Релаксационный генератор на транзисторах

Каждому радиолюбителю желательно иметь определенное количество отработанных схемотехнически решений, которые могут использоваться при создании собственных устройств. Одно из таких решений приведено в этой статье. Основой описываемого генератора является, так называемый, эквивалент однопереходного транзистора на комплементарной паре биполярных транзисторов. Такое соединение транзисторов иногда называют триггером. Подобные триггерные ячейки часто можно встретить и в промышленной аппаратуре, например в телевизионных сенсорных устройствах УОУ-1-15.
Многим радиолюбителям хорошо известен релаксационный генератор на аналоге однопереходного транзистора. Схема его показана на рис.1.Работает он следующим образом: конденсатор С1 заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе в процессе заряда возрастает. При достижении порога включения этого аналога в точке соединения резисторов R2 и R3 формируется отрицательный импульс. Этот генератор формирует очень короткий импульс. Однако путем некоторого усложнения схемы его можно удлинить. Схема доработанного генератора, имеющего возможность регулировать длительность импульса и длительность паузы между импульсами, показана на рис.2.Рассмотрим работу этого генератора. В этом генераторе резистор, через который заряжается времязадающий конденсатор С1, заменен генератором (стабилизатором) тока на полевом транзисторе VT1. Описание этого генератора тока приведено в [1]. Преимущество этого источника тока перед известными заключается в том, что при простоте реализации он обладает высоким выходным сопротивлением, а его ток можно устанавливать в пределах от единиц микроампер до десятка миллиампер подбором резистора R1. При заряде конденсатора С1 от источника тока, напряжение на нем линейно возрастает. Порог включения аналога однопереходного транзистора, собранного на транзисторах VT2 и VT3, определяется делителем напряжения R2R3. При достижении порога включения, транзисторы VT2 и VT3 входят в насыщение, и конденсатор начинает разряжаться через них. При этом потенциал коллектора транзистора VT3 понизится практически до потенциала общей шины, формируя передний фронт отрицательного импульса. Этот фронт передастся через конденсатор С2 на базу транзистора VT4. Транзистор откроется, и на нагрузочном резисторе R7 появится перепад напряжения положительной полярности. Это напряжение через диод VD1 и ограничивающий резистор R6 поступает на базу транзистора VT3, поддерживая его в открытом состоянии.

При заряде конденсатора С2 ток через VT4 изменяется от максимального до минимального значения. На коллекторе этого транзистора формируется спадающий по экспоненте импульс напряжения. Это напряжение задает ток базы транзистора VT3 и, когда ток, протекающий через резистор R6, уменьшится настолько, что будет не в состоянии поддерживать транзистор VT3 в открытом состоянии, аналог однопереходного транзистора закроется. Вслед за ним закроется и транзистор VT4. Конденсатор С1 вновь начнет заряжаться от источника стабильного тока. Время включенного состояния транзистора VT4 определяется постоянной времени цепи R4C2. Как видно из описания, с помощью времязадающей цепи R4C2 можно удлинить формируемый импульс пропорционально постоянной времени этой цепи.
Для подачи на выход схемы, в большинстве случаев, использовать импульс с коллектора транзистора VT4 нельзя, так как он имеет непрямоугольную форму. А вот на коллекторе транзистора VT3 формируется импульс отрицательной полярности прямоугольной формы. Из этой точки схемы через ключ на транзисторе VT5 импульс подается на выход. Для индикации включенного состояния ключа в коллекторную цепь транзистора VT5 включен светодиод HL1. При указанных на схеме номиналах элементов, светодиод будет зажжен 0,9 с, а погашен 0,4 с. При замене конденсатора С2 на 2,2 мкФ, длительность погашенного состояния светодиода увеличится до 0,85 с. Продолжительность зажженного состояния светодиода можно изменять с помощью регулировки величины тока генератора стабильного тока (изменяя величину резистора R1), так и величину конденсатора С1. Также можно изменять и порогом включения аналога однопереходного транзистора с помощью изменения соотношения величин резисторов R2 и R3. Время погашенного состояния светодиода можно изменять, как было отмечено раньше, изменяя величину резистора R4 и конденсатора С2. Светодиод HL1 не является обязательным элементом схемы. Его можно безболезненно заменить перемычкой. При этом для уменьшения потребляемого тока схемой, необходимо увеличить сопротивление R8. Если вместо транзистора VT5, указанного на схеме, использовать мощный составной транзистор и понизить напряжение питания до 12 В, то вместо светодиода HL1 можно включить автомобильную лампу. Тогда схему можно использовать как световой маяк. Схему можно использовать и для формирования микросекундных и миллисекундных импульсов. Для этого надо изменить величины ранее рассмотренных времязадающих радиоэлементов.
Кроме транзисторов, приведенных на схеме, можно применить транзисторы: КТ3107 и КТ3102, ВС557 и ВС547, а также другие пары биполярных транзисторов. Импульсные диоды VD1 и VD2 КД522Б можно заменить импортными типа 1N4148. В схеме можно применить как пленочные, так и многослойные керамические конденсаторы.

Литература
1. Ильин О. Стабилизатор тока на полевом транзисторе с двумя затворами // Радио. — 2011. — №7. — С.36.

Автор: Олег Белоусов, г. Черкассы
Источник: Радиоаматор №10, 2014