سایت آموزشی الکترونیک و کامپیوتر اوپن مقاله های آموزشی الکترونیک و کامپیوتر و فن آوری
در این مطلب ساخت ژنراتور پالس بهمنی با استفاده از ترانزیستور منفی 2N3904 با هم انجام میدیم که برای تست سرعت نمونه برداری اسیلوسکوپ میتوانید استفاده نمایید.
ترانزیستورهای بهمنی میتوانند برای تولید پالسهای با زمان خیزش سریع استفاده شوند. استفاده از آنها در دنیای سرگرمی پس از یادداشت کاربردی (AN72) توسط جیم ویلیامز محبوب شد. بسیاری از افراد چنین ژنراتورهای پالس بهمنی را برای اندازهگیری پهنای باند اسیلوسکوپ ساختهاند. در این پست، من ژنراتوری را که با استفاده از یک ترانزیستور دوقطبی همه منظوره و همچنین برخی از اندازهگیریهای زمان خیزش ساختهام، به شما نشان خواهم داد.
مدار پایه یک ژنراتور پالس بهمنی به طرز شگفتآوری ساده است. اساساً برای تشکیل یک نوسانساز آرامش، به مقاومت دیفرانسیل منفی در ناحیه شکست بهمنی ترانزیستور متکی است. شماتیک زیر یک ژنراتور پالس بهمنی را در سادهترین شکل آن نشان میدهد:
R2، C1 به همراه ترانزیستور NPN یک نوسانساز رلاکسیون تشکیل میدهند. خازن از طریق R2 شارژ میشود و سپس هنگامی که ولتاژ کلکتور-امیتر به ولتاژ بهمنی میرسد، به سرعت دشارژ میشود. جریان دشارژ در طول بهمن از R1 عبور میکند و یک پالس سریع بین زمین و امیتر تشکیل میدهد. انتخاب R2 و C1 بسیار آزادانه است. به طور کلی، C1 میتواند از چند پیکوفاراد تا دهها پیکوفاراد و R2 میتواند از 100K تا 1M متغیر باشد. هرچه مقدار C1 بزرگتر باشد، پالسهای بهمنی به دلیل افزایش ثابت RC دشارژ (R1C1) پهنتر میشوند. اما C1 نمیتواند خیلی بزرگ باشد زیرا انرژی آزاد شده در طول دوره کوتاه بهمنی میتواند باعث خرابی پیوند PN شود. ثابت RC (R2C1) فرکانس عملکرد را تعیین میکند. برای مقادیر داده شده، فرکانس پالس تقریباً 30 کیلوهرتز است. R1 طوری انتخاب شده است که با امپدانس مشخصه بار مطابقت داشته باشد. هنگام استفاده با اسیلوسکوپ با ورودی ۵۰ اهم، R1 نیز باید ۵۰ اهم باشد تا از تخریب شکل موج پالس خروجی به دلیل انعکاس سیگنال جلوگیری شود.
R3 پیوند کلکتور-بیس را بایاس میکند. و طبق منحنی مشخصه بهمن، باید به اندازه کافی کوچک انتخاب شود تا امکان ایجاد یک پالس بهمن قوی فراهم شود. هنگام آزمایش با ترانزیستورهای مختلف، R3 را میتوان با یک پتانسیومتر ۲۰ کیلواهمی جایگزین کرد و نقطه کار بهینه را میتوان به صورت تجربی تنظیم کرد. خازن فیلتر C2 (معمولاً ۱۰۰ نانوفاراد کافی است) بسته به پایداری و مشخصههای ریپل منبع تغذیه، اختیاری است.
اگر به اصول عملکرد دقیق یک مولد پالس بهمن علاقهمند هستید، میتوانید به این مقاله نگاهی بیندازید.
اکثر مولدهای پالس بهمن که توسط علاقهمندان ساخته شدهاند، از ۲N۲۳۶۹ استفاده کردهاند، همان ترانزیستوری که در آزمایش اصلی جیم ویلیامز استفاده شده است. یکی از مزایای اصلی استفاده از 2N2369 این است که میتواند در ولتاژ نسبتاً پایین (زیر 90 ولت) دچار پدیده بهمن شود. اما اکثر ترانزیستورهای NPN همه منظوره مانند 2N3904، 2N2222، SS9013 و غیره را میتوان در حالت بهمن نیز استفاده کرد. به عنوان مثال، اندرو هولم چنین پالسری را با استفاده از 2N3904 محبوب ساخته بود. من همچنین دریافتهام که 2N3904 با وجود داشتن آستانه ولتاژ بهمن کمی بالاتر، جایگزین بسیار خوبی برای 2N2369 کمیاب است. در طول فرآیند ساخت، تعداد زیادی از 2N3904 را نمونهبرداری کردم و دریافتم که اکثر آنها میتوانند تقریباً به طور مداوم در حدود 100 ولت دچار پدیده بهمن شوند.
برای تولید ولتاژ بالای مورد نیاز مولد پالس بهمن، از یک تراشه مبدل DC-DC LT1613 استفاده کردم. ولتاژ خروجی (که با ۱.۲۳*(۱ + R1/R2) تعیین میشود) سپس چهار برابر شده و به کمی بالاتر از ۱۲۰ ولت میرسد. عملکرد LT1613 با مبدل DC-DC مورد استفاده جیم (LT1073) قابل مقایسه است. مانند LT1073، LT1613 را میتوان با ولتاژ بسیار پایین و با استفاده از یک باتری ۱.۵ ولتی نیز کار کرد. توجه داشته باشید که در مدار HV اصلی جیم با LT1073، مقاومت فیدبک در خروجی HV ضربکننده ولتاژ قرار داشت، در حالی که در مدار من نقطه فیدبک را در خروجی اولیه قرار دادم و ولتاژ ضربکننده را تنظیم نکردم. دلیل این تصمیم این است که در صورت قطع اتصال R2، ورودی ولتاژ به پین فیدبک در محدوده تلرانس باقی بماند و از هرگونه آسیب احتمالی به تراشه جلوگیری شود. همچنین، از آنجایی که نیاز فعلی برای مولد پالس بهمنی بسیار کم است، تنظیم خروجی HV کاملاً ضروری نیست.
در زیر تصویری از مدار مبدل DC به DC ولتاژ بالا که روی یک برد آزمایشی ساخته شده است، مشاهده میکنید. در ساخت خاص من، از یک نگهدارنده باتری ۴.۵ ولتی استفاده کردم که به خوبی در پشت برد قرار میگیرد. همانطور که قبلاً اشاره کردم، LT1073 میتواند در محدوده ولتاژ وسیعی کار کند و شما میتوانید از یک باتری ۱.۵ ولتی نیز استفاده کنید.
در اینجا چند تصویر از برد مولد پالس بهمن آورده شده است:
برای اینکه خازن/القاء سرگردان تا حد امکان کم باشد، سیمها کوتاه نگه داشته شدند و قطعات تا حد امکان نزدیک به سوکت BNC قرار گرفتند. چیدمان قطعات تأثیر مستقیمی بر زمان خیزش پالسهای تولید شده دارد. در آزمایش قبلی، در حالی که ولتاژهای بهمنی ترانزیستورهای مختلف را آزمایش میکردم، از چیدمانی با دقت کمتر استفاده کردم و کاهش قابل توجهی در زمان خیزش اندازهگیری شده (تا ۱۰۰ پیکوثانیه) مشاهده شد.
در اینجا یک تصویر اسیلوسکوپ از پالس تولید شده روی Rigol 1102E (پهنای باند ۱۰۰ مگاهرتز) وجود دارد و زمان خیزش اندازهگیری شده تقریباً ۲.۵ نانوثانیه است که به پهنای باند تقریباً ۱۴۰ مگاهرتز (BW=0.35/Tr) تبدیل میشود. در حالت ایدهآل، امپدانس ورودی اسیلوسکوپ باید روی ۵۰ اهم تنظیم شود تا با امپدانس ورودی مولد پالس مطابقت داشته باشد. از آنجایی که Rigol 1102E گزینه ورودی ۵۰ اهم ندارد و من هم ترمینال تغذیه ۵۰ اهمی در دسترس نداشتم، پالس مستقیماً به ورودی اسیلوسکوپ وارد شد. زنگ ناشی از انعکاس سیگنال به صورت لبه پایین رونده بسیار کندتری ظاهر شد.
تصویر زیر پالس مشاهده شده روی یک اسیلوسکوپ Rigol 1102E میباشد.
تصویر زیر همان پالس مشاهده شده روی یک Tektronix 2445 (پهنای باند ۱۵۰ مگاهرتز) را با امپدانس ورودی منطبق نشان میدهد. زمان خیزش اندازهگیری شده حدود ۱.۵ نانوثانیه است که مربوط به پهنای باند تقریباً ۲۳۰ مگاهرتز است. همانطور که مشاهده میکنید، به دلیل امپدانس منطبق، این پالس در مقایسه با پالس ثبت شده قبلی در اسیلوسکوپ، لبه نزولی تیزتری دارد.
استفاده از یک پالس با افزایش سریع برای اندازهگیری زمان خیزش، تخمینهای زمان خیزش بیش از حد خوشبینانهای ارائه میدهد، زیرا ممکن است پالس به دلیل عرض پالس کوتاه و پهنای باند محدود دستگاه تحت آزمایش، قبل از افت به اوج خود نرسیده باشد. اندازهگیریهای دقیقتر را میتوان با استفاده از یک خط تأخیر هم محور یا یک شبکه شکلدهی پالس برای افزایش پهنای پالس انجام داد.
اجتماعی باشید، به اشتراک بگذارید!