Что такое блокинг генератор

Что такое блокинг генератор

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.

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.

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.

Читайте также:  Личный промокод для вайлдберриз

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

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.

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.

Читайте также:  Красные точки на экране монитора

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

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 Wк определяется из уравнения

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 Ек. 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/nн 2 , Rвх‘=Rвх/nб 2 — 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 -Еб, в цепи базы протекает ток Iб(0) = -Iко. Конденсатор С заряжен до напряжения

Читайте также:  Оукитель к 6000 обзор

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

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 iб, 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

Если принять на этапе регенеративного процесса напряжение на коллекторной обмотке равным Uк, 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, U1  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 :

,(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:

где i — ток намагничивания, iб‘=iб·nб; iн‘=Ек·nн 2 /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 t3, когда выполняется условие

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/ 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).

, (1.81)

Тогда период автоколебаний T = tв + tп.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector