.
X    

Lavinový generátor impulzů


POZOR! Uvnitř zařízení je poměrně velké napětí. Ačkoliv dá zdroj poměrně malý proud, dodržujte zásady bezpečnosti práce. Pokud se rozhodnete zařízení konstruovat, děláte to na vlastní riziko.


Popis - generátor impulzů

Schéma zapojení
Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)

Zapojení je převzáno z dokumentu AN-72 od Linear Technology. Z důvodu dostupnosti byl použit běžně dostupný tranzistor 2N3904, který v tomto režimu funguje také dobře, ovšem není na to stavěný (může tedy být potřeba vyzkoušet více kusů, než se najde takový, který bude fungovat optimálně).

Princip funkce je poměrně jednoduchý. Generátor je napájen z měniče s výstupním napětím cca 180 V. Přes rezistor R1 (2,2 MΩ) se nabíjí kondenzátor C1 (27 pF), dokud napětí nedosáhne hodnoty okolo 120 V. Poté dojde k lavinovému průrazu tranzistoru (energie je poměrně nízká, průraz by neměl být destruktivní). Lavinový průraz je velmi rychlý, výstupní impulz bude mít tedy velice strmou náběžnou hranu - ale značně záleží na provedení, je potřeba, aby parazitní indukčnosti byly co nejmenší. Poté tranzistor přestane vést a kondenzátor se začne znovu nabíjet. V této konstrukci je na výstupu BNC konektor (pro 50 Ω koaxiální kabel), proto je zde na výstupu použit 50 Ω rezistor.


Popis - měnič

Schéma zapojení měniče
Schéma zapojení měniče (klikněte pro plné rozlišení)

Toto je samokmitající zdroj typu flyback s neizolovaným výstupem. Jeho výstupní napětí je 180 V (nastaveno Zenerovou diodou D5), výstupní proud se při tomto napětí pohybuje okolo 1-2 mA.

Transformátorek je vyroben z budícího transformátorku ze starého ATX zdroje (ferit, průřez středního sloupku cca 25 mm2 s malou přidanou vzduchovou mezerou - tak, aby sekundární vinutí (120 závitů) mělo indukčnost cca 1 mH.

Obvod je startován přes rezistor R1. Zpětná vazba je zajištěná pomocí pomocného vinutí (7 závitů), rezistoru R4 a kondenzátoru C3 (střídavá vazba). Zdroj běží v samokmitajícím režimu - sepnutí tranzistoru vede k naindukování nějakého napětí na zpětnovazebním vinutí, což vede k ještě tvrdšímu sepnutí. Proud primární cívkou začne růst. Jakmile proud dosáhne určité hodnoty - takové, aby se na omezovacích rezistorech R2, R3 objevilo napětí cca 0,6 až 0,7 V, což odpovídá proudu okolo 300 mA, tak se začne uzavírat, což je opět urychleno zpětnou vazbou - jakmile napětí na vinutích začne klesat, klesne i proud do báze. Energie uložená v podobě magnetického pole se dostane ven, na cívkách se objeví napětí s opačnou polaritou (tranzistor zůstane uzavřený, má na bázi záporné napětí, proud v obvodu zpětné vazby teče diodou D1 a ne B-E přechodem tranzistoru). Vzniklý napěťový impulz na sekundární cívce se usměrní diodou D4. Na výstupu stačí malý kondenzátor (470 nF). Omezení výstupního napětí je zajištěno Zenerovou diodou D5, jakmile přes ni teče dostatečný proud a na rezistoru R5, kondenzátoru C4 a B-E přechodu se objeví napětí cca 0,6 V, začne spínat tranzistor Q1, který neumožní, aby se otevřel tranzistor Q2 omezením napětí na jeho bázi. Proudové omezení je zajištěno pomocí R2, R3, D2, D3. Diody D2, D3 neumožní, aby se na bázi tranzistoru (oproti GND) objevilo více než zhruba 1,2-1,4 V. V případě, že napětí na snímacích rezistorech přesáhne přibližně 0,6-0,7 V, napětí mezi bází a emitorem Q2 začne klesat pod potřebnou hodnotu 0,6-0,7 V a proud jeho kolektorem se omezí (což v důsledku povede díky zpětné vazbě k jeho rozepnutí). Hodnota 0,6-0,7 V je pouze přibližná (pro běžnou křemíkovou diodu při běžném proudu a pokojové teplotě), nicméně na hrubé omezení proudu toto lze použít.


Závěr

Vnitřek
Vnitřek (klikněte pro plné rozlišení)

Zdroj byl zkonstruován na univerzálním plošném spoji, generátor pulzů byl zkonstruován "ve vzduchu". Tato konstrukce není ani zdaleka optimální - nakonec byla ještě trochu upravena tak, aby se snížily parazitní indukčnosti (zkrácení vodičů v obvodu generátoru). Délka pulzu se pohybuje okolo ≤1 ns.

Osciloskop
Osciloskop (klikněte pro plné rozlišení)

Na tomto screenshotu je výstup zobrazený na osciloskopu Hantek DSO5102P s šířkou pásma 100 MHz. Z naměřeného času náběžné hrany (10→90%) lze odhadnout šířku pásma (uvažujeme-li, že se bude vstupní obvod na vysokých frekvencích chovat jako low-pass filtr s jedním pólem přenosu) BW-3dB [MHz] = 350/tr [ns] = 109 MHz, pokud budeme uvažovat, že náběžná hrana z generátoru je mnohem kratší. Po úpravě osciloskopu na šířku pásma 200 MHz (odpovídající verzi DSO5202P) bylo naměřeno 1,7 ns, tzn. šířka pásma odpovídá cca 206 MHz.

Upravený obvod generátoru pulzů
Upravený obvod generátoru pulzů (klikněte pro plné rozlišení)

Úprava - únor 2021: vodiče v obvodu generátoru pulzů byly zkráceny. Také byla na vstup přidána 0,5 A pojistka.


 


 
Reklama (od webhostingu):