ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПЬЕЗО-СОРБЦИОННЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Область, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к измерительной технике, и может быть использовано для обеспечения стабильных устойчивых колебаний пьезо-сорбционных чувствительных элементов (ПСЧЭ) в низкополярных органических жидкостях.
Уровень техники.
Аналогом заявленного продукта является генератор (RU 2504892 C1), который содержит электромеханический резонатор и нейтрализующий конденсатор, первые выводы которых соединены между собой, дифференциальный каскад на двух МОП-транзисторах с одинаковым типом проводимости, выход которого через первый конденсатор соединен со входом усилителя, включающим в себя последовательно соединенные четыре комплементарные пары МОП-транзисторов, выход усилителя является выходом устройства и соединен со входом фильтра нижних частот. Полезная модель может быть использована для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.
Прототипом заявленного продукта является схема Батлера (А.Ф. Плонский и др., «Транзисторные автогенераторы метровых волн, стабилизированные на механических гармониках кварца», М.: Связь, 1969 г., стр. 125-126), которая содержит два каскада усиления, выполненных на биполярных транзисторах, которые включены по схемам с общей базой и с общим коллектором, LC-контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, включенный последовательно в коллектор транзистора, включенного по схеме с общей базой, блокировочный конденсатор, резистивные делители напряжения для первого и второго транзисторов, а также кварцевый резонатор, подключенный к эмиттерами транзисторов.
Недостатком аналога является невозможность поддержания стабильных колебаний различных ПСЧЭ с резонансными частотами от 5 до 12 МГц в низкополярных органических жидкостях с динамической вязкостью до 2 мПа·с, так как требуется большая энергия, подаваемая на ПСЧЭ.
Раскрытие полезной модели.
Задачей полезной модели является обеспечение стабильных устойчивых колебаний различных ПСЧЭ с резонансными частотами от 5 до 12 МГц в низкополярных органических жидкостях с динамической вязкостью до 2 мПа·с.
Для достижения технического результата в генераторе, содержащем первый транзистор, эмиттер которого подключен через резистор к общей шине, база которого подключена к центральному выводу резистивного делителя, включенного между шиной питания и общей шиной, конденсатор, включенный между базой первого транзистора и общей шиной, второй транзистор, эмиттер которого подключен через резистор к общему проводу, новым является то, что у второго транзистора коллектор через резистор подключен к шине питания, его база подключена к коллектору первого транзистора, коллектор которого через резистор подключен к шине питания, и дополнительно введен третий транзистор, коллектор которого подключен к шине питания, база которого подключена к коллектору второго транзистора, а эмиттер третьего транзистора подключен через резистор к общему проводу, а так же через резистор подключен к эмиттеру первого транзистора, который через конденсатор подключен к общему проводу, при этом пьезо-сорбционный чувствительный элемент подключен к эмиттерам первого и второго транзисторов.
Введение третьего транзистора позволяет снизить влияния последующих цепей на работу схемы генератора, а также с его эмиттера через резистор на ПСЧЭ поступает положительная обратная связь, которая увеличивает мощность подаваемого сигнала на ПСЧЭ и таким образом обеспечивает стабильные устойчивые колебания различных ПСЧЭ с резонансными частотами от 5 до 12 МГц в низкополярных органических жидкостях с динамической вязкостью до 2 мПа·с.
На фигуре представлена принципиальная схема заявляемого устройства.
Генератор (см. фиг.) для ПСЧЭ содержит транзистор 5, эмиттер которого через резистор 6 и через конденсатор 7 подключен к общей шине, коллектор которого подключен через резистор 4 к шине питания, база которого подключена к шине питания через резистор 2 и к общей шине через резистор 3 и конденсатор 1, транзистор 10, эмиттер которого подключен через резистор 11 к общему проводу, коллектор которого через резистор 9 подключен к шине питания, база которого подключена к коллектору транзистора 5, транзистор 13, коллектор которого подключен к шине питания, эмиттер которого подключен через резистор 14 к общему проводу и через резистор 12 подключен к эмиттеру транзистора 5, база транзистора 13 подключена к коллектору транзистора 10, ПСЧЭ 8 подключен к эмиттерам транзисторов 5 и 10.
Схема генератора работает следующим образом.
При подключении схемы к источнику питания (см. фиг.), транзистор 5 находится в режиме отсечки, так как в начальный момент времени конденсатор 1 заряжается и шунтирует резистор 3 и электрическое напряжение на базе транзистора 5 равно нулю. В этом режиме транзистор находится до тех пор, пока конденсатор 1 не зарядится до напряжения нормального активного режима работы транзистора 5, задаваемого резистивным делителем 2 и 3. После открытия транзистор 5 включен по схеме с общей базой и работает в активном режиме.
пит
пит
бэ
б
бэ
Так как после включения схемы транзистор 5 находился в отсечке до момента заряда конденсатора 1, на базе транзистора 10 присутствует напряжение питания (U), что приводит к открытию транзистора 10. В связи с этим, на эмиттере транзистора 10 появляется напряжение, определяемое как U-U (U - падение напряжения на переходе база-эмиттер открытого транзистора). В результате чего, на эмиттере транзисторе 5 увеличивается потенциал, что приводит к уменьшению U и переводит транзистор 5 в режим отсечки после того, как он уже успел открыться благодаря росту напряжения на конденсаторе 1. Далее работа схемы повторяется.
Такое переключение полярности в схеме вызывает появление свободных электрических колебаний напряжения в ПСЧЭ 8. Для поддержания этих колебаний со стабильными параметрами и для увеличения мощности подаваемого сигнала на ПСЧЭ в схему введена цепь положительной обратной связи через резистор 12.
Выходным каскадом генератора является транзисторный усилитель, включенный по схеме с общим коллектором, который собран на транзисторе 13, режим работы которого задают резисторы 9 и 14. Он необходим для снижения влияния последующих цепей на работу схемы генератора.
Выходной сигнал генератора снимается с эмиттера транзистора 13.
Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов генератора с использованием различных ПСЧЭ с резонансными частотами от 5 до 12 МГц в низкополярных органических жидкостях с динамической вязкостью до 2 мПа·с.