Блокинг генератор принцип работы: Блокинг-генератор – Блокинг-генератор — Википедия

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 Wб трансформатора, конденсатора C и резистора R. Резистор Rб создает контур разряда конденсатора, когда транзистор закрыт. Выходной сигнал может быть снят либо непосредственно с коллектора транзистора, либо с дополнительной нагрузочной обмотки Wн 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 iсоздает магнитный поток, потокосцепление которого с обмоткой коллекторной цепи Wк определяется из уравнения

Y = Lк·i, (1.63)

где Lк — индуктивность обмотки Wк; i=(iк-iб‘-iн‘) — намагничивающий ток; iб‘=nб·iб — ток базовой обмотки W

б, приведенный к первичной обмотке Wк;nб=Wб/Wк; iн‘=iн·nн — ток нагрузки обмотки Wн, приведенный к первичной обмотке Wк; nн=Wн/Wк.

Работа схемы. В исходном состоянии транзистор заперт отрицательным напряжением смещения Еб, 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 iк и базового тока iб. 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 Ек приложено к обмотке Wк трансформатора и ток этой обмотки будет непрерывно увеличиваться (dY/dt=const при Lк=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 Wб 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 Rн‘=Rн/nн2, Rвх‘=Rвх/nб2 — 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 Iб(0) = -Iко. Конденсатор С заряжен до напряжения

Uc(0) = -Eб + Iко·Rб, (1.64)

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

F1 = Iко·Wк, (1.65)

Запуск и опрокидывание. В момент времени t1 (рис.1.32) поступает запускающий импульс eзап положительной полярности, который подается в цепь базы транзистора. Транзистор отпирается, что приводит в действие цепь положительной ОС. Ток коллектора растет, вызывая рост базового тока iб. 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

iк = iб·nб + iн·nн, (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 t2 из-за уменьшения коллекторного напряжения Uк и роста базового тока iб транзистор попадает в режим насыщения, при котором Uк  0, U Ек.

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 Ек, а в обмотках Wб и Wн индуцируются ЭДС, равные Uбnб·Ек и Uнnн·Ек. Токи i и iк нарастают во времени, что видно из диаграммы (рис.1.32). Ток базы также изменяется во времени из-за зарядки конденсатора C :

iб(t) = iб(t2)e -t/t, (1.70)

где

,(1.71)

rвхн  входное сопротивление насыщенного транзистора;

t=C·(R+rвхн)  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:

iк = i + iб ‘+ iн‘, (1.72)

где i — ток намагничивания, iб‘=iб·nб; iн‘=Ек·nн2/Rн  приведенные к коллекторной обмотке токи базы и нагрузки.

Ток намагничивания i создается под воздействием приложенного к коллекторной обмотке Wк напряжения Ек 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=Ек, откуда находим

, , (1.73)

где tв — 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 t

3, когда выполняется условие

iк(t3) = ·iб(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 nб=1/3…1/6, тогда -nб 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 Uc(t3)=Uc(t4). Уменьшение тока iк приводит к уменьшению Uб, а значит и тока базы iб. В итоге происходит дальнейшее уменьшение тока iк. Заряд, накопленный в базе, быстро рассасывается. Транзистор запирается, и токи iк и iб становятся равными Iко.

Из временной диаграммы тока базы (рис.1.32) видно, что во время обратного опрокидывания iб имеет обратное направление и значение его во много раз больше Iко. 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 Wб — R — Rб — Eб. Процесс восстановления заканчивается в момент времени, когда напряжение на конденсаторе достигнет установившегося значения Uc(0).

Время восстановления можно находить из упрощенного выражения

tвос  (3…5)·С·(R + Rб), (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 Uсм, минус которого приложен к базе транзистора (рис.1.34,б). Конденсатор разряжается через обмотку Wб, резистор Rб и источник смещения Еб. При этом напряжение на базе уменьшается стремясь к уровню:

Uбэ() = Еб + Iко·Rб  Еб, (1.80)

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

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

Длительность паузы

, (1.81)

где Uсм  nб·Ек, R=0.

Тогда период автоколебаний T = tв + tп.

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:

Tи≈(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 (-Eб) 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 -Eб. 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:

Тз≥(5÷10)R1C1

где Тз — 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. RЭБ 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 VDшRш.

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. RЭБ 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 VDшRш.

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 Wк импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого используется для создания положительной обратной связи: при увеличении коллекторного тока Iк напряжение на базовом конце обмотки Wб 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 nБк (где nБ = Wб/Wк – 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 Сф, 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 Wн и поступает на сопротивление нагрузки Rн. Регулировка длительности генерируемых импульсов может осуществляться с помощью добавочного переменного резистора Rдоб 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.

блокинг-генератор

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.

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.

блокинг-генератор принцип работыТок 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.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о