С какой целью применяют осциллятор при сварке неплавящимся электродом
Главная » Статьи » С какой целью применяют осциллятор при сварке неплавящимся электродом
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Cтраница 2
| Схема сварки в среде защитных газов. [16] |
Сварку неплавящимся электродом обычно осуществляют на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодного распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок. [17]
Сварку неплавящимся электродом обычно ведут на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодного распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок. В зону пламени дуги 5 подается присадочный пруток 2, изготовленный из материала, близкого по химическому составу к основному металлу.
Металлический пруток и основной металл образуют ванну 6 расплавленного металла. [18]
Сварка в углекислом газе возможна на переменном токе с применением осциллятора. [19]
| Схема сварки в среде защитных газов. [20] |
Сварку неплавящимся электродом обычно осуществляют на переменном токе с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной полярности. Такую схему включения применяют при сварке алюминиевых сплавов, когда за счет эффекта катодного распыления происходит разрушение поверхностных окисных пленок. [21]
Сварка обычно производится на постоянном токе, однако при применении осциллятора может быть использован и переменный ток. [22]
При питании дуга от трансформатора с повышенным напряжением холостого хода применение осциллятора обеспечивает безопасность выполнения сварки. [24]
При питании дуги от трансформатора с повышенным напряжением холостого хода применение осциллятора обеспечивает безопасность выполнения сварки.
[25]
При сварке на переменном токе для повышения стабильности дуги рекомендуется применение осцилляторов. [26]
Для возбуждения дуги без закорачивания электрода на изделие и для повышения стабильности горения ее допускается применение осцилляторов. [27]
Для возбуждения дуги без предварительного закорачивания электрода на изделие и для повышения стабильности горения ее допускается применение осцилляторов и генераторов токов повышенной частоты. Конструкция осциллятора должна полностью исключать возможность электрического соединения цепи низкой частоты с цепью повышенной частоты. Должна быть предусмотрена блокировка, исключающая возможность включения осциллятора при снятом защитном кожухе. [28]
Сварка неплавким электродом выполняется на переменном токе при напряжении холостого хода 85 — 90 в с применением осциллятора или баластного реостата. Электроды вольфрамовые диаметром от 1 до 8 мм. Сварка может быть как ручная, так и механизированная. При механизированной сварке толстого металла применяют вольфрамовые электроды диаметром до 20 мм и присадочные прутки диаметром до 8 мм.
[29]
По питающим электросетям помехи от электросварочного оборудования распространяются на значительно большие расстояния, чем путем излучения, за исключением дуговой сварки переменным током с применением осциллятора, помехи от которого могут распространяться излучением на несколько километров и охватывают весь радиовещательный диапазон частот. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Осциллятор устройства для сварки неплавящимся электродом в защитных газах и разрядник для него
Изобретение относится к сварочному оборудованию, в частности к осцилляторам и разрядникам для последних. Цель изобретения повышение эффективности и надежности поджига сварочной дуги. Осциллятор содержит коммутатор 1 и релаксатор 4 с накопительной емкостью 3, подключенный к первичной обмотке трансформатора, а ко вторичной обмотке подключен высоковольтный контур на разряднике 5. Новым в осцилляторе является выполнение разрядника, из двух последовательных разрядных промежутков с общим пассивным электродом, к которому подключена емкость высоковольтного контура.
2 с. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению в области сварочного оборудования, в частности к осцилляторам и разрядникам для них.
Целью изобретения является повышение эффективности и надежности поджига дуги.
На фиг. 1 приведена схема осциллятора; на фиг. 2 вид разрядника, разрез; на фиг. 3 то же, вид сверху.
На R1, VD1, C, динисторе VD2 собран коммутатор 1, а на накопительном конденсаторе 2, обмотке L1 трансформатора 3 и тиристоре VS1 собран релаксатор 4, который коммутирует накопительную емкость конденсатора СН2, разряжая ее на первичную обмотку L1 трансформатора 3. Ко вторичной обмотке L2 трансформатора 3 подключен разрядник 5, состоящий из разрядных промежутков F1 и F2, который с высоковольным конденсатором 6 и индуктивностью обмотки L2 трансформатора 3 составляет высоковольтный контур, к выводам которого подключаются цепи горелки сварочного аппарата.
Разрядник (см. фиг. 2) содержит корпус 7 из электроизоляционного материала. В верхней части корпуса укреплены на резьбе электроды 8 и 9, что позволяет перемещать их по оси при настройке разрядника с помощью гаек 10 и 11, которые служат и фиксаторами.
Между этими электродами в центре корпуса закреплен пассивный электрод 12 на перегородке 13 из изоляционного материала. Электрод 12 электрически соединен с высоковольтным конденсатором 6, другой вывод которого подсоединен к выходной клемме 14.
Осциллятор с разрядником устройства для сварки неплавящимся электродом в защитных газах работает следующим образом.
При подключении питающих напряжений к схеме конденсаторы С в блоке 1 и Сн в блоке 4 начинают заряжаться. Динистор VD2 и тиристор VS1 заперты. Как только напряжение на конденсаторе С достигнет порога пробоя динистора VD2, напряжение на конденсаторе оказывается приложено к управляющему электроду тиристора VS1. Он открывается и накопленная энергия конденсатора перетекает в индуктивность L1. В обмотках L1 и L2 возникают импульсы напряжения, вызывающие в контуре L2, Cк2 разрядника F1 затухающие колебания. В зависимости от настройки разрядника F2 через него проходят лишь несколько первых колебаний, остальные с меньшей амплитудой не вызывают пробоя разрядника F2.
Таким образом, на горелку попадают импульсы примерно равной амплитуды и длительности, т. е. практически одинаковой энергии. Это создает весьма благоприятные условия для развития устойчивого искрового разряда, а следовательно, однозначного, без пропуска создания дежурного и рабочего дугового разряда. Подбирая угол отсечки напряжения на управляющем электроде тиристора путем регулировки скорости заряда конденсатора С, можно добиться неизменности разрядного напряжения и тока осциллятора, что обеспечивает высокую стабильность и надежность поджига дугового разряда в горелке сварочного аппарата.
Настройка разрядника осуществляется путем регулирования длины разрядных промежутков между пассивным и активным электродами. Контроль операции ведется по осциллограмме напряжений на эквиваленте дуги активном сопротивлении. Регулировка считается достаточной, когда на эквиваленте получаются два-три основных явно выраженных импульса затухающих колебаний.
При осуществлении сварки в автоматическом режиме ни разу не наблюдались пропуски возникновения рабочей дуги после остановки для перехода на другой режим или другую операцию.
Все это позволяет повысить качество и высокую однородность сварного шва, устойчивость процесса сварки.
1. Осциллятор устройства для сварки неплавящимся электродом в защитных газах, содержащий коммутатор, релаксатор с накопительным конденсатором, подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого одним выводом подключена к разрядному электроду разрядника, пассивный электрод которого через конденсатор разрядника подключен к выходу осциллятора, отличающийся тем, что разрядник выполнен с дополнительным разрядным электродом, подключенным к другому выходу осциллятора, другой вывод вторичной обмотки подключен к конденсатору разрядника.
2. Разрядник осциллятора устройства для сварки неплавящимся электродом в защитных газах, содержащий корпус, пассивный электрод и разрядный электрод, установленный в корпусе с возможностью перемещения, отличающийся тем, что в него введены конденсатор и дополнительный разрядный электрод, установленный в корпусе с возможностью перемещения диаметрально противоположно основному относительно оси пассивного электрода, при этом конденсатор и пассивный электрод установлены неподвижно в корпусе, а оба разрядных электрода снабжены фиксаторами их положения.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
www.findpatent.ru
Осцилляторы и импульсные возбудители дуги
Осциллятор — это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150—500 тыс. Гц) и высокого напряжения (2000—6000 В), наложение которого на сварочную цепь облегчает возбуждение и стабилизирует дугу при сварке.
Основное применение осцилляторы нашли при аргно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом металлов малой толщины и при сварке электродами с низкими ионизирующими свойствами покрытия. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСПЗ-2М показана на рис. 1.
Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсатора С5, в качестве индукционной катушки используется подвижная обмотка трансформатора ВЧТ и разрядника Р) и двух индуктивных дроссельных катушек Др1 и Др2, повышающего трансформатора ПТ, высокочастотного трансформатора ВЧТ.
Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленному зажиму выводной панели, другой — через конденсатор С6 и предохранитель Пр2 ко второму зажиму.
Для защиты сварщика от поражения электрическим током в цепь включен конденсатор С6, сопротивление которого препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь. На случай пробоя конденсатора С6 в цепь включен плавкий предохранитель Пр2. Осциллятор ОСПЗ-2М рассчитан на подключение непосредственно в двухфазную или однофазную сеть напряжением 220 В.
| Рис. 1. Принципиальная электрическая схема осициллятора ОСПЗ-2М: СТ — сварочный трансформатор, Пр1, Пр2 — предохранители, Др1, Др2 — дроссели, С1 — С6 — конденсаторы, ПТ — повышающий трансформатор, ВЧТ — высокочастотный трансформатор, Р — разрядник | Рис. 2. Схема включения осциллятора М-3 и ОС-1 в сварочную цепь: Тр1 — трансформатор сварочный, Др — дроссель, Тр2 — повышающий трансформатор осциллятора, Р — разрядник, С1 — конденсатор контура, С2 — защитный конденсатор контура, L1 — катушка самоиндукции, L2 — катушка связи |
При нормальной работе осциллятор равномерно потрескивает, и за счет высокого напряжения происходит пробой зазора искрового разрядника.
Величина искрового зазора должна быть 1,5—2 мм, которая регулируется сжатием электродов регулировочным винтом. Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе.
Осциллятор необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара — зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65 В, подключать к вторичным зажимам сварочных трансформаторов типа ТС, СТН, ТСД, СТАН не рекомендуется, так как в этом случае напряжение в цепи при сварке понижается. Для питания осциллятора нужно применять силовой трансформатор, имеющий вторичное напряжение 65—70 В.
Схема подключения осцилляторов М-3 и ОС-1 к сварочному трансформатору типа СТЭ показана на рис.2. Технические характеристики осцилляторов приведен в таблице.
Технические характеристики осцилляторов
| Тип | Первичное напряжение, В | Вторичное напряжение холостого хода, В | Потребляемая мощность, Вт | Габаритные размеры, мм | Масса, кг |
| М-3 ОС-1 ОСЦН ТУ-2 ТУ-7 ТУ-177 ОСПЗ-2М | 40 — 65 65 200 65; 220 65; 220 65; 220 220 | 2500 2500 2300 3700 1500 2500 6000 | 150 130 400 225 1000 400 44 | 350 x 240 x 290 315 x 215 x 260 390 x 270 x 310 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 250 х 170 х 110 | 15 15 35 20 25 20 6,5 |
Импульсные возбудители дуги
Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности.
Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40—50 В.
Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380 В), а на выходе — параллельно дуге.
Мощные возбудители последовательного включения применяют для сварки под флюсом.
Импульсные возбудители дуги более устойчивы в работе, чем осцилляторы, они не создают радиопомех, но из-за недостаточного напряжения (200—300 В) не обеспечивают зажигания дуги без соприкосновения электрода с изделием. Возможны также случаи комбинированного применения осциллятора для начального зажигания дуги и импульсного возбудителя для поддержания ее последующего стабильного горения.
Стабилизатор сварочной дуги
Для повышения производительности ручной дуговой сварки и экономичного использования электроэнергии создан стабилизатор сварочной дуги СД-2.
Стабилизатор поддерживает устойчивое горение сварочной дуги при сварке переменным током плавящимся электродом путем подачи на дугу в начале каждого периода импульса напряжения.
Стабилизатор расширяет технологические возможности сварочного трансформатора и позволяет выполнять сварку на переменном токе электродами УОНИ, ручную дуговую сварку неплавящимся электродом изделий из легированных сталей и алюминиевых сплавов.
Схема внешних электрических соединений стабилизатора показана на рис. 3, а, осциллограмма стабилизирующего импульса — на рис. 3, б.
Сварка c применением стабилизатора позволяет экономичнее использовать электроэнергию, расширить технологические возможности применения сварочного трансформатора, уменьшить эксплуатационные расходы, ликвидировать магнитное дутье.
Сварочное устройство «Разряд-250». Это устройство разработано на базе сварочного трансформатора ТСМ-250 и стабилизатора сварочной дуги, выдающего импульсы частотой 100 Гц.
Функциональная схема сварочного устройства и осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства показаны на рис.
4, а, б.
Рис. 3. Схема внешних электрических соединений стабилизатора и осциллограмма стабилизирующего импульса: а — схема: 1 — стабилизатор, 2 — трансформатор варочный, 3 — электрод, 4 — изделие; б — осцилограмма: 1 — стабилизирующий импульс, 2 — напряжение на вторичной обмотке трансформатора | Рис. 4. Сварочное устройство «Разряд-250»: а — схема устройства; б — осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства |
Устройство «Разряд-250» предназначено для ручной дуговой сварки переменным током плавящимися электродами любого типа, в том числе предназначенными для сварки на постоянном токе. Устройство может использоваться при сварке неплавящимися электродами, например, при сварке алюминия.
Устойчивое горение дуги обеспечивается подачей на дугу в начале каждой половины периода переменного напряжения сварочного трансформатора импульса напряжения прямой полярности, т. е. совпадающего с полярностью указанного напряжения.
build.novosibdom.ru
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Cтраница 3
Горелка предназначена для ручной дуговой сварки постоянным током неплавящимся электродом в среде защитных газов меди, алюминия, нержавеющих сталей и других металлов толщиной до 15 мм с применением осциллятора. Горелка может быть использована для сварки переменным током. [31]
Импульсные возбудители вследствие синхронизированной подачи импульсов обеспечнвнют более надежное повторное зажигание дуги по сравнению с осцилляторами Кроме того, они не вызывают значительных радиопомех, как это имеет место в случае применения осцилляторов. [32]
В настоящее время электроды в большинстве случаев обеспечивают достаточную устойчивость дуги. Применение осцилляторов сократилось также и в связи с усложнением схемы при осцилляторах, наличием в осцилляторе разрядника, требующего квалифицированного ухода, необходимостью применения проводов с изоляцией повышенной прочности на пути высокочастотного тока; кроме того, осцилляторы создают помехи радиоприему.
[34]
Осциллятор должен быть простым, удобным и надежным в эксплоатации. Связанное с применением осцилляторов усложнение схемы устройства и обслуживания сварочного поста является причиной слабого внедрения их в сварочную технику. [35]
| Принципиальная электрическая схема осциллятора. [36] |
Это позволяет успешно вести сварку без применения осцилляторов. [37]
Электроды рекомендуются для сварки в нижнем положении, но возможна также сварка в вертикальном и потолочном положениях. При работе на переменном токе необходимо применение осциллятора. Существуют разновидности электродов УОНИ-13, в обмазку которых добавляют сильные ионизаторы, что дает возможность работать на переменном токе без осциллятора. Качество сварки электродами УОНИ-13 следует признать выдающимся, показатели механических свойств сварного шва и наплавленного металла получаются часто выше показателей основного металла. [38]
Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом является лучшим способом для сварки изделий из тонколистового металла, так как обеспечивает — минимальную деформацию изделия и высокое качество сварного шва.
Сварку ведут на переменном токе с применением осцилляторов. С помощью переменного тока разрушается оксидная пленка, что достигается катодным распылением в моменты, когда катодом является изделие. [39]
Одной из наиболее интересных областей совместного использования циклов и других более традиционных методов технического анализа является привязка осцилляторов к текущим циклам. Мы уже рассматривали основные принципы и особенности применения осцилляторов в техническом анализе в одной из предыдущих глав нашей книги и показали, как с их помощью можно выявлять области перекупленное и перепроданности, а также расхождения. Специалисты полагают, что эффективность осцилляторов можно значительно повысить, если периоды времени, используемые для их расчета, определять с учетом протяженности действующих на рынке циклов. [41]
Сварку металла толщиной 1 5 — 3 мм следует вести на постоянном токе обратной полярности. На переменном токе сварка возможна только с применением осцилляторов. Сварка выполняется с периодическими замыканиями дуги через расплавленные капли электродного металла.
Основной металл проплавляется на всю глубину и даже немного протекает на обратную сторону. [42]
Дополнительное экранирование помех, излучаемых большинством электросварочных агрегатов и устройств, обычно не требуется, так как их корпус является достаточным экраном. В случае дуговой сварки переменным током с применением осциллятора необходимо экранировать все помещение ( или специальную кабину), где производится сварка, а в питающую электросеть следует включить двухзвен-ный индуктивно-емкостный фильтр, размещенный в отдельном экране, расположенном на внешней стороне экранированного помещения. [43]
В качестве источников тока при сварке в защитных газах используют сварочные генераторы с жесткой или возрастающей характеристикой и специальные выпрямители переменного тока. Возможна также сварка переменным током от трансформаторов с применением осциллятора. Жесткие или возрастающие характеристики источников питания требуются потому, что дуга, горящая в защитных газах при больших плотностях тока ( малые диаметры электродной проволоки), имеет возрастающую вольт-амперную характеристику.
[44]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Что такое осциллятор для сварки
Берегите глаза | 09.10.2017
В быту часто приходится производить сварку изделий из цветных металлов, в частности, алюминия и его сплавов. При этом надлежащее качество сварки может обеспечить только стабильное горение дуги. Не имея сварочного преобразователя, и пользуясь лишь инверторным аппаратом, такого качества достичь сложно.
Выход – в применении сварочного осциллятора, стабилизующего горение дуги, и облегчающего её поджиг.
Розжиг электродуги
Для работы с электродуговой сваркой требуются навыки. И речь идет не только о самом процессе формирования шва. Уже на начальном подготовительном этапе нужно иметь некоторый опыт, чтобы подготовить устройство к работе и, как минимум, разжечь электрическую дугу. Она генерируется в результате взаимодействия противоположных полюсов электрической цепи. Одним из них выступает электрод, а другим – поверхность, а точнее сказать стык двух заготовок.
Воздух является отличным изолятором. К примеру, чтобы электрический разряд смог пробить воздушную «подушку» толщиной 1 сантиметр, потребуется разница потенциалов между катодом и анодом в 30 тысяч вольт. Такое не под силу даже наиболее совершенным и навороченным инверторам. Поэтому единственно приемлемым вариантом розжига электрической дуги остается плотный контакт с последующим умеренным удалением электрода от рабочей поверхности.
Подобные манипуляции совершить «с ходу» не получится. Требуется хотя бы немного попрактиковаться. Даже опытные сварщики не дают гарантии, что дугу удастся поджечь с первого раза. Существует много объективных (и субъективных тоже) факторов, которые влияют на результат. Учесть их и предвидеть все очень непросто.
Часто сварщик выполняет серию постукиваний электродом о металл, пытаясь разрушить образовавшийся во время работы слой окисла. Чаще всего подобные трудности возникают при работе с заготовками из цветных металлов. Учитывая то, что для работы с цветметом необходим ток малой силы, то становится очевидным тот факт, что генерировать стабильную электрическую дугу становится сложнее.
Избежать проблем с розжигом дуги позволяет специальное устройство, которое называется осциллятором. Оно применяется как дополнительное устройство источника питания при аргонодуговой сварке. Но использовать его могут только опытные специалисты. Необходимо знать тонкости подключения и эксплуатации оборудования.
Что такое осциллятор
Осциллятор – это генератор, вырабатывающий высокочастотный ток, связывающий анод и катод при сварке без контакта между ними. В рабочую схему данная установка подключается между держателем и источником напряжения сварочного аппарата. Существуют варианты, которые интегрируются в сборку оборудования для сварки металла. Осцилляторы функционируют по таким схемам:
- генерируют короткий импульс, который способен возбудить сварочную дугу без физического контакта анода и катода. Со стороны это будет выглядеть как разряд небольшой молнии, которая перемещается по направлению от электрода к рабочей поверхности. После достижения поверхности заготовок (при условии, что масса подключена) устанавливается устойчивый контакт в виде электрической дуги. Импульс носит кратковременный характер и затухает сразу же после розжига дуги;
- постоянно поддерживать высокое напряжение, которое фактически накладывается на сварочный ток. Благодаря этому сохраняется стабильность сварочной дуги и непрерывно выполняется сварка деталей.
Агрегаты непрерывного действия
Подобные приборы функционируют синхронно с питающим источником. Процесс возбуждение происходит посредством наложения на токоведущие части высокого напряжения и частоты. Данный ток не представляет опасности для работника, зато способен возбуждать сварочную дугу без соприкосновения электрода и обрабатываемого предмета, а за счет высокой частоты сохраняется достаточное горение дуги.
Осциллятор, виды которого имеют последовательное подключение, считаются более результативным. Ему не требуется активация в цепи источника специальной защитной системы от чрезмерного напряжения. Катушка подсоединяется последовательно к дуге. При работе разрядник издает негромкое потрескивание.
На выключенном из сети агрегате регулировочным винтом можно откорректировать искровой зазор в диапазоне от 1,5 до 2 миллиметров. Установку подобного оборудования следует доверять специалистам, поскольку непрофессиональный монтаж может угрожать здоровью и жизни работника, эксплуатирующего устройство.
Устройство
Благодаря подключению осциллятора в схему работы сварочных аппаратов обеспечивается дистанционный розжиг дуги. Ее стабильность поддерживается на протяжении всего процесса сварки. Она остается статичной величиной даже при изменяющемся расстоянии между расходным материалом и рабочей поверхностью. Большинство осцилляторов обладают схожим устройством и состоят из таких узлов:
- выпрямитель;
- источник питания;
- блок конденсаторов для накопления заряда;
- блок управления;
- узел с разрядником и колебательным контуром, предназначенный для генерации импульса;
- повышающий трансформатор;
- датчик напряжения;
- газовый клапан (в аргонодуговых инверторах).
Принцип работы
Включение осциллятора в комплект оборудования сварщика дает возможность разжигать дугу бесконтактно. Это не только заметно облегчает работу сварщика, но плюс к этому экономит его время и обеспечивает стабильность работы оборудования.
В большинстве случаев такие установки применяются как обособленные элементы, но иногда встречаются сварочные аппараты с интегрированными осцилляторами. То есть источник тока и сам прибор заключены в одном корпусе.
Основное задача устройства генерирования высокочастотного импульса заключается в том, чтобы изменить характеристики входящего напряжения. Повышается частота, напряжение и уменьшается длительность импульса. Его длительность не превышает одной секунды. Схема работает по такому принципу (на примере аргонодугового инвертора):
- После нажатия расположенной на горелке кнопки замыкается электрическая цепь.
- На входе находится выпрямитель, который делает ток однонаправленным.
- В конденсаторах накапливается напряжение, которое необходимо для генерации разряда.
- Освобожденный ток поступает на контур, который состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Он отвечает за формирование определенного числа колебаний.
- Ток проходит по обмотке первичного, а затем вторичного контура повышающего трансформатора. В этот момент повышается вольтаж.
- Освобождается импульс.
- Параллельно открывается газовый клапан.
- В результате импульса образуется разряд, который замыкает цепь между электродом и поверхностью свариваемых деталей. Важно, чтобы до этого кабель массы был подключен.
- После того, как по мостику из разряда начинает протекать сварочный ток, импульс затухает. Сварочный аппарат работает в штатном режиме согласно предварительно выставленных настроек.
- Когда электрод удаляется от поверхности металла и сварочная дуга гаснет, осциллятор в течении 4 секунд продувает горелку аргоном.
В этот момент повышается вольтаж.Для чего применяется
Осцилляторы чаще всего применяются при сваривании цветных металлов. Когда возникает необходимость в соединении меди, алюминия или нержавеющей стали, устройство позволяет быстро возбудить электрическую дугу, избежав утомительного чирканья электродом о поверхность заготовок.
Устройство очень удобно применять, когда требуется точно положить шов.
Специалист подводит вольфрамовый наконечник до края стыка, после чего требуется нажать кнопку возбуждения электрической дуги и опустить маску. Благодаря осциллятору шов будет одинаковым как вначале, так и посредине стыка. Помимо этого, не потребуется постобработка от следов прикосновения электрода, которые обязательно образовались бы в процессе розжига дуги. Оборудование устанавливается на аппараты плазменной резки и дает возможность сразу начать разделывание металла.
Еще используется осциллятор при работе с тонколистовым металлом. Чтобы заготовки не прожигались, сварщики выставляют на инверторах низкое значение тока. Помимо того, что с такими параметрами разжечь дугу сложно, так она еще и гаснет при малейшем отклонении электрода от сварочной ванны. Подключение осциллятора в схему позволяет упростить работу, получить на выходе стабильную дугу и ее беспроблемный розжиг вначале.
Где применяют аппараты
Осцилляторы широко применяются в обработке цветных металлов. Если нужно сделать крепкий аккуратный шов, осциллятор позволит решить задачу максимально быстро – возбудив дугу-молнию и запустив сварочный процесс.
Это намного проще и эффективнее, чем чиркать по изделию электродом.
Незаменим осциллятор тогда, когда нужно провести точный шов. Мастер крепит конец железной иглы на ближайшую краевую часть соединения, опускает маску на лицо, потом нажимает кнопку, и появляется дуга. Это в разы уменьшает сложность обработки изделий в целях удаления следов касаний электродных элементов.
Сварочный осциллятор применяют также для обработки тонких листов из разных сплавов. Инверторный ток в них выставляется на минимальных отметках, незначительные корректировки электродных концов из сварочных ванн чреваты сбоями, пробелами в дуге. Осциллятор позволяет стабилизировать процессы низкотоковой электросварки.
Разновидности
Использовать осциллятор можно по-разному в зависимости от вида работ и типа устройства. Общим для всех вариантов оборудования является необходимость преобразования тока до значений в 3000-5000 В и повышение частоты до 150-500 Кгц. Основное отличие состоит в продолжительности высокочастотного импульса.
По принципу работу устройства бывают двух видов.
Непрерывного действия
Особенность заключается в том, что высокочастотный и сварочный токи суммируются. Дуга поджигается бесконтактным способом. Дуга остается стабильной даже при небольших показателях силы тока. Поражение специалиста электрическим разрядом, а также разбрызгивание расплава исключены. Неважен способ подключения оборудования в схему – параллельный или последовательный.
При последовательном подключении устройство присоединяется к кабелю, подающему напряжение на электрод. Такой вариант включения осциллятора является наиболее востребованным, поскольку наиболее эффективно используются его возможности. Не расходуется энергия на защиту от высокого напряжения. Модели непрерывного действия часто устанавливаются на трансформаторы и инверторы для работы с электродами покрытого типа.
Импульсные
Подключается параллельно и применяется тогда, когда сварочные работы выполняются переменным током. Оборудование должно очень быстро реагировать на смену полярности и именно в этом состоит основная сложность.
В таких условиях поддержать дугу, обеспечить стабильность можно только при помощи импульсного высокочастотного тока. Если к сварочному аппарату на переменном токе подключить осциллятор непрерывного действия, то сварочная дуга зажжется без проблем. Но только первый раз. Повторно ее инициировать будет невозможно. Проще говоря устройство сможет выполнить свои функции только частично.
Конденсаторы в схеме необходимы для того, чтобы с максимальной эффективностью и в полном объеме задействовать функционал оборудования. Они копят заряд, который нужен для повторных импульсов – розжига угасшей в процессе формирования сварного шва дуги. Это неизбежно случается каждый раз, когда сварщик отклоняет электрод от сварочной ванны на большое расстояние, разрывающее протекание электрического разряда. Не обойтись в такой установке без обратной связи. Поэтому предусмотрена управляющая схема, которая синхронизирует разряд конденсатора.
Эксплуатация
Процесс применения аппарата для сварки сложностей не представляет, но требует следования инструкции.
- Ограничений в плане условий среды нет – аппараты эксплуатируют на улице и в помещениях. Но если на открытом воздухе неблагоприятные климатические условия (особенно осадки), выполнять работы с применением оборудования нежелательно.
- Температурный диапазон применения – 10-40 градусов, предельная влажность – до 98%.
- Давление атмосфер должно быть в районе 85-06 КПск, отклонения крайне нежелательны.
- Эксплуатация аппаратов в сильно запыленных помещениях чревата преждевременным выходом из строя. Вредны едкие газовые и прочие пары – они разрушают металлические сплавы, изоляционную обмотку.
- Начинать выполнять работы можно только при наличии надежного заземления.
- Всегда до начала выполнения операций проверяют корректность подключения устройства к цепи, исправность его контактов.
- Кожух осциллятора обязательно надевают на прибор, снимают только после отключения от цепи.
- Поверхность разрядника нужно содержать в чистоте, нагар своевременно удалять. Если он появится снова, можно выполнить обработку с применением шкурки для шлифовки.
Если он появится снова, можно выполнить обработку с применением шкурки для шлифовки.При желании агрегат можно соорудить самостоятельно. Для человека с базовыми навыками задача особых сложностей не представляет.
На главную§ 47. ОСЦИЛЛЯТОРЫ И ИМПУЛЬСНЫЕ ВОЗБУДИТЕЛИ ДУГИОсциллятор — это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150 — 500 тыс. Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсаторы С 1 Технические характеристики осцилляторов приведены в табл. 26. Таблица 26 Технические характеристики осцилляторов Тип
Импульсные возбудители дуги. Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности. Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40 — 50
|
Поэтому единственно приемлемым вариантом розжига электрической дуги остается плотный контакт с последующим умеренным удалением электрода от рабочей поверхности.
Но использовать его могут только опытные специалисты. Необходимо знать тонкости подключения и эксплуатации оборудования.
Благодаря этому сохраняется стабильность сварочной дуги и непрерывно выполняется сварка деталей.
Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленной клемме выводной панели, другой — через конденсатор
Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе. Осциллятор, необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара — зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65
70.
Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродов. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380
Ее стабильность поддерживается на протяжении всего процесса сварки. Она остается статичной величиной даже при изменяющемся расстоянии между расходным материалом и рабочей поверхностью. Большинство осцилляторов обладают схожим устройством и состоят из таких узлов:Генераторы — типы, классификация, цепи обратной связи
Генератор представляет собой электронное устройство для генерирования переменного напряжения сигнала. Генераторы генерируют синусоидальную или несинусоидальную форму волны от очень низких частот до очень высоких частот. Гетеродин в большинстве современных сапергетродинов AM диапазона вещания будет охватывать диапазон частот от 1000 до 2100 кГц (приблизительно).
Генератор представляет собой схему для генерации переменного напряжения желаемой частоты и амплитуды. Он преобразует энергию постоянного тока в напряжение переменного тока. Он имеет широкое применение, например, для проверки стереоусилителя; генератор звуковых сигналов генерирует частоты от 20 кГц до 15 кГц на передатчике и от 47 МГц до 230 МГц на стороне приемника. В радиочастоте несущая частота колеблется от 550 кГц до 20 МГц, для телевещания в радио- и телеприемниках требуются высокочастотные генераторы.
Схема генератора представляет собой усилитель, который обеспечивает себя (посредством обратной связи) входным сигналом. Это невращающееся устройство для производства переменного тока, выходная частота которого определяется характеристиками устройства. Первоначальной целью генератора является генерация заданной формы волны с постоянной пиковой амплитудой и определенной частотой и поддержание этой формы волны в определенных пределах амплитуды и частоты.
Генератор должен обеспечивать усиление, а часть выходного сигнала является обратной связью для поддержания входного сигнала, как показано на рис. 1. Достаточная мощность должна быть обратной связью во входной цепи, чтобы генератор мог управлять собой, как в случае генератора сигналов. Генератор является автономным, потому что сигнал обратной связи является регенеративным, то есть положительной обратной связью.
Рисунок 1: Блок-схема генератораРассмотрим основные требования схемы генератора.
Первый , требуется усиление для обеспечения необходимого усиления сигнала.
Во-вторых, для поддержания колебаний требуется достаточная регенеративная обратная связь.
В-третьих, устройство определения частоты необходимо для поддержания желаемой выходной частоты. В дополнение к применению определите типы генератора, которые будут использоваться.
Обратная связь
Обратная связь — это процесс передачи энергии от точки высокого уровня в системе к точке низкого уровня. Это означает передачу энергии с выхода усилителя обратно на его вход. Если выходной сигнал обратной связи противостоит входному сигналу, сигнал является дегенеративным или отрицательным. Однако, если обратная связь помогает входному сигналу, обратная связь является регенеративной или положительной обратной связью. Регенеративная или положительная обратная связь является одним из требований для поддержания колебаний в генераторе. Эта обратная связь может быть применена любым из нескольких способов для создания практичной схемы генератора.
Рисунок 2: Цепь обратной связи генератора Цепь, которая производит электрические колебания любой желаемой частоты, называется колебательной цепью. Эта цепь состоит из двух реактивных компонентов, а именно катушки индуктивности L и конденсатора C, соединенных параллельно друг другу. Такая схема также называется LC или баковой схемой.
Сигнал обратной связи поступает от контура резервуара двумя способами. Первый метод заключается в том, чтобы взять часть энергии от катушки индуктивности. Этого можно достичь любым из трех способов, показанных на рис. 2(а), (б) и (в). Когда осциллятор использует катушку щекотки, как показано на рис. 2(а), он называется осциллятором Армстронга. Когда генератор используется как катушка с ответвлениями, как показано на рис. 1(b), или как разделенная катушка, как показано на рис. 2(с), он называется генератором Хартли. Второй метод соединения сигнала обратной связи заключается в использовании двух конденсаторов в цепи бака и ответвлении сигнала обратной связи между ними. Это показано на рис. 2(d), также осциллятор, использующий этот метод, называется осциллятором Колпитца.
Использование положительной обратной связи приводит к тому, что усилитель с обратной связью имеет коэффициент усиления замкнутого контура A v больше, чем коэффициент усиления разомкнутого контура A v . Это приводит к нестабильности и работе в качестве колебательного контура. Схема генератора обеспечивает постоянно меняющийся усиленный выходной сигнал на любой желаемой частоте.
Классификация генераторов
Электронные генераторы можно разделить на следующие две категории.
Генераторы, дающие на выходе синусоидальный сигнал, называются синусоидальными или гармоническими генераторами. Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал в диапазоне частот от 20 Гц до ГГц.
Синусоидальные или гармонические генераторы
Генераторы с настроенной схемой
Эти генераторы используют настроенную схему, состоящую из катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C), и используются для генерации высокочастотных сигналов. Поэтому они также известны как радиочастотные (ЭЛТ) генераторы. К таким генераторам относятся генераторы Хартли и Колпитца и т. д.
RC-генераторы
В этих генераторах используются резисторы и конденсаторы, и они используются для генерации сигналов низкой или звуковой частоты.
Поэтому они также известны как генераторы звуковой частоты (ЗЧ). Такими генераторами являются фазовращатели и генераторы с мостом Вина.Кварцевые генераторы
Эти генераторы используют кристаллы кварца и используются для генерации высокостабилизированного выходного сигнала с частотой до 10 МГц. Генератор Пирса является примером кварцевого генератора.
Генераторы с отрицательным сопротивлением
В этих генераторах используется характеристика отрицательного сопротивления таких устройств, как туннельные диоды. Настроенный диодный генератор является примером генератора с отрицательным сопротивлением.
Несинусоидальные или релаксационные генераторы
Генераторы, которые обеспечивают выходной сигнал квадратной, прямоугольной или пилообразной формы, называются несинусоидальными или релаксационными генераторами. Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал в диапазоне частот от нуля до 20 МГц.
Факторы, влияющие на стабильность генератора
Стабильность частоты генератора является мерой его способности поддерживать постоянную частоту в течение длительного интервала времени. Однако было обнаружено, что если генератор настроен на определенную частоту, он не поддерживает ее в течение длительного периода времени. Причина изменения частоты колебаний или факторы, влияющие на стабильность генератора, приведены ниже.
Рабочая точка
Рабочая точка активного устройства, т.е. биполярного транзистора, выбирается таким образом, чтобы его работа в нелинейной области изменяла значения параметров устройства, что в свою очередь влияет на стабильность частоты генератора.
Компоненты схемы
Значения компонентов схемы (т.е. резистора, катушки индуктивности и конденсатора) изменяются при изменении температуры. Поскольку такие изменения происходят медленно, они также вызывают дрейф частоты генератора.
Напряжение питания
Изменения напряжения питания постоянного тока, подаваемого на активное устройство, сдвигают частоту генератора.
Этой проблемы можно избежать, используя строго регулируемый источник питанияВыходная нагрузка
Изменение выходной нагрузки может вызвать изменение добротности колебательного контура, вызывая тем самым изменение выходной частоты генератора.
Межэлементные емкости
Любые изменения межэлементных емкостей транзистора (особенно емкости коллектор-эмиттер) вызывают изменения частоты генератора и, таким образом, влияют на стабильность частоты.
Паразитные емкости
Паразитные емкости также часто влияют на стабильность генератора. Влияние изменения межэлементных емкостей можно нейтрализовать, поставив дополнительный конденсатор на соответствующие элементы. Однако трудно избежать влияния паразитных емкостей.
Роль осцилляторов в микроконтроллерах | Блог Advanced PCB Design
Ключевые выводы
В микроконтроллерах тактовые сигналы могут генерироваться либо с помощью механических резонансных устройств, либо с помощью электрических схем фазового сдвига.
Из-за неточности и уровня шума внутренние фазовращатели не подходят для приложений, требующих точной синхронизации в широком диапазоне температур.
- Кварцевые генераторы
предпочтительнее из-за таких преимуществ, как точность, компактность, низкая стоимость, низкое энергопотребление и генерация высокой частоты.
Микроконтроллеры и микропроцессоры зависят от генераторов для базовой синхронизации и управления. Генераторы отвечают за подачу тактовых сигналов в микроконтроллеры. Все инструкции, выполняемые микроконтроллерами, синхронизируются с тактовыми сигналами. Время выполнения различных операций в микроконтроллере задается с помощью генераторов.
Обычно в микроконтроллерах предпочитают кварцевые генераторы из-за таких преимуществ, как точность, компактность, низкая стоимость, низкое энергопотребление и генерация высокой частоты. Кварцевый осциллятор хорошо обеспечивает стабильный выходной сигнал в течение длительного времени и популярен благодаря своей стабильности и долговечности. Давайте посмотрим на типы генераторов и на то, что делает кварцевые генераторы таким хорошим выбором.
Типы генераторов в микроконтроллерах
Генераторы генерируют сердцебиение каждого микроконтроллера и выдают тактовые сигналы, необходимые для синхронизации внутренних операций. В микроконтроллерах тактовые сигналы могут генерироваться либо с помощью механических резонансных устройств, либо с помощью электрических схем фазового сдвига.
Механические резонансные устройства включают кристаллы и керамические резонаторы. Генераторы на основе механических резонаторов хорошо известны своей точностью. Поскольку они обладают низкотемпературным коэффициентом, они подходят для применений, где требуется точная синхронизация в широком диапазоне температур.
Генераторы на основе электрического фазового сдвига включают RC- и LC-генераторы.
В следующем разделе мы познакомимся с некоторыми осцилляторами, используемыми в микроконтроллерах.
Распространенные источники генерации тактовых импульсов в микроконтроллерах
Как мы уже видели, источники генерирования тактовых импульсов могут быть основаны на пьезоэлектрических материалах или электрических схемах фазового сдвига. Некоторые из вариантов генератора для генерации тактовых сигналов для микроконтроллеров:
- Внешняя RC-цепь — Скорость зарядки или разрядки резисторно-конденсаторной цепи может использоваться в качестве тактового входа.
- Внутренняя RC-цепь — Внутренняя RC-цепь генератора в микроконтроллерах генерирует тактовые сигналы. Однако в таких системах точность очень сильно скомпрометирована.
- Внешний тактовый генератор — Драйвер тактового генератора с питанием можно использовать для подачи тактовых сигналов, особенно когда несколько устройств подключены и работают на одной частоте.
- Внешний резонатор — Внешние резонаторы представляют собой механические резонаторы, в которых используется пьезоэлектрическая керамика для работы в качестве генераторов опорного сигнала.
- Внешний генератор — Внешний генератор признан стандартным тактовым генератором для микроконтроллеров. Для внешнего генератора требуется пьезоэлектрический кристалл, такой как кварц, для генерации тактовых сигналов. Кристалл соединен с выводами генератора микросхемы микроконтроллера. Все остальные детали, необходимые для схемы генератора, встроены в микросхему.
Внутренние генераторы, такие как RC- и LC-схемы, имеют ограничения по генерации частоты, и с такими тактовыми генераторами невозможно достичь более высоких частот. Точность тактовых сигналов от таких внутренних генераторов скомпрометирована, они дрожат и зашумлены. Неточность и уровень шума делают их непригодными для приложений, требующих точной синхронизации в широком диапазоне температур.
Кварцевые генераторы в микроконтроллерах
Для таких точных приложений предпочтительны кварцевые генераторы из-за их преимуществ, таких как точность, компактность, низкая стоимость, низкое энергопотребление и генерация высокой частоты. В кварцевых генераторах для генерации колебаний используются пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц, сегнетова соль или турмалин. Основным принципом работы является обратный пьезоэлектрический эффект, при котором переменное напряжение, прикладываемое к поверхности кристалла, вызывает в нем колебания. Колебания происходят на собственной частоте кристалла и в конечном итоге преобразуются в колебания.
В большинстве микроконтроллеров стандартный колебательный контур состоит из двух частей:
- Инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления по напряжению — Это активная часть колебательного контура, встроенная в большинство микроконтроллеров.
- Частотно-избирательный тракт обратной связи — Частотно-избирательный тракт обратной связи состоит из кварцевого кристалла, конденсаторов и резисторов. Путь обратной связи — это внешняя схема системы генератора микроконтроллера.
Кристалл, используемый в схемах генератора микроконтроллера, обычно представляет собой кварц из-за его хорошего коэффициента качества, стабильности, небольшого размера, низкой стоимости и доступности. Кварцевый кристалл обеспечивает опорную частоту, которая используется встроенной системой для обеспечения системной частоты. Кристалл кварца в сочетании с двумя конденсаторами образует настроенную пропорционально-интегральную схему, которая обеспечивает обратную связь со сдвигом фазы на 180°. Кроме того, конденсаторы во внешней цепи обеспечивают некоторый демпфирующий эффект и тем самым стабилизируют частоту. Последовательный резистор присутствует в схеме внешнего генератора для ограничения тока, протекающего через кварц.
При проектировании кварцевых генераторов доступ к инструментам моделирования может помочь вам лучше понять, что происходит внутри. Программное обеспечение Cadence для проектирования и анализа печатных плат предлагает инструменты проектирования схем с функциями моделирования. Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.
Свяжитесь с нами
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
УЧИТЬ БОЛЬШЕСхема генератора — ECS Inc. International
Авторы: Дэвид Мини, вице-президент по глобальным техническим продажам и маркетингу, и Дин Кларк, директор по операциям в Европе в ECS Inc. International
Что такое осциллятор?Генератор представляет собой электронную схему, которая генерирует повторяющийся сигнал. Этот сигнал может быть во многих формах в зависимости от приложения. Некоторым приложениям требуются базовые часы для поддержания рабочих интервалов для процессов. Для других приложений требуются часы с очень чистой формой волны и высокой стабильностью для обеспечения высококачественной связи и передачи данных.
В аналоговых приложениях, таких как РЧ-радиотрансиверы, которые используют супергетеродин для приема и передачи цепочек сигналов, обычно обнаруживаются синусоидальные формы выходных сигналов. Синусоида представляет собой непрерывную волну, представляющую собой гладкие периодические колебания. При радиочастотной связи синусоидальный выход генератора обеспечивает точную опорную частоту с низким уровнем шума для трансивера.
В цифровой электронике мы видим прямоугольные выходные сигналы. Прямоугольные волны — это форма волны, амплитуда которой изменяется от минимальной до максимальной с постоянной частотой. Идеальная прямоугольная волна будет иметь минимальный и максимальный периоды равной продолжительности, и это будет иметь рабочий цикл 50/50%. На практике рабочий цикл будет иметь некоторые отклонения, поэтому более типичными могут быть значения 45/55% или 60/40%. Выходной сигнал прямоугольной формы имеет множество применений, но широко используется для измерения времени выполнения инструкций в схеме или микропроцессоре.
Генераторы Генераторы могут иметь несколько разных типов резонаторов, связанных с ними. Самым продуктивным и эффективным из них является кварц. Вы также можете найти генераторы, в которых используются керамические резонаторы, резонаторы на основе SAW[1] или MEMS[2] в качестве отправной точки для рабочей частоты. Они используют механическую вибрацию или настроенные полости для генерации тактового сигнала. В случае генератора на основе кварца состав кварцевого материала и углы, под которыми срезан кристалл, делают этот тип генератора очень точным и стабильным в широком диапазоне температур. Процесс изготовления кварцевых заготовок для генераторов занимает много времени и включает множество этапов для обеспечения неизменно высокого качества продукта, но они обеспечивают значительно более высокую стабильность по сравнению с RC-генераторами.
Принцип схемы генератора заключается в стабильном выходном сигнале. Один из способов добиться этого — использовать петлю положительной обратной связи. Здесь часть выходного напряжения является обратной связью со входом без чистого фазового сдвига, что усиливает выходной сигнал. Затем сигнал усиливается и снова зацикливается, вызывая рост выходного сигнала. Усиление в контуре обратной связи должно регулироваться до единичного усиления, иначе сигнал будет обрезан и искажен.
Рисунок 1 – Контур обратной связи генератора, показывающий условия для генерации решает, каким должно быть усиление контура обратной связи.
Рисунок 2 – Генератор Пирса с использованием процессора с инвертором и резистором обратной связи.
На рис. 2 показана схема генератора Пирса, обычно используемая в цифровых процессорах. В этом типе конструкции кварцевого генератора фильтр состоит из эквивалентной модели кварцевого резонатора и внешних нагрузочных конденсаторов. Точная частота, на которой будет работать генератор, зависит от угловых сдвигов фазы контура в цепи генератора. Изменения фазового угла приведут к изменению выходной частоты.
Время запуска
Время запуска — это период, когда осциллятор впервые включается. В этот период будут неустойчивости, пока колебания не стабилизируются. Время запуска обычно измеряется в микросекундах (мкс), но оно зависит от частоты и контролируется контуром обратной связи. Величина усиления замкнутого контура оказывает большое влияние на время запуска. Факторы, отрицательно влияющие на коэффициент усиления замкнутого контура, включают низкий уровень возбуждения, более высокие значения емкостной нагрузки кристалла (CL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Низкий коэффициент усиления может привести к чрезмерно долгому времени запуска, а слишком высокий коэффициент усиления может привести к полному сбою запуска или перенапряжению кристаллической структуры. Идеальный коэффициент усиления зависит от отрицательного сопротивления цепи генератора, где привод должен преодолеть отрицательное сопротивление для запуска и создания выходного сигнала генератора. Из-за этого частота генератора напрямую влияет на время запуска, поэтому время, необходимое для обращения по петле, значительно больше для генератора кГц, чем для генератора МГц. Плохой запас по усилению является распространенной проблемой в генераторах кГц, поскольку уровни возбуждения на порядок ниже, а ESR кварца на порядок выше. Чтобы преодолеть эти проблемы, требуется тщательное проектирование, чтобы согласовать уровни возбуждения с подходящими значениями CL и ESR.
Импеданс кварцевого кристалла изменяется настолько сильно при изменении приложенной частоты, что все остальные компоненты схемы можно рассматривать как имеющие по существу непрерывное реактивное сопротивление. Следовательно, когда кварцевый блок используется в контуре обратной связи генератора, частота кварцевого блока будет регулироваться сама по себе, так что ее реактивное сопротивление будет удовлетворять коэффициенту усиления по фазе контура. Зависимость реактивного сопротивления кварцевого кристалла от частоты показана на рисунке 3.9.0003
Рисунок 3 – Кривая зависимости реактивного сопротивления от частоты
Блок кварцевого кристалла можно заставить колебаться в любой точке вдоль линии между последовательными и параллельными резонансными точками путем включения реактивных компонентов (см. Рисунок 3, линия). с пометкой «Емкостная нагрузка»), например, конденсаторы в контуре обратной связи схемы генератора. Частота, возникающая в результате добавления емкости, выше, чем последовательная резонансная частота; ее обычно называют параллельной частотой, однако она меньше фактической параллельной частоты. Поскольку с кварцевым кристаллом связаны две частоты нулевых фаз, существует два типа схем генератора. Эти схемы определяются типом используемого кристалла. Они либо последовательно резонансные, либо параллельные резонансные.
В симметричной LC-цепи резонансная частота — это частота, при которой реактивное сопротивление индуктивности и реактивное сопротивление емкости компенсируют друг друга, оставляя только резистивное значение. На рис. 4 показан последовательный резонансный контур.
Рис. 4 – Последовательный резонансный контур
Параллельный Контур Параллельный резонансный контур генератора использует кварцевый блок с определенной емкостью нагрузки. Это создаст результат, в котором частота кристалла выше, чем резонансная частота последовательного, но ниже, чем истинная частота параллельного резонанса. Эти схемы не предлагают других маршрутов, кроме как через блок Crystal для завершения цикла обратной связи. В случае отказа блока кристалла цепь больше не будет продолжать колебаться. Ниже приведено простое описание параллельного резонансного контура. 9Рис. 5. Параллельный резонансный контур При работе в сочетании с внешней нагрузочной емкостью (CL) кварц колеблется в частотном диапазоне немного выше его последовательной резонансной частоты. Это параллельная (резонансная) частота. При заказе параллельного резонатора всегда указывайте номинальную параллельную резонансную частоту и емкость нагрузки цепи в пикофарадах (пФ).
Приблизительное уравнение для пределов вытягивания кристалла:
Пределы ∆f зависят от добротности кристалла и паразитной емкости цепи. Если известна емкость шунта, подвижная емкость и емкость нагрузки, среднее значение сопротивления на пФ можно найти, используя:
значение емкости. Это используется в VCO, VCXO и VCTCXO для получения частоты.
Емкость нагрузки — это величина емкости внешней цепи, параллельной самому кристаллу. В этом примере мы видим, что режим параллельного резонанса кристаллов всегда выше частоты последовательного резонанса и характеризуется индуктивным сопротивлением. В режиме параллельных резонансных колебаний индуктивность кристалла (подвижная индуктивность) параллельна емкости нагрузки генератора, тем самым образуя LC-контур. Этот LC определяет частоту генератора.
При указании последовательного резонансного кристалла емкостью нагрузки можно пренебречь, поскольку динамическая индуктивность и динамическая емкость кристалла являются единственными компонентами LC, определяющими частоту колебаний.
CL можно определить по формуле:
Например, где CL1 и CL2 — нагрузочные конденсаторы, а C S — паразитная емкость цепи, обычно 3 пФ ~ 5 пФ. Следует отметить, что изменение значения емкости нагрузки приведет к изменению выходной частоты генератора.
Если требуется точное управление частотой, необходимо точно указать емкость нагрузки. Для демонстрации предположим, что кварцевый блок рассчитан на работу на частоте 20 МГц с емкостью 20 пФ. Предположим, что кварцевый блок затем помещается в цепь, которая имеет оценку 30 пФ.
В этом случае частота кристалла будет ниже указанного значения. Наоборот, если рассматриваемая схема имеет оценку 10 пФ, частота будет выше указанного значения. Связь между частотой и емкостью нагрузки показана на рис. 6.9.Рис. 6. Частота в зависимости от емкости нагрузки Мощность зависит от приложенного тока и обычно выражается в милливаттах (мВт) или микроваттах (мкВт). Модули кристалла определены как имеющие определенные максимальные значения уровня возбуждения, которые преобразуются в зависимости от частоты и режима работы. Превышение максимального уровня возбуждения для данного блока кристалла может привести к нестабильной работе, включая ускоренное старение, а в некоторых случаях и к полному выходу из строя кристалла. Уровень возбуждения можно рассчитать по следующему уравнению:
МОЩНОСТЬ = (I среднеквадратичное значение 2 * R)
Отрицательное сопротивление
Для оптимальной работы схема генератора должна быть спроектирована таким образом, чтобы увеличить отрицательное сопротивление, которое иногда называют допуском колебаний. Определить величину отрицательного сопротивления можно путем последовательного включения переменного резистора.
Оценка величины отрицательного сопротивления в каждой цепи осуществляется путем временной установки переменного резистора последовательно с кварцевым блоком. Резистор должен быть изначально установлен на самое низкое значение, желательно близкое к нулю Ом. Затем запускается генератор, и его выходной сигнал контролируется на осциллографе. Затем переменный резистор настраивается так, чтобы сопротивление увеличивалось, в то время как выход постоянно контролировался. При некотором значении сопротивления колебание прекратится. В этот момент переменный резистор измеряется, чтобы определить омическое значение, при котором колебание прекращается. К этому значению необходимо добавить максимальное сопротивление кварцевого блока, указанное производителем. Полное омическое сопротивление считается отрицательным сопротивлением или допуском колебаний.
Для хорошей и надежной работы цепи рекомендуется, чтобы отрицательное сопротивление было как минимум в пять раз больше указанного максимального значения эквивалентного последовательного сопротивления кварцевого блока. Значения отрицательного сопротивления, превышающие пятикратное максимальное сопротивление кристаллического блока, еще лучше. Поскольку отрицательное сопротивление имеет тенденцию к уменьшению при повышенной температуре, рекомендуется проводить испытание при самой высокой температуре рабочего диапазона.
Генератор крутизны Еще один способ определить, будет ли генератор стабильно запускаться, — это рассмотреть крутизну. Чтобы гарантировать, что колебание начнется и достигнет стабильной фазы, генератор должен обеспечить достаточное усиление, чтобы компенсировать потери в колебательном контуре и обеспечить энергию для нарастания колебаний. Как обсуждалось в разделе «Запуск», отношение между коэффициентом усиления генератора и критическим коэффициентом усиления контура генерации не может превышать 1, так как это приведет к слишком долгому времени запуска генератора или даже к полной остановке запуска. Конструкторы должны стараться уложиться в запас по усилению больше 5. Эти параметры определяются по формуле запас по усилению = gm/g mcrit ≥ 5 gm — крутизна генератора, указанная в техническом описании ИС.
Для генераторов МГц крутизна находится в диапазоне десятков мА/В, тогда как для генераторов кГц крутизна находится в диапазоне от нескольких до нескольких десятков мкА/В, в зависимости от продукта.
g mcrit определяется как минимальная крутизна генератора, необходимая для поддержания стабильного колебания.
Предполагая, что в конструкции используются одинаковые значения CL1 и CL2, и что нагрузка на кристалл такая же, как и на CL кристалла, г mcrit выражается следующим образом:
При рассмотрении запуска генератора важен выбор параметров кристалла; снижение ESR, частоты, C0 и CL уменьшит g mcrit и, таким образом, максимизирует запас усиления.
Частота в зависимости от режима обертонов
Частота кварцевого кристалла ограничена физическими размерами вибрирующего кварцевого элемента. В некоторых случаях ограничивающими размерами являются длина и ширина. Наиболее популярным кристаллическим блоком является кристалл огранки AT. Предельным размером является толщина вибрирующего кварцевого элемента. По мере уменьшения толщины частота повышается. В какой-то момент, обычно около 50 МГц, толщина кварцевой пластины становится слишком хрупкой для использования в полевых условиях.
Если вам нужно разработать генератор на более высоких частотах, который будет достаточно надежным для работы в полевых условиях, мы можем рассмотреть возможность использования одной из других резонансных частот. Это более низкие частоты амплитуды, которые генерируются как гармоники. Все эти гармоники будут иметь нечетные целые числа основной частоты. Следовательно, если кварцевый блок имеет основную частоту 10 МГц, его также можно заставить колебаться в 3, 5, 7 и т. д. раз больше основной частоты. То есть единица будет колебаться с частотой 30 МГц, 50 МГц и 70 МГц и т. д. Эти кратные основной частоте называются обертонами и идентифицируются целым числом умножения, например, третий обертон, пятый обертон, седьмой обертон и т. д. ● Когда требуется использование на частоте обертона, кварцевый блок должен быть настроен для работы на желаемой частоте и на желаемом обертоне. Никогда не следует пытаться заказать кварцевый блок основной моды, а затем использовать его на частоте обертонов. Это связано с тем, что процесс производства кристаллов отличается для основных и обертоновых кристаллов.
Во многих случаях характеристики интегральной схемы, используемой в конструкции генератора, требуют подавления основной частоты кварца, чтобы обеспечить работу на желаемой частоте, а не на более мощной основной частоте. Необходимо доработать схему генератора. Одним из способов модификации является добавление контура бака, состоящего из катушки индуктивности и конденсатора. Эти модификации показаны на рис. 7 и рис. 8 для последовательных и параллельных резонансных цепей.
Рисунок 7 — Модификация последовательной резонансной цепи Рисунок 8 — Модификация параллельной резонансной цепи
В обоих случаях цепь резервуара настроена на резонанс на некоторой частоте между фундаментальной и желаемой частотой. Это изолирует желаемую частоту и шунтирует остальные на землю, оставляя только желаемую частоту на выходе генератора.
Вопросы проектирования