 400-500 В, які пробивають ерозійний проміжок і формують низьковольтний розряд. Для автоматичної підтримки робочого відстані ерозійного проміжку передбачений блок регулювання подачі зі зворотним зв'язком по напрузі. Конструктивно генератор імпульсів виконаний у вигляді металевої шафи і двостороннього обслуговування. Охолодження повітряне примусове.

Виробник - ВО «Перетворювач», м.Запоріжжя.

Призначення цих пристроїв зрозуміло з назви. З їх допомогою створюють імпульси, які володіють певними параметрами. При необхідності можна придбати апарат, виготовлений із застосуванням фабричних технологій. Але в даній статті будуть розглянуті принципові схеми і технології складання своїми руками. Ці знання стануть у пригоді для вирішення різних практичних задач.

Як виглядає генератор імпульсів Г5-54

необхідність

При натисканні клавіші заварного інструменту, електромагнітні коливання посилюються і надходять на гучномовець. Чути звук певного тону. У цьому випадку використовується генератор синусоїдального сигналу.

Для злагодженої роботи пам'яті, процесорів, інших складових частин комп'ютера необхідна точна синхронізація. Зразковий сигнал з незмінною частотою створюється тактовим генератором.

Щоб перевірити роботу лічильників, інших електронних пристроїв, виявити несправності, застосовують одиничні імпульси з необхідними параметрами. Такі завдання вирішують за допомогою спеціальних генераторів. Звичайний ручний перемикач не підійде, так як з його сприянням не вийде забезпечити певну форму сигналу.

Параметри вихідних сигналів

Перед вибором тієї чи іншої схеми, необхідно точно сформулювати мету проекту. На наступному малюнку наведено в збільшеному вигляді типовий прямокутний сигнал.

Схема прямокутного імпульсу

Його форма не є ідеальною:

  • Напруга зростає поступово. Враховують тривалість фронту. Цей параметр визначається часом, протягом якого імпульс виростає від 10 до 90% амплітудної величини.
  • Після максимального викиду і повернення до початкового значення виникають коливання.
  • Вершина - неплоскому. Тому тривалість імпульсного сигналу змиритися на умовній лінії, яка проведена на 10% нижче максимального значення.

Також для визначення параметрів майбутньої схеми використовують поняття скважности. Цей параметр визначається за такою формулою:

  • S - це шпаруватість;
  • T - період повторення імпульсу;
  • t - тривалість імпульсу.

При невисокій скважности короткочасний сигнал складно фіксувати. Це провокує збої в системах передачі інформації. Якщо часовий розподіл максимумів і мінімумів однакове, параметр буде дорівнює двом. Такий сигнал називають меандром.

Меандр і основні параметри імпульсу

Для спрощення в подальшому будуть розглянуті тільки генератори прямокутних імпульсів.

принципові схеми

На таких прикладах можна зрозуміти принципи роботи самих нескладних пристроїв цього класу.

Схеми генераторів прямокутних імпульсів

Перша схема призначена для формування одиничних прямокутних імпульсів. Вона створена на двох логічних елементах, які з'єднані для виконання функцій тригера типу RS. Якщо кнопка знаходиться в зазначеному положенні, на третій ніжці мікросхеми буде високе напруження, а на шостий - низька. При натисканні рівні поміняються, але не виникне брязкіт контактів і відповідні спотворення вихідного сигналу. Так як для роботи потрібно зовнішній вплив (в цьому випадку - ручне управління), цей пристрій не належить до групи автогенераторів.

Простий генератор, але виконує свої функції самостійно, зображений на другій половині малюнка. При подачі живлення через резистор заряджається конденсатор. Реле спрацьовує не відразу, так як після розриву контакту, деякий час протягом струму через обмотку, забезпечується зарядом конденсатора. Після замикання ланцюга цей процес повторюється неодноразово, поки не буде відключене живлення.

Змінюючи номінали опору і конденсатора, можна спостерігати на осцилографі за відповідними трансформаціями частоти та інших параметрів сигналу. Такий генератор прямокутних сигналів створити буде неважко своїми руками.

Для того щоб розширити діапазон частоти, стане в нагоді наступна схема:

Генератор із змінними параметрами імпульсів

Щоб реалізувати план, двох логічних елементів недостатньо. Але підібрати одну підходящу мікросхему неважко (наприклад, в серії К564).

Параметри сигналу, які можна змінити регулюванням своїми руками, інші важливі параметри

Елемент принципової схемиПризначення і особливості
VT1Цей польовий транзистор використаний для того, щоб в колі зворотного зв'язку можна було застосувати резистори з високим опором.
C1Допустима ємність конденсатора - від 1 до 2 мкФ.
R2Величина опору визначає тривалість верхніх частин імпульсів.
R3Цей резистор - встановлює тривалість нижніх частин.

Щоб забезпечити стабільність частоти прямокутних сигналів, використовують схеми на кварцових елементах:

Відео. В исоковольтний генератор імпульсів своїми руками

Щоб своїми руками було простіше зібрати генератор імпульсів певної частоти, краще використовувати універсальну монтажну плату. Вона стане в нагоді для експериментів з різними принциповими електричними схемами. Після придбання навичок і відповідних знань, буде неважко створити ідеальний пристрій для успішного вирішення конкретного завдання.

В даній статті поговоримо про імпульсний генератор для осередку Мейєра.

Вивчаючи елементну базу електронних плат, на яких були зібрані всі пристрої входять до складу складної установки, яка застосовується Мейер в водневому генераторі, встановленому ним на автомобіль, я зібрав «головну частину» пристрою - імпульсний генератор.

Всі електронні плати виконують в Осередку певні завдання.

Електронна частина мобільної установки генератора водню Мейєра складається з двох повноцінних пристроїв, оформлених у вигляді двох незалежних блоків. Це блок управління і контролю осередки, що виробляє киснево-водневу суміш і блок управління і контролю за подачею цієї суміші в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. Фотографія першого представлена ​​нижче.

Блок управління і контролю за роботою осередку складається з пристрою вторинного харчування забезпечує всі плати модуля енергією і одинадцяти модулів - плат, що складаються з генераторів імпульсів, схем контролю та управління. У цьому ж блоці, за платами імпульсних генераторів знаходяться імпульсні трансформатори. Один з одинадцяти комплектів: плата імпульсного генератора і імпульсного трансформатора використовується конкретно тільки для однієї пари трубок Осередки. А оскільки пар трубок одинадцять, то і генераторів теж одинадцять.

.

Судячи з фотографій, імпульсний генератор зібраний на найпростішої елементній базі цифрових логічних елементів. Принципові схеми, що публікуються на різних сайтах, присвячених Осередку Мейєра, за принципом роботи не так далекі від її оригіналу, за винятком одного - вони спрощені і працюють безконтрольно. Іншими словами, імпульси подаються на трубки-електроди до того часу, поки не настане «пауза», яку на свій розсуд оперативно за допомогою регулювання встановлює конструктор схеми. У Мейєра «пауза» формується тільки тоді, коли сама Осередок, що складається з двох трубок, повідомить що пора б цю паузу зробити. Є регулювання чутливості схеми контролю, рівень якої встановлюється оперативно за допомогою регулювання. Крім того, є оперативна регулювання тривалості «паузи» - часу, протягом якого на осередок не надходять імпульси. У схемі генератора Мейєра передбачена автоматична регулювання «паузи» в залежності від необхідності кількості газу, що виробляється. Це регулювання здійснюється по сигналу, що надходить від блок управління і контролю за подачею паливної суміші в циліндри ДВС. Чим швидше обертається двигун внутрішнього згоряння, тим більше витрата киснево-водневої суміші і тим коротше «пауза» у всіх одинадцяти генераторів.

На передню панель генератора Мейєра виведені шліци підлаштування резисторів здійснюють регулювання частоти імпульсів, тривалості паузи між пачками імпульсів і ручної установки рівня чутливості схеми контролю.

Для реплікації досвідченого імпульсного генератора немає необхідності в автоматичному контролі потреби газу і автоматичному регулюванні «паузи». Це спрощує електронну схему імпульсного генератора. Крім того, сучасна електронна база більш розвинена, ніж була 30 років тому, тому при наявності більш сучасних мікросхем, немає сенсу використовувати найпростіші логічні елементи, які раніше використовував Мейер.

У цій статті публікується схема імпульсного генератора, зібраного мною, що відтворює принцип роботи генератора осередку Мейєра. Це не перша моя конструкція імпульсного генератора, до неї було ще дві більш складних схеми, здатних генерувати імпульси різної форми, з амплітудною, частотною і тимчасової модуляцією, схемами контролю струму навантаження в ланцюгах трансформатора і самої Осередки, схемами стабілізації амплітуд імпульсів і форми вихідної напруги на Осередку. В результаті виключення, на мою думку «непотрібних» функцій вийшла найпростіша схема, дуже схожа на схеми, що публікуються на різних сайтах, але відрізняється від них наявністю схеми контролю струму Осередки.

Як і в інших опублікованих схемах, в осередку є два генератора. Перший є генератором - модулятором, що формує пачки імпульсів, а другий генератором імпульсів. Особливістю схеми є те, що перший генератор - модулятор працює не в режимі автогенератора, як у інших розробників схем Осередки Мейєра, а в режимі чекає генератора. Модулятор працює за наступним принципом: На початковому етапі він дозволяє роботу генератора, а після досягнення безпосередньо на пластинах Осередки певної амплітуди струму, відбувається заборона генерації.

У мобільній установці Мейєра в якості імпульсного трансформатора використовується тонкий сердечник, а кількість витків всіх обмоток величезна. Ні в одному патенті не вказані ні розміри сердечника, ні кількість витків. У стаціонарній установці у Мейєра замкнутий торроід з відомими розмірами і кількістю витків. Саме його і вирішено було використовувати. Але оскільки витрачати енергію даремно на намагнічування в однотактной схемою генератора це - марнотратство, було вирішено використовувати трансформатор з зазором, взявши за основу феритовий сердечник від сатиричного трансформатора ТВЗ-90 застосовуваного в транзисторних чорно-білих телевізорах. Він найбільш підходить під параметри, зазначені в патентах Мейєра для стаціонарної установки.

Принципова електрична схема Осередки Мейєра в моєму виконанні представлена ​​на малюнку.

.

Ніякої складності в конструкції генератора імпульсів немає. Він зібраний на банальних мікросхемах - таймерах LM555. У зв'язку з тим, що генератор експериментальний і невідомо які струми навантаження нас можуть очікувати, для надійності в якості вихідного транзистора VT3 використовується IRF.

Коли струм Осередки досягне певного порогу, при якому відбувається розрив молекул води, необхідно зробити паузу в подачі імпульсів на Осередок. Для цього служить кремнієвий транзистор VT1 - КТ315Б, який забороняє роботу генератора. Резистор R13 «Ток зриву генерації» призначений для установки чутливості схеми контролю.

Перемикач S1 «Тривалість грубо» і резистор R2 «Тривалість точно» є оперативними регулюваннями тривалості паузи між пачками імпульсів.

Відповідно до патентами Мейєра трансформатор має дві обмотки: первинна містить 100 витків (для 13 вольт харчування) дроту ПЕВ-2 діаметром 0,51 мм, вторинна містить 600 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,18 мм.

При зазначених параметрах трансформатора оптимальна частота проходження імпульсів - 10 кГц. Котушка індуктивності L1 намотана на картонній оправці діаметром 25 мм, і містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,51 мм.

Тепер, коли ви все це «проковтнули», зробимо розбір польотів цієї схеми. З даною схемою я не застосовував додаткових схем підвищують вихід газу, тому що в мобільній Осередку Мейєра їх не спостерігається, звичайно не рахуючи лазерної стимуляції. Або я забув сходити зі своєю Осередком до «бабки - цвірінькають», щоб вона нашептала високу продуктивність Осередки, або неправильно вибрав трансформатор, але ККД установки вийшов дуже низький, а сам трансформатор сильно нагрівався. З огляду на, що опір води мало, сама Осередок не здатна виступати в якості накопичувального конденсатора. Осередок просто не працювала по тому «сценарієм» який описував Мейер. Тому я додав в схему додатковий конденсатор С11. Тільки в цьому випадку на осциллограмме вихідної напруги з'явилася форма сигналу, з вираженим процесом накопичення. Чому я поставив його не паралельно Осередку, а через дросель? Схема контролю струму осередки повинна відстежувати різке підвищення цього струму, а конденсатор буде перешкоджати цьому своїм зарядом. Котушка зменшує вплив С11 на схему контролю.

Я використовував просту воду з під крана, використовував і свіже дистильовану. Як я тільки не перекручували, але витрати енергії при фіксованій продуктивності були в три - чотири рази вище, ніж безпосередньо від акумулятора через обмежувальний резистор. Опір води в осередку настільки мало, що підвищення імпульсного напруги трансформатором, з легкістю гасилось на малому опорі, змушуючи муздрамтеатр трансформатора сильно нагріватися. Можливо, припустити, що вся причина в тому, що я використовував трансформатор на фериті, а в мобільній версії Осередки Мейєра стоять трансформатори, у яких сердечник майже відсутня. Він більше виконує функцію каркаса. Не важко зрозуміти, що Мейер компенсував малу товщину сердечника великою кількістю витків, тим самим збільшивши індуктивність обмоток. Але опір води від цього не збільшиться, тому і напруга, про який пише Мейер, не підніметься до описуваного в патентах значення.

З метою підвищення ККД я вирішив «викинути» зі схеми трансформатор, на якому відбувається втрата енергії. Принципова електрична схема Осередки Мейєра без трансформатора представлена ​​на малюнку.

.

Так як індуктивність котушки L1 дуже маленька, я так само виключив її зі схеми. І «про чудо» установка стала видавати порівняно високий ККД. Я провів експерименти і прийшов до висновку, що на заданий обсяг газу установка витрачає ту ж саму енергію, що і при електролізі постійним струмом, плюс-мінус похибка вимірювань. Тобто я нарешті зібрав установку, в якій не відбувається втрат енергії. Але навіщо вона потрібна, якщо безпосередньо від акумулятора точно такі ж витрати енергії?

завершення

Завершимо тему дуже маленького опору води. Сама Осередок не здатна працювати в якості накопичувального конденсатора тому, що вода, яка виступає в якості діелектрика конденсатора, бути їм не може - вона проводить струм. Для того, щоб над нею відбувався процес електролізу - розкладання на кисень і водень, вона повинна бути провідною. Виходить нерозв'язне протиріччя, яке можливо вирішити тільки одним шляхом: Відмовитися від версії «Осередок-конденсатор». Накопичення в Осередку подібно конденсатору відбуватися не може, це Міф! Якщо враховувати площу обкладок конденсатора утвореного поверхнями трубок, то навіть при повітряному діелектрику ємність мізерно мала, а тут в якості діелектрика виступає вода зі своїм малим активним опором. Не вірите? Візьміть підручник фізики і порахуйте ємність.

Можна припустити, що накопичення відбувається на котушці L1, але цього також не може бути з тієї причини, що її індуктивність також дуже мала для частоти порядку 10 кГц. Індуктивність трансформатора на кілька порядків вище. Можна навіть замислитися над тим, навіщо її з малою індуктивністю взагалі «встромили» в схему.

Післямова

Хтось скаже, що все чудо в біфілярного намотуванні. У тому вигляді, в якому вона представлена ​​в патентах Мейер, толку від неї не буде. Біфілярного намотування застосовується в захисних фільтрах харчування, не одного і того ж провідника, а протилежних по фазі і призначена для придушення високих частот. Вона навіть є у всіх без винятку блоках живлення комп'ютерів і ноутбуків. А для одного і того ж провідника, біфілярного намотування робиться в дротовому резисторі, для придушення індуктивних властивостей самого резистора. Біфілярного намотування може використовуватися в якості фільтра, що захищає вихідний транзистор, що не пропускає потужні НВЧ-імпульси в схему генератора, що подаються від джерела цих імпульсів безпосередньо на Осередок. До речі і котушка L1 є відмінним фільтром для СВЧ. Перша схема імпульсного генератора, яка використовує підвищувальний трансформатор - правильна, тільки чогось не вистачає між транзистором VT3 і самої Осередком. Цьому я присвячу наступну статтю.