磁能讲座(33)《电磁实验中的脉冲放大及大功率驱动》(一)

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刘中凯
博客:
磁能讲座(33)
《电磁实验中的脉冲放大及大功率驱动》(一)
——这里首先特别需要强调的是,这里的电路主要是用在磁能自由能电磁实验中的脉冲放大及大功率驱动,而不是什么其它的、或用在其它地方的放大和驱动。
既然是电磁实验里专门用的东西,自然只考虑实验中的要求------。另外,这个电路也主要是给电子电磁的初学者和磁能自由能的爱好者准备的,可以使这些人一步到位,轻轻松松越过电子科学这道对于大多数人来说,通常是较难逾越的门坎,直接登堂入室,去探究当代这个小小的、奇特的、仍然固守着能量守恒和私有制观念的行星上,那些像激流一般涌动的最先进的思想和科学技术中的种种奥秘。
只要他愿意,有了这些知识和利器作为积淀,他可以在电磁的及未来的神奇世界中自由徜徉和驰骋,去及时寻找和发现真我,救赎别人解放自己,实现人生的真正终极目标和价值。
因此,随着时光的不断流淌和历史的不断更新,可以越来越清晰地看到和理解到,所谓开悟、得道或得到解脱的人,从最广义的角度上来讲,就是发现了真我(刘注:即道家的真人)的人,就是在寻找和发现真我的路途上努力前行的人,就是在人类进化之路上一直奋力拼搏的人,他们才是人类和这颗星球的未来、榜样和希望——。
另外,历史发展到了今天,最先进的科学研究已经可以清楚的、明白无误地指出,生命的进化,从“猴子到人”,不仅仅是一种低层次的认识,而且是宇宙中智能生命体发展演变过程中的一个非常低级和初级的阶段,还远远没有完结。
因此说,任何人或猴-人(The monkey -man)想要阻挠、中止这个星球上的物种从“猴子到人”之后的演变进程,让地球的演化停摆,永远停留、驻守和终止在“守恒”和人或更糟的the monkey -man之状态,都将是非常滑稽的,仅仅是一种妄想,是绝对不可能成功的!对那些无理的取闹和种种阴谋及阻挠,不仅绝大多数要求继续进步的人不会答应,就连那些还没来得及进化成人的,要求进步的的猴子恐怕也绝不会答应------。
(一)
先看下面的脉冲放大驱动电路图10和图11。在继续我们的新奇探索之旅之前,需要强调一点的是,制作全部电路时,应焊接的很紧凑,引线要尽量短,光耦模块的引线也尽量要短,必要时可使用屏蔽线,以减小可能的干扰。
http://s9/mw690/003cZVZDzy6MHl20fTqe8&690
图10
http://s11/mw690/003cZVZDzy6MHl5C5Vo3a&690
图11
(注意:图10,图11中的两个Vss要接在一起,都接12V电源的负极。555芯片第6、8脚引线的交叉点不连接。***12V电源要根据电路中具体应用的器件的电压和允许功率,灵活调整和掌握,一般在不影响后面的驱动的情况下,可以在5V~12V之间选择***)
先看图10左面部分,这是一个由一块NE555芯片构成的施密特触发器,NE555 时基集成电路,大约是在1971年由Signetics Corporation推出,在当时是一款快速得到了商业化的Timer IC(时基集成电路),在随后的几十年被业内大量采用,并创造构思出许多简单实用、脍炙人口的电路,施密特触发器即是其一,如果说,555曾是几代电子发烧友魂牵梦绕的最爱,也许都不算为过吧-----,尽管新版本的芯片,如TLC555等,在功能速度上又有了很大的飞跃(最高工作频率是2100kHz,比NE555的500kHz——作为振荡器时的最高频率,高出不少,功耗却很低),但其脚位功能并没有变化,到目前为止都可以直接代用。
555芯片有8个引脚,电路的输出有高电平和低电平两种状态,它的两个输出内阻只有十几欧,具有较大的驱动力,作为施密特触发器的应用,其负载在这里的接法有两种:
第一种接法:如图10那样,把负载电阻R2和三极管Q1接在555第3脚输出端Vout和地之间,这是最常用的接法,这时电流从电源正极经过内阻流入负载后入地,是从555电路向外流进负载的,所以称为拉出电流或输出电流。当输出是低电平时,负载中没有电流。
第二种接法:如图11那样,是把负载(Q2、R2)接在电源正极和555输出端之间,在这种接法下,当输出是高电平时,负载中没有电流。只有当输出是低电平时,电流从电源正极流经负载和内阻后入地,是从外面流进555电路的,所以称为吸入电流或灌入电流。
是第一种还是第二种接法,取决于电阻R1的连接是上拉还是下拉,是接正还是接负,也取决于你想要多大的驱动功率,要大功率时,可以使用第二种接法。
以上两种接法,芯片的5、7脚都不用接,1脚为负极,4、8脚接正极,2、6脚短接作为控制输入端,3脚为输出。
另一点要注意的是,在第一种接法时,该555电路同时也是一个反相器,而第二种接法时,芯片对前面的信号没有反相的作用。图11后面再谈,先看图10。
在图10里,这个施密特触发器的作用,相当于是后面那个大功率三极管Q1的专用驱动器,也就是说,大功率三极管现在也有了专用驱动器了,这是过去“闻所未闻”的事。
这个555施密特触发器用在这里的妙处是,和前面实现了无缝对接,也就是前面的信号Vout1和Vout2只要再经过一次反相之后,就可以直接接到图10的输入端Vin上,无需任何控制和调整,后面大功率三极管Q1中的任何变化,包括电流电压频率温度等,也都不会影响到NE555施密特触发器的输出和波形,只要你在NE555的额定指标之内运行。NE555在这里,也就是在它和Q1之间,似乎设置了一道看不见的屏障,这使得整个电路的调整变得异常舒服和简单,唯一可调整和需要调整的,现在只剩下图10中的电位器R2了,这正是我们求之不得的事。
这个NE555施密特触发器和前面的电路共用一组12V电源,NE555芯片的基本参数是:
工作电压4.5-18V
工作电流3-6
mA
最大输出电流225mA
(max)
上升/下降时间100
ns
频率0.5MHz
一般大功率高反压三极管,如J13009-2和 2SC3320的下降时间(fall time ,也是管子关闭时间),大约是700~150ns,NE555是100 ns,因此,这个施密特触发器的频率、波形及驱动力,作为功率开关管的一种驱动器,对于小型、小规模的磁能自由能研究和实验来说,应该说是游刃有余,至少在100KHz以内,你可以放心大胆地用,波形不会失真。
也许,和其它几项参数比起来,225mA的驱动力可能略显一些逊色,然而要想上下面面俱到,处处十全十美,似乎也不大可能,但不要着急,这个缺陷,可以通过图11的电路,和后面要介绍的两个驱动力同样强劲的达林顿驱动电路,以及图10这个电路自身的完善得到修正和补足。
所谓自身的完善,是选择一只放大倍数更高,电流电压更合适,总之是更加匹配的大功率管,放在Q1的位置就可以了,当然,也可以使用更高一些的电压,但不建议用的太高,一般的情况是,实际使用的电压应小于管子Q1耐压的二分之一,在电磁、电感性的实验中,更需注意电压的恰当合理的使用。
555施密特触发器暂时谈到这里,现在看图10右边的电位器R2和大功率三极管Q1,至于负载、驱动电源,输入输出功率的测量等等,这些题目,以后有时间再谈。
先看下面图10的具体化的实物电路图12
http://s3/mw690/003cZVZDzy6MHlasB9wc2&690
图12
图12中的R2可以选用一只如图中所示的2W
1K的单圈碳膜电位器----
(刘注:注意,该电路到目前为止使用的所有电阻、电位器,除非是特别注明的,全是碳膜、金属膜的电阻和电位器,不要用线绕的电阻和电位器,线绕的有电感,会对脉冲信号产生很糟的影响。线绕的在什么地方可以用或需要用,到时会注明,另外,重要的、需注明瓦数的电阻,也会注明。电阻功率的计算公式,在网上可以方便查到。注意,同一功率的电阻中流过的脉冲峰值电流,可以是平均电流的一倍至几倍,其大小和电阻的散热条件及脉冲占空比密切相关。在感性负载中,脉冲峰值电流还可在这个基础上再加大。)
----待续----