Мікросхеми генератор імпульсів для двох обмоток. Імпульсний генератор струму. Відео. Високовольтний генератор імпульсів своїми руками

Найбільш поширені генератори прямокутних і лінійно змінних (пилкоподібних) імпульсів напруги.

Генератори імпульсних сигналів (імпульсні генератори) можуть працювати в одному з трьох режимів: авто коливальному, очікуваному та синхронізації.

В авто коливальному режимі генератори безперервно формують імпульсні сигнали без зовнішнього впливу. У режимі очікування генератори формують імпульсний сигнал лише після приходу зовнішнього (запускающего) сигналу. У режимі синхронізації генератори виробляють імпульси напруги, частота яких дорівнює або кратна частоті сигналу, що синхронізує.

Генератори прямокутних імпульсів діляться на мультивібратори та блокінг-генератори. І ті й інші можуть працювати як в авто коливальному, так і в режимі очікування.

Автоколивальні мультивібратори можуть бути побудовані на дискретних, логічних елементах чи операційних підсилювачах. Автоколивальний мультивібратор на основі ОУ представлений на рис. 11.12.

Мал. 11.12. Автоколивальний мультивібратор на основі ОУ

У даній схемі за допомогою резисторів R 1 і R 2 введено позитивний зворотний зв'язок, що є необхідною умовою виникнення електричних коливань. Залежно від напруги на виході (яке може бути або +Е піт, або -Е піт, де Е піт - напруга живлення ОУ) на неінвертуючому вході ОУ встановлюється або напруга U +1 , або напруга U +2 . Місткість С, що входить у ланцюг негативного зворотного зв'язку, перезаряджається з постійного часу τ= RC. Період проходження імпульсів Т визначається виразом

.

Таким чином, цей мультивібратор формує прямокутні імпульси напруги.

Блокінг-генератори використовують для отримання потужних прямокутних імпульсів малої тривалості (від часток мікросекунди до часток мілісекунди) і шпаруватістю до декількох десятків тисяч. Основним елементом таких генераторів є імпульсний трансформатор (рис. 11.13).

Мал. 11.13. Автоколивальний блокінг-генератор

Блокінг-генератор може працювати в авто коливальному, режимі очікування або в режимі синхронізації. Під час паузи (вихідна напруга відсутня) відбувається перезаряд конденсатора ланцюгом E–R–W 2 з постійного часу τ 1 =RC. У момент часу, коли напруга на конденсаторі С (і, отже, на базі транзистора) стає рівним нулю, транзистор починає відкриватися (виходити з режиму відсікання), починає протікати струм колектора, що викликає появу сигналу позитивного зворотного зв'язку (через обмотку трансформатора W 2) , під дією якої транзистор стрибкоподібно перетворюється на режим насичення. При цьому конденсатор перезаряджається по ланцюгу W 2 -C - вхідний опір транзистора r вхз постійного часу τ 2 = r вх В·С. r вх << При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як R , той час перебування транзистора у відкритому стані t u

, а отже, і тривалість імпульсу на навантаженні значно менше періоду прямування імпульсів. Генератор напруги, що лінійно змінюється

. Напругою (ЛІН), що лінійно змінюється, називають напругу, яка протягом проміжку часу, званого робочим ходом, змінюється за лінійним законом, а потім протягом проміжку часу, званого зворотним ходом, повертається до вихідного рівня (рис. 11.14).

Мал. 11.14. Напруга, що лінійно змінюється

На рис. 11.14 прийняті такі позначення: U 0 - Початковий рівень, U m - Амплітуда ЛІН, Т р - Час робочого ходу, Т 0 - Час зворотного ходу.

Пристрої, призначені для формування ЛІН, називають генераторами ЛІН (ГЛИН). Генератори ЛІН часто називають генераторами пилкоподібної напруги.

Принцип побудови генераторів ЛІН заснований на заряді ємності незмінним струмом. Основою ГЛИН (рис. 11.15) є ємність, якою від джерела постійного струму ІТ протікає постійний струм, завдяки чому при розімкнутому ключовому пристрої КУ напруга на ємності визначається виразом , (при i = з= I

const), тобто. змінюється за лінійним законом. ГЛИН можуть працювати або ж чекає (рис. 11.15,а ), або в авто коливальному режимі (рис. 11.15,б

). ГЛИН в автоколивальному режимі формує ЛІН регулярно, а для отримання ЛІН в ГЛИН в режимі очікування необхідний зовнішній імпульс напруги U вх.

Мал. 11.15. Генератори напруг, що лінійно змінюються,

працюючих у режимі очікування (а) і автоколивального (б)

Всі ГЛИН можна розділити на три типи:

а) з інтегруючим RC-ланцюжком (рис. 11.16);

б) із струмостабілізуючим двополюсником (рис. 11.17);

в) з компенсуючим зворотним зв'язком (ОС) (рис. 11.18).

(з інтегруючим RC-ланцюжком)

До моменту часу , той час перебування транзистора у відкритому стані 1 транзисторний ключ перебуває у режимі насичення, тобто. напруга U ке, а значить, і напруга U вих, Дорівнюють нулю. При подачі в момент часу , той час перебування транзистора у відкритому стані 1 замикаючого імпульсу напруги транзистор входить у режим відсічення, і ємність З заряджається від джерела Е через резистор R до, причому напруга на ємності прагне до рівня Е к. У момент часу , той час перебування транзистора у відкритому стані 2 транзистор знову входить у режим насичення, і ємність через малий опір проміжку колектор-емітер транзистора розряджається.

Розглянемо принцип побудови ГЛИН із струмостабілізуючим двополюсником, що забезпечує протікання через нього постійного струму незалежно від прикладеної напруги (рис. 11.17). Найпростішим струмостабілізуючим елементом є транзистор. При постійному струмі бази (наприклад, , (при бе), навіть при значному зменшенні напруги t ек між емітером і колектором (наприклад, від U 2 до U 1) колекторний струм транзистора зменшується незначно.

Мал. 11.17. ГЛИН із токостабілізуючим двополюсником

Недоліком даної схеми і те, що з підключенні до виходу (тобто до ємності З) опору навантаження спотворюється лінійність вихідної напруги.

Розглянемо ГЛИН із компенсуючою ОС (на основі ОУ) (рис. 11.18). У момент часу , той час перебування транзистора у відкритому стані 1 ключ Дорозмикається і здійснюється і здійснюється прямий хід, а в момент часу , той час перебування транзистора у відкритому стані 2 ключ замикається, ємність Зрозряджається і на виході встановлюється нульова напруга. Місткість Ззаряджається постійним струмом, отже, напруга у ньому (як і напруга U вих) змінюється за лінійним законом (рис. 11.18, ), або в авто коливальному режимі (рис. 11.15,). Компенсуюча напруга U доповторює напругу на ємності U cпри розмиканні ключа та заряді ємності від джерела U. Оскільки компенсуюча напруга включена зустрічно до напруги на ємності, то напруга, прикладена до резистора При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як, весь час постійно і одно U.

Мал. 11.18. ГЛИН із компенсуючим зворотним зв'язком

Протікає через резистор При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так якструм визначається виразом

, (при При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як =(E- U вх )/ При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як.

Якщо ОУ близький до ідеального, ( К→ ∞,U вх → 0 ,, (при – → 0 ), то , (при При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як = E/ При збільшенні напруги на конденсаторі струм бази починає зменшуватися і в кінці заряду транзистор виходить з насичення і закривається. Після цього енергія, запасена в індуктивності, розряджається навантаження. Так як= const. Тоді вихідна напруга визначається виразом

.

Генератори імпульсів призначені для отримання імпульсів певної форми та тривалості. Вони використовуються в багатьох схемах та пристроях. А також їх використовують у вимірювальній техніці для налагодження та ремонту різних цифрових пристроїв. Прямокутні імпульси відмінно підійдуть для перевірки працездатності цифрових схем, а трикутної форми можуть стати в нагоді для свіп-генераторів або генераторів частоти, що коливається.

Генератор формує одиночний імпульс прямокутної форми натисканням на кнопку. Схема зібрана на логічних елементах в основі якої звичайний RS-тригер, завдяки йому також виключається можливість проникнення імпульсів брязкальця контактів кнопки на лічильник.

У положенні контактів кнопки, як показано на схемі, на першому виході буде напруга високого рівня, а на другому виході низького рівня або логічного нуля при натиснутій кнопці стан тригера зміниться на протилежне. Цей генератор чудово підійде для перевірки роботи різних лічильників.

У цій схемі формується одиночний імпульс, тривалість якого залежить від тривалості вхідного імпульсу. Використовується такий генератор у найрізноманітніших варіантах: для імітації вхідних сигналів цифрових пристроїв, при перевірці працездатності схем на основі цифрових мікросхем, необхідності подачі на якийсь пристрій, що тестується, певної кількості імпульсів з візуальним контролем процесів і т. д.

Як тільки живлення схеми включають конденсатор С1 починає заряджається і реле спрацьовує, розмикаючи своїми фронтовими контактами ланцюг джерела живлення, але реле відключиться не відразу, а з затримкою, так як через його обмотку буде протікати струм розряду конденсатора С1. Коли тилові контакти реле знову замкнуться, розпочнеться новий цикл. Частота перемикання електромагнітного реле залежить від ємності конденсатора С1 та резистора R1.

Використовувати майже будь-яке реле, я взяв . Такий генератор можна використовувати, наприклад, для перемикання ялинкових гірлянд та інших ефектів. Мінусом цієї схеми є застосування конденсатора великої ємності.

Інша схема генератора на реле, з принципом роботи аналогічною попередньою схемою, але на відміну від неї, частота прямування дорівнює 1 Гц при меншій ємності конденсатора. У момент увімкнення генератора конденсатор С1 починає заряджатися, потім відкривається стабілітрон і спрацює реле К1. Конденсатор починає розряджатися через резистор та складовий транзистор. Через невеликий проміжок часу реле вимикається та починається новий цикл роботи генератора.

У генераторі імпульсів, на малюнку А, застосовані три логічні елементи І-НЕ та уніполярний транзистор VT1. Залежно від значень конденсатора С1 та резисторів R2 та R3 на виході 8 генеруються імпульси з частотою 0,1 - до 1 МГц. Такий величезний діапазон пояснюється застосуванням у схемі польового транзистора, що дало можливість використовувати мегаомні резистори R2 і R3. З їх допомогою можна змінювати також змінювати шпаруватість імпульсів: резистором R2 задається тривалість високого рівня, а R3 - тривалість напруги низького рівня.

VT1 можна взяти будь-який із серій КП302, КП303. - К155ЛА3.

Якщо використовувати замість К155ЛА3 мікросхеми КМОП, наприклад, К561ЛН2 можна зробити широкодіапазонний генератор імпульсів без використання в схемі польового транзистора. Схема цього генератора показана малюнку У. Для розширення кількості генерованих частот ємність конденсатора часзадающей ланцюга вибирається перемикачем S1. Діапазон частот генератора 1ГЦ до 10 кГц.

На останньому малюнку розглянуто схему генератора імпульсів в якій закладено можливість регулювання шпаруватості. Для тих, хто забув, нагадаємо. Добре імпульсів це відношення періоду прямування (Т) до тривалості (t):

Добре на виході схеми можна задати від 1 до декількох тисяч, за допомогою резистора R1. Транзистор, що працює в ключовому режимі, призначений для посилення імпульсів за потужністю.

Якщо є необхідність високостабільного генератора імпульсів, необхідно використовувати кварц на відповідну частоту.

Схема генератора показана на малюнку здатна виробляти імпульси прямокутної та пилкоподібної форми. Задає генератор виконаний на логічних елементах DD 1.1-DD1.3 цифрової мікросхеми К561ЛН2. Резистор R2 у парі з конденсатором С2 утворюють диференціюючий ланцюг, який на виході DD1.5 генерує короткі імпульси тривалістю 1 мкс. На польовому транзисторі та резисторі R4 зібраний регульований стабілізатор струму. З його виходу тече струм, що заряджає конденсатор С3 і напруга на ньому лінійно збільшується. У момент надходження короткого позитивного імпульсу транзистор VT1 відкривається, а конденсатор СЗ розряджається. Тим самим формуючи пилкоподібну напругу на його обкладках. Змінним резистором можна регулювати струм заряду конденсатора та крутизну імпульсу пилкоподібної напруги, а також його амплітуду.

Схема побудована із використанням двох ОУ типу LM741. Перший ОУ використовується для генерації прямокутної форми, а другий генерує трикутну. Схема генератора побудована таким чином:

У першому LM741 на вхід, що інвертує, з виходу підсилювача підключена зворотний зв'язок (ОС) виконана на резисторі R1 і конденсаторі C2, а на неінвертуючий вхід також йде ОС, але вже через дільник напруги, на базі резисторів R2 і R5. Вихідний першого ОУ безпосередньо пов'язаний з входом другого LM741, що інвертує, через опір R4. Цей другий ОУ разом із R4 і C1 утворюють схему інтегратора. Його неінвертуючий вхід заземлений. На обидва ОУ подаються напруги живлення +Vcc і -Vee, як завжди на сьомий та четвертий висновки.

Працює схема в такий спосіб. Припустимо, спочатку на виході U1 є +Vcc. Тоді ємність З2 починає заряджатися через резистор R1. У певний момент часу напруга на С2 перевищить рівень на вході, що не інвертує, що розраховується за формулою нижче:

V 1 = (R 2 / (R 2 +R 5)) × V o = (10 / 20) × V o = 0.5 × V o

Вихідний сигнал V 1 стане -Vee. Так, конденсатор починає розряджатися через резистор R1. Коли напруга на ємності стане меншою за напругу, що визначається формулою, вихідний сигнал знову буде + Vcc. Таким чином, цикл повторюється, і завдяки цьому генеруються імпульси прямокутної форми з періодом часу, що визначається RC-ланцюжком, що складається з опору R1 і конденсатора C2. Ці утворення прямокутної форми також є вхідними сигналами для схеми інтегратора, який перетворює їх на трикутну форму. Коли вихід ОУ U1 дорівнює +Vcc, ємність С1 заряджається до максимального рівня і дає позитивний схил трикутника, що сходить, на виході ОУ U2. І, відповідно, якщо на виході першого ОУ є -Vee, то буде формуватися негативний, низхідний схил. Тобто ми отримуємо трикутну хвилю на виході другого ОУ.

Генератор імпульсів на першій схемі побудований на мікросхемі TL494, відмінно підходить для налагодження будь-яких електронних схем. Особливість цієї схеми полягає в тому, що амплітуда вихідних імпульсів може дорівнювати напрузі живлення схеми, а мікросхема здатна працювати аж до 41 В, адже не просто так її можна знайти в блоках живлення персональних комп'ютерів.

Розведення друкованої плати можна завантажити за посиланням вище.

Частоту проходження імпульсів можна змінювати перемикачем S2 і змінним резистором RV1, для регулювання шпару використовується резистор RV2. Перемикач SA1 призначений для зміни режимів роботи генератора з синфазного на протифазний. Резистор R3 повинен перекривати діапазон частот, а діапазон регулювання шпаруватості регулюється підбором R1, R2

Конденсатори С1-4 від 1000 пФ до 10 мкф. Транзистори будь-які високочастотні КТ972

Добірка схем та конструкцій генераторів прямокутних імпульсів. Амплітуда сигналу, що генерується, в таких генераторах дуже стабільна і близька до напруги живлення. Але форма коливань дуже далека від синусоїдальної – сигнал виходить імпульсним, причому тривалість імпульсів та пауз між ними легко регулюється. Імпульсам легко надати вигляду меандру, коли тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між ними.

Формує потужні короткі одиночні імпульси, які встановлюють на вході чи виході будь-якого цифрового елемента логічний рівень, протилежний наявному. Тривалість імпульсу обрана такою, щоб не вивести з ладу елемент, вихід якого підключений до випробуваного входу. Це дозволяє не порушувати електричного зв'язку випробуваного елемента з іншими.

Генератор імпульсних струмів (ГІТ) призначений для первинного перетворення електричної енергії. Включає в себе електричну мережу змінного струму частотою 50 Гц, високовольтний трансформатор, випрямляч, струмообмежуючий пристрій, апаратуру захисту. У ГІТі виділяють зарядний та розрядний контури, які пов'язані між собою батареєю конденсаторів. ГІТ, що є джерелом живлення, пов'язаний із технологічним блоком через розрядний контур.

Імпульсні генератори характеризуються такими основними параметрами: напругою на батареї конденсаторів U,електричної ємністю батареї С, накопиченої в конденсаторах енергією W н,енергією в імпульсі W 0частотою проходження імпульсів υ.

Призначення зарядного контуру – заряджання батареї конденсаторів до заданої напруги. Контур включає струмообмежуючий пристрій, що підвищує трансформатор і високовольтний випрямляч. Для випрямлення зарядного струму застосовують селенові чи кремнієві стовпи. Високовольтним трансформатором вихідна напруга мережі живлення 380/220 В підвищується до (2-70) 10 3 В.

У схемі L - С - Dмаємо ή 3 > 50%.

При застосуванні генераторів імпульсних струмів значні втрати енергії стадії формування розряду. Цього недоліку позбавлена ​​поширена система, в якій поєднуються генератори імпульсних струмів та напруги (рис. 30). У цій системі пробій формуючого проміжку проводиться за рахунок енергії конденсаторної батареї генератора напруги, що створює струмопровідний канал в основному робочому проміжку та забезпечує виділення основної енергії розряду в розрядному проміжку імпульсного генератора струмів.

Характерне для такої системи співвідношення електричних напруг і ємностей становить: де індекс 1 відповідає генератору напруг, а індекс 2 - генератору струмів. Так, наприклад

Енергетичні та масогабаритні показники генератора суттєво залежать від високовольтного трансформатора та випрямляча. Коефіцієнт корисної дії зарядно-випрямного пристрою підвищується при застосуванні високовольтних кремнієвих стовпів. Випрямлячі мають високі характеристичні показники.

об'єм від 0,03 до 0,28 м 3 /кВт та питому масу 25-151 кг/кВт.

В електроімпульсних установках застосовуються також єдині блоки, що включають трансформатор та випрямляч, що зменшує основні розміри та спрощує комутаційну мережу.

Імпульсні конденсатори призначені для накопичення електричної енергії. Високовольтні імпульсні конденсатори повинні мати підвищену питому енергоємність, малу внутрішню індуктивність і малий опір при великих струмах розряду, здатність витримувати багаторазові цикли заряд-розряд. Основні технічні дані імпульсних конденсаторів наведені нижче.

Напруга (номінальна), кВ...................................5-50

Місткість (номінальна), мкФ. . ...................................0,5-800

Частота розряду, число імпульсів/хв 1-780

Струм розряду, кА.............................................. .................0,5-300

Енергоємність, Дж/кг............................................. .......4,3-30

Ресурс, число імпульсів.............................................. .10 е - 3 10 7

Однією з основних характеристик імпульсних конденсаторів, що впливає на розміри батареї та електроімпульсної установки в цілому, є показник питомої об'ємної енергоємності

(3.23)

де Е н- Енергія, що накопичується; V до- Обсяг конденсатора.

Для існуючих конденсаторів ω з= 20 -г 70 кДж/м 3 що визначає підвищені розміри накопичувачів. Так обсяг батареї для Е н= 100 кДж становить 1,5-5,0 м3. У накопичувачах установок конденсатори з'єднують у батареї, що забезпечує підсумовування їхньої електричної ємності, яка дорівнює 100-8000 мкФ.

Високовольтні комутатори застосовують для миттєвого виділення в технологічному вузлі електричної енергії, накопиченої в батареї конденсаторів. Високовольтні комутатори (розрядники) виконують дві функції: відключають розрядний ланцюг

від накопичувача за його зарядженні; миттєво включають накопичувач у ланцюг навантаження.

Можливі різні конструктивні схеми розрядників і типи комутаторів, що відповідають цим схемам: повітряні, вакуумні, газонаповнені, контактні тарілчасті, ігнітронні і тригатронні, з твердим діелектриком.

Основні вимоги до комутаторів наступні - витримувати високовольтну робочу напругу без пробою, мати малу індуктивність і малий опір, забезпечувати задану частоту імпульсу струму.

У лабораторних електроімпульсних установках застосовуються переважно розрядники повітряного типу, що забезпечують комутацію великих енергій за тривалого терміну експлуатації і мають порівняно просту конструктивну схему (рис. 31).

Розрядники цього типу мають ряд істотних недоліків, що обмежують їх застосування: вплив стану поверхні та стану атмосферного повітря (запиленості, вологості, тиску) на стабільність відтворюваного імпульсу; утворюються оксиди азоту, що впливають на людину; утворюється потужний високочастотний звуковий тиск.

У промислових пересувних установках поширення набули механічні тарілчасті комутатори (див. рис. 31, а).Розрядники цього типу прості за електричною схемою та конструктивним виконанням, надійні при транспортуванні та роботі на ділянках з пересіченим рельєфом, але вимагають регулярного очищення поверхні тарілчастих елементів. I

До складу електроімпульсної установки входять також блоки керування імпульсним генератором та технологічним процесом, системи захисту та блокувань, допоміжні системи, що забезпечують механізацію та автоматизацію процесів у технологічному вузлі.

Блок управління включає електричні схеми запуску, блокування та схему формування імпульсу синхронізації.

Система блокування служить для миттєвого відключення високовольтної напруги. Система контролю складається з вольтметра та киповольтметра, що вказують відповідно напругу мережі та на батареї конденсаторів, з індикаторних ламп, звукових сигналів, а також частотоміра.

Технологічний вузол

Технологічний вузол призначений для перетворення електричної енергії в інші види енергії та передачі перетвореної енергії на об'єкт обробки.

Стосовно специфіки розрядно-імпульсної технології руйнування гірських порід технологічний вузол включає: робочу розрядну камеру, робочий орган у вигляді електродної системи або електрогідравлічного підривника, пристрій для впуску та випуску робочої рідини та пристрій переміщення електродів або провідника, що вибухає (рис. 32). Робоча розрядна камера заповнюється робочою рідиною чи спеціальним діелектричним складом.

Розрядні (робочі) камери ділять на відкриті та закриті, заглиблені та поверхневі, стаціонарні, перемішуються та виносні. Камери можуть бути одноразові та багаторазові; вертикальні, горизонтальні та похилі. Тип та форма робочої камери повинні забезпечувати максимальне виділення накопиченої електричної енергії, максимальний до л.д. перетворення цієї енергії на механічну, передачу цієї енергії на об'єкт обробки або задану його зону.

Робочий технологічний орган призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії на механічну і для введення цієї енергії в робоче середовище, а через неї - на об'єкт обробки. Тип робочого органу залежить від використовуваного в даному технологічному процесі різновиду електричного розряду в рідині - при вільному формуванні розряду раціональні електродні системи (рис. 33, а);при ініційованому розряді - електрогідравлічний підривник з провідником, що вибухає (рис. 33,6).

Робочий орган зазнає динамічних навантажень, дії електромагнітного поля та ультрафіолетових випромінювань, а також впливу робочої рідини.

Електродна система застосовується для вільного формування розряду. За конструктивним фактором виділяють стрижневі лінійні та коаксіальні системи. Найбільш прості за виконанням лінійні (протилежні або паралельні) системи з поєднаннями форм електродів вістря - вістря і вістря - площина. Недоліками лінійних систем є їхня значна індуктивність (1-10 мкГн) і неспрямованість дії.

Більш досконалі коаксіальні системи, що мають малу власну індуктивність та великий к.п.д. перетворення накопиченої електричної енергії на енергію плазми. Недолік коаксіальних систем – їх мала надійність та недовговічність. Електродна система є технологічною та високопродуктивною за рахунок високої частоти процесу створення механічних навантажувальних зусиль.

За кількістю повторних розрядів виділяють системи разової та багаторазової дії. Найбільш економічні та продуктивні системи багаторазової дії. Величина енергії, що перетворюється електродною системою, також впливає на конструктивне виконання та довговічність.

У гірничій промисловості більше застосування отримали електродні системи, розраховані на частотою слідування імпульсів 1-12 в хвилину. При електричному розряді через теплові процеси відбувається ерозія електродів, інтенсивність якої залежить від матеріалу електродів і робочої рідини, а також від кількості енергії, що виділяється в

канал розряду. Робоча частина електродів виготовляється із сталі Ст3 або Ст45; діаметр виступаючої частини повинен бути більше 8 мм за довжини не менше 12 мм. У зоні електрода температура плавлення заліза досягається 10 -6 з, а температура кипіння за 5 10 -6 з.

Викликане цим інтенсивне руйнування електрода супроводжується утворенням плазмових струменів (парів та рідких крапель металу). Ослабленою зоною електрода є ізоляційний шар межі виходу стрижня - токовода і води.

Основними вимогами до електродної системи є: високий коефіцієнт перетворення електричної енергії, високі

експлуатаційні та технологічні показники, економічно доцільна стійкість. Найбільшу ерозійну стійкість мають електроди зі сплаву міді, карбіду вольфраму та нікелю.

Площа поверхні катода повинна перевищувати площу анода в 60-100 разів, що 6 поєднанні з подачею позитивного імпульсу напруги на анод забезпечить зниження втрат енергії на стадії формування розряду та підвищить к.п.д. системи. Раціональний матеріал ізоляції – склопластик, вакуумна гума, поліетилен.

Електрогідравлічний підривник застосовується при розряді, що ініціюється, сприймає динамічні навантаження, вплив сильноточних полів і робочої рідини, що призводить до руйнування корпусу, ізоляції і електрода.

У електрогідравлічному підривнику позитивний електрод ізольований від корпусу; провідник, що вибухає, встановлюється між електродом і заземленим корпусом, що виконує роль негативного електрода.

Залежно від технологічних завдань, що вирішуються, застосовуються провідники з міді, алюмінію, вольфраму; розміри провідника не більше діаметр 0,25-2 мм, довжина 60-300 мм. Конструкція електрогідравлічного підривника повинна забезпечувати концентрацію енергії в необхідному напрямку та формування циліндричного за формою фронту ударної хвилі, а також технологічність операцій із встановлення та заміни провідника, що вибухає.

Для виконання частини цих вимог необхідно, щоб корпус електрогідравлічного підривника служив жорсткою перешкодою Для фронту хвиль, що поширюється.

Це забезпечується застосуванням спеціальних кумулятивних виїмок у корпусі підривника та певного поєднання лінійних розмірів корпусу та провідника. Так, діаметр корпусу підривника повинен у 60 разів і більше перевищувати діаметр провідника, що вибухає.

В останні роки розроблено нові конструктивні схеми та спеціальні пристрої, що підвищують ефективність дії робочих органів, що забезпечують спрямованість на об'єкт обробки утворених хвиль і гідропотоку.

До таких пристроїв відносять пасивні поверхні, що відображають, електроди зі складною геометрією, генератори розбіжних хвиль. Є також пристрої для протягування провідника, що вибухає, що ускладнює конструкцію підривника, але підвищує технологічність процесу.

Для безпосереднього перетворення енергії електричного розряду в енергію імпульсу стиску застосовують спеціальні електровибухові патрони (рис. 34).

Робоча рідина, що заповнює технологічний вузол, відіграє дуже істотну роль процесі електричного розряду. Саме в рідині відтворюється розряд з безпосереднім перетворенням електричної енергії на механічну.

У рідині спостерігається іонізація, а також газовиділення непрореагували кисню і водню (до 0,5 10 -6 м 3 /кДж), рідина залучається в рух фронтом хвиль, що поширюється, що утворює в технологічному вузлі гідропотік, здатний здійснювати механічну роботу.

В якості робочої рідини застосовується вода (технічна, морська, дистильована) та водні електроліти; вуглеводневі (гас, гліцерин, олія трансформаторна) та силіконові (поліметилсилоксани) рідини, а також спеціальні діелектричні, рідкі та тверді склади. Більше застосування отримала технічна вода, питома електрична провідність якої становить (1-10) см/м.

Електрична провідність рідини істотно впливає на величину енергії, необхідної для формування розряду, оскільки визначає величину пробійної напруги та швидкість руху стримерів. Мінімальна напруженість, при якій виникають стримери, оцінюється в 3,6 10 3 В/мм.

Значення питомої електричної провідності деяких рідин, що застосовуються для заповнення технологічного вузла, наведені нижче.

Технічна вода (водопровідна)............................................. ............(1-10) 10 -2

Морська вода................................................ .............................................1-10

Дистильована вода................................................ ............................4,3 -10 -4

Гліцерин................................................. .................................................. ..6,4 10 -6

Видно, що діелектричні рідини мають малу іонну провідність. Питома електрична опір рідини (р ж) визначає також величину електричного к.п.д. і залежить від величини енергії, яка вводиться в одиницю об'єму робочої рідини. Так, для води параметр р ж зменшується зі збільшенням до значень 500-1000 кДж/; з подальшим зростанням W 0 параметр р ж стабілізується в межах 10-25 Ом-м.

Електричний розряд у рідині залежить також від густини робочої рідини - зі збільшенням густини зменшуються пік перенапруг і крутість спаду струму. Щоб підвищити величину напруги розрядного контуру, відповідно величину напруги пробою, слід застосовувати робочі рідини з низькою питомою провідністю (приклад - технічну воду).

Застосування рідин з більшою провідністю полегшує процес утворення розрядів, що ковзають; збільшує втрати енергії на стадії формування каналу та знижує амплітуду ударної хвилі.

Як робочої рідини використовують також в'язкі склади (веретенна олія - ​​70%, алюмінієвий порошок - 20%, крейда - 10%), що підвищує на 20-25% амплітуду ударної хвилі та знижує втрати енергії.

Як діелектрик застосовують також металізовану діелектричну нитку і паперові стрічки, просочені електролітом. Введення твердого діелектрика зменшує загальні витрати енергії на пробій (у 4-5 разів), знижує необхідну кількість стримерів (у 4-6 разів), зменшує термічну радіацію та ультрафіолетове випромінювання. Введення в потік робочої рідини твердих частинок струмопровідних добавок застосовують замість провідників, що вибухають.

Одного дня мені знадобився терміново генератор прямокутних імпульсів з наступними характеристиками:

--- Харчування: 5-12в


---
Частота: 5Гц-1кГц.

---
Амплітуда вихідних імпульсів щонайменше 10в

--- Струм: близько 100мА.

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

Природно, межа вказана у моїх вимогах не критична. Все залежить від параметрів С4 та R3 – де резистором можна плавно змінювати тривалість імпульсу. Принцип роботи також можна прочитати у вікіпедії. Далі: для високої здатності навантаження був встановлений еммітерний повторювач на транзисторі VT-1. транзистор застосований найпоширеніший типу КТ315. резисторів R6 служить обмеження вихідного струму і зашита від перегорання транзистора у разі КЗ.

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

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

Генератори прямокутних імпульсів застосовуються в багатьох радіоаматорських пристроях: електронних лічильниках, ігрових автоматах, та й найбільш широко застосовують вони отримали при налаштуванні цифрової техніки. Пропонуємо до вашої уваги добірку схем і конструкцій генераторів прямокутних імпульсів

Амплітуда сигналу, що генерується, в таких генераторах дуже стабільна і близька до напруги живлення. Але форма коливань дуже далека від синусоїдальної – сигнал виходить імпульсним, причому тривалість імпульсів та пауз між ними легко регулюється. Імпульсам легко надати вигляду меандру, коли тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між ними.

Основний і поширений вид релаксаційного генератора - симетричний мультивібратор на двох транзисторах, схема якого показана на малюнку нижче. У ньому два стандартні підсилювальні каскади на транзисторах VT1 і VT2 з'єднані в послідовний ланцюжок, тобто вихід одного каскаду з'єднаний з входом іншого через роздільні конденсатори С1 і С2. Вони ж визначають і частоту коливань F, що генеруються, точніше, їх період Т. Нагадаю, що період і частота пов'язані простим співвідношенням

Якщо схема симетрична і номінали деталей обох каскадах однакові, те й вихідна напруга має форму меандра.

Працює генератор так: відразу після включення, поки конденсатори С1 і С2 не заряджені, транзистори опиняються в «лінійному» підсилювальному режимі, коли резисторами R1 і R2 задається деякий малий струм бази, він визначає в раз більший струм колектора, і напруга на колекторах кілька менше напруги джерела живлення за рахунок падіння напруги на резисторах навантаження R3 та R4. При цьому найменші зміни колекторної напруги (хоча через теплові флуктуації) одного транзистора передаються через конденсатори С1 і С2 в ланцюг бази іншого.

Припустимо, що колекторна напруга VT1 трохи знизилася. Ця зміна передається через конденсатор С2 ланцюг бази VT2 і трохи його замикає. Колекторна напруга VT2 зростає, і ця зміна передається конденсатором С1 на базу VT1, він відмикається, його колекторний струм зростає, а колекторна напруга знижується ще більше. Процес відбувається лавиноподібно та дуже швидко.

В результаті транзистор VT1 виявляється повністю відкритий, його колекторна напруга буде не більше 0,05 ... 0,1, a VT2 - повністю замкнений, і його колекторна напруга дорівнює напруги живлення. Тепер треба чекати, поки перезарядяться конденсатори С1 і С2 і транзистор VT2 відкриється струмом, що тече через резистор зміщення R2. Лавиноподібний процес піде у зворотному напрямку і призведе до повного відкриття транзистора VT2 і повного замикання VT1. Тепер потрібно чекати ще півперіоду, потрібні для перезаряджання конденсаторів.

Час перезарядки визначається напругою живлення струмом через резистори Rl, R2 і ємністю конденсаторів Cl, С2. При цьому говорять про «постійний час» ланцюжків Rl, С1 і R2, С2, що приблизно відповідає періоду коливань. Дійсно, твір опору в омах на ємність у фарадах дає час у секундах. Для номіналів, зазначених на схемі малюнка 1 (360 кОм і 4700 пФ), постійна часу виходить близько 1,7 мілісекунди, що говорить про те, що частота мультивібратора лежатиме в звуковому діапазоні сотень герц. Частота підвищується зі збільшенням напруги живлення та зменшенні номіналів Rl, С1 та R2, С2.

Описаний генератор дуже невибагливий: у ньому можна використовувати практично будь-які транзистори та змінювати номінали елементів у широких межах. До його виходів можна підключати високоомні телефони, щоб почути звукові коливання, або навіть гучномовець - динамічну голівку з понижувальним трансформатором, наприклад, абонентський трансляційний гучномовець. Так можна організувати, наприклад, звуковий генератор вивчення азбуки Морзе. Телеграфний ключ ставлять у ланцюзі живлення, послідовно з батареєю.

Оскільки два протифазні виходи мультивібратора в радіоаматорській практиці потрібні рідко, автор задався метою сконструювати простіший і економічніший генератор, що містить менше елементів. Те, що вийшло, показано на малюнку. Тут використано два транзистори з різними типами провідності - п-р-п та р-n-р. Відкриваються вони одночасно, колекторний струм першого транзистора є струмом бази другого.

Разом транзистори утворюють двокаскадний підсилювач, охоплений ПОС через ланцюжок R2,C1. Коли транзистори замикаються, напруга на колекторі VT2 (вихід 1) падає до нуля, це падіння передається через ланцюжок ПОС на базу VT1 і повністю його замикає. Коли конденсатор С1 зарядиться до приблизно 0,5 на лівій обкладці, транзистор VT1 відкриється, через нього потече струм, викликаючи ще більший струм транзистора VT2; напруга на виході почне зростати. Це зростання передається на базу VT1, викликаючи ще більше його відкриття. Відбувається вищеописаний лавиноподібний процес, що повністю відмикає обидва транзистори. Через деякий час, необхідне для перезарядки С1, транзистор VT1 призакриется, оскільки струм через резистор великого номіналу R1 недостатній для його повного відкривання, і лавиноподібний процес розвинеться у зворотному напрямку.

Скважність імпульсів, що генеруються, тобто співвідношення тривалостей імпульсу і паузи, регулюється підбором резисторів R1 і R2, а частота коливань - підбором ємності С1. Стійкої генерації при вибраній напрузі живлення домагаються підбором резистора R5. Їм у деяких межах можна регулювати вихідну напругу. Так, наприклад, при зазначених на схемі номіналах і напрузі живлення 2,5 В (два дискових лужних акумулятора) частота генерації склала 1 кГц, а вихідна напруга - рівно 1 В. Струм вийшов близько 0,2 мА, що говорить про дуже висока економічність генератора.

Навантаження генератора R3, R4 виконана у вигляді дільника на 10, щоб можна було знімати і меншу напругу сигналу, в даному випадку 0,1 В. Ще менша напруга (регульована) знімається з двигуна змінного резистора R4. Це регулювання може бути корисним, якщо потрібно визначити або порівняти чутливість телефонів, перевірити високочутливий УНЧ, подавши малий сигнал на його вхід, і так далі. Якщо таких завдань не ставиться, резистор R4 можна замінити постійним або зробити ще одну ланку дільника (0,01 В), додавши знизу ще резистор номіналом 27 Ом.

Сигнал прямокутної форми з крутими фронтами містить широкий спектр частот - крім основної частоти F, ще її непарні гармоніки 3F, 5F, 7F і так далі, аж до радіочастотного діапазону. Тому генератором можна перевіряти як звукову апаратуру, а й радіоприймачі. Звичайно, амплітуда гармонік зменшується зі зростанням їх частоти, але досить чутливий приймач дозволяє прослуховувати їх у всьому діапазоні довгих та середніх хвиль.

Є кільцем з двох інверторів. Функції першого їх виконує транзистор VT2, на вході якого включений емітерний повторювач на транзисторі VT1. Це зроблено підвищення вхідного опору першого інвертора, завдяки чому з'являється можливість генерації низьких частот при відносно невеликої ємності конденсатора С7. На виході генератора включений елемент DD1.2, що виконує роль буферного елемента, що покращує узгодження виходу генератора з випробуваним ланцюгом.

Послідовно з конденсатором (потрібна величина ємності підбирається перемикачем SA1) включений резистор R1, зміною опору якого регулюється вихідна частота генератора. Для регулювання шпаруватості вихідного сигналу (відносини періоду імпульсу до його тривалості) у схему введено резистор R2.

Пристрій генерує імпульси позитивної полярності частотою 0,1 Гц ... 1 МГц і шпаруватістю 2 ... 500. Частотний діапазон генератора розбитий на 7 піддіапазонів: 0,1 ... 1, 1. ...1000 Гц та 1...10, 10...100, 100...1000 кГц, які встановлюються перемикачем SA1.

У схемі можна використовувати кремнієві малопотужні транзистори з коефіцієнтом посилення не менше 50 (наприклад, КТ312, КТ342 тощо), інтегральні схеми К155ЛНЗ, К155ЛН5.

Генератор прямокутних імпульсів на мікроконтролері на цій схемі буде відмінним поповненням у вашу домашню вимірювальну лабораторію.

Особливістю цієї схеми генератора є фіксоване число частот, а точніше 31. І його можна застосовувати в різних цифрових схемотехнічних рішеннях, де потрібно змінювати частоти генератора автоматично або п'ятьма перемикачами.

Вибір тієї чи іншої частоти здійснюється за допомогою посилки п'ятирозрядного двійкового коду на вході мікроконтролера.

Схема зібрана на одному з найпоширенішого мікроконтролера Attiny2313. Дільник частоти з регульованим коефіцієнтом розподілу побудований програмно, використовуючи частоту кварцового генератора як опорної.