Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2013
Sajjad Haidar
EDN
Любой диод с p-n переходом может использоваться в качестве переменного конденсатора – как в обратном включении, так и на начальном участке прямой ветви вольтамперной характеристики. Эта емкость обычно очень мала из-за малых размеров перехода. Несмотря на то, что для таких задач разработаны варикапы, имеющие значительно бóльшую емкость, все же и она ограничена несколькими сотнями пикофарад. Но в некоторых схемах функцию переменного конденсатора может выполнять фотогальванический элемент. Поскольку площадь перехода у солнечных элементов намного больше, чем у обычных диодов, можно ожидать, что и диапазон изменения емкости должен быть намного больше. Солнечный модуль в такой роли не лишен серьезных недостатков, так как из-за намного большего обратного тока ведет себя, как конденсатор с утечкой. И все же, в ряде случаев фотогальванические элементы могут использоваться в схемах генераторов, требующих широкого диапазона перестройки частоты.
 |
|
| Рисунок 1. | Генератор Пирса, управляемый светом. |
На маломощном MOSFET BS170 сделан генератор Пирса с цепью положительной обратной связи, состоящей из элементов L1, C4 и C5 (Рисунок 1). С помощью блокировочной емкости C2 усиление каскада установлено таким, чтобы на частоте генерации в районе 250 кГц форма выходного сигнала была максимально близка к синусоидальной. Модуль солнечной батареи IXYS SLMD121H04 с напряжением холостого хода 2.52 В и током короткого замыкания 50 мА последовательно с конденсатором C8 (100 нФ) подключен к конденсатору C5. При изменении емкости солнечного модуля (CSOLAR) изменяется и эквивалентная емкость цепи обратной связи, образованная конденсаторами CSOLAR, C8 и C5. Частота генерации определяется следующим выражением:
где
Для освещения солнечного модуля использовались два включенных последовательно мощных светодиода типа Bridgelux BXRA-W0240, питающихся от регулируемого источника напряжения 24 В. Светодиоды были установлены на теплоотвод и размещены над модулем на расстоянии примерно 5 см. Вся поверхность солнечного модуля (43 мм × 14 мм) равномерно освещалась светодиодами. Напряжение на выводах солнечного модуля измерялось в контрольной точке TP.
Первоначально солнечный модуль был помещен внутрь небольшой черной коробки, при этом измеренное в точке TP напряжение составляло 6.2 В, при этом темновой ток насыщения составлял 380 мкА. Частота генерации в темноте равнялась 246 кГц. При естественном внешнем освещении частота снизилась до 245 кГц. По мере увеличения тока светодиодов частота продолжала падать, достигнув 116 кГц при токе 330 мА. При токах более 330 мА общая емкость CT почти перестала изменяться. Таким образом, определился диапазон перестройки частоты: 246 … 116 кГц. Перестроечная характеристика генератора приведена на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость емкости модуля частоты генерации от напряжения на солнечном элементе. |
Емкость солнечного модуля имитировалась подключением на его место конденсаторов различной емкости. В отдельном тесте был измерен ток короткого замыкания солнечного модуля, освещаемого светодиодами, удаленными на то же расстояние – 5 см. При токе светодиодов 330 мА ток короткого замыкания равнялся 14.5 мА. Яркость свечения, согласно справочным данным на солнечный модуль, составляла примерно 400 Вт/см2.
Следует заметить, что по мере изменения настройки в пределах диапазона выходная амплитуда не оставалась постоянной вследствие вариации коэффициента передачи петли обратной связи, обусловленной изменением емкости и утечки солнечного модуля. Для стабилизации амплитуды потребуется дополнительная схема.
Ссылки
1. G. Gonzalez, “Foundations of Oscillator Circuit Design”, Artech House Inc., MA, USA, 2007.
Приложение 1. Емкость солнечного элемента
|
Напряжение
(В) |
Частота
(кГц) |
Емкость
(нФ) |
|
6.1
|
246.1
|
1.45
|
|
5.86
|
245.4
|
1.5
|
|
5.8
|
244.7
|
1.6
|
|
5.21
|
240.2
|
1.8
|
|
3.11
|
221.8
|
3
|
|
1
|
190.7
|
4
|
|
0.55
|
181.6
|
4.7
|
|
0
|
169
|
6
|
|
–0.76
|
151.1
|
10
|
|
–1.46
|
134.5
|
22
|
|
–2.15
|
121
|
100
|
|
–2.24
|
119
|
470
|
|
–2.45
|
116
|
1000
|
