CC BY
10
УДК 681.58.1.4.
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-470-473
ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
А.М. Сасов
Рассмотрены схемы и принципы работы, разработанных автором оригинальных управляемых генераторов импульсов. Конструкции генераторов позволяют осуществлять дистанционное управление частотой генерируемых импульсов. На основе базовых генераторов импульсов реализованы схемы гальванически развязанных цепей многоканального управления режимом работы генераторов.
Ключевые слова: микросхема, генератор импульсов, фоторезистор, коллиматор, источник света, волоконный световод, оптрон, светодиод.
Управляемые генераторы импульсов являются важной составляющей многих радиоэлектронных устройств и систем автоматики. К ним предъявляются самые разнообразные требования. Это помехоустойчивость, широкий диапазон частот генерируемых импульсов, возможность управления частотой генератора в процессе функционирования устройства, частью которого он является. Кроме этого, доступность дистанционного управления режимом работа генератора, возможность управления частотой генерируемых импульсов одновременно несколькими управляющими объектами.
Генератор импульсов, отвечающим этим требованиям, разработан на основе электронно-оптической системы, рис.1 [1].
5/
а б
Рис. 1. Схема управляемого генератора импульсов: а - с коллиматором; б - с волоконно-оптическим
коллектором
Схема реализована с применением микросхемы К155ЛА-З состоящей из четырех логических элементов И-НЕ (рис.1а - поз. 1 - 4), фоторезистора СФ2-5А и двух сверхминиатюрных ламп накаливания марки СМН-6-20-1, размещенных в двухканальном коллиматоре 9. С его помощью осуществляется оптическая развязка двух источников света.
Работа управляемого генератора импульсов происходит следующим образом. Под действием перезаряда конденсатора 5 происходит изменение потенциала на входе инвертора 1, который при достижении порога срабатывания переключается. Его переключение вызывает смену состояний инверторов 2, 3, 4 и перезаряд конденсатора, в результате чего возникает режим генерации. Частота генерации импульсов определяется параметрами времязадающей цепочки, состоящей из конденсатора 5, резисторов 6 и 7 (ШкОм и 1,5кОм соответственно) и величиной сопротивления фоторезистора 8. Выбор рабочего участка диапазона частот выполняется с помощью излучателя света НЬ2. Осуществляется это за счет того, что при дополнительной подсветке фоторезистора 8 уменьшается его сопротивление, и рабочий участок диапазона смещается в сторону высоких частот. Снижение интенсивности света этого излучателя влечет за собой расширение диапазона в сторону низких частот. Управление частотой импульсов в выбранном диапазоне производится излучателем ИЬ1.
Способ регулировки режима работы генератора изменением величины тока ламп подсветки, делает возможным дистанционное управление частотой генерируемых импульсов. Дистанцироваться устройству, в составе которого находится генератор, от управляющего этим устройством объекта, можно используя для этого обычные провода или кабели.
В режиме генерации, при отключенной лампе HL2, ток через лампу НЬ1 регулируют от нуля до 11,5 тА. При этом сопротивление фоторезистора изменяется по логарифмическому закону от 280 кОм до16 кОм. В интервале величин тока 11,5 тА до 16,5 тА изменение сопротивления СФ2-5А носит линейный характер от 15,5 кОм до 0,8 кОм, при этом частота генерируемых импульсов изменяется также линейно, от 0,07 кГц до 143 кГц, амплитуда импульсов постоянна и равна 5 В, длительность переднего фронта импульса 200 нс. При этих режимах работы и емкости конденсатора 10 мкф или 220 нф, частота генерируемых генератором импульсов линейно изменяется в диапазонах от 0,03 кГц до 0,07 кГц и от 143 кГц до 240 кГц, соответственно.
Выбор диапазона рабочих частот осуществляется следующим образом. При отключенной лампе HL1 включают НЬ2. Проходящий через нее ток устанавливают таким, чтобы частота генерируемых импульсов соответствовала требуемому диапазону частот. После этого величину тока фиксируют, и она остается постоянной до тех пор, пока не появиться необходимость изменения диапазона. Затем включа-
Электротехнические комплексы и системы
ют лампу НЬ1 и генератор выходит, на рабочий режим. При токе НЬ2 равном 16 тА частота импульсов генератора изменяется по линейному закону от 82 Гц до 97 Гц, при этом ток НЬ1 регулировали от 16 тА до10 тА.
Таким образом, управление частотой генератора происходит посредством изменения интенсивности световых потоков, падающих на фоторезистор. Нити ламп накаливания НЬ1 и НЬ2, являющиеся источниками этих потоков, имеют низкое омическое сопротивление. Поэтому помехи, возникающие в цепях дистанционного управления под действием радиочастотных и мощных электромагнитных полей окружающей среды, оказываются закороченными. Это обеспечивает высокую помехозащищенность генератора [2].
Многоканальный вариант управления режимом работы генератора. Электрическая схема генератора, рис.1а, позволяет расширить его функциональные возможности. Суть его доработки заключается в замене системы световой засветки фоторезистора. Вместо коллиматора используют волоконно-оптический коллектор (ВОК), рис. 16. Он представляет собой волоконно-оптический жгут с одним входным торцом и с несколькими разведенными выходными гибкими жгутами. Жгут имеет регулярную укладку волоконных световодов. Диаметр оболочки световода - 25 мкм, используют для изготовления гастроскопов [3]. Световоды входного и выходных торцов скреплены клеем ОК72Ф. Входной торец устанавливают на окне фоторезистора СФ2-5А. Его фоточувствительный элемент имеет прямоугольную форму с размерами 1мм*5,8мм.
Практически, на этой поверхности можно поместить входной торец в виде матрицы, состоящей из 6000 световодов. Такое количество световодов позволяет сформировать большое количество гибких жгутов. Через входные торцы гибких жгутов 9, рис 26, управляющие объекты засвечивают фоторезистор, обеспечивая управление частотой генерируемых импульсов. Через входные торцы гибких жгутов 10, осуществляется выбор рабочего участка диапазона частот. Так происходит многоканальное управление режимом работы генератора.
Выбор фоторезистора марки СФ2-5А обусловлен тем, что среди фоторезисторов разных серий, он имеет наименьший уровень собственных шумов. Это позволяет использовать его для обнаружения слабых световых потоков. Максимум спектральной чувствительности СФ2-5 соответствует длина волны 0,55 мкм, длинноволновая граница чувствительности - 0,8 мкм, коротковолновая граница - 0,3 мкм [4]. Таким образом, световая характеристика фоторезистора позволяет дифференцировать световой поток на видимый свет - зеленый, инфракрасное (ИК) и ультрафиолетовое (УФ) излучение.
Количество световодов, из которых компонуют ячейки матрицы ВОК, определяется интенсивностью световых потоков и длиной волны света управляющих источников. Для ИК излучения ячейку следует делать большего профиля, для ИК излучения небольшого сечения. Использование источников света с различной длины волны способствует расширению областей применения управляемого генератора импульсов.
Управляемый генератор импульсов с оптронами. Другой вариант многоканального управления генератором импульсов приведен на рис.2. Базовый генератор собран с применением микросхемы К155ЛА-3 и оптопар АОР124Б, рис.2а [5]. Работа управляемого генератора импульсов происходит следующим образом. Под действием перезаряда конденсатора 5 изменяется потенциал на входе инвертора 1, который при достижении порога срабатывания переключается. Переключение инвертора 1 вызывает смену состояний инверторов 2, 3, 4 и перезаряд конденсатора 5, в результате чего возникает режим генерации. Частота генерации определяется параметрами ЛС-цепи, состоящей из конденсатора 5, резисторов 6 и 7 и величиной сопротивления двух последовательно соединенных фоторезисторов оптопар 8- 9. Выбор рабочего участка диапазона частот производят с помощью оптопары 8. Осуществляют это путем изменения мощности светового потока, излучаемого ее светодиодом, который подключен к устройству выбора диапазона частот. При этом расширение выбора диапазонов частот происходит вследствие того, что полностью используется весь интервал омического сопротивления фоторезистора. От минимального сопротивления при максимальной мощности светового потока до максимального сопротивления при минимальной освещенности.
Рис.2 Схема генератора с оптронами
Управление частотой генерируемых импульсов в выбранном диапазоне производится оптопа-рой 9. Осуществляют это путем изменения мощности светового потока, излучаемого ее светодиодом, который подключен к устройству управления частотой генерируемых импульсов. При этом повышение
точности настройки на заданную частоту обусловлено тем, что используется весь интервал омического сопротивления фоторезистора. От минимального сопротивления при максимальной мощности светового потока до максимального сопротивления при минимальной освещенности, то есть происходит растяжка диапазона.
Генератор импульсов с многоканальным управлением частотой. На базе генератора с оп-тронами разработан генератор, управление частотой генерируемых импульсов которого, можно производить одновременно по двум трем или более каналам управления, гальванически развязанных и независимых между собой, в выбранном диапазоне частот, рис. 2б. Генератор работает следующим образом. Перезаряд конденсатора 5 изменяет потенциал на входе инвертора 1, который при достижении порога срабатывания переключается. Переключение инвертора 1 вызывает смену состояний инверторов 2, 3, 4 и очередной перезаряд конденсатора 5, в результате чего возникает режим генерации. Частоту генерации определяют параметрами RC-цепи, состоящей из конденсатора 5, резисторов 6 и 7 и величиной результирующего сопротивления цепочки резисторов, составленной из двух или более последовательно соединенных фоторезисторов оптронов каналов управления частотой 9 - n и параллельно подключенного к ним фоторезистора оптрона выбора диапазона частот 8.
Выбор рабочего участка диапазона частот производят с помощью оптопары 9. Осуществляют это путем изменения мощности светового потока, излучаемого ее светодиодом, который подключен к устройству выбора диапазона частот. Управление частотой генерируемых импульсов в выбранном диапазоне производится оптопарами 9 - п.
Таким образом, предлагаемый управляемый генератор импульсов позволяет осуществлять одновременное и независимое между каналами управление частотой генерируемых импульсов двумя, тремя или более гальванически развязанных каналов в выбранном диапазоне частот.
Список литературы
1. Патент 4892554/09 РФ. Управляемый генератор импульсов / А.М. Сасов. Опубл. 27.12.96. Бюл. № 36.
2. Сасов А.М. Система автоматического управления вибрационным бункерным загрузочным устройством // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 111 - 118.
3. Бутусов М.М., Галкин С.Л., Оробинский С.П., Пал Б.П. Волоконная оптика и приборостроение; под ред. М.М. Бутусова. Л.: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1987. 328 с.
4. Бараночников М.Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник. М.: ДМК Пресс, 2012.
640 с.
5. Патент 2715547 РФ. Управляемый генератор импульсов / А.М. Сасов. Опубл. 28.02.2020,
Бюл. № 7.
Сасов Анатолий Михайлович, канд. техн. наук, доцент, secretarv@uni-protvino.ru, Россия, Протвино, Филиал «Протвино» государственного университета «Дубна»
PULSE GENERATORS FOR MULTI-CHANNEL CONTROL SYSTEMS
A.M. Sasov
The schemes and principles of operation developed by the author of the original controlled pulse generators are considered. Generator designs allow remote control of the frequency of generated pulses. Based on the basic pulse generators, schemes of galvanically isolated circuits of multichannel control of the generators' operating mode are implemented.
Key words: microcircuit, pulse generator, photoresistor, collimator, light source, fiber light guide, optocoupler, LED.
Sasov Anatoly Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, secretarv@uni-protvino. ru, Russia, Protvino, Protvino Branch of Dubna State University
