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 - R 1 защищает транзистор от перенапряжений в момент закрытия.

Рассмотрим работу блокинг-генератора в автоколебательном режиме. На интервале времени t ₀ – t ₁ транзистор закрыт, напряжение на первичной обмотке трансформатора равно нулю. Закрытое состояние транзистора обеспечивается напряжением конденсатора С, поступающим на базу транзистора. На интервале времени t ₀ – t ₁ происходит перезаряд этого конденсатора по цепи: w _б - С – R – R _б - (- Е _к) и в момент времени t ₁ напряжение на нем равно 0. Происходит отпирание транзистора на интервале t ₁ – t ₂. Этот процесс обусловлен наличием положительной обратной связи и называется прямым блокнг-процессом.

При переходе в момент времени t ₁ 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 / b. Ток в коллекторной цепи состоит из трех составляющих:

i _к = i _н + i _б + i _m = i _н/ n _н + i _б/ n _б + i _m (10.1)

где n _н = w _к/ w _н; n _б = w _к/ w _б; i _m - ток намагничивания трансформатора.

Учитывая, что i _m невелик, можно принять

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

i _к = i _н + i _б

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

Если напряжение на w _к обозначить D U, то получим:

; (10.2)

Отсюда условие развития блокинг- процесса будет:

(10.3)

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

; (10.4)

где t _в -интервал формирования вершины импульса. В это время транзистор открыт, напряжение D 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 _m малы.

В момент времени t ₃ величина i _б = i _к /b 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 t ₄, 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 - R 1. Величины тока i _m и сопротивления R 1 определяют величину выброса напряжения за счет влияния самоиндукции трансформатора. Обеспечивается максимальное напряжение на коллекторе:

U _{к макс}. = (E _к + I _{m маск}. R 1) < 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.