Микроконтроллер имитирует генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2014

Dev Gualtieri

Electronic Design

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

С помощью стандартного дешевого микроконтроллера PIC и небольшой программы эта схема эмулирует простой генератор пилообразного напряжения на старом добром однопереходном транзисторе. Вы сможете получить бесступенчатое выходное напряжение, эквивалентное бесконечному разрешению, избавив себя от проблем поиска генератора, его использования и управления.

Однопереходные транзисторы были очень популярными элементами схем несколько десятилетий назад. На таком приборе, дополнив его небольшим количеством других компонентов, можно было построить генератор пилообразного напряжения (Рисунок 1).

Микроконтроллер имитирует генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе
Рисунок 1. Простой генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе. Конденсатор линейно заряжается от источника тока. Имеется дополнительный выход пилообразных импульсов.

Принцип его работы прост. В исходном состоянии сопротивление перехода база-эмитттер очень велико, и источник тока линейно заряжает конденсатор до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет напряжения пробоя. С этого момента начинается разряд конденсатора через базу однопереходного транзистора. Заряд прекратится, когда напряжение конденсатора сравняется с напряжением порога выключения. Далее сопротивление перехода база-эмитттер опять становится очень высоким, и конденсатор начинает заряжаться вновь.

Такой подход имеет определенные преимущества над цифровой схемой, поскольку для формирования пилообразного напряжения не требуется ЦАП. В недорогие микроконтроллеры часто встраиваются АЦП высокого разрешения, однако многоразрядные ЦАП считаются весьма дорогой периферией. В то время как из-за ограниченного разрешения таких ЦАП сформированный ими сигнал является лишь ступенчатой аппроксимацией пилообразного напряжения, разрешение однопереходного транзистора является, фактически, бесконечным.

Для эмуляции работы однопереходного транзистора достаточно всего трех входов/выходов микроконтроллера и нескольких дополнительных компонентов. Большинство микроконтроллеров допускает динамическую реконфигурацию выводов, которые в разное время могут выполнять функции входа, выхода, или находиться в высокоимпедансном состоянии. На этой возможности и основана работа схемы, имитирующей простой генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе.

На rail-to-rail операционном усилителе IC1b и транзисторе Q1 сделан источник тока, в то время как IC1a используется для буферизации пилообразного напряжения конденсатора (Рисунок 2). Конденсатор подключен к входу АЦП AN0 микроконтроллера (IC2) и к сконфигурированному на ввод выводу GP1. 22-омный токоограничительный резистор позволяет использовать конденсаторы большой емкости без риска повреждения микроконтроллера.

Микроконтроллер имитирует генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе
Рисунок 2. Схема, эмулирующая генератор на однопереходном транзисторе с помощью микроконтроллера, динамически реконфигурирует вывод GP1 микроконтроллера.

Микроконтроллер, псевдокод алгоритма работы которого приведен в Листинге 1, постоянно контролирует напряжение на конденсаторе.

Листинг 1. Псевдокод для эмуляции генератора пилообразного напряжения на микроконтроллере.


     main()
     {
     //конфигурирование аналоговых входов и остальных выводов
     инициализация_микроконтроллера();
     вывод_разряда = цифровой_вход_с_высоким_импедансом;
     вывод_импульса = 0; //дополнительный выход импульса
     while(l) //бесконечный цикл
     	{
     	v = аналоговое_напряжение(аналоговый_вывод);
     	if (v > v_верхн.)
     		{
     		вывод_импульса = 1;
     		вывод_разряда = цифровой_выход_с_низким_импедансом;
     		while (v > v_нижн.)
     			{
     			//цикл, пока не разрядится конденсатор
     			v = аналоговое_напряжение(аналоговый_вывод);
     			}
     		вывод_импульса = 0;
     		вывод_разряда = цифровой_вход_с_высоким_импедансом;
     		}
     	}
     }
  
Микроконтроллер имитирует генератор пилообразного напряжения на однопереходном транзисторе
Рисунок 3. При указанных на схеме номиналах компонентов частота повторения пилообразных импульсов равна примерно 85 Гц. Частоту можно изменить с помощью задающего ток резистора R или конденсатора C.

Когда напряжение достигает порогового уровня, GP1 из высокоимпедансного состояния переключается на вывод, и в него записывается «0». Начинается разряд конденсатора, и как только напряжение на нем опускается ниже уровня нижнего порога, GP1 вновь переводится в высокоимпедансное состояние, и цикл повторяется (Рисунок 3). Схема имеет также выход прямоугольных импульсов, синхронизированных с частотой пилообразных импульсов, которые могут использоваться для тактирования и запуска внешних схем.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Ramp Generator Uses Microcontroller Emulation Of Unijunction Transistor

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Как быстро и эффективно спроектировать источник питания
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Прогресс налицо: вместо 4 примитивных компонентов те же параметры получаются с использованием 8 компонентов, 2 из которых - интегральные схемы, а одна требует предварительного программирования! Причем предлагаемая схема ограничена по питающему напряжению, т.е. фактически к ней нужно прибавить еще и стабилизированный источник питания... Круто...
  • Действительно... Даже при наличии проблемы с приобретением КТ117 в настоящее время, его аналог легко собирается из двух транзисторов... Зачем ???
  • Ну заЧем - то же КОММУТИРУЮТ разрядный резистор в ЗУ ПОЛЕВИКОМ , вместо того чтобы постоянно подсоединить его на аккумулятор ... это всего лишь вопрос кто на сколько желает заморочиться ... поковыряться пальцем в принципе формирования ... так сказать :)
  • Есть проблема - низкая стабильность от температуры. Можно и терморезистор применить и настраивать, но это радиолюбительство. Делал управление двигателем постоянного тока 220в палец приложишь и обороты растут прилично. Таже беда с составными транзисторами. И ещё и разгон тяжело на нем реализуется. Пришлось делать целую схему с пилой и компаратором. Комплектов 20 . Результат - схема спаянная из исправных деталей работает без настройки.
  • Похоже в очередной раз пытаютсся таймер 555 заменить на контроллер?
  • похоже... но, видимо, по неопытности выходит не очень... нужно на ARM-е с 80 МГц тактовой делать - вот это будет правильный подход!
  • TL494 прекрасно работает в качестве широкодиапазонного генератора пилы. В качестве буфера можно использовать один из усилителей ошибки. С выходов цифровой части можно получить синхроимпульсы. Всего три копеечных элемента. TLC2272 достаточно дорогой усилитель
  • [b]Михаил_Басков[/b], где же Вы были шесть лет? Отличная идея! :)
  • Дев Гуалтьери получил докторскую степень по твердотельным наукам в Сиракузском университете в 1974 году. После многих лет исследований в крупной аэрокосмической компании он теперь занимается проектами в области компьютеров, электроники и встроенных систем в своей консалтинговой компании Tikalon LLC ([url]www.tikalon[/url]). .com) в Леджвуде, штат Нью-Джерси. Он является автором нескольких книг, доступных на Amazon. [url]https://www.electronicdesign.com/home/contact/21809601/dev-gualtieri[/url] Доктор Гуалтьери внесен в список изобретателей более чем тридцати патентов США и многочисленных международных патентов. Он опубликовал множество научных работ в области сверхпроводимости, химической термодинамики, магнетизма, электроники и информатики. В свое время он был всемирно признанным экспертом по выращиванию кристаллов. Доктор Гуалтьери сейчас на пенсии, он проживает в Северном Нью-Джерси со своей женой Энн. У них есть сын и дочь, которые проживают со своими семьями в Пенсильвании. [url]https://www.amazon.com/Dev-Gualtieri/e/B00NUA4YYU%3Fref=dbs_a_mng_rwt_scns_share[/url] [IMG]https://m.media-amazon.com/images/I/91+AzizxTeL._UY200_.jpg[/IMG]
  • Плюс маленький бонус - высокостабильный источник опорного напряжения +5В. TL494 представляет собой отличный универсальный инструмент.
Полный вариант обсуждения »