ПРИСТАВКА К ОСЦИЛЛОГРАФУ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Полезная модель относится к области техники эксперимента, а именно к технике визуализации характеристик, и предназначена для использования преимущественно в учебном процессе для проведения демонстраций, лабораторных работ.
Известен прибор, реализующий стандартный метод вольтметра-амперметра, состоящий из регулируемого источника напряжения, и цепи, состоящей из последовательно включенных данного источника напряжения, амперметра, исследуемого полупроводникового прибора и параллельно подключенного к нему вольтметра (Гаманюк В.Б., Недогреева Н.Г., Рачков В.А., Полупроводники и полупроводниковые приборы. Учебное пособие. Саратов, 2008. - ISBN 5-7485-0194-5).
При снятии характеристик оператор производит вручную изменение напряжения и снимает значения тока в цепи и падения напряжения на исследуемом приборе. Однако работа с данным прибором затруднена тем, что требует множественных манипуляций со стороны оператора, что делает процесс снятия характеристики трудоемким, а само измерение - неоперативным.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является прибор, предназначенный для снятия вольт-амперных характеристик, представляющий собой приставку к осциллографу, имеющему входы, непосредственно соединенные с отклоняющими пластинами. Прибор состоит из генератора линейно изменяющегося напряжения пилообразной формы, подключенного к цепи, состоящей из последовательно включенных исследуемого прибора и резистора - датчика тока. (Гаманюк В.Б., Недогреева Н.Г. Методика визуализации характеристик полупроводниковых приборов с помощью электронного осциллографа. «Актуальные направления развития современной физики и методики ее преподавания в вузе и школе»: Материалы международной научно-практической конференции / Под ред. С.Е.Зюзина. - Борисоглебск: ГОУ ВПО «Борисоглебский ГПИ», 2009. - ISBN 978-5-85897-427-5) При протекании тока в цепи на датчике тока создается определенное падение напряжения, пропорциональное протекающему току. Это напряжение подается на пластины вертикального отклонения осциллографа. Падение напряжения, создаваемое на исследуемом приборе протекающим током, подается на пластины горизонтального отклонения осциллографа.
Однако отсутствие у большинства современных универсальных осциллографов входов, соединенных с отклоняющими пластинами, ограничивает применение данной приставки. Кроме того, чувствительность осциллографа по этим входам является недостаточной для подробного исследования характеристик.
Задачей технического решения является создание приставки к универсальному осциллографу, то есть к осциллографу, имеющему входы вертикального и горизонтального усилителей отклонения, имеющими один общий провод. Именно наличие общего провода у входов «X» и «Y» делает невозможным непосредственную подачу на них напряжений, снимаемых с исследуемого прибора и с датчика тока, включенных последовательно, и, следовательно, имеющим общую точку соединения. Следовательно, напряжения, снимаемые с исследуемого прибора и с датчика тока, снимаются относительно этой точки, которая соединяется с общим проводом входов вертикального и горизонтального отклонения осциллографа. При этом получается, что напряжение, снимаемое с исследуемого прибора и с датчика тока, имеют разную полярность, что приводит к неадекватному отображению вольт-амперной характеристики на экране осциллографа - она получается обращенной вокруг горизонтальной оси.
Технический результат заключается в обеспечении возможности работы приставки в комплексе с универсальным осциллографом при сокращении времени на проведение исследований вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов. Технический результат достигается за счет использования в заявляемом устройстве конструктивных элементов, обеспечивающих оперативное переключение различных типов исследуемых полупроводниковых приборов, используемых в конструкции, а также применения инвертирующего усилителя, развязанного по питанию с основной частью схемы, работающего относительно своего общего провода, который соединен с общей точкой датчика тока и исследуемого прибора, а значит, и общим проводом осциллографа. При этом появляется возможность подать на вход вертикального отклонения осциллографа инвертированное относительно его общего провода напряжение.
Поставленная задача решается тем, что приставка к осциллографу для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов включает генератор линейно изменяющегося напряжения, соединенный с усилителем, выполненным с возможностью регулирования смещения линейно изменяющегося напряжения относительно нулевого уровня, и имеющим выходную цепь, состоящую из последовательно включенных балластного резистора, одного из исследуемых полупроводниковых приборов и датчика тока, к которому подключен инвертирующий усилитель, выход которого соединен с разъемом, предназначенным для подключения ко входу вертикального отклонения осциллографа; второй разъем, предназначенный для подключения ко входу горизонтального отклонения осциллографа, соединенный с исследуемым полупроводниковым прибором через потенциометрический делитель напряжения; третий разъем для дополнительного подключения внешнего исследуемого полупроводникового прибора, а также блок питания, состоящий из двух независимых двуполярных источников напряжения.
В качестве исследуемых приборов в приставке могут быть выбраны полупроводниковый диод; стабилитрон; туннельный диод; тиристор; транзистор для исследования входных характеристик по схеме с общим эмиттером: Iб=f(Uб, Uк); транзистор для исследования выходных характеристик по схеме с общим эмиттером: Iк=f(Uк, Iб); транзистор для исследования выходных характеристик по схеме с общей базой: Iк=f(Uк, Iэ), где Iб, Uб - ток и напряжение базы, соответственно, Iк, Uк - ток и напряжение коллектора, соответственно, при этом выходная цепь усилителя содержит набор переключаемых элементов для обеспечения возможности выбора типа исследуемого полупроводникового прибора.
Инвертирующий усилитель выполнен с гальванической развязкой по питанию от усилителя и генератора для обеспечения возможности подключения к универсальному осциллографу, имеющему у входов «X» и «Y» общий провод.
Кроме того, приставка выполнена с возможностью работы от сети переменного тока напряжением 220 вольт, или от сети переменного тока напряжением 42 вольт.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема приставки, на фиг.2 - схема соединений, на фиг.3 и фиг.4 - схемы генератора линейно изменяющегося напряжения,. на фиг.5 - схема усилителя линейно изменяющегося напряжения, на фиг.6 - схемы включения транзисторов, на фиг.7 - схема блока источников напряжения и тока, на фиг.8 - график, поясняющий работу источника тока на полевом транзисторе, на фиг.9 - схема измерительного узла, на фиг.10 - схема основной платы приставки, на фиг.11 - схема блока питания.
Позициями на фиг.1 обозначены: 1 - блок питания: 2 - генератор линейно изменяющегося напряжения; 3 - усилитель линейно изменяющегося напряжения; 4 - инвертирующий усилитель; 5 - датчик тока. На фиг.2 - дана схема соединений, позициями обозначены: 1 - блок питания, 6 - блок источников напряжения и тока, 7 - измерительный узел, 8 - основная плата. При реализации схемы, согласно фиг.2, были использованы следующие элементы: в качестве VD1-VD4 АЛ307А; R1 - 510 Ом; R2, R5 - 10 кОм; R3 - 2,4 кОм; R4 - 2,7 кОм; Т1 - трансформатор ТПП-225-127/220-50; PA1 - микроамперметр с током отклонения 50 мкА и внутренним сопротивлением 1693 Ом; предохранитель FU1 - 0,5 A; SA1 - тумблер «СЕТЬ»; SA2 - тумблер «220/42 В»; SA3 - галетный переключатель 8П4Н.
Структурная схема заявляемой приставки представлена на фиг.1.
Приставка включает блок питания 1, состоящий из двух гальванически развязанных двуполярных источников напряжения. Блок питания обеспечивает работу от сети переменного тока напряжением как 220 вольт, так и 42 в. Также в состав приставки входит генератор линейно изменяющегося напряжения 2, усилитель линейно изменяющегося напряжения 3, инвертирующий усилитель 4, набор полупроводниковых приборов для демонстрации, в который входят: диод, стабилитрон, туннельный диод, тиристор, два транзистора, включенных по схеме с общим эмиттером, и транзистор, включенный по схеме с общей базой, расположенные на основной плате 8 (фиг.10). Кроме того, в составе приставки имеется блок регулируемых источников напряжения и тока 6 (фиг.7), состоящий из источника напряжения для питания транзистора по схеме с общим эмиттером, источника тока для питания транзистора по той же схеме, и источника тока для питания транзистора по схеме с общей базой. Также в приставке имеется измерительный узел 7 (фиг.9), состоящий из микроамперметра и реле, позволяющего его зашунтировать для переключения предела измерения. Кроме того, имеются светодиоды мнемонической индикации органов управления и пределов измерения измерительного узла в зависимости от режима работы приставки (фиг.2).
Линейно-изменяющееся напряжение (ЛИН) формируется генератором 2 (фиг.1), а затем поступает на усилитель, функции которого:
а) усиление ЛИН по напряжению;
б) усиление ЛИН по току;
в) регулирование смещения ЛИН относительно нулевого уровня для возможности просмотра всех интересующих участков ВАХ исследуемых приборов.
Выходной ток усилителя 3 течет по цепи: балластное сопротивление Rб, исследуемый прибор, измерительный резистор 5, общий провод первый. Напряжение, падающее на исследуемом приборе, с потенциометра «Масштаб X» подается на вход Х универсального осциллографа. Напряжение, падающее на резисторе 5, и пропорциональное току через исследуемый прибор, имеет обратную полярность относительно напряжения, падающего на исследуемом приборе, в этом легко убедиться, помня, что ток, проходя через какое-либо сопротивление, создает на нем вполне определенное падение напряжения, или, что то же, разность потенциалов. Причем, по пути следования тока потенциал выше до сопротивления, а после - ниже. Поэтому сигнал с резистора поз.5 подается на инвертирующий усилитель поз.4, необходимый для правильного отображения ВАХ на экране универсального осциллографа, у которого входа Х и Y имеют один общий провод. Питание усилителя 4 осуществляется от отдельной обмотки трансформатора источника питания, таким образом, напряжение на вход Y осциллографа подается относительно общего провода инвертирующего усилителя 4 (общий второй). Как видно из схемы, на вход Х осциллографа напряжение подается также относительно общего провода второго источника, то есть общий провод второго источника связан с общим проводом осциллографа.
Линейно-изменяющееся напряжение формируется в модуле генератора. Принцип его работы поясняет упрощенная схема, представленная на фиг.3.
Полевой транзистор с p-n- переходом VT1 и биполярный p-n-p транзистор VT2 включены по схеме так называемого составного истокового повторителя со следящей обратной связью. Его коэффициент передачи близок к единице. Изменение напряжения на выходе повторителя с высокой точностью «копирует» его изменение на входе, то есть на конденсаторе С1. Поэтому падение напряжения на резисторе R1 сохраняется постоянным. Значит, ток I, протекающий через этот резистор, который заряжает С1, также не будет изменяться. Следовательно, напряжение на конденсаторе, а вместе с ним и напряжение на резисторе R2, будет расти по линейному закону U=It/C.
Повторитель на транзисторах VT1 и VT2 обладает очень большим входным сопротивлением и практически не шунтирует времязадающий конденсатор С1. В то же время его выходное сопротивление невелико. Биполярный транзистор VT2 здесь выполняет роль усилителя мощности. Прервать зарядку С1 можно, замыкая ключ SA1, после размыкания которого процесс заряда С1 возобновится. В предложенной схеме генератора, изображенной на фиг.4, где: VT1 - ГТ311И; VT2 - КП303Д; VT3 - KT326Б: VD1 - КД510А; VD2 - ГИ305Ж; R1 - 27 кОм; R2 - 100 Ом; R3 - 200 кОм; R1, R5 - 1,8 кОм; R6 - 200 Ом; С1 - 1000 пФ; С2 - 750 пФ; С3 - 0,1 мкФ, роль ключа выполняет германиевый биполярный транзистор VT1, управляемый туннельным диодом VD4. В течение некоторого времени с момента начала зарядки С1, которое и определяет длительность нарастания пилообразного напряжения, туннельный диод открыт, а транзистор VT1 закрыт. По мере возрастания выходного напряжения генератора, ток через VD4 увеличивается и в момент достижения характерного для туннельного диода значения он почти мгновенно (примерно через 0,1 мкс) переключится в состояние с высоким сопротивлением. При этом откроется транзистор VT1, и накопительный конденсатор С2 начнет разряжаться через него и диод VD3. Поскольку постоянная времени этой цепи весьма мала (для достижения такого значения как раз и использован германиевый транзистор), время обратного хода «пилы» невелико.
После разряда конденсатор начнет снова заряжаться, ключ на транзисторе VT1 и диоде VD4 разомкнется, а диод VD3 закроется положительным потенциалом, подаваемым на его катод через резистор R2.
Частота сигнала на выходе задающего генератора (исток полевого транзистора VT2) определяется номиналами конденсатора С2 и резистора R6. Кроме того, регулировать длительность прямого хода, не влияя на амплитуду, можно подбором резистора R11. При этом изменяется напряжение на зарядном резисторе R6, а, следовательно, и зарядный ток и скорость зарядки конденсатора С2.
Так как туннельный диод переключается при одном стабильном значении тока, то устанавливать размах «пилы» можно соответствующим выбором величины сопротивления резистора R7. Вмести с этим, однако, будет пропорционально изменяться и длительность прямого хода, так как быстрота нарастания напряжения остается прежней.
Питание генератора осуществляется от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD5. Резистор R9 является балластным сопротивлением (см. фиг.10). Сформированный задающим генератором пилообразный сигнал через разделительный конденсатор C3 (неполярный) подается (см. фиг.10) на модуль усилителя, изображенный на фиг.5, собранный на микросхеме К157УД1, представляющей собой мощный операционный усилитель, включенный по схеме неинвертирующего усилителя. Элементы: DA1 - К157УД1: R1, R2 - 9.1 кОм; R3 - 300 Ом; R4 - 100 кОм; С1 - 100 пФ; С2, С3 - 68 пФ. Элементами R4 и R2 установлен коэффициент усиления в соответствии с формулой:
Uвых/Uвх=Кус=(R4+R2)/R2=R4/R2+1;
Элементы R3, С1, С2, С3 предназначены для коррекции частотной характеристики операционного усилителя.
Для обеспечения возможности регулирования положения ЛИН относительно нулевого уровня описанный выше усилитель включен по схеме алгебраического суммирования с масштабными коэффициентами. Суммируются два напряжения:
1) ЛИН, подаваемое с выхода модуля генератора;
2) Напряжение, снимаемое с потенциометра R2, и изменяющееся в пределах (+Uпит…-Uпит).
Чтобы регулировать смещение ЛИН в нужных пределах, суммирование этих двух напряжений осуществляется с различными масштабными коэффициентами, определяемыми сопротивлениями масштабирующих (весовых) резисторов R3, R4 и R11. Подстроечным резистором R4 (фиг.10) при регулировке прибора добиваются отсутствия ограничения ЛИН при перемещении движка переменного резистора R2 (см. фиг.2) в крайние верхнее и нижнее по схеме положения.
Форма напряжения контролируется осциллографом, подключаемым при регулировке прибора «горячим» проводом к технологической контрольной точке КТ, расположенной на основной плате (фиг.10), и «холодным» проводом - к общему первому.
Далее линейно изменяющееся напряжение подается на один из заложенных в конструкцию полупроводниковых приборов, в зависимости от положения переключателя SA1.1. Включение диода, стабилитрона и туннельного диода не требуют пояснений. Тиристор VS1 отпирается тем же напряжением, что подается и на его анод, но через сопротивление, ограничивающее ток управляющего электрода:
Rу.э.=Ua.макс./Iу.э.макс.=15 в/5 мА=3 кОм.
Запирается тиристор при переходе линейно изменяющегося напряжения с положительной полярности на отрицательную.
Схемы включения транзисторов приведены на фиг.6. Как видно, во всех трех схемах используются дополнительные источники тока и напряжения, каждый из которых имеет регулировку своего параметра. Из тех же схем видно, что у всех трех источников есть один общий провод, совпадающий с общим вторым схемы прибора, что позволило использовать для их питания напряжение ±15 в (второй источник). Источники напряжения и тока конструктивно объединены в один узел, выполненный в виде печатной платы, крепящейся на выводах трех переменных резисторов, прикрученных к фальшпанели приставки. Схема узла приведена на фиг.7, где: VT1 - KT972A; VT2 - КП103К; VT3 - КТ817Г; VD1 - Д814Г; VD2 - КС147А; R1 - 510 Ом; R2, R7 - 10 кОм; R3 - 18 кОм; R4 - 30 Ом: R5 - 75 кОм; R6 - 100 кОм; R8 - 47 кОм; R9 - 22 кОм; R10 - 1,2 кOм.
Источник напряжения для исследования входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (с общим эмиттером), состоит из параметрического стабилизатора на элементах R1, VD1, и эмиттерного повторителя на транзисторе VT1, напряжение на базу которого подается с потенциометра R2, подключенного к стабилитрону параметрического стабилизатора. Пределы регулирования выходного напряжения зависят от типа примененного стабилитрона:
Uвых.макс.=Uстаб-Uкэ:
Выходное напряжение через токоограничивающий резистор R1 (фиг.7) поступает на плату (фиг.10), где подается на коллектор исследуемого транзистора VT1. Через добавочные сопротивления, а так же через контакты №5 переключателей SA1.2 и SA1.3 (фиг.2) напряжение подается на головку микроамперметра РА1 (фиг.9). которая в этом режиме используется как вольтметр с пределом измерения 10 вольт. Резистор R8 (фиг.7) - подстроечный, предназначен для калибровки вольтметра.
Источник тока для исследования выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ, построен на полевом транзисторе p-типа с включенным в цепь истока резистором автоматического смещения, принцип работы которого поясняет график фиг.8. Резистор автоматического смещения составлен из двух: R3 и R6. R6 - переменный, позволяет регулировать выходной ток источника. Резистор R3 предназначен для ограничения максимального выходного тока. Общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:
, где:
Uo - напряжение, соответствующее точке перегиба передаточной характеристики (фиг.8);
Io - ток стока при отсутствии напряжения на затворе.
Источник тока для исследования выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой, выполнен на биполярном транзисторе VT3 и представляет собой каскад по схеме ОБ, выходной ток которого практически не зависит от напряжения между коллектором и эмиттером. Работает он следующим образом: напряжение на базе Uб>0.6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии:
Uэ=Uб-0.6 В:
В связи с этим Iэ=Uэ/Rэ=(Uб-0.6 В)/Rэ.
Так как для больших значений коэффициента передачи тока базы h21э Iэ≈Iк, то
Независимо от напряжения Uк до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения, то есть:
Uк>Uэ+0.2 В.
Из (1) видно, что ток коллектора есть функция двух переменных: сопротивления в цепи эмиттера Rэ и напряжения на базе Uб. Так как резистор в цепи эмиттера постоянный, то ток коллектора определяется напряжением на базе. Чтобы иметь возможность регулировать ток, напряжение, подаваемое на базу, снимается с потенциометра R7, напряжение на котором равно напряжению стабилизации стабилитрона VS2, который совместно с сопротивлением R10 образует параметрический стабилизатор напряжения. Резистор R9 служит для ограничения предела регулирования тока до 10 мА.
Таким образом, выходной ток источника (а правильнее сказать - входной, так как стабилизируется отрицательный ток) не зависит ни от сопротивления нагрузки, ни от колебаний питающего его напряжения - 15 В (второй источник).
Стабилизируемый ток протекает по цепи: общий второй, переключатель SA1.1 в положении №7, переход коллектор - эмиттер транзистора VT3 (фиг.7), переключатель SA1.2, головка микроамперметра РА1, зашунтированная резистором R2 (фиг.9), подключаемым контактами реле К1 (фиг.9), переключатель SA1.3, переход коллектор - эмиттер транзистора источника тока VT3, резистор R4 (фиг.7), источник напряжения - 15 В (второй источник).
Реле К1, шунт R2 и головка микроамперметра РА1 конструктивно объединены в один измерительный узел, представляющий собой печатную плату, прикрученную непосредственно к клеммам микроамперметра. Схема узла дана на фиг.9, где: R1 - 1 кОм; R2 - 17.1 Ом; К1 - реле РЭС 15.
Переключатель SA1.4 подает напряжение на индикаторные светодиоды VD2-VD4 (фиг.2), функции которых:
1. индикация предела измерения;
2. индикация ручки регулятора, задействованного в данный момент.
В положении №7 переключатель SA1.4 осуществляет еще и подачу напряжения на реле К1 (фиг.9), расширяющее предел измерения тока головки РА1 до 10 мА.
Схема основной платы дана на фиг.10, где: DA1 - КР140УД608; VT1-VT3 - КТ3102А; VD1 - Д220; VD2 - КС133Г; VD3 - ГИ302А; VD4 - КУ101А; R1, R2 - 10 Ом; R3-110 кОм; R4 - 330 кОм; R5 - 820 Ом; R6 - 1.1 кОм; R7 - 1.0 кОм; R8 - 10 Ом; R9 - 1.2 кOм; R10 - 4,7 кОм; R11 - 24 кОм; R12 - 510 Ом; С1, С2 - 0,033 мкФ: С3 - 47 мкФ - 50-НП; C4 - 470 пФ.
Напряжение, снимаемое с резистора R8 и пропорциональное току через исследуемый прибор, подается на инвертирующий усилитель, собранный на микросхеме DA1. Резисторы R7 и R10 задают коэффициент усиления:
Кус.=Uвых./Uвх.=R10/R7;
Поскольку входное напряжение усилителя довольно низкое, для защиты от помех, создаваемых импульсным блоком питания БПИ, в данном каскаде приняты следующие меры:
1) полоса пропускания усилителя ограничена сверху частотой, на которой работает преобразователь в БПИ - 50…60 кГц. Данная мера реализована при помощи частотно зависимой отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель и реализованной при помощи конденсатора C4. Реактивное сопротивление конденсатора, как известно:
-1
Хс=(2πfC);
То есть, обратно пропорционально частоте. Таким образом, чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора, тем глубже отрицательная обратная связь, а значит, тем меньше коэффициент усиления.
2) усилитель развязан по питанию посредством элементов R1, С1, R2, C2, представляющих собой интегрирующие цепи, примененные благодаря своему свойству «сглаживать» изменения подаваемого на них напряжения.
Резистор R12 ограничивает ток короткого замыкания выхода усилителя на безопасном уровне и служит для защиты микросхемы в случае замыкания разъема «Y».
Блок питания изображен на фиг.11, где: DA1 - TL494L; VD1 - BZX55C20 VD2, VD3 - 1N5822; VD4 - W01M; VD5-VD7 - 2Д906А; VT1 - КТ819А: VT2, VT3 - IRF530; R1 - 33 кОм; R2, R4 - 16 кОм; R3, R6, R8, R11, R14-R19 - 10 кОм; R5 - 330 кОм; R7 - 22 кОм; R9, R10 - 620 Ом; R12-R13 - 330 Ом: R14 - 10 кОм; С1 - 2200 пФ: С2, С4, С17 - 10 мкФ-50 В; С3 - 0.01 мкФ; С5 - 1000 пФ; С6 - 0.33 мкФ; С7, С9 - 1000 мкФ-100 В; С8, С10 - 0,1 мкФ; С12-С15 - 1000 мкФ-25 В; С11, С16 - 0.068 мкФ. Трансформатор Т1 на магнитопроводе К32×20×10 - 2000 НМ: обмотка I - 2×70 витков ПЭВ-2 - 0,21; обмотки II, III - 2×28 витков ПЭВ-2 - 0,29; обмотка IV - 20 витков МГТФ - 0,5. Дроссели L1, L2 - на общем магнитопроводе К16×10×5 - 2000 НМ проводом МГТФ-0,5 до заполнения.
Он состоит из понижающего трансформатора и блока питания импульсного БПИ. В зависимости от типа питающей сети напряжение на вход БПИ подается либо со вторичной обмотки трансформатора, либо с клемм, расположенных на задней панели приставки (фиг.2), причем во втором случае неважно, переменное или постоянное будет напряжение, поскольку в БПИ применен выпрямитель, собранный по мостовой схеме, и позволяющей подавать на него кроме переменного напряжения еще и постоянное в любой полярности. Выпрямитель VD4 представляет собой сборку из четырех диодов, размещенных в одном корпусе. Выпрямленное напряжение поступает на емкостной фильтр С7С8С9, а затем - на силовой двухтактный преобразователь, состоящий из ключевых транзисторов VT2, VT3 и трансформатора Т1 (фиг.11).
Управляющие ключевыми транзисторами напряжения формируются широтно-импульсным модулятором, и имеют вид прямоугольных импульсов положительной полярности, сдвинутых друг относительно друга на π. т.е. на полпериода. Под действием управляющего напряжения в первый такт один из транзисторов отпирается и находится в режиме насыщения, а второй запирается и находится в режиме отсечки. Во второй такт транзисторы переключаются. Через один из открытых транзисторов напряжение с выпрямителя прикладывается к одной из первичных полуобмоток. Таким образом, в первичной обмотке создается переменное прямоугольное напряжение, посредством магнитного потока передаваемое во вторичные обмотки.
Переменное прямоугольное напряжение, снимаемое с обмоток 2 и 3 трансформатора Т1. выпрямляется мостовыми выпрямителями с емкостными фильтрами.
Напряжение с обмотки 4 является напряжением обратной связи широтно-импульсного модулятора и используется для стабилизации выходных напряжений источника питания. Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) D1 предназначен для управления ключевыми транзисторами преобразователя, а также для поддержания на неизменном уровне его выходных напряжений посредством изменения длительности управляющих импульсов, подаваемых на затворы ключевых транзисторов.
ШИМ представляет собой интегральную схему TL494, разработанную специально для применения в импульсных блоках питания.
Питание микросхемы ШИМ осуществляется от входного напряжения БПИ через стабилизатор с напряжением стабилизации 20 В, собранный на элементах R15, VD1 (параметрический стабилизатор напряжения), VT1 (эмиттерный повторитель). С1, С2 (емкостной фильтр).
Подстроечным резистором R5 при регулировке изделия выставляют необходимую ширину «мертвой зоны» - интервала между управляющими ключами импульсами. В данной микросхеме применена защита от установки длительности «мертвом зоны», равной нулю, когда ток начинает течь через оба ключевых транзистора, создавая при этом аварийную ситуацию, приводящую к выходу из строя ключевых транзисторов.
Подстроечным резистором R14 при регулировке изделия выставляют необходимые выходные напряжения. Резистор R14 представляет собой потенциометрический делитель напряжения, снимаемого с обмотки 4 трансформатора Т1, и выпрямляемого диодным мостом VD7. Это напряжение пропорционально выходным напряжениям БПИ, поскольку снимается с обмотки обратной связи, расположенной на том же магнитопроводе, где и остальные обмотки.
Частота преобразования зависит от внешних элементов С5, R7, и в данном изделии составляет примерно 50 кГц. Выбор данной частоты обусловлен следующими соображениями: во-первых, ниже 20 кГц ее делать нельзя, так как будет слышно работу преобразователя (трансформатор будет «звенеть»).
Во-вторых, сильно повышать частоту тоже нельзя, так как будет все больше проявляться скин - эффект в обмотках трансформатора, кроме того, повышаются потери в магнитопроводе.
Преимущества заявляемого устройства: приставка позволяет работать с обыкновенным универсальным осциллографом, имеет возможность регулировки смещения ЛИН относительно нулевого уровня и, кроме того, в приставку заложены основные типы полупроводниковых приборов, что позволяет демонстрировать их ВАХ без дополнительной подготовки. Не исключено и исследование любого двухполюсника, подключаемого к клеммам прибора «внеш.».
Для расширения эксплуатационных возможностей, а так же для повышения безопастности работы с приставкой в изделии применен блок питания, позволяющий работать как от сети напряжением 220 В, так и от сети напряжением 42 В.
Уделено внимание сервисным показателям: все режимы работы изделия переключаются одной ручкой, при этом некоторые параметры отдельных узлов прибора изменяются автоматически. Кроме того, на передней панели около соответствующих органов управления установлены мнемонические индикаторы, подсказывающие оператору, какая ручка в данном случае отвечает за изменение определенного параметра, а так же указывающие предел и единицу измерения стрелочного индикатора, размешенного так же на передней панели изделия.