Двухканальный прецизионный генератор треугольного напряжения.


Двухканальный прецизионный генератор треугольного напряжения.

     В статье описывается двухканальный прецизионный генератор треугольного напряжения. Его назначение создание двухканальных генераторов прямоугольных импульсов со 100% широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обеспечивающих в каналах сдвиг импульсов на 180º и коэффициентом заполнения импульсов 100%.

     ***

     Описание.
     Данный генератор использован в реально изготовленных импульсных электронных нагрузках, см. статью «Импульсная электронная нагрузка», Рис.12. И очень хорошо себя зарекомендовал. Основные требования, предъявляемые к генератору треугольного напряжения это:
     — высокая линейность и симметричность треугольника,
     — высокая стабильность амплитуды,
     — высокая точность сдвига на 180º,
     — частота — не менее 80кГц.
     Всё это необходимо для обеспечения уровня импульсных помех, создаваемых силовыми ключами нагрузки в пределах единиц милливольт, при испытании источников мощностью до 150Вт.
     На самом мощность может быть и больше, но мне как правило больше было не нужно. В редких случаях, когда нужно было настраивать источник 800Вт я соединял четыре нагрузки параллельно и обдувал радиаторы вентилятором.

     Функциональная схема генератора показана на Рис. 1.

 generator-treugolnogo-napryazheniya_01.jpg
Рис. 1

     Здесь:
     — Г — собственно генератор треугольного напряжения высокой линейности;
     — УМ — усилитель мощности;
     — УН1 и УН2 — соответственно: не инвертирующий и инвертирующий нормирующие усилители.
     Такой способ разделения треугольного напряжения на два канала обеспечивает практически 100%-ю точность сдвига на 180º.

     На Рис. 2 показана принципиальная схема генератора.

 generator-treugolnogo-napryazheniya_02.jpg
Рис. 2

     Непосредственно генератор треугольного напряжения собран на микросхемах универсального таймера SA555 (DA1) и не инвертирующего драйвера MC33152 (DA2).
     Неполярный генератор стабильного тока на элементах VT1, VD2 и VD3 обеспечивает стабильность токов заряда и разряда времязадающего конденсатора С4. Благодаря этому достигается высокая симметричность и линейность треугольного напряжения.
     Эмиттерный повторитель на транзисторе VT2 выполняет роль усилителя мощности. Благодаря своему высокому входному сопротивлению он не оказывает влияния на качество треугольного напряжения. В случае если пожелаете посмотреть осциллографом напряжение на конденсаторе С4, установите на щупе осциллографа делитель в положение 1:10 иначе он внесёт большие искажения. Хотя и с делителем также внесёт, частота несколько уменьшится за счёт входной ёмкости щупа.
     На самом деле то что получится на верхнем контакте C4 не важно, главное то, что будет получено в контрольной точке 3.
     Нормирующий усилитель УН1 выполнен на транзисторе VT5. УН2 на транзисторах VT3 и VT4.
     Стабилизатор MC78L12, микросхема DA3, в работе генератора треугольного напряжения никакого участия не принимает, он необходим для питания других схем электронной нагрузки.

     Наладка.
     То, что нужно получить на выходах F1 и F2 показано на Рис. 3.

 generator-treugolnogo-napryazheniya_03.jpg
Рис. 3

     На самом деле необходимости в получении точно таких напряжений какие указаны на рисунке нет. Можно сказать так: нижняя граница (0,8÷1)V, верхняя — (5÷5,2)V. Главное не в точности этих напряжений, главное в точности их совпадения в обоих каналах, F1 и F2 соответственно. То есть если в одном нижняя граница 0,896V то и в другом 0.896V. Ну может я несколько утрирую, но чем точнее будет совпадение, тем меньше будет величина импульсных помех, создаваемых самой нагрузкой. В некоторых случаях это очень важно.

     В самом генераторе треугольного напряжения настраивать особо нечего. Единственное что нужно будет сделать это подобрать величину ёмкости конденсатора С4 для получения частоты 80кГц. Контролировать можно либо в точке 2, либо в точке 3, но ни в коем случае не в точке 1.
     Далее подбором резистора R2 добиться в точке 3 размаха колебаний 4V. Величину размаха контролируем осциллографом. Здесь также высокая точность не нужна.
     Для дальнейшей работы необходим хороший лабораторный цифровой вольтметр, например GW Instek.

     Подключаем к выходу F1 осциллограф с открытым входом, ну это так чтобы он видел не только переменную составляющую, но и постоянную. Наблюдаем на нём картинку как на Рис. 3.
     Подстроечным резистором R6 устанавливаем нижнюю границу треугольника на уровне ~1V выше нулевого уровня. Размах должен быть автоматически таким же, как и в точке 3, если нет (что будет очень странно) снова проверить размах в точке 3 и при необходимости снова подобрать резистор R2.
     После того как на выходе F1 получили примерно тоже самое что и на Рис. 3, подключаем к нему цифровой вольтметр. Замеряем напряжение в режиме измерения постоянного тока, записываем показание (=V1). Получится около 2,5V. Результат носит оценочный характер, и его конкретная величина большого значения не имеет, но вот запомнить его необходимо. Записываем результат с точностью до третьего знака после запятой.
     Переключаем вольтметр в режим измерения переменного тока, записываем показание (~V1). Получится около 1,6V. Также до третьего знака.
     Это будут эталонные значения. Такие же нужно получить и на выходе F2.

     Подключаем осциллограф к коллектору транзистора VT3. Резистором R11 добиваемся размаха колебаний 4V. Пока точность не важна. Возможно придётся подобрать резистор R9.
     Подключаем осциллограф к выходу F2. Вращая подстроечник R13, смещаем треугольник так чтобы картинка была примерно как на Рис. 3.
     Далее подключаем цифровой вольтметр к выходу F2. Включаем его на измерение переменного напряжения. Вращением R11 добиваемся показаний равных показаниям на F1 (~V1).
     Переключаем на измерение постоянного напряжения. Вращением R13 добиваемся показаний равных (=V1).
     Снова проверяем показания по переменному напряжению, если ушло подстраиваем. Потом снова по постоянному. Так методом последовательных приближений на выходе F2 нужно получить те же значения что и на выходе F1. Точно, конечно, вам вряд ли удастся установить, но чем меньше будет разница, тем лучше.
     Сверяем идентичность значений напряжений по переменному и постоянному току на выходах F1 и F2, если всё сходится, то на этом настройка закончена.

     На вершинах треугольников могут наблюдаться небольшие всплески. Устраняются они подключением параллельно R3 конденсатора ёмкостью 50÷300пФ. Установить минимально возможную ёмкость.

     Подстроечные резисторы должны быть много оборотистыми, и не проволочными, а плёночными, чтобы исключить влияние индуктивности.
     Печатная плата ГТН имеет размер 35х70мм, это с учётом места под крепёж платы. Почти все элементы для удобства работы расположены с одной стороны.

P.S.
     Я вижу, в интернете что многие из тех, кто желает сделать импульсную электронную нагрузку пытаются приспособить к этому микросхемы, предназначенные для построения импульсных блоков питания, например такие как TL494, UC2823 (российский аналог К1156ЕУ3) и другое.
     Я так же прошёл этот путь. Мой вам совет — бросьте это дело.
     Причина в том, что если вы действительно желаете создать полноценную импульсную нагрузку и использовать её возможности на все 100%, то необходимо использование ШИМ модулятора с возможностью 100%-го коэффициента заполнения импульсов в обоих каналах.
     То есть импульсы должны иметь возможность перекрывать друг друга на все 100%. Ну фактически в этом случае в обоих каналах ШИМ модулятора на выходах будут постоянные высокие уровни, оба силовых ключа при этом будут открыты. Об этом я писал в предыдущей статье «Импульсная электронная нагрузка», описывая работу электронной нагрузки изображённой на Рис. 12.
     В микросхемах предназначенных для построения импульсных источников питания такая работа недопустима, так как это приведёт к протеканию сквозных токов в силовых ключах источника питания на выходе, они при этом просто сгорят. Максимально возможный коэффициент заполнения в этих микросхемах 49%.
     Вы можете, конечно, сделать на них нагрузку чтобы чуть-чуть сэкономить время и деньги. Но эта совсем небольшая экономия приведёт к тому, что вы получите недоделанную импульсную электронную нагрузку. Она и будет у вас работать на те же 49% от своих возможностей.

     Перечень элементов можно увидеть в прилагаемом файле PDF.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *