Учебные пособия по импульсной технике

Элементы импульсной техники широко применяются в электронной автоматике, телевидении, радиолокации и во многих других областях радиоэлектроники. Описываемый комплект учебно-демонстрационных приборов, в которых используются широко распространенные неоновые лампы, позволяет собрать разные по сложности и принципу работы импульсные устройства. Самоиндикация электрических состояний неоновых ламп и соответствующий выбор частоты повторения и длительности импульсов обеспечивают визуальное наблюдение действия импульсных элементов без осциллографа и каких-либо других измерительных приборов.

Неоновая лампа имеет два электрода, заключенные в стеклянный баллон, наполненный неоном с примесью аргона или гелия.

Катодами неоновых ламп, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, всегда являются электроды большей площади: цилиндр (рис. 1, а) или диск (рис. 1, б), у поверхности которых возникает свечение газа. При включении лампы в цепь постоянного тока необходимо соблюдать полярность включения.

В. описываемых демонстрационных приборах используются неоновые лампы МН-7 или ИН-3, предварительно подвергнутые электрической формовке постоянным током (по схеме, изображенной на рис. 1, в) в течение10—20 часов. Для ламп типа МН-7 напряжение источника питания должно быть 120—150 В, для ИН-3Б — 250—300 В.

Вольт-амперная характеристика неоновых ламп — нелинейная, сложной формы. Схема устройства, с помощью которого можно снять вольт-амперную характеристику лампы, показана на рис. 2, а. Повышение напряжения питания Uпит до величины напряжения зажигания U3 практически не вызывает тока через лампу (на рис. 26 — участок характеристики 0 — а). При напряжении зажигания U3 в лампе возникает тлеющий разряд. В результате дальнейшего увеличения напряжения (участок а—6) сила тока через лампу возрастает, после чего. происходит скачкообразное уменьшение напряжения (участок б—в). Возрастание силы тока (участок в—г) при практически постоянном напряжении горения лампы сменяется некоторым увеличением напряжения (участок г—д).

Уменьшение силы тока через лампу от максимального значения I1 сопровождается убыванием напряжения (участок д—е) вплоть до прекращения разряда при напряжении погасания лампы Uп, после чего сила тока резко падает от минимальной величины I3 до нуля (участок е—ж). Таким образом, вольт-амперная характеристика неоновой лампы состоит из нескольких участков, соответствующих различным фазам тлеющего разряда. Если же максимальная сила тока ограничена значением I2, вольт-амперная характеристика представляется линией Оабвгеж. Однако и в этом случае сохраняются ее важнейшие особенности: наличие участка б—в, соответствующего, отрицательному сопротивлению лампы, и неравенство Uп<U3, благодаря которому возможна работа лампы в различных, релаксационных устройствах.

Генераторы пилообразного напряжения. Простейший генератор пилообразного напряжения, собранный по схеме рис. 3, а, содержит зарядную цепь R1C1 и разрядную цепь C1JI1R2. При заряде конденсатора С1 до напряжения зажигания U3 лампа Л1 не проводит ток. Затем происходит зажигание тлеющего разряда, через лампу протекает кратковременный импульс тока, и напряжение на конденсаторе С1 быстро уменьшается до напряжения погасания Un. При этом на резисторе R2 формируется импульс напряжения.

В дальнейшем эти процессы, эпюры напряжений которых изображены на схеме, повторяются с периодом Т, равным 0,3—1,0 с, который можно изменять переменным резистором R1 или включением в зарядно-разрядную цепь конденсаторов различной емкости.

Устройство, собранное по схеме, изображенной на рис. 3, б, содержит два генератора пилообразного напряжения, которые могут работать как независимо друг от друга, так и в режимах синхронизации или деления частоты повторения импульсов.

При замыкании контактов выключателя В1 положительные импульсы, создающиеся на резисторе R2 ведущего генератора на лампе Л1, синхронизируют ведомый генератор на лампе Л2. Изменением сопротивлений переменных резисторов R1 и R3 можно получить или одновременные вспышки обеих ламп (синхронизацию), или вспышки лампы Л2 одновременно со второй, третьей и т. д. вспышками лампы Л1 — происходит деление частоты в 2, 3 и т. д. раза.

Мультивибраторы. Симметричный мультивибратор, собранный по схеме, изображенной на рис. 4, а, генерирует импульсы напряжения с крутыми фронтами и периодом повторения Т, равным 1—2 с. Период повторения импульсов зависит от сопротивления резисторов R1 и R2 и емкости конденсатора С1, а также от напряжения питания, регулируемого переменным резистором R3. Лампы Л1 и Л2 поочередно зажигаются на одинаковые промежутки времени, что свидетельствует об электрической симметрии плеч мультивибратора. Чтобы мультивибратор стал несимметричным, надо один из резисторов (R1 или R2) заменить резистором другого номинала, например 100 кОм. При этом продолжительность горения ламп Л1 и Л2 будет различной.

Устройство, принципиальная схема которого изображена на рис. 4, б, является сочетанием двух симметричных мультивибраторов с общей для них лампой Л2 и конденсаторами С1 и С2 разной емкости. Поэтому лампа ЛЗ зажигается и погасает чаще, чем Л1, т. е. T2<T1. Этот двухчастотный мультивибратор может быть превращен в трехчаетотный добавлением лампы Л4, конденсатора СЗ и резистора R4. Периоды повторения импульсов на анодах ламп можно регулировать резистором R5, причем они соотносятся как целые числа, следовательно, в устройстве происходит умножение частоты колебаний.

Селектор совпадений, принципиальная схема которого показана на рис. 5, состоит из двух релаксационных генераторов импульсов: положительных — на лампе Л1 и отрицательных — на лампе Л2 и, кроме того, каскада временных совпадений на лампе ЛЗ. При максимальном сопротивлении переменного резистора R5 генератор на лампе Л2 работает в независимом режиме, и период повторения отрицательных импульсов устанавливают переменным резистором R4. Уменьшение сопротивления резистора R5 усиливает связь между лампами Л1 и Л2 через конденсатор СЗ, в результате чего генератор отрицательных импульсов переходит в режим деления частоты положительных импульсов, вырабатываемых генератором на лампе Л1.

Импульсы положительной и отрицательной полярности через конденсаторы С4 и С5 поступают соответственно на анод и катод лампы ЛЗ каскада временных совпадений. Регулированием анодного напряжения переменным резистором R6 можно установить такой режим работы этого каскада, при котором вспышки лампы ЛЗ происходят только при временном совпадении отрицательного импульса с одним из положительных: вторым, третьим и т. д., в зависимости от кратности деления частоты.

Следует отметить критичность селектора совпадений к выбору режима работы лампы ЛЗ и амплитуды синхронизации генератора на лампе Л2.

Во всех описанных устройствах можно использовать неоновые лампы как типа МН-7 (при напряжении питания 120—150 В), так и типа ИН-ЗБ (при напряжении питания 250—300 В). Лампы ИН-ЗБ обладают более ярким свечением, которое можно наблюдать под широким углом зрения, поэтому им следует отдать предпочтение. После формовки ламп следует отметить и в дальнейшем соблюдать полярность электродов, не допуская переполюсовки.

Номинальные напряжения конденсаторов должны быть не ниже напряжения источника питания устройств и с возможно меньшими утечками. Их емкости некритичны и могут отличаться от указанных на схемах в пределах ±30%. Постоянные и переменные резисторы могут быть любых типов на мощность рассеяния не менее 0,25 Вт.

Учебные приборы монтируют на панелях из листового органического стекла, гетинакса или другого прочного изоляционного материала. Детали на них размещают в том же порядке, в каком они находятся на принципиальной электрической схеме.

Режимы импульсных устройств на неоновых лампах критичны, поэтому питать их желательно от стабильных источников тока с малым внутренним сопротивлением.

Источником питания может служить батарея 330-ЭВМГЦ-1000 (Молния), используемая для ламп-фотовспышек. Можно питать устройства и от сети переменного тока через выпрямитель с выходным напряжением 250—300 В. С помощью делителя из двух резисторов сопротивлением по 10 кОм (на мощность рассеяния 2 Вт) половина этого напряжения используется для питания устройств на лампах типа МН-7. Отрицательный полюс выпрямителя необходимо заземлять и соблюдать правила техники безопасности, так как выпрямитель является относительно мощным источником высокого напряжения. Применение бестрансформаторных выпрямителей недопустимо.

Возможно также питание от преобразователя напряжения, собранного, например, по схеме, приведенной на рис. 6. Такой источник состоит из блокинг-генератора на транзисторе T1, однополупериодного выпрямителя на диодах Д1 и Д2 и П-образиого сглаживающего фильтра C1R1C2. Магнитопроводом трансформатора Tpl служит кольцо К10Х6Х4 из феррита марки 1000НМ. Обмотка I содержит 40 витков провода ПЭВ 0,15, обмотка II — 20 витков такого же провода, обмотка III — провод ПЭВ 0,05—0,07 (до заполнения окна магнитопровода).

Выходное напряжение, регулируемое переменным резистором R2, достигает: при напряжении батареи Б1, равном 4,5 В (батарея типа 3336Л), около 150 В, при напряжении 9 В (две батареи типа 3336Л) — около 300 В.