Принцип построения и работы схем ждущего блокинг-генератора

Блокинг-генераторы в качестве формирователей импульсов работают в ждущем режиме. В этом режиме схема имеет одно устойчивое (заторможенное) состояние и генерирует импульсы прямоугольной формы с частотой следования импульсов запуска и с определенно сформированной длительностью. Длительность импульсов зависит только от параметров блокинг-генератора и не зависит от параметров управляющих импульсов запуска схемы.

Ждущий режим можно обеспечить, подав во входную цепь транзистора запирающее напряжение от дополнительного источника либо с дополнительного делителя. Для кремниевых транзисторов источник смещения не требуется, поскольку транзистор при косвенном методе смещения всегда будет в режиме отсечки, т.е. закрыт.

Поскольку ждущий блокинг-генератор является формирователем импульсов, то для точного задания длительности импульса в цепь ПОС всегда вводится формирующая RC-цепь. Отсутствие конденсатора в цепи ПОС не позволяет задать точную длительность регенеративных процессов, следовательно, и длительность выходного импульса. В этом случае длительность импульса будет зависеть от процессов намагничивания сердечника импульсного транзистора с резисторной цепью ПОС.

Для запуска ждущего (заторможенного) блокинг-генератора используются последовательный и параллельный способы. При последовательном запуске источник запускающих импульсов включается в разрыв базовой цепи. Внутреннее сопротивление источника запускающих импульсов должно быть минимальным, так как большое сопротивление в базовой цепи резко увеличивает общее сопротивление и приведет к уменьшению тока в эмиттерном переходе. В результате снизится инжекция и замедлится регенеративный процесс блокинг-генератора при запуске. Такие же требования предъявляются к источнику запускающего сигнала и при параллельном запуске, когда источник управляющих импульсов включается параллельно во входную или в выходную цепь.

При параллельном запуске в выходной цепи необходимо использовать диодный ограничитель для пропуска запускающих импульсов одной полярности, чтобы не допустить перенапряжение транзистора на коллекторном переходе.

Рассмотрим построение и работу ждущего блокинг-генератора по схеме, приведенной на рис. 11.64. Построение схемы ждущего блокинг-генератора аналогично построению схемы на рис. 11.63. Отличие состоит в том, что на эмиттерный переход подано напряжение обратного смещения с помощью источника смещения U_b. В результате транзистор при включении напряжения находится в режиме отсечки, т.е. закрыт. Цепь положительной обратной связи (ПОС) разомкнута для включения последовательным способом в нее источника запускающего сигнала.

Рис. 11.64. Схема ждущего блокинг-генератора с RC-цепочкой и последовательным запуском

Для выполнения требования, предъявляемого к источнику сигнала (минимальное сопротивление источника), на входе блокинг-генератора можно установить эмиттерный повторитель (на рис. 11.64 включение показано штриховой линией). В этом случае запускающий сигнал подается на вход эмиттерного повторителя (1/_эп).

При включении напряжений U_K и t/g транзистор закрыт, и конденсатор частично заряжен до напряжения U_b через эмиттерную конструктивную нагрузку эмиттерного повторителя или через источник входного сигнала при отключенном эмиттерном повторителе. Поскольку напряжение смещения t/g приблизительно в 2—3 раза меньше основного напряжения питания U_K, заряд конденсатора незначителен (полярность на конденсаторе показана на рис. 11.64). Конденсатор не разряжается, так как в цепи источника напряжение t/g больше, чем напряжение заряженного конденсатора (U_c < t/g) из-за диэлектрических потерь конденсатора (Д5).

Рис. 11.65. Временные диаграммы напряжений в схеме ждущего бло- кинг-генератора

При подаче на вход схемы отрицательного запускающего импульса (U₃) с амплитудой, превышающей напряжение запирания транзистора (U >U_C »t/„), транзистор открывается (момент вре- мени t_x на рис. 11.65). Коллекторный ток, протекая по обмотке w_1? наводит ЭДС в выходной обмотке и>₃ и обмотке положительной обратной связи (ПОС) w₂. Напряжение с обмотки ПОС форсирует открытие транзистора благодаря положительной обратной связи, и повторяется лавинообразной процесс, рассмотренный в схеме са- мовозбуждающегося блокинг-гене- ратора. Одновременно с этим процессом происходит полный заряд конденсатора (С) до напряжения U_QC, значительно превышающего t/g (U_c > U_qc »t/_B) (момент времени fj—1₂ на рис. 11.65, б).

По окончании входного запускающего импульса транзистор закрывается напряжением смещения ?/_Б (t₂ на рис. 11.65, а, в). Процессу форсированного (ускоренного) запирания транзистора способствует разряд конденсатора по цепи: +С -» w_oc(w₂) -> R -> + U_b -» -> /*_0Б — t/g -> U_BX -» —С, при котором за счет тока разряда кон

денсатора на базовом резисторе создается падение напряжения U_R. Напряжение U_R действует согласованно с напряжением и_ъ и увеличивает обратное смещение на эмиттерном переходе, что способствует обратному блокинг-процессу в схеме и закрытию транзистора (t₂—на рис. 11.65, б).

В момент времени t₂ на коллекторе транзистора увеличивается потенциал на A U выше U_K, т.е. происходит скачок потенциала коллектора (рис. 11.65, в), который возникает в результате действия ЭДС взаимоиндукции в коллекторной обмотке Wj, наведенной в начале разряда конденсатора по цепи ПОС.

На этом заканчивается данный цикл работы блокинг-генерато- ра, а новый цикл наступает с поступлением следующего запускающего импульса. Частота следования запускающих импульсов определяется постоянной времени работы RC-цепи Т = т = CR.

Рис. 11.66. Схема ждущего блокинг-генератора с RL-цепочкой и параллельным запуском

На рис. 11.66 приведена схема ждущего блокинг-генератора без источника смещения и с параллельным включением источника запускающих импульсов и времяопределяющей RL-цепью. Работа схемы аналогична работе схемы, представленной на рис. 11.64. Отличительной особенностью схемы является только то, что длительность переходного процесса при открытии и закрытии транзистора, т.е. время, определяющее длительность импульса на выходе, зависит от последовательно включенной обмотки ПОС (w₂) и базового резистора R, в которой резистор исключает короткое замыкание обмотки ПОС (н>₂) через эмиттерный переход открытого транзистора. В схемах с времяопределяющей (задерживающей переходный процесс) RL-цепью необходимо применять насыщающийся трансформатор с большой остаточной магнитной индукцией. Обмотка обратной связи трансформатора характеризуется индуктивностью L_oc, которая определяет величину остаточной магнитной индукции в сердечнике и тем самым способствует поддержанию ЭДС в обмотках трансформатора. ЭДС в обмотках трансформатора, наведенная за счет остаточного магнитного потока в сердечнике трансформатора, задерживает переходы транзистора из режима отсечки в режим насыщения, и обратно. Длительность выходного импульса определяется по формуле т = L_oc/R.

При включении источника питания схемы транзистор закрыт из-за отсутствия прямого смещения на эмиттерном переходе. Отрицательный входной запускающий сигнал открывает транзистор. В открытом транзисторе протекающий нарастающий коллекторный ток создает условие наведения ЭДС в обмотках трансформатора. Напряжение в обмотке ПОС (w₂) усиливает прямое смещение на эмиттерном переходе транзистора, что способствует быстрому переходу транзистора в режим насыщения. Влияние входного импульса в этот момент ничтожно мало, поэтому входной импульс может быть коротким по длительности. При переходе транзистора в режим насыщения, когда коллекторный ток стабилизируется и прекращается изменение магнитного потока от действия коллекторного тока, в сердечнике трансформатора поддерживается изменяющийся магнитный поток за счет остаточной магнитной индукции. В результате во всех обмотках трансформатора наводится ЭДС и, что самое главное, действует ЭДС в обмотке ПОС (w₂), которая до полного размагничивания сердечника создает прямое смещение на эмиттерном переходе транзистора и поддерживает транзистор в открытом состоянии. При полном размагничивании сердечника трансформатора транзистор вновь переходит в режим отсечки (закрывается) до поступления очередного запускающего импульса.

Таким образом, рассмотрев различные схемы блокинг-генера- торов, можно сделать вывод, что блокинг-генераторы имеют высокий коэффициент действия, так как в паузе между импульсами ток от источника питания практически не потребляется. По сравнению с мультивибраторами и одновибраторами блокинг-генераторы позволяют получить большую скважность и меньшую длительность импульсов. Важным достоинством блокинг-генерато- ров является возможность получения импульсов, амплитуда которых больше напряжения источника питания. Это достигается с помощью коэффициента трансформации выходной (нагрузочной) обмотки (л₃ > 1). Блокинг-генераторы могут иметь несколько выходных обмоток трансформатора, что позволит осуществить гальваническую развязку между нагрузками и получать импульсы различной полярности.

Кроме рассмотренных схем транзисторных блокинг-генерато- ров существуют и другие модификации. Основными классификационными признаками, которые можно использовать при сопоставлении схем транзисторных блокинг-генераторов являются вид времязадающей цепи (RC или RL), схемы включения транзистора в усилительном каскаде (ОЭ, ОБ, ОК), а в схемах с RC-цепью — место включения конденсатора (базовая или эмиттерная цепь).

На основе блокинг-генераторов, т.е. релаксационных генераторов с трансформаторной обратной связью, проектируются преобразователи постоянного напряжения в переменное напряжение, которые являются распространенными элементами устройств электропитания.