Простейший генератор шума.

Чтобы лучше узнать стабилитрон и познакомиться с его возможностями использования в радиолюбительских конструкциях, проведите предлагаемые эксперименты. А если они понравятся вам, оснастите описываемыми простыми устройствами свою лабораторию.

Простейший генератор шума.

Помимо генераторов, вырабатывающих сигналы синусоидальной, импульсной, треугольной и других форм, в измерительной технике пользуются и так называемыми шумовыми генераторами или генераторами шума. Особенность сигнала такого генератора в его хаотической форме и сравнительно широком диапазоне частот — от сотен герц до десятков мегагерц. Если вы впервые слышите о таком сигнале, не упустите случая познакомиться с ним, собрав генератор шума по приведенной на рис. 1 схеме.

Понадобятся три батареи 3336, соединенные последовательно, переменный резистор R1 сопротивлением 10, 15 или 22 кОм, стабилитрон VD1 типа Д808 или Д809, резистор нагрузки R2 сопротивлением от 120 до 180 Ом и фильтрующий конденсатор С 1 емкостью 4700... 10 000 пФ — он предотвращает попадание высокочастотных шумовых сигналов в цепь источника питания.

Установив сначала движок переменного резистора в крайнее правое по схеме положение, подсоедините к генератору источник питания и подключите к резистору нагрузки R2 входные щупы осциллографа, например ОМЛ-ЗМ. Входным аттенюатором или регулятором усиления (если осциллограф другой) подберите наибольшую чувствительность осциллографа (для ОМЛ-ЗМ - 0,01В /дел.) На экране должна появиться несколько размытая (утолщенная) линия развертки. Плавно перемещая движок переменного резистора в сторону левого по схеме вывода, наблюдайте за увеличением размытости — она может стать наибольшей примерно в среднем положении движка. Это и есть максимальный сигнал шума на выходе генератора, его амплитуда может составлять от десятков микровольт до единиц милливольт.

Попробуйте включить вместо VD1 другой экземпляр стабилитрона Д808 или Д809 и заметьте амплитуду шумового сигнала. Наверняка найдется стабилитрон, генерирующий наибольший сигнал.

Вообще, шумят практически все стабилитроны серий Д808 — Д813, Д814А — Д814В. А вот стабилитроны КС133А, КС147А и многие другие непригодны для работы в подобном режиме. Следует также помнить, что напряжение батареи GB1 зависит от используемого стабилитрона и оно должно превышать напряжение стабилизации хотя бы на 2 В.

А теперь о практическом использовании подобного генератора. Соедините нижний по схеме вывод резистора R2 с общим проводом (заземлением) лампового или транзисторного радиоприемника, а верхний вывод резистора подключите к антенному гнезду. На всех диапазонах (ДВ, СВ , KB, УКВ) вы услышите в динамической головке приемника шум.

Если установить в генераторе вместо резистора R2 переменный и подавать сигнал на антенный вход приемника с его движка, то громкость шума удастся изменять перемещением движка резистора. А если бы удалось измерить амплитуду выходного шумового сигнала в разных положениях движка, можно было бы либо сравнивать приемники по чувствительности, либо просто определять чувствительность того или иного приемника. Кроме того, с помощью генератора шума нетрудно отыскивать неисправность во входных цепях приемников и даже телевизоров.

Необычный генератор импульсов. Взглянув на рис. 2, вы не увидите собственно генератора, вырабатывающего импульсный сигнал. Его заменяет ограничитель синусоидального сигнала, выполненный на базе стабилитрона.

Основа нашего генератора — понижающий сетевой трансформатор, роль которого выполняет известный вам унифицированный трансформатор кадровой развертки телевизора ТВК-110ЛМ. На его вторичной обмотке можно наблюдать синусоидальный сигнал размахом около 40В (между вершинами положительной и отрицательной полуволн). Этот сигнал поступает на цепь из балластного резистора R1 и стабилитрона VD1. Во время положительного полупериода переменного напряжения на входе цепи стабилитрон выполняет свою основную функцию, в результате чего на его выводах можно наблюдать (конечно, с помощью осциллографа) ограниченную сверху полуволну синусоиды. Амплитуда результирующего сигнала зависит от напряжения стабилизации стабилитрона. Во время же отрицательного полупериода стабилитрон работает как обыкновенный диод, оставляя от отрицательной полуволны лишь часть, соответствующую прямому напряжению диода.

В итоге формируется импульсный сигнал (его форма при соответствующем переменном напряжении может соответствовать показанной зеленым цветов), основание которого немного смещено вниз относительно линии развертки (если, конечно, осциллограф работает в режиме открытого входа).

При испытании других стабилитронов в таком режиме резистор R1 должен быть такого сопротивления, при котором максимальный ток через стабилитрон будет выше I _{ст min} и ниже I_{ст max}

Стабилитрон — ограничитель напряжения. Представьте ситуацию, когда вашему транзисторному приемнику требуется питание напряжением, скажем, 9В , а в распоряжении есть сетевой блок с фиксированным постоянным напряжением 15 В, Как быть?

Конечно, первая мысль — включить в цепь питания постоянный резистор, гасящий излишек напряжения. Но такой способ неприемлем из-за того, что в зависимости от громкости звука будет изменяться потребляемый приемником ток, а значит, и напряжение на нем.

Если же вместо гасящего резистора включить в цепь питания стабилитрон (рис. 3), проблема будет решена. Теперь напряжение на нагрузке (приемнике) станет равным разности напряжений блока питания и стабилизации стабилитрона. В этом легко убедиться с помощью вольтметра постоянного тока.

Поскольку у разных экземпляров стабилитронов может отличаться напряжение стабилизации, более точно (если это нужно) выходное напряжение можно подобрать включением диода VD2 последовательно со стабилитроном. Тогда общее гасящее напряжение составит сумму напряжений стабилизации и прямого для данного диода. В свою очередь, диод ставят либо германиевый (у него прямое напряжение может быть около 0,5 В), либо кремниевый (до 1,2 В), либо два-три последовательно соединенных диода. Можно также соединять последовательно несколько стабилитронов (даже с разными напряжениями стабилизации) для получения нужного гасящего напряжения. В любом варианте значение выпрямленного тока диода (или диодов) должно превышать ток нагрузки, а последний не должен быть более максимального тока стабилизации стабилитрона (или любого из соединяемых последовательно стабилитронов).

И еще следует помнить, что стабилитрон следует включать в этой цепи в обратном направлении, а диод — в прямом.

Как растянуть шкалу вольтметра. Контролируя какое-то напряжение, иногда бывает нужно либо следить за его колебаниями, либо более точно измерить. Скажем, при эксплуатации автомобильной аккумуляторной батареи важно следить за изменением ее напряжения в диапазоне 12...15 В. Именно этот диапазон желательно было бы разместить на всей шкале стрелочного индикатора вольтметра. Но, как вы знаете, отсчет на любом из диапазонов практически всех измерительных приборов идет от нулевого значения и добиться более высокой точности отсчета на интересующем участке невозможно.

И тем не менее существует способ растяжки практически любого участка шкалы (начало, середина, конец) вольтметра постоянного тока. Для этого нужно воспользоваться свойством стабилитрона открываться при определенном напряжении, равном напряжению стабилизации. К примеру, для растяжки конца шкалы диапазона 0...15В достаточно использовать стабилитрон в такой же роли, что и в предыдущем эксперименте.

Взгляните на рис. 4. Стабилитрон VD1 включен последовательно с однопредельным вольтметром, составленным из стрелочного индикатора РА 1 и добавочного резистора R2. Как и в предыдущем эксперименте, стабилитрон съедает часть измеряемого напряжения, равного напряжению стабилизации. В результате на вольтметр будет поступать напряжение, превышающее напряжение стабилизации.

Это напряжение и станет своеобразным нулем отсчета, а значит, на шкале растянется лишь разница между наибольшим измеряемым напряжением и напряжением стабилизации стабилитрона.

Показанное на рисунке устройство рассчитано на контроль напряжения аккумуляторной батареи в диапазоне от 10 до 15В , но этот диапазон можно изменить по желанию соответствующим подбором стабилитрона и резистора R2.

Каково назначение резистора R1? В принципе, он не обязателен. Но без него, пока стабилитрон закрыт, стрелка индикатора остается на нулевой отметке. Введение же резистора позволяет наблюдать напряжение до 10В на начальном участке шкалы, но этот участок будет сильно сжат.

Собрав показанные на схеме детали и соединив их со стрелочным индикатором РА 1 (микроамперметр М2003 с током полного отклонения стрелки 100 мкА и внутренним сопротивлением 450 Ом), подключают щупы ХР1 и ХР2 к блоку питания с регулируемым выходным напряжением. Плавно увеличивая напряжение до 9...9,5В , заметите небольшое отклонение стрелки индикатора — всего на несколько делений в начале шкалы. Как только при дальнейшем увеличении напряжения оно превысит напряжение стабилизации, угол отклонения стрелки будет резко возрастать. Примерно с напряжения 10,5 до 15В стрелка пройдет почти всю шкалу.

Чтобы убедиться в роли резистора R1, отключите его и повторите эксперимент. До определенного входного напряжения стрелка индикатора останется на нулевой отметке.

Продолжение следует…