Глава 10. Блокинг-генератор

Блокинг-генератор предназначен для формирования импульсов тока или напряжения прямоугольной формы, преимущественно малой длительности. По принципу построения это однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. По построению схем различают блокинг-генераторы с выходом транзистора из насыщения по входной цепи за счет уменьшения тока базы или по выходной цепи за счет увеличения тока коллектора (с времязадающим конденсатором и с насыщающимся трансформатором).

На Рис. 76 приведена схема блокинг-генератора с времязадающим конденсатором. Положительная обратная связь осуществляется с помощью обмотки трансформатора w_б, конденсатора С и резистора R . Нагрузка может подключаться к коллектору, или к специальной выходной обмотке w_н . В последнем случае обеспечивается потенциальное разделение цепей и возможно изменение амплитуды импульсов за счет подбора соответствующего коэффициента трансформации. Диод Д1 служит для исключения в нагрузке отрицательной полуволны выходного сигнала. Цепь Д2 - R1 защищает транзистор от перенапряжений в момент закрытия.

Рассмотрим работу блокинг-генератора в автоколебательном режиме. На интервале времени t₀ – t₁ транзистор закрыт, напряжение на первичной обмотке трансформатора равно нулю. Закрытое состояние транзистора обеспечивается напряжением конденсатора С, поступающим на базу транзистора. На интервале времени t₀ – t₁ происходит перезаряд этого конденсатора по цепи: w_б - С – R – R_б - (-Е_к) и в момент времени t₁ напряжение на нем равно 0. Происходит отпирание транзистора на интервале t₁ – t₂ . Этот процесс обусловлен наличием положительной обратной связи и называется прямым блокнг-процессом.

При переходе в момент времениt₁ напряжения U_бэ = U_С через ноль, появляются токи базы и коллектора. Появление I_к приводит к появлению напряжения на первичной обмотке w_к . Оно передается в обмотки w_б и w_н . При этом появляется сигнал в нагрузке и растет ток базы транзистора, что приводит транзистор в состояние насыщения. Очевидно, что насыщение возможно при i_б > i_к / . Ток в коллекторной цепи состоит из трех составляющих:

i_к = i_н + i_б + i_ = i_н/n_н + i_б/n_б + i_ (10.1)

где n_н = w_к/w_н ; n_б = w_к/w_б ; i_ - ток намагничивания трансформатора.

Учитывая, что i_ невелик, можно принять

i

Рис.76. Схема блокинг-генератора (а) и временная диаграмма (б)

_к = i_н + i_б

Е

Рис.76. Схема блокинг-генератора (а) и временная диаграмма (б)

сли напряжение наw_к обозначить U, то получим:

; (10.2)

Отсюда условие развития блокинг- процесса будет:

(10.3)

Характер i_ зависит от вида кривой намагничивания и обусловлен перемещением рабочей точки по ней. Соответствующим подбором индуктивности обмоток трансформатора обеспечивается i_{ макс} = (0,05 – 0,1) i_н. За счет этого траектория рабочей точки выражается практически линейным участком и можно считать, что L ( d i_ /dt) = E_к . Тогда,

; (10.4)

где t_в - интервал формирования вершины импульса. В это время транзистор открыт, напряжение U_кэ на нем мало. На коллекторной обмотке напряжение практически равно Е_к. На вторичных обмотках соответственно получим Е_к /n_н и Е_к /n_б. Ток базы i_б на интервале t_в обеспечивает режим насыщения транзистора. Одновременно происходит заряд конденсатора С через входную цепь транзистора, резистор R и обмотку w_б : w_б - С - R - Т. Ток i_к в основном определяется составляющей i_н, поскольку i_б и i_ малы.

В момент времени t₃ величина i_б = i_к / за счет заряда конденсатора. Это граничный режим. Далее транзистор выходит из насыщения и начинается процесс его запирания.

Время импульса . (10.5)

При запирании транзистора происходит обратный блокинг-процесс, приводящий к росту напряжения на обмотках w_к и w_б за счет перенапряжения. Заканчивается он запиранием транзистора. Время запирания (время среза) t_с так же, как время переднего фронта t_ф – микросекунды.

Процессы, происходящие в схеме после запирания транзистора в момент времени t₄, связаны с разрядом конденсатора и рассеиванием запаса энергии, накопленной в магнитном поле трансформатора. Разряд конденсатора С происходит по цепи: w_б - R - R_б - (-Е_к). Энергия трансформатора рассеивается по цепи w_к- Д2 - R1. Величины тока i_ и сопротивления R1 определяют величину выброса напряжения за счет влияния самоиндукции трансформатора. Обеспечивается максимальное напряжение на коллекторе:

U_{к макс}. = (E_к + I_{ маск}. R1) < U_{доп. к} . (10.6.)

Длительность паузы t_п зависит от времени разряда конденсатора

t_п  C R_б ln [ 1 + (1/n_б )]. (10.7)

Блокинг-генератор может работать в режиме синхронизации. При этом на базу транзистора подается синхронизирующее напряжение отрицательной полярности.

Возможна работа блокинг-генератора в ждущем режиме. Тогда на базу транзистора дополнительно подается напряжение смещения, отчего транзистор будет заперт до поступления входного импульса. Резистор R_б при этом подключается на напряжение дополнительного источника положительной полярности.