Блокинг — генераторы.

Блокинг-генератор по принципу построения представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. Блокинг-генераторы применяют в качестве мощных источников коротких импульсов (длительностью от сотых долей до десятков микросекунд), имеющих большую скважность (больше 10) и высокую крутизну фронтов. На основе блокинг-генераторов часто выполняют формирователи управляющих импульсов в системах цифрового действия, они находят применение в схемах формирования пилообразного тока в устройствах электромагнитной развертки электронного луча по экрану электронно-лучевых приборов. Блокинг-генераторы могут работать в различных режимах: ждущем, автоколебательном, режимах синхронизации и деления частоты.

В качестве сердечника импульсного трансформатора используют ненасыщающиеся сердечники из магнитомягкого материала, т.е. сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. Наличие трансформатора в схеме блокинг-генератора позволяет осуществить электрическую развязку цепи нагрузки и источника питания, легко обеспечить согласование с нагрузкой обеспечить одновременное получение нескольких импульсов одинаковой или разной полярности и разной амплитуды.

Рис.1.31. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы блокинг-генератора

Рассмотрим работу ждущего блокинг-генератора на примере схемы, приведенной на рис.1.31,а. Она выполнена на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эммитером, и трансформаторе T. Цепь положительной обратной связи осуществлена с помощью вторичной обмотки W

б трансформатора, конденсатора C и резистора R. Резистор R_б создает контур разряда конденсатора, когда транзистор закрыт. Выходной сигнал может быть снят либо непосредственно с коллектора транзистора, либо с дополнительной нагрузочной обмотки W_н трансформатора; цепь из диода VD₁ и резистора R₁ защищает транзистор от перенапряжений.

Будем считать, что сердечник трансформатора в процессе работы не насыщается. При этом между напряженностью магнитного поля H и индукцией B имеется однозначная связь

B = ·H, (1.62)

где  — магнитная проницаемость материала сердечника, являющаяся, в свою очередь, функцией напряженности  = f(H).

Для упрощения рассмотрения в дальнейшем будем считать =const. Намагничивающий ток i_создает магнитный поток, потокосцепление которого с обмоткой коллекторной цепи W_к определяется из уравнения

Y = L_к·i_, (1.63)

где L_к — индуктивность обмотки W_к; i_=(i_к-i_б‘-i_н‘) — намагничивающий ток; i_б‘=n_б·i_б — ток базовой обмотки W_б, приведенный к первичной обмотке W_к;n_б=W_б/W

к; i_н‘=i_н·n_н — ток нагрузки обмотки W_н, приведенный к первичной обмотке W_к; n_н=W_н/W_к.

Работа схемы. В исходном состоянии транзистор заперт отрицательным напряжением смещения Е_б, приложенным к цепи база-эмиттер транзистора. Блокинг-генератор находится в состоянии устойчивого равновесия, из которого он может быть выведен подачей в цепь базы транзистора запускающего импульса положительной полярности. При отпирании транзистора начинает действовать положительная обратная связь, т.е. возникает регенеративный процесс лавинообразного роста коллекторного тока i_к и базового тока i

б. В результате этого процесса транзистор входит в режим насыщения. Начинается процесс формирования переднего фронта импульса, по окончании которого формируется вершина импульса.

В этой стадии практически все напряжение питания Е_к приложено к обмотке W_к трансформатора и ток этой обмотки будет непрерывно увеличиваться (dY/dt=const при L_к=const). Следовательно, ток коллектора будет непрерывно нарастать. В то же время ток базы непрерывно уменьшается за счет зарядки конденсатора C через эмиттерный переход транзистора, причем напряжение обмотки W_б в этот промежуток времени можно считать постоянным.

В конечном итоге в результате увеличения тока коллектора и уменьшения тока базы транзистор из режима насыщения выходит в активный режим и действие положительной обратной связи восстанавливается. Возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания, в течении которого ток коллектора падает до нуля, а напряжение на коллекторе становится равным Е

к. На этом цикл кончается и блокинг-генератор возвращается в исходное состояние, из которого он может быть выведен только следующим запускающим импульсом.

Таким образом за рабочий цикл блокинг-генератора формируется короткий импульс довольно большой мощности.

Рассмотрим отдельные этапы переходного процесса в блокинг-генераторе. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой коллекторной цепи транзистора генератора (рис.1.31,б), где R

н‘=R_н/n_н², R_вх‘=R_вх/n_б² — сопротивление в базовой цепи транзистора, в схеме не учтены индуктивности рассеяния трансформатора и паразитные емкости. Временные диаграммы, поясняющие работу блокинг-генератора, приведены на рис.1.32.

Исходное состояние. В ждущем режиме в исходном состоянии транзистор заперт отрицательным напряжением -Е_б, в цепи базы протекает ток I_б(0) = -I_ко. Конденсатор С заряжен до напряжения

U_c(0) = -E_б + I_ко·R_б, (1.64)

Напряжение на всех трех обмотках трансформатора равно нулю, а в сердечнике трансформатора имеется небольшой постоянный магнитный поток, обусловленный намагничивающей силой

F₁ = I_ко·W_к, (1.65)

Запуск и опрокидывание. В момент времени t₁ (рис.1.32) поступает запускающий импульс e_зап положительной полярности, который подается в цепь базы транзистора. Транзистор отпирается, что приводит в действие цепь положительной ОС. Ток коллектора растет, вызывая рост базового тока i_б. Так как емкость конденсатора C достаточно велика, напряжение на ней практически не меняется в течении всего процесса регенерации. Можно считать, что ток заряда конденсатора C равен i

б, т.к. сопротивление резистора R много больше входного сопротивления открытого транзистора.

Рис.1.32. Временные диаграммы токов и напряжений блокинг-генератора

Развитие регенеративного процесса отпирания транзистора возможно, если в схеме создаются условия для увеличения тока базы за счет положительной обратной связи. Это означает, что цепь обратной связи должна обеспечить соотношение для токов транзистора, при котором

,(1.66)

где ток коллектора

i_к = i_б·n_б + i_н·n_н, (1.67)

Если принять на этапе регенеративного процесса напряжение на коллекторной обмотке равным U_к, то

,(1.68)

В результате подстановки выражения (1.67) в (1.66) с учетом (1.68) находим условие, необходимое для развития прямого регенеративного (блокинг) процесса в схеме

, (1.69)

Регенеративный процесс опрокидывания длится до тех пор, пока действует положительная ОС и транзистор находится в активной области. В момент времени t

2 из-за уменьшения коллекторного напряжения U_к и роста базового тока i_б транзистор попадает в режим насыщения, при котором U_к  0, U₁  Е_к.

Формирование вершины импульса. При работе транзистора в режиме насыщения формируется вершина импульса (интервал времени t₂-t₃). При этом к первичной обмотке трансформатора приложено практически все напряжение Е_к, а в обмотках W_б и W_н индуцируются ЭДС, равные U_бn_б·Е_к и U_нn_н·Е_к. Токи i

 и i_к нарастают во времени, что видно из диаграммы (рис.1.32). Ток базы также изменяется во времени из-за зарядки конденсатора C :

i_б(t) = i_б(t₂)e ^-t/t, (1.70)

где

,(1.71)

r_вхн  входное сопротивление насыщенного транзистора;

t=C·(R+r_вхн)  постоянная времени зарядной цепи.

В выражении (1.71) не учтено активное сопротивление базовой обмотки трансформатора.

Через коллекторную обмотку и транзистор протекает ток (рис.1.31,б), равный сумме трех составляющих:

i_к = i_ + i_б ‘+ i_н‘, (1.72)

где i_ — ток намагничивания, i_б‘=i_б·n_б; i_н‘=Е_к·n_н²/R_н  приведенные к коллекторной обмотке токи базы и нагрузки.

Ток намагничивания i_ создается под воздействием приложенного к коллекторной обмотке W_к напряжения Е_к и обусловлен перемещением рабочей точки по кривой намагничивания сердечника трансформатора из точки O’ в направлении к точке M (рис.1.22). Характер изменения во времени тока i_ зависит от вида кривой намагничивания и числа витков коллекторной обмотки (ее индуктивности L) и обычно близок к линейному закону. Для тока будет действительно уравнение L·di_/dt=Е_к, откуда находим

, , (1.73)

где t_в — длительность вершины импульса.

Временные диаграммы изменения составляющих тока коллектора согласно выражения (1.72) показаны на рис.1.33.

Рис.1.33. Временные диаграммы изменения составляющих тока коллектора

С увеличением тока коллектора происходит рассасывание избыточных неосновных носителей заряда, накопленных в базе. С уменьшением тока базы этот заряд также уменьшается. В момент времени t₃, когда выполняется условие

i_к(t₃) = ·i_б(t₃), (1.74)

транзистор выходит из режима насыщения в активную область и формирование вершины импульса заканчивается.

Длительность вершины выходного импульса блокинг-генератора можно найти из условия (1.74), которое с учетом выражений (1.70…1.73) принимает вид

, (1.75)

Для решения этого уравнения разложим экспоненту e^-t/ в степенной ряд для t/ << 1:

,(1.76)

Ограничиваясь первыми двумя членами ряда (1.76) из (1.75), получаем выражение для длительности вершины импульса

, (1.77)

Обычно n_б=1/3…1/6, тогда -n_б и формула (1.77) принимает вид

, (1.78)

Обратное опрокидывание и восстановление исходного состояния. В момент t₃ выхода транзистора в активную область вступает в действие положительная ОС и возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания. При этом в течении процесса регенерации можно считать, что заряд конденсатора С остается постоянным и U_c(t₃)=U_c(t₄). Уменьшение тока i_к приводит к уменьшению U_б, а значит и тока базы i_б. В итоге происходит дальнейшее уменьшение тока i_к. Заряд, накопленный в базе, быстро рассасывается. Транзистор запирается, и токи i_к и i_б становятся равными I_ко.

Из временной диаграммы тока базы (рис.1.32) видно, что во время обратного опрокидывания i_б имеет обратное направление и значение его во много раз больше I_ко. Это обусловлено наличием избыточного заряда в базе насыщенного транзистора, носители которой в момент изменения приложенного напряжения на обратное изменяют ток базы транзистора.

С момента времени t₄ начинается процесс восстановления исходного состояния, который связан с рассеиванием электромагнитной энергии, запасенной в сердечнике трансформатора, и с разрядом конденсатора C. Разряд конденсатора С происходит по цепи W_б — R — R_б — E_б. Процесс восстановления заканчивается в момент времени, когда напряжение на конденсаторе достигнет установившегося значения U_c(0).

Время восстановления можно находить из упрощенного выражения

t_вос  (3…5)·С·(R + R_б), (1.79)

Для перевода блокинг-генератора в автоколебательный режим на схему подают положительное напряжение смещения (рис.1.34,а).

Рис.1.34. Схема блокинг-генератора в автоколебательном режиме (а),

диаграмма изменения напряжения на базе транзистора (б).

Процессы, протекающие в автоколебательном режиме работы блокинг-генератора, аналогичны процессам в ждущем режиме. Начнем рассмотрение этого режима с момента запирания транзистора Т. В этот момент конденсатор С заряжен до некоторого максимального напряжения U_см, минус которого приложен к базе транзистора (рис.1.34,б). Конденсатор разряжается через обмотку W_б, резистор R_б и источник смещения Е_б. При этом напряжение на базе уменьшается стремясь к уровню:

U_бэ() = Е_б + I_ко·R_б  Е_б, (1.80)

В определенный момент времени это напряжение достигает значения U_пор>0, при котором транзистор отпирается. Процесс формирования импульса повторяется. По окончании его конденсатор С снова оказывается заряженным до напряжения U_см.

Длительность импульса определяется как и в ждущем режиме по выражению (1.78).

Длительность паузы

, (1.81)

где U_см  n_б·Е_к, R=0.

Тогда период автоколебаний T = t_в + t_п.

мир электроники — Блокинг-генератор

Электронные устройства

 материалы в категории

Устройство блокинг-генератора

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором.
Вырабатываемые блокинг-генератором импульсы имеют большую крутизну фронта и среза и по форме близки к прямоугольным. Длительность импульсов может быть в пределах от нескольких десятков нс до нескольких сотен мкс.
Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности, т. е. длительность импульсов много меньше периода их повторения. Скважность может быть от нескольких сотен до десятков тысяч.

Транзистор, на котором собран блокинг-генератор, открывается только на время генерирования импульса, а остальное время закрыт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор открыт, много меньше времени, в течение которого он закрыт. Тепловой режим транзистора зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе.
Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую мощность во время импульсов малой и средней мощности.

Но одновременно с тем при большой скважности блокинг-генератор работает весьма экономично, так как транзистор потребляет энергию от источника питания только в течении небольшого времени формирования импульса.
Так же, как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режиме и режиме синхронизации.

Работа блокинг-генератора в автоколебательном режиме

Блокинг-генераторы могут быть собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или по схеме с ОБ. Схему с ОЭ применяют чаще, так как она позволяет получить лучшую форму генерируемых импульсов (меньшую длительность фронта), хотя схема с ОБ более стабильна по отношению к изменению параметров транзистора.

Схема блокинг-генератора показана на рис. 1.

аботу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор закрыт, а во второй — транзистор открыт и происходит формирование импульса. Закрытое состояние транзистора в первой стадии поддерживается напряжением на кондере С1, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии кондер медленно разряжается через большое сопротивление резика R1, создавая близкий к нулевому потенциал на базе транзистора VT1 и он остается закрытым.

Когда напряжение на базе достигнет порога открывания транзистора, он открывается и через коллекторную обмотку I трансформатора Т начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке II индуктируется напряжение, полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало положительный потенциал на базе. Если обмотки I и II включены неправильно, то блокинг-генератор не будет генерировать. Значится, концы одной из обмоток, неважно какой, необходимо поменять местами.

Положительное напряжение, возникшее в базовой обмотке, приведет к дальнейшему увеличению коллекторного тока и тем самым — к дальнейшему увеличению положительного напряжения на базе и т. д. Развивается лавинообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе.

Лавинообразный процесс открывания транзистора, называющийся прямым блокинг-процессом, происходит очень быстро, и поэтому во время его протекания напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса. Процесс заканчивается переходом транзистора в режим насыщения, в котором транзистор утрачивает свои усилительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается этап формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и кондер С1 заряжается базовым током.

Когда напряжение на базе постепенно приблизится к нулевому потенциалу, транзистор выходит из режима насыщения, и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение тока коллектора. При этом в базовой обмотке индуктируется напряжение, отрицательное относительно базы, что вызывает ещё большее уменьшение тока коллектора и т. д. Образуется лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг-процессом, в результате которого транзистор закрывается. Во время этого процесса формируется срез импульса.

Так как за время обратного блокинг-процесса напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике не успевают измениться, то после закрывания транзистора положительное напряжение на коллекторе продолжает расти и образуется характерный для блокинг-генератора выброс напряжения, после которого могут образоваться паразитные колебания.

Обратный выброс напряжения значительно увеличивает напряжение на коллекторе закрытого транзистора, создавая опасность его пробоя. Отрицательные полупериоды паразитных колебаний, трансформируясь в базовую цепь, могут вызвать открывание транзистора, т. е. ложное срабатывание схемы.

Для ограничения обратного выброса включают «демпферный» диод VD1. Во время основного процесса диод закрыт и не влияет на работу блокинг-генератора. Диод VD1 включается параллельно коллекторной обмотке трансформатора.

Опосля всех этих процессов происходит восстановление схемы в исходное состояние. Это и будет промежуток между импульсами. Процесс, так сказать, молчания заключается в медленном разряде кондера С1 через резик R1. Напряжение на безе при этом медленно растет, пока не достигнет порога открывания транзистора и процесс повторяется.

Период следования импульсов можно приближенно определить по формуле:

T_и≈(3÷5)R1C1

Ждущий режим блокинг- генератора

По аналогии со ждущим мультивибратором, для блокинг-генератора этот режим характерен тем, что схема генерирует импульсы только при поступлении на её вход запускающих импульсов произвольной формы. Для получения ждущего режима в блокинг-генератор должно быть включено запирающее напряжение (рис. 2).

В исходном состоянии транзистор закрыт отрицательным смещением на базе (-E_б) и прямой блокинг-процесс начинается только после подачи на базу транзистора положительного импульса достаточной амплитуды. Формирование импульса осуществляется так же, как и в автоколебательном режиме. Разряд кондера С после окончания импульса происходит до напряжения -E_б. Затем транзистор остается закрытым до прихода следующего запускающего импульса. Форма и длительность импульсов, формируемых блокинг-генератором, зависит при этом от параметров схемы.

Для нормальной работы ждущего блокинг-генератора необходимо выполнить неравенство:

Т_з≥(5÷10)R1C1

где Т_з — период повторения запускающих импульсов.

Для устранения влияния цепей запуска на работу ждущего блокинг-генератора включают разделительный диод VD2, который закрывается после открывания транзистора, в результате чего прекращается связь между блокинг-генератором и схемой запуска. Иногда в цепь запуска включают дополнительный каскад развязки (эмиттерный повторитель).

Примечание: сайт-источник: http://naf-st.ru

8.2 Автоколебательный блокинг-генератор.

На рис. 8.1. приведена схема автоколебательного блокинг-генератора. Он представляет собой усилитель охваченный положительной обратной связью (ПОС) через импульсный трансформатор. Первичная обмотка с числом витков w₁включена в коллекторную цепь транзистораVT1, вторичная обмотка с числом витков (w₂) — в базовую цепь транзистораVT1. Для повышения выходного напряжения предусмотрена третья обмотка с числом витковw₃.

Для обеспечения условия выполнения баланса фаз генератора первичная и вторичная обмотка включены встречно.

Рис. 8.1. Схема автоколебательного блокинг-генератора

Режим работы транзистора VT1 по постоянному току обеспечивается резисторомR, который определяет ток базы. Времязадающая цепьRCопределяет время паузы () блокинг-генератора. Поскольку скважность импульсовQ=10…100, то время импульсов () в десятки — сотни раз меньше времени паузы. Значит постоянная времениRCцепи () практически определяет период колебаний Т. Время паузы рассчитывается по формуле:

,

где .

Оценка величины , позволяет пренебречь вторым слагаемым в знаменателе. Тогда принимая во внимание эти допущения, получим время паузы блокинг-генератора (период и частоту) в виде:

;

; .

Для возбуждения блокинг-генератора необходимо выполнение двух условий — баланса фаз и баланса амплитуд:

к=0,1,2… (БФ)

(БА)

Определяя значение коэффициента усиления в активном режиме работы транзистора VT1 в период переходного процесса в соответствии со схемой замещения каскада и с учетом БА, получим:

.

Отсюда следует, что для выполнения БА:

,

где — входное сопротивление транзистора VT1, приведенное к первичной обмотке,

,

где .

Для блокинг-генераторов достаточны транзисторы с коэффициентом усиления по току .

На рис. 8.2. приведены осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора.

Рассмотрим осциллограммы с момента времени t₀=0. Конденсатор С, заряженный в предыдущем цикле, разрядился почти до нуля (транзистор VT1 в предыдущем цикле был заперт) при t > t₀ транзистор VT1 начинает открываться, ток коллектора возрастает, вызывая в коллекторной обмотке э.д.с самоиндукции. Это приводит в возникновению э.д.с. в базовой обмотке, «—» которой приложен к базе транзистора VT1, а «+» к конденсатору С, под действием которой конденсатор С начинает заряжаться. Потенциал «—» на базе транзистора VT1 относительно эмиттера увеличивает ток базы, что приводит к дальнейшему увеличению , обеспечивая лавинообразный процесс переключения транзистора VT1, который заканчивается в момент времени t₁ его насыщением. На этом этапе переключения транзистора (от закрытого tt₀ до насыщенного t=t₁) формируется передний фронт импульса. Напряжение на конденсаторе С () изменяется незначительно, поскольку длительность переднего фронта невелика. На участке t₀—t₁ транзистор VT1 находится в активном режиме (), а на участке t₁—t₂ в режиме насыщения, при этом и транзистор не усиливает сигналы.

После t₁, т.к. , баланс амплитуд в генераторе не выполняется, поэтому ток базы перестает управлять током коллектора. Уменьшается наводимая э.д.с. во вторичной обмотке, что приводит к уменьшению тока базы и на этом этапе формируется крыша импульса. Уменьшение тока базы приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока базы . Под действием э.д.с. происходит заряд конденсатора С, через ЭБ насыщенного транзистора VT1. R_ЭБ мало и заряд происходит очень быстро. При этом одновременно ток базы и напряжение на базе изменяются до нуля и в момент времени t₂ транзистор выходит из состояния насыщения.

Следовательно, он вновь восстанавливает свои усилительные свойства при последующем переходе в активный режим и в момент времени t₂ заканчивается формирование крыши импульса, после чего формируется его задний фронт.

На интервале времени t₂—t₃ ток колектора начинает уменьшаться, что приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции с полярностью противоположной предыдущей, т.е. способствующей отпиранию транзистора. При этом транзистор VT1 закрывается и тем самым формирует лавинообразный процесс, который заканчивается в момент времени t₃ запиранием транзистора.

Рис. 8.2. Осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора

На этом интервале напряжение на базе транзистора VT1 , что обусловлено конечным временем рассасывания дырок в базе, после насыщения транзистора VT1 и вызывает обратный ток .

Поскольку в момент запирания транзистора VT1 ток коллектора не равен нулю, то он не может мгновенно прекратиться. За счет э.д.с. самоиндукции коллекторной обмотки (э.д.с. повышается и стремиться поддержать ток коллектора ) напряжение на коллекторе превышает напряжение питания. При этом может быть порядка . Для ликвидации этого всплеска в схеме предусмотрена шунтирующая цепочка VD_шR_ш.

После t₃ начинается формирование паузы и происходит перезаряд конденсатора С через резистор R от . Напряжение на конденсаторе С () начинает медленно уменьшаться, и, когда напряжение достигнет нуля, схема возвращается к исходному моменту времени t₀ и начинается новое опрокидывание схемы. Реальный вид выходного напряжения блокинг-генератора приведен на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Реальные выходные осциллограммы автоколебательного блокинг-генератора

Длительность импульса блокинг-генератора можно вычислить по формуле:

.

Длительность фронта импульса определяется выражением:

.

При , получим .

Автоколебательный блокинг-генератор — Мегаобучалка

 

На рис. 8.1. приведена схема автоколебательного блокинг-генератора. Он представляет собой усилитель охваченный положительной обратной связью (ПОС) через импульсный трансформатор. Первичная обмотка с числом витков w₁ включена в коллекторную цепь транзистора VT1, вторичная обмотка с числом витков (w₂) — в базовую цепь транзистора VT1. Для повышения выходного напряжения предусмотрена третья обмотка с числом витков w₃.

Для обеспечения условия выполнения баланса фаз генератора первичная и вторичная обмотка включены встречно.

Режим работы транзистора VT1 по постоянному току обеспечивается резистором R, который определяет ток базы. Времязадающая цепь RC определяет время паузы () блокинг-генератора. Поскольку скважность импульсов Q=10…100, то время импульсов ( ) в десятки — сотни раз меньше времени паузы. Значит постоянная времени RC цепи ( ) практически определяет период колебаний Т. Время паузы рассчитывается по формуле:

 

,

 

где .

 

Рисунок 8.1 — Схема автоколебательного блокинг-генератора

 

Оценка величины, позволяет пренебречь вторым слагаемым в знаменателе. Тогда принимая во внимание эти допущения, получим время паузы блокинг-генератора (период и частоту) в виде:

 

;

 

; .

 

Для возбуждения блокинг-генератора необходимо выполнение двух условий — баланса фаз и баланса амплитуд:

 

к=0,1,2… (БФ) (БА)

 

Определяя значение коэффициента усиления в активном режиме работы транзистора VT1 в период переходного процесса в соответствии со схемой замещения каскада и с учетом БА, получим:

 

.

 

Отсюда следует, что для выполнения БА:

 

,

 

где — входное сопротивление транзистора VT1, приведенное к первичной обмотке,

 

,

 

где.

Для блокинг-генераторов достаточны транзисторы с коэффициентом усиления по току .

На рис. 8.2. приведены осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора.

Рассмотрим осциллограммы с момента времени t₀=0. Конденсатор С, заряженный в предыдущем цикле, разрядился почти до нуля (транзистор VT1 в предыдущем цикле был заперт) при t > t₀ транзистор VT1 начинает открываться, ток коллектора возрастает, вызывая в коллекторной обмотке э.д.с самоиндукции. Это приводит в возникновению э.д.с. в базовой обмотке, «—» которой приложен к базе транзистора VT1, а «+» к конденсатору С, под действием которой конденсатор С начинает заряжаться. Потенциал «—» на базе транзистора VT1 относительно эмиттера увеличивает ток базы, что приводит к дальнейшему увеличению , обеспечивая лавинообразный процесс переключения транзистора VT1, который заканчивается в момент времени t₁ его насыщением. На этом этапе переключения транзистора (от закрытого tt₀ до насыщенного t=t₁) формируется передний фронт импульса. Напряжение на конденсаторе С () изменяется незначительно, поскольку длительность переднего фронта невелика. На участке t₀—t₁ транзистор VT1 находится в активном режиме (), а на участке t₁—t₂ в режиме насыщения, при этом и транзистор не усиливает сигналы.

 

Рисунок 8.2 — Осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора

 

После t₁, т.к. , баланс амплитуд в генераторе не выполняется, поэтому ток базы перестает управлять током коллектора. Уменьшается наводимая э.д.с. во вторичной обмотке, что приводит к уменьшению тока базы и на этом этапе формируется крыша импульса. Уменьшение тока базы приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока базы . Под действием э.д.с. происходит заряд конденсатора С, через ЭБ насыщенного транзистора VT1. R_ЭБ мало и заряд происходит очень быстро. При этом одновременно ток базы и напряжение на базе изменяются до нуля, и в момент времени t₂ транзистор выходит из состояния насыщения.

Следовательно, он вновь восстанавливает свои усилительные свойства при последующем переходе в активный режим и в момент времени t₂ заканчивается формирование крыши импульса, после чего формируется его задний фронт.

На интервале времени t₂—t₃ ток колектора начинает уменьшаться, что приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции с полярностью противоположной предыдущей, т.е. способствующей отпиранию транзистора. При этом транзистор VT1 закрывается и тем самым формирует лавинообразный процесс, который заканчивается в момент времени t₃ запиранием транзистора.

На этом интервале напряжение на базе транзистора VT1 , что обусловлено конечным временем рассасывания дырок в базе, после насыщения транзистора VT1 и вызывает обратный ток .

Поскольку в момент запирания транзистора VT1 ток коллектора не равен нулю, то он не может мгновенно прекратиться. За счет э.д.с. самоиндукции коллекторной обмотки (э.д.с. повышается и стремится поддержать ток коллектора ) напряжение на коллекторе превышает напряжение питания. При этом может быть порядка . Для ликвидации этого всплеска в схеме предусмотрена шунтирующая цепочка VD_шR_ш.

После t₃ начинается формирование паузы и происходит перезаряд конденсатора С через резистор R от . Напряжение на конденсаторе С () начинает медленно уменьшаться, и, когда напряжение достигнет нуля, схема возвращается к исходному моменту времени t₀ и начинается новое опрокидывание схемы. Реальный вид выходного напряжения блокинг-генератора приведен на рис. 8.3.

 

 

Рисунок 8.3 — Реальные выходные осциллограммы автоколебательного блокинг-генератора

 

Длительность импульса блокинг-генератора можно вычислить по формуле:

 

.

 

Длительность фронта импульса определяется выражением:

 

.

 

При , получим .

 

Принцип работы блокинг-генератора — МегаЛекции

 

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный генератор релаксационных колебаний с сильной положительной обратной связью, осуществляемой с помощью импульсного трансформатора. Блокинг-генератор генерирует прямоугольные импульсы с малыми длительностями фронта и среза и практически плоской вершиной. Длительность генерируемых импульсов лежит в пределах от десятков наносекунд до сотен микросекунд. Характерной особенностью блокинг-генераторов является возможность получения большой скважности импульсов – от нескольких единиц до нескольких сотен.

Схема блокинг-генератора, работающего в автоколебательном режиме, приведена на рис. 1,а.

 

 

Рисунок 1

 

В цепь коллектора транзистора включена первичная обмотка W_к импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого используется для создания положительной обратной связи: при увеличении коллекторного тока I_к напряжение на базовом конце обмотки W_б отрицательно, что приводит к отпиранию транзистора.

Рассмотрим работу схемы с закрытого состояния транзистора VT1, которое поддерживается разрядным током конденсатора С1, протекающим от го правой обкладки через резистор R1, -Ек, общую точку, базовую обмотку импульсного трансформатора к левой обкладке конденсатора. Наводимая в базовой обмотке импульсного трансформатора ЭДС при протекании медленно меняющегося тока настолько мала, что ею можно пренебречь по сравнению с напряжением на конденсаторе и считать, что в течение разряда конденсатор подключен между базой и эмиттером (плюс к базе). Это обеспечивает закрытое состояние транзистора (интервал 0 – t₁ на рис. 1,б). В тот момент, когда понижающееся вследствие разряда конденсатора С1 напряжение на базе достигнет нуля (момент t₁), транзистор VT1 откроется. Появившийся базовый ток вызовет возрастание коллекторного тока, что приводит к наведению в базовой обмотке импульсного трансформатора ЭДС, приложенного знаком минус к базе, если базовая и коллекторная обмотки сфазированы соответствующим образом.

Наведенная в базовой обмотке ЭДС способствует возрастанию тока базы, а, следовательно, и тока коллектора. В результате процесс нарастания токов базы и коллектора и снижения (по абсолютной величине) коллекторного напряжения протекает лавинообразно (интервал t₁ – t₂). Этот процесс прекращается в тот момент, когда ток коллектора достигает насыщения (момент t₂). Начиная с этого момента, наступает этап формирования вершины импульса (интервал t₂ – t₃). Напряжение на коллекторе насыщенного транзистора остается практически постоянным (близким к нулю), а почти все напряжение источника питания прикладывается к коллекторной обмотке, вызывая увеличение тока намагничивания . В базовой обмотке индуцируется ЭДС, равная n_Б*Е_к (где n_Б = W_б/W_к – коэффициент трансформации импульсного трансформатора), под воздействием которой конденсатор С1 к моменту t₃ заряжается до значения через входное сопротивление насыщенного транзистора. По мере заряда конденсатора ток базы транзистора уменьшается. Это приводит к уменьшению степени насыщения транзистора, и в момент t₃ транзистор выходит из состояния насыщения. Формирование плоской вершины импульса заканчивается.

Далее транзистор вновь переходит в активный режим, при котором уменьшение тока базы приводит к уменьшению тока коллектора (интервал t₃ – t₄), при этом формируется срез импульса. В момент t₄ транзистор закрывается (режим отсечки тока).

Поскольку за короткий промежуток времени (от t₃ до t₄) напряжение на конденсаторе С1 и магнитная энергия в сердечнике импульсного трансформатора не успевают существенно измениться, то с переходом транзистора в режим отсечки напряжение на его коллекторе резко возрастает из-за появления ЭДС самоиндукции в коллекторной обмотке. Для уменьшения этого выброса и устранения возможного колебательного процесса в импульсном трансформаторе, обладающего некоторой паразитной емкостью С_ф, в схему вводят демпфирующую цепочку, состоящую из резистора R2 и диода VD1, которая шунтирует коллекторную обмотку. В течение формирования импульса диод VD1 закрыт, и цепочка не оказывает влияние на работу схемы.

После окончания переходного процесса транзистор остается запертым положительным напряжением на базе . В дальнейшем (на интервале t₄ – t₅) происходит рассмотренный ранее разряд конденсатора и лавинным процесс повторяется. Выходное импульсное напряжение снимается с нагрузочной обмотки W_н и поступает на сопротивление нагрузки R_н. Регулировка длительности генерируемых импульсов может осуществляться с помощью добавочного переменного резистора R_доб в цепи заряда конденсатора.

 

---

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Блокинг-генератор: виды, принцип работы

Блокинг-генератор – это релаксационный генератор импульсов, выполняется он на базе усилительного элемента (например, транзистора) с сильной трансформаторной обратной связью. Чаще всего используют положительную обратную связь.

Преимущества и недостатки

Достоинством таких генераторов считается относительная простота, возможность подсоединения нагрузки через трансформатор. Форма генерируемых импульсов приближается к прямоугольной, скважность достигает десятков тысяч, длительность – сотен микросекунд. Предельная частота повторений импульсов достигает нескольких сотен кГц. Емкость колебательных контуров у таких устройств небольшая, обуславливается межвитковыми емкостями и, конечно же, емкостью монтажа. Благодаря этим качествам блокинг-генератор нашел широкое применение в производстве: в устройствах автоматики, регулирования и промышленной электроники.

Недостатком этих генераторов является зависимость частоты от изменения напряжения питания. Стабильность частоты ниже, чем у мультивибратора, составляет всего 5-10 процентов.

Блокинг-генератор, собранный по схеме с положительной сеткой или с резонансным контуром, который настроен на частоту повтора импульсов, с фиксирующим диодом, имеет довольно высокую стабильность колебаний. Нестабильность частоты в таких схемах менее одного процента.

Существует множество схем реализации таких генераторов: ламповые транзисторные с базовым смещением, транзисторные с эмиттерной связью, с положительной сеткой, с усиленным каскадом, на полевых транзисторах и другие.

На фото изображен блокинг-генератор на полевом транзисторе.

Наибольшую популярность получили устройства на обычных транзисторах. В таких устройствах обычно используют импульсные трансформаторы. Генератор может работать в заторможенном режиме, он легко синхронизируется внешним сигналом.

Блокинг-генератор, принцип работы

Работа схемы разделяется на несколько этапов. Этап первый: происходит отпирание транзистора при поступлении импульса на эмиттер. Прибор начинает работать. Когда на базу транзистора поступает отпирающий ток, он вызывает накопление заряда, а также возрастание коллекторного тока. Через резистор положительная обратная связь, осуществляемая обмотками импульсного трансформатора, возбуждает лавинообразный процесс нарастания базового, коллекторного токов и тока нагрузки. При этом уменьшается разность потенциалов между эмиттером и коллектором транзистора, когда она достигнет нуля, прибор переходит в состояние насыщения. Этап второй: пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, считаем, что на обмотку подано постоянное напряжение питания. В результате на остальных обмотках трансформатора напряжение также неизменно. Характер изменения токов схемы определяется свойством цепей, которые включены последовательно с вторичными обмотками, а также со свойствами сердечника трансформатора. Например, при активной нагрузке ток будет постоянным. Ток на базе транзистора постоянный, но начинает уменьшаться при заряде конденсатора. Коллекторный ток определяется суммой тока намагничивания и переходных токов обмоток.

Ток намагничивания возрастает, характер роста определяется петлей гистерезиса материала сердечника. Вследствие этого увеличивается и ток коллектора. Это приводит к тому, что транзистор выходит из состояния насыщения, сформирована вершина импульса. Коллекторный ток снова становится зависимым от величины базового заряда, а базовый ток при этом начинает лавинообразно уменьшаться. Транзистор запирается, формируется срез импульса. При запирании прибора блокинг-генератор начинает восстанавливаться в исходное состояние.