Лямбда диод что это
Lambda-Diode — Schaltung einer Lambda Diode mit zwei JFETs. Eine Lambda Diode ist eine elementare elektrische Schaltung mit zwei Anschlüssen, welche aus zwei Sperrschicht Feldeffekttransistoren (JFETs) besteht und ähnlich wie eine Tunneldiode in ihrer Kennlinie … Deutsch Wikipedia
Diode Laser — Une diode laser est un composant opto électronique à base de matériaux semi conducteurs. Elle émet de la lumière monochromatique cohérente (une puissance optique) destinée, entre autres, à transporter un signal contenant des informations (dans le … Wikipédia en Français
Diode laser — Une diode laser est un composant opto électronique à base de matériaux semi conducteurs. Elle émet de la lumière monochromatique cohérente (une puissance optique) destinée, entre autres, à transporter un signal contenant des informations (dans le … Wikipédia en Français
Laser diode rate equations — The laser diode rate equations model the electrical and optical performance of a laser diode. This system of ordinary differential equations relates the number or density of photons and charge carriers (electrons) in the device to the injection… … Wikipedia
Sperrschicht-Feldeffekttransistor — Der Sperrschicht Feldeffekttransistor (SFET, engl. junction fet, JFET bzw. non insulated gate fet, NIGFET) ist der am einfachsten aufgebaute Unipolartransistor aus der Gruppe der Feldeffekttransistoren; man unterscheidet zwischen n Kanal und p… … Deutsch Wikipedia
2N2222 — The 2N2222, often referred to as the quad two transistor, is a small, common NPN BJT transistor used for general purpose low power amplifying or switching applications. It is designed for low to medium current, low power, medium voltage, and can… … Wikipedia
Elektrischer Widerstand — Physikalische Größe Name Elektrischer Widerstand Formelzeichen der Größe R, Z, X Größen und Einheiten system Einheit … Deutsch Wikipedia
Indice de réfraction — Image animée des fronts d onde émis par une source ponctuelle au dessus d un dioptre, mettant en évidence le phénomène de réfraction. La zone inférieure a un plus grand indice de réfraction et donc une vitesse de phase plus faible que la zone… … Wikipédia en Français
Multijunction photovoltaic cell — Multi junction solar cells or tandem cells are solar cells containing several p n junctions. Each junction is tuned to a different wavelength of light, reducing one of the largest inherent sources of losses, and thereby increasing efficiency.… … Wikipedia
IR-LED — Dieser Artikel bezieht sich auf die Leuchtdiode, kurz LED. Andere Bedeutungen von „LED“ finden sich unter LED (Begriffsklärung). Eine Leuchtdiode (auch Lumineszenz Diode, kurz LED für Light Emitting Diode beziehungsweise lichtemittierende Diode)… … Deutsch Wikipedia
Разобравшись с конструкцией катушек, возьмемся за схемы. Схем генераторов существует огромное количество: и трехточки, и на аналоге лямбда диода, на полевых и биполярных транзисторах, на туннельных диодах и т.п.
Давай вспомним принцип действия генератора. Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, цепь обратной связи не инвертирует сигнал.
Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:
1. Петлевой сдвиг фазы равен 360°;
2. Обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным);
3. Усиление в петле ПОС точно равно 1;
4. Рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.
Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий. Если петлевое усиление ниже 1 - то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 - то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания, при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается. Т.е. мы должны создать такие условия, при которых амплитуда генерируемых колебаний должна быть много ниже напряжения питания.
Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.
Но все эти схемы нужно питать. И хорошо питать, хорошо стабилизированным напряжением. Ведь при изменении питающего напряжения меняются межэлектродные емкости в транзисторах и. значит, частота генератора "поплывет". Сейчас есть огромное разнообразие интегральных стабилизаторов напряжения, имеющих хорошие параметры. А если при напряжении питания 12 В поставить сначала стабилизатор на 9 В, а потом на 5 В, то этого может быть достаточно. Только не следует забывать о блокирующих конденсаторах, в том числе и электролитических, которые есть в даташитах этих стабилизаторов.
Что выбрать в качестве активных элементов? Конечно те, которые оказывают меньшее влияние на колебательный контур. Скорее всего, для этого подходят полевые транзисторы, так как они имеют высокое входное сопротивление и будут мало нагружать колебательный контур. Начнем с классики: индуктивная трехточка.
В этой схеме положительная обратная связь получается при протекании тока транзистора по части витков катушки L1. Отвод к истоку сделан от 1/4. 1/5 части общего числа витков, считая от заземленного вывода. Импеданс (сопротивление) контура, пересчитанный к отводу катушки, уменьшается в 16. 25 раз, поэтому истоковая цепь транзистора также незначительно шунтирует контур. Для того, чтобы не нагружать генераторный каскад на VT1, сигнал с его стока подается на истоковый повторитель на транзисторе VT2, который имеет очень высокое входное сопротивление и небольшое выходное. Амплитуда сигнала на затворе этого транзистора примерна равна амплитуде на истоке. Но сопротивление истоковой цепи в 100 раз меньше, чем в цепи затвора. Это говорит о том, что истоковый повторитель (как и эмиттерный), не дает усиления по напряжению, но дает усиление по мощности. Вспомните формулу:
Исходя из последней формулы, при равных амплитудах (напряжениях) сигнала мощность больше там, где меньше сопротивление.
Но недостатком этой схемы является то, что по виткам катушки течет постоянный ток. Хоть он и небольшой (единицы, ну, максимум, десяток миллиампер), но все равно будет нагревать витки катушки и частота поплывет, особенно после включения. Чтобы уменьшить эту нестабильность, нужно разделить пути переменного и постоянного тока.
Для этого нужно добавить один резистор и один конденсатор. Переменный ток пойдет через конденсатор С7, так как несколько витков катушки представляют для него сопротивление гораздо меньшее, чем резистор R2. А для постоянного тока сопротивление конденсатора С7 бесконечноЮ поэтому он будет пробираться через резистор R2.
Теперь вспомним о том, что амплитуда колебаний не должна быть слишком большой и должна быть стабильной. Для того, чтобы это сделать, нужно добавить всего один диод.
Он выпрямляет ВЧ колебания и создает отрицательное смещение на затворе транзистора VT1. При возрастании амплитуды колебаний смещение увеличивается и усиление транзистора падает, уменьшая коэффициент обратной связи. Не даром говорят, что все гениальное - просто.
И все-таки у индуктивной трехточки есть один неустранимый конструктивный недостаток - необходимо делать отвод от части витков катушки. Поэтому перейдем к схемам, которые лишены этого недостатка (но и достоинства - простоты).
Этот генератор выполнен на двух полевых транзисторах по каскодной схеме "общий сток- общий затвор" ПОС осуществляется из цепи стока VT2 через конденсатор С2 в цепь затвора VT1. Выход низкоомный, но выходного сигнала амплитуда (около 250 мВ) может оказаться недостаточной и потребует еще каскад усиления. Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева, а также уровни второй и третьей гармоник меньше, чем у генераторов, выполненных по схеме трехточки. Частота генерации определяется параметрами колебательного контура L1C1 и может быть в диапазоне от единиц МГц до диапазона FM. Транзисторы лучше использовать с рабочей частотой более 250 МГц. Вполне подойдут КП303, КП302, КП307. Интегральный стабилизатор DA1 типа 18L05 или аналогичный. Как видите, катушка здесь без отводов. Налаживание гетеродина сводится к подбору такого номинала конденсатора С2, при котором напряжение генерируемых колебаний по всему диапазону будет примерно одинаковым.
Интересную схему, где в качестве активного элемента используется аналог лямбда-диода предложил И. Пташник (RB5UM).
Аналог лямбда диода собран на двух полевых транзисторах VT2 и VT3. На операционном усилителе DA1 собран стабилизатор напряжения с большим коэффициентом стабилизации для питания аналога лямбда-диода.Частота определяется контуром L1C6. С транзистором КП103 (он является достаточно низкочастотным) она достигает 9 МГц (сам пробовал). Если вместо КП103 поставить более высокочастотный с р-каналом (например 2SJ103-GR или BSH201 ). На транзисторе VT4 собран истоковый повторитель.
Настройка генератора сводится к установке диапазона перекрываемых частот с помощью С5 и С6 и установке рабочей точки генератора. Для этого с помощью R3 выставляется напряжение в точке А равное, 2,65. 2,75 В. Если хочется попробовать,но не хочется возиться с операционным усилителем, то можно сделать так:
Здесь в качестве стабилизатора используется светодиод. Напряжение на нем около 3 В.
Помимо туннельного диода, интересно провести ряд экспериментов с его функциональным аналогом, известным уже несколько десятилетий. Он подобен эмулятору на медленном железе: и квантовых эффектов настоящих нет, и быстродействие не то. Но ВАХ аналогична, как и поведение устройства в схеме.
Из КДПВ можно сделать вывод, что аналог представляет собой двухполюсник, внутри которого находится некая несложная схема. Вот она:
Автор пробовал применять транзисторы 2N3904 и 2N2222, но оказалось, что 2N4401 работают лучше. Свойства аналога можно варьировать, подбирая резистор R6. Схема импровизированного характериографа — всё та же:
Отрицательное сопротивление на том практически линейном участке ВАХ, где оно есть (от 1,55 до 3,0 В), приблизительно равно -64 Ом. Ток при увеличении напряжения в этих пределах падает от 27,2 до 4,4 мА. При дальнейшем увеличении напряжения ток слегка возрастает.
Генератор на аналоге туннельного диода получается, если просто включить последовательно с ним колебательный контур и подать питание:
Расчётная частота получилась равной 5,033 кГц, реальная — 5,11 кГц. Генератор работает в диапазоне напряжений питания от 1,6 до 3,6 В, наилучшая форма колебаний получается при 3,6 В. Но при напряжении выше 2,6 В генератор не самозапускается, то есть, надо сначала запустить его при меньшем напряжении, которое затем плавно увеличить до оптимального. Амплитуда колебаний превышает напряжение питания: при 3,5 В она равна 4,3 В.
Конденсатор параллельно питанию при такой низкой частоте необязателен.
Усилитель напряжения на аналоге туннельного диода совсем необычен: он питается усиливаемым сигналом, и амплитуда на выходе получается чуть больше, чем на входе. Чтобы получить такой усилитель, достаточно добавить к устройству два резистора: 51-омный уменьшает выходное сопротивление генератора до 25 Ом, 30-омный — нагрузочный:
Подаём прямоугольные импульсы, подстраиваем амплитуду, и внезапно видим:
Амплитуда на входе — 1,26 В, на выходе — 1,84 В.
Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. (wikipedia)
Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.
В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.
Два слова о зонной теории проводимости твердых тел
Прежде, чем начать разговор о p-n переходе, стоит обговорить некоторые теоретические моменты.
Самый верхний энергетический уровень называется валентным. У большинства веществ он заполнен только частично, поэтому электроны внешних подуровней других атомов всегда могут найти на нем себе место. И они действительно хаотично мигрируют от атома к атому, осуществляя таким образом связь между ними. Нижний слой, в котором могут перемещаться свободные электроны, называют зоной проводимости. Если валентная зона частично заполнена и электроны в ней могут перемещаться от атома к атому, то она совпадает с зоной проводимости. Такая картина наблюдается у проводников. У полупроводников валентная зона заполнена целиком, но разница энергий между валентным и проводящим уровнями у них мала. Поэтому электроны могут преодолевать ее просто за счет теплового движения. А у изоляторов эта разница велика, и чтобы получить пробой, нужно приложить значительную энергию.
Такова общая картина энергетического строения атома. Можно переходить непосредственно к p-n переходу.
p-n переход
Начнем с того, что полупроводники бывают n-типа и p-типа. Первые получают легированием четырехвалентного полупроводника (чаще всего кремния) пятивалентным полупроводником (например, мышьяком). Эту пятивалентную примесь называют донором. Ее атомы образуют четыре химических связи с атомами кремния, а пятый валентный электрон остается свободным и может выйти из валентной зоны в зону проводимости, если, например, незначительно повысить температуру вещества. Таким образом, в проводнике n-типа возникает избыток электронов.
Полупроводники p-типа тоже получаются путем легирования кремния, но уже трехвалентной примесью (например, бором). Эта примесь носит название акцептора. Он может образовывать только три из четырех возможных химических связей. А оставшуюся незаполненной валентную связь принято называть дыркой. Т.е. дырка — это не реальная частица, а абстракция, принятая для более удобного описания процессов, происходящих в полупроводнике. Ее заряд полагают положительным и равным заряду электрона. Итак, в полупроводнике p-типа у нас получается избыток положительных зарядов.
В полупроводниках обоих типов кроме основных носителей заряда (электроны для n-типа, дырки для p-типа) в наибольшом количестве присутствуют неосновные носители заряда: дырки для n-области и электроны для p-области.
Ширина обедненной области и контактная разность потенциалов границ перехода (потенциальный барьер) являются важными характеристиками p-n перехода.
Все, конец теории, пора перейти к ее практическому применению.
Диоды, наконец-то
Помню, когда я была глупой студенткой и впервые пришла работать в цех набивки печатных плат, то сначала ставила диоды как бог на душу положит. Только потом я узнала, что правильное расположение этого элемента играет весьма и весьма значительную роль. Но это так, лирическое отступление.
Диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику.
Области применения диодов
Немного экзотики
Есть еще одна необычная разновидность полупроводниковых диодов — диоды Шоттки.
В них используется не традиционный p-n переход, а переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки. Барьер этот возникает в том случае, когда разнятся величины работы выхода электронов из металла и полупроводника. Если n-полупроводник имеет работу выхода меньше, чем контактирующий с ним металл, то приграничный слой металла будет заряжен отрицательно, а полупроводника — положительно (электронам проще перейти из полупроводника в металл, чем наоборот). Если же у нас контакт металл/p-полупроводник, причем работа выхода для второго выше, чем для первого, то получим положительно заряженный приграничный слой металла и отрицательно заряженный слой полупроводника. В любом случае, у нас возникнет разность потенциалов, с помощью которой работы выхода из обоих контактирующих веществ сравняются. Это приведет к возникновению равновесного состояния и формированию потенциального барьера между металлом и полупроводником. И так же, как и в случае p-n перехода, к переходу металл/полупроводник можно прикладывать прямое и обратное смещение с аналогичным результатом.
Диоды Шоттки отличаются от p-n собратьев низким падением напряжения при прямом включении и меньшей электрической емкостью перехода. Таким образом, повышается их рабочая частота и понижается уровень помех.
Заключение
Само собой, здесь рассмотрены далеко не все существующие виды диодов. Но надеюсь, что по написанному выше можно составить достаточно полное суждение об этих электронных компонетах.
Светодиоды, как источники оптического излучения, имеют неоспоримые достоинства: малые габариты, высокую яркость свечения при минимальном (единицы мА) токе, экономичность. Но в силу технологических особенностей они не могут светиться при напряжении ниже 1,6. 1,8 В. Это обстоятельство резко ограничивает возможность применения светодиодных излучателей в широком классе устройств, имеющих низковольтное питание, обычно от одного гальванического элемента.
Несмотря на очевидную актуальность проблемы низковольтного питания светодиодных источников оптического излучения, известно весьма ограниченное число схемных решений, в которых авторы пытались решить эту задачу.
В этой связи ниже приведен обзор схем питания светодиодов от источника низкого (0,25. 1,6 В) напряжения. Многообразие схем, приведенных в этой главе, можно свести к двум основным разновидностям преобразования напряжения низкого уровня в высокое. Это схемы с емкостными и индуктивными накопителями энергии [Рк 5/00-23].
На рис. 9.1 показана схема питания светодиода с использованием принципа удвоения напряжения питания. Генератор низкочастотных импульсов выполнен на транзисторах разной структуры: КТ361 и КТ315. Частота следования импульсов определяется постоянной времени R1C1, а продолжительность импульсов — постоянной времени R2C1. С выхода генератора короткие импульсы через резистор R4 подаются на базу транзистора VT3, в коллекторную цепь которого включен светодиод HL1 (АЛ307КМ) красного цвета свечения и германиевый диод VD1 типа Д9. Между выходом генератора импульсов и точкой соединения светодиода с германиевым диодом подключен электролитический конденсатор С2 большой емкости.
В период продолжительной паузы между импульсами (транзистор VT2 закрыт и не проводит ток) этот конденсатор заряжается через диод VD1 и резистор R3 до напряжения источника питания. При генерации короткого импульса транзистор VT2
открывается. Отрицательно заряженная обкладка конденсатора С2 оказывается соединенной с положительной шиной питания. Диод VD1 запирается. Заряженный конденсатор С2 оказывается подключенным последовательно с источником питания. Суммарное напряжение приложено к цепи светодиод — переход эмиттер — коллектор транзистора VT3. Поскольку тем же импульсом транзистор VT3 отпирается, его сопротивление эмиттер — коллектор становится малым. Таким образом, практически удвоенное напряжение питания (исключая незначительные потери) оказывается кратковременно приложенным к светодиоду: следует его яркая вспышка. После этого процесс заряда — разряда конденсатора С2 периодически повторяется.
Поскольку светодиоды допускают работу при кратковременном токе в импульсе, в десятки раз превосходящем номинальные значения, повреждения светодиода не происходит. Если необходимо повысить надежность работы светодиодных излучателей с низковольтным питанием и расширить диапазон напряжения питания в сторону увеличения, последовательно со светодиодом следует включить токоограничи-вающий резистор сопротивлением десятки, сотни Ом.
При использовании в схемах этой главы светодиода типа АЛ307КМ с напряжением начала едва заметного свечения 1,35. 1,4 В и напряжением, при котором без ограничительного сопротивления ток через светодиод составляет 20 мА, 1,6. 1,7 В, рабочее напряжение генератора, представленного на рис. 9.1, составляет 0,8. 1,6 В. Границы диапазона определены экспериментально тем же образом: нижняя указывает напряжение начала свечения светодиода, верхняя — напряжение, при котором ток, потребляемый всем устройством, составляет примерно 20 мА, т.е. не превышает в самых неблагоприятных условиях эксплуатации предельный ток через светодиод и, одновременно, сам преобразователь.
Как уже отмечалось ранее, генератор (рис. 9.1) работает в импульсном режиме, что является с одной стороны недостатком схемы, с другой стороны — достоинством, поскольку позволяет генерировать яркие вспышки света, привлекающие внимание. Генератор достаточно экономичен, поскольку средний ток, потребляемый устройством, невелик. В то же время в схеме необходимо использовать хотя и низковольтный, но довольно громоздкий электролитический конденсатор большой емкости (С2).
На рис. 9.2 показан упрощенный вариант генератора, работающего аналогично изложенному выше. Генератор, используя малогабаритный электролитический конденсатор, работает при напряжении питания от 0,9 до 1,6 В. Средний ток, потребляемый устройством, не превышает 3 мА при частоте следования импульсов около 2 Гц. Яркость генерируемых вспышек света несколько ниже, чем в предыдущей схеме.
На рис. 9.4 показан генератор с выходным каскадом, в котором осуществляется удвоение выходного напряжения. При закрытом транзисторе VT3 к светодиоду приложено только небольшое по величине напряжение питания. Электрическое сопротивление светодиода велико в силу ярко выраженной нелинейности ВАХ и намного превышает сопротивление резистора R6. Поэтому конденсатор С2 оказывается подключенным к источнику питания через резисторы R5 и R6.
Хотя вместо германиевого диода использован резистор R6, принцип работы удвоителя напряжения остается тем же: заряд конденсатора С2 при закрытом транзисторе VT3 через резисторы R5 и R6 с последующим подключением заряженного конденсатора последовательно с источником питания. При приложении удвоенного таким образом напряжения динамическое сопротивление светодиода на более крутом участке ВАХ становится на время разряда конденсатора порядка 100 Ом и менее, что намного ниже сопротивления шунтирующего конденсатор резистора R6.
Расширить рабочий диапазон питающих напряжений (от 0,8 до 6 В) позволяет использование резистора R6 вместо германиевого диода. Если бы в схеме стоял германиевый диод, напряжение питания устройства было бы ограничено величиной 1,6. 1,8 В. При дальнейшем увеличении напряжения питания ток через светодиод и германиевый диод вырос бы до неприемлемо высокой величины и произошло бы их необратимое повреждение.
В генераторе, представленном на рис. 9.5 одновременно со световыми вырабатываются звонкие импульсы звуковой частоты. Частота звуковых сигналов определяется параметрами колебательного контура, образованного обмоткой телефонного капсюля и конденсатора С2.
Источники питания светодиодов на основе мультивибраторов изображены на рис. 9.6, 9.7. Первая схема выполнена на основе асимметричного мультивибратора, вырабатывающего, как и устройства (рис. 9.1 — 9.5), короткие импульсы с протяженной междуимпульсной паузой. Накопитель энергии — электролитический конденсатор СЗ периодически заряжается от источника питания и разряжается на светодиод, суммируя свое напряжение с напряжением питания.
В отличие от предыдущей схемы генератор (рис. 9.7) обеспечивает непрерывный характер свечения светодиода. Устройство выполнено на основе симметричного мультивибратора и работает на повышенных частотах. В этой связи емкости конденсаторов в этой схеме на 3. 4 порядка ниже. В то же время яркость свечения заметно понижена, а средний ток, потребляемый генератором при напряжении источника питания 1,5 6 не превышает 3 мА.
В генераторах, показанных далее на рис. 9.8 — 9.13, в качестве активного элемента используется несколько необычное последовательное соединение транзисторов разного типа проводимости, к тому же, охваченных положительной обратной связью.
Конденсатор положительной обратной связи (рис. 9.8) одновременно выполняет роль накопителя энергии для получения напряжения, достаточного для питания светодиода. Параллельно переходу база — коллектор транзистора VT2 (типа КТ361) включен германиевый диод (либо заменяющее его сопротивление, рис. 9.12). В генераторе с RC-цепочкой (рис. 9.8) за счет существенных потерь напряжения на полупроводниковых переходах рабочее напряжение устройства составляет 1,1. 1,6 В.
Заметно понизить нижнюю границу напряжения питания стало возможным за счет перехода на LC-вариант схемы генераторов, использующих индуктивные накопители энергии (рис. 9.9 — 9.13).
В качестве индуктивного накопителя энергии в первой из схем использован телефонный капсюль (рис. 9.9). Одновременно со световыми вспышками генератор вырабатывает акустические сигналы. При увеличении емкости конденсатора до 200 мкФ генератор переходит в импульсный экономичный режим работы, вырабатывая прерывистые световые и звуковые сигналы.
Наконец, на рис. 9.13 показан наиболее упрощенный вариант устройства, в котором вместо конденсатора колебательного контура использован светодиод.
Преобразователи напряжения конденсаторного типа (с удвоением напряжения), используемые для питания светодиодных излучателей, теоретически могут обеспечить снижение рабочего напряжения питания только до 60% (предельное, идеальное значение — 50%). Использование в этих целях многокаскадных умножителей напряжения неперспективно в связи с прогрессивно возрастающими потерями и падением КПД преобразователя.
Преобразователи с индуктивными накопителями энергии более перспективны при дальнейшем снижении рабочего напряжения генераторов, обеспечивающих работу светодиодов. При этом сохраняются высокий КПД и простота схемы преобразователя.
На рис. 9.14 — 9.18 показаны преобразователи для питания светодиодов индуктивного и индуктивно-емкостного типа, выполненные на основе генераторов с использованием в качестве активного элемента аналогов инжекционно-полевого транзистора [Рк 5/00-23]. Более подробно принцип работы генераторов на аналогах инжекционно-полевого транзистора был изложен в главе 8.
Преобразователь, изображенный на рис. 9.14, является устройством индуктивно-емкостного типа. Генератор импульсов выполнен на аналоге инжекционно-полевого транзистора (транзисторы VT1 и VT2). Элементами, определяющими рабочую частоту генерации в диапазоне звуковых частот, являются телефонный капсюль BF1 (типа ТК-67), конденсатор С1 и резистор R1. Короткие импульсы, вырабатываемые генератором, поступают на базу транзистора VT3, открывая его. Одновременно происходит заряд/разряд емкостного накопи 1еля энергии (конденсатор С2). При поступлении импульса положительно заряженная обкладка конденсатора С2 оказывается соединенной с общей шиной через открытый на время действия импульса транзистор VT2. Диод VD1 закрывается, транзистор VT3 — открыт. Таким образом, к цепи нагрузки (светодиоду HL1) оказываются присоединены последовательно включенные источник питания и заряженный конденсатор С2, в результате чего следует яркая вспышка светодиода.
Расширить диапазон рабочих напряжений преобразователя позволяет транзистор VT3. Устройство работоспособно при напряжениях от 1,0 до 6,0 В. Напомним, что нижняя граница соответствует едва заметному свечению светодиода, а верхняя — потреблению устройством тока в 20 мА. В области малых напряжений (до 1,45 В) звуковая генерация не слышна, хотя по мере последующего увеличения напряжения питания устройство начинает вырабатывать и звуковые сигналы, частота которых довольно быстро понижается.
Заметно упрощенные, но работающие в ограниченном интервале питающих напряжений устройства показаны на рис. 9.16 и 9.17. Они обеспечивают свечение светодиодов в диапазоне 0,7. 1,5 В (при R1=680 Ом) и 0,69. 1,2 В (при R1=0 Ом), а также от 0,68 до 0,82 В (рис. 9.17). Наиболее прост генератор на аналоге инжекционно-полевого транзистора (рис. 9.18), где светодиод одновременно выполняет роль конденсатора и является нагрузкой генератора. Устройство работает в довольно узком диапазоне питающих напряжений, однако яркость свечения светодиода достаточно высока, поскольку преобразователь (рис. 9.18) является чисто индуктивным и имеет высокий КПД.
Рис. 9.16 Рис. 9.17
Следующий вид преобразователей достаточно хорошо известен и является более традиционным. Это преобразователи трансформаторного и автотрансформаторного типа.
На рис. 9.19 показан генератор трансформаторного типа для питания светодиодов низковольтным напряжением. Генератор содержит лишь три элемента, одним из которых является светоизлучающий диод. Без светодиода устройство является простейшим блокинг-генератором, причем на выходе трансформатора может быть получено довольно высокое напряжение. Если в качестве нагрузки генератора использовать светодиод, он начинает ярко светиться даже при низком значении питающего напряжения (0,6. 0,75 В).
В этой схеме (рис. 9.19) обмотки трансформатора имеют по 20 витков провода ПЭВ 0.23. В качестве сердечника трансформатора использовано ферритовое кольцо М1000 (1000НМ) К 10x6x2,5. В случае отсутствия генерации выводы одной из обмоток трансформатора следуе! поменять местами.
Преобразователь, показанный на рис. 9.20, имеет самое низкое напряжение питания из всех рассмотренных устройств. Существенного понижения нижней границы рабочего напряжения удалось достичь за счет оптимизации выбора числа (соотношения) витков обмоток и способа их включения. При использовании высокочастотных германиевых транзисторов типа 1Т311, 1Т313 (.ГТ311, ГТ313) подобные преобразователи начинают работать пои напояжении питания выше 125 мВ.
В качестве сердечника трансформатора, как и в предыдущей схеме, использовано ферритовое кольцо М1000 (1000НМ) К10x6x2,5. Первичная обмотка выполнена проводом ПЭВ 0,23 мм, вторичная — ПЭВ 0,33. Довольно яркое свечение светодиода наблюдается уже при напряжении 0,3 В.
На рис. 9.21 представлены экспериментально измеренные характеристики генератора (рис. 9.20) при варьировании числа витков обмоток. Из анализа полученных зависимостей следует, что существует область оптимального соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток, причем, с увеличением числа витков первичной обмотки минимальное рабочее напряжение преобразователя плавно снижается, причем одновременно сужается и диапазон рабочих напряжений преобразователя.
Для решения обратной задачи — расширения диапазона рабочих напряжений преобразователя — последовательно с ним может быть подключена RC-цепочка (рис. 9.22).
Генератор (рис. 9.23) работоспособен в диапазоне напряжений от 0,66 до 1,55 В. Для оптимизации режима работы требуется подбор номинала резистора R1. В качестве катушки индуктивности, как и во многих предыдущих схемах. использована катушка контура фильтра ПЧ индуктивностью 260 мкГн.
Так, при числе витков первичной обмотки п(1) равном 50. 60 и числе витков вторичной л(II) — 12, устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 260. 440 мВ (соотношение числа витков 50 к 12), а при соотношении числа витков 60 к 12 — 260. 415 мВ. При использовании ферритового сердечника другого типа или размера это соотношение может нарушиться и быть иным. Полезно самостоятельно выполнить подобное исследование, а результаты для наглядности представить в виде графика.
Весьма интересным представляется использование туннельного диода в рассматриваемых генераторах (аналогичного приведенному на рис. 9.20), включенного вместо перехода эмиттер — база транзистора VT1.
Преобразователь (рис. 9.27) отличается от предыдущего точкой подключения светодиода. Зависимость яркости свечения светодиода от напряжения питания показана на рис. 9.28: при повышении напряжения питания яркость вначале нарастает, затем резко снижается, после чего снова растет.
Наиболее простой схемой преобразователей этого типа является схема, представленная на рис. 9.29. Установление рабочей точки достигается подбором резистора R1. Светодиод, как и в ряде предшествующих схем, одновременно играет роль конден сатора. В порядке эксперимента рекомендуется подключить па раллельно светодиоду конденсатор и подобрать его емкость.
В качестве общего замечания по налаживанию схем, представленных выше, следует отметить, что напряжение питания всех рассмотренных устройств во избежание повреждения светодиодов не должно (за редким исключением) превышать значения 1.6. 1.7 В.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год
Читайте также: