Релаксационный RL - генератор

Д. Приймак
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 представ ляет 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 пилоообразных 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 электоракустического 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, особеннов 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 обычноых 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, состовляет 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.