Усилительная часть схемы

Отладка аппаратной части, сборка схемы усиления — моя ближайшая задача.

Информация и питание в приемную часть передаются по одному коаксиальному кабелю, для гальванической развязки используются трансформаторы. Для передачи используется двуполярный сигнал, информация кодируется с помощью кода  «Манчестер-II», питание в приемной части получается после выпрямления и стабилизации передаваемого сигнала. В качестве схемы усиления была выбрана полная мостовая схема. Её центральный элемент — мост на транзисторах:

Изображение

Пара слов о том, как работают транзисторы. (довольно неплохое объяснение для чайников на английском языке). Транзистор (если грубо) — просто усилитель сигнала. Если на вход подается сигнал, то он усиливается и подается на выход. Если сигнала на входе нет, то и на выходе ничего не будет. «Вход» — это управляющий элемент транзистора, у биполярных это называется «база», у полевых «затвор». Напряжение (у полевых) или ток (у биполярных) на этом входе приводит к открытию транзистора. Открытый транзистор, как открытый вентиль на трубе с водой, пропускает ток от эмиттера к коллектору (у биполярных) или от истока к стоку (у полевых). На самом деле, это очень неполное описание, и описана всего одна схема включения, но для понимания принципа, как мне кажется, достаточно.

Полевые транзисторы P и N типов.

N-тип. Source (исток) — земля. Напряжение на gate (затвор) = земля, значит, транзистор закрыт. Если выше, то открыт (либо в режиме усиления, либо полностью), в таком случае течет ток Drain-Source (сток- исток).

P-тип. Source (исток) — напряжение питания (например, 12В). Напряжение на gate (затвор) = 12В, значит, транзистор закрыт. Если ниже, то открыт (либо в режиме усиления, либо полностью), в таком случае течет ток Source-Drain (исток-сток).

В моей схеме, как я уже сказал, используется мост на 4-х полевых транзисторах. На принзипиальной схеме это выглядит так:

Изображение

(полные принципиальные схемы можно скачать здесь (я, правда, перепутал, там сначала идет приемная часть, а потом передающая)).

Истоки подсоединены к питанию и земле для транзисторов P и N типа соответственно, стоки идут на обмотку трансформатора. Всё управление осуществляется подачей импульсов на затворы. Чуть выше на схеме стоит микросхемка К155ЛН3 (6 инверторов в одном корпусе с открытым коллектором), ей на вход управляющие сигналы формирует микроконтроллер. С использованием программного формирования фронтов можно выставить желаемый уровень скважности сигналов, чтобы не допускать протекания сквозных токов. Это как раз первая проблема, с которой я столкнулся.

Надо сказать, что сопротивления, обозначенные на схеме, имеют не совсем верный номинал. Когда вместо моста стояли транзисторы в отдельных корпусах, со своими характеристиками, это имело смысл. Но когда я заменил их на готовую микросхемку, пересчитать забыл.

Основные важные характеристики транзисторов: времена (on, rise, off, fall), сопротивление канала source-drain (исток- сток), и входная емкость. Если нарисовать эквивалентную схему, то у каждого транзистора будет подключен в параллель конденсатор (430 пФ для N-типа, 670 пФ для P-типа), а вместе с сопротивлением они образуют RC-цепочку, ограничивая скорость переключения. С одной стороны, имеется постоянная времени тау: t=R*C, её необходимо минимизировать, с другой стороны, нельзя допускать слишком больших токов через микросхему с открытым коллектором, поэтому минимизировать надо и величину I = U/R.

Сопротивления в 500 Ом из затворов транзисторов P-типа я убрал, также как и сопротивления 1.1 кОм с другой стороны. Вместо сопротивления на 10 кОм поставил 600 Ом, схема получилась симметричная.

Примерная оценка:
I = U/R = 12V/600Om = 20mA (позволительно, микросхема выдерживает до 30-40 mA)
t = R*C = 600Om * 670 * 10^(-12) = 4 * 10^(-7) (Размер полупериода на 10 кГц передаваемой частоты равен 0.5*10^(-4), так что тоже позволительно). Спустя время t значение изменится в е раз, для большей надежности лучше подождать время 2-3 тау. На будущее: значение R можно ещё немного увеличить. Но сначала проверить работоспособность данной схемы.

В теории всё просто и красиво, что же на практике?
Нагрев, напряжение сильно проседает, текут токи. Следующий этап — уменьшать скважность сигнала до минимума, оценивать все необходимые времена, исходя из эксперимента.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s