Ждущий режим работы блокинг-генератора
Лабораторная работа № 9
Блокинг-генераторы
Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором.Блокинг-генераторы могут быть собраны как на транзисторах, так и на электронных лампах.
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 наносекунд до нескольких сотен микросекунд. Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности -–от нескольких сотен до десятков тысяч.
Транзистор (или лампа) блокинг-генератора отпирается только на время генерации импульса, а остальное время заперт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор отперт, много меньше времени, в течение которого он заперт. Тепловой режим транзстора (лампы) зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе (аноде).Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую импульсную мощность при малой средней мощности.
Амплитуда импульсов блокинг-генератора благодаря повышающей нагрузочной обмотке может быть больше напряжения источника питания.
Блокинг-генератор , как и мультивибратор, может работать вавтоколебательном режиме, режиме внешней синхронизации и ли в ждущем режиме.
Автоколебательный режим
Транзисторный блокинг-генератор может быть собран по схеме с общей базой или с общим эмиттером. Схема с общей базой более стабильна по отношению к изменению параметров транзистора, а схема с общим эмиттером обеспечивает меньшую длительность фронта импульсов.
На рисунке 1 приведена основная схема автоколебательного блокинг-генеравтора на транзисторе структуры p-n-p, включенном по схеме с общим эмиттером, и с конденсатором в цепи базы (возможен также вариант схемы с конденсатором в цепи эмиттера), и графики напряжений.Нагрузку Rн обычно подключают через дополнительную нагрузочную обмотку.
Работу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор заперт, а во второй- транзистор отперт и происходит формирование импульса. Запертое состояние транзистора в первой стадии поддерживается напряжением на конденсаторе С, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии конденсатор медленно разряжается через большое сопротивление резистора Rб, создавая положительное напряжение на базе, и транзистор остается запертым.
Когда напряжение на базе Uб достигнет примерно нулевого уровня, транзистор отпирается и через коллекторную обмотку трансформатора Wк начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке трансформатора Wб индуктируется напряжени. Полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало отрицательный потенциал на базе. Если обмотки включены неправильно, то генерация не возникнет, и концы одной из обмоток следует поменять местами.
Отрицательное напряжение, возникшее в базовой обмотке, приведет к дальнейшему увеличению коллекторного тока и тем самым – к дальнейшему увеличению отрицательного напряжения на базе и т.д. Развивается лавиноообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе Uб – транзистор отпирается. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе Uк.
Лавинообразный процесс отпирания транзистора, который иногда называют прямым блокинг – процессом, происходит очень быстро, и за это время напряжение на конденсаторе и энергия магнитного поля в сердечнике трансформатора практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса. Процесс заканчивается переходом транзистора в режим насыщения,в котором транзистор утрачивает свои услительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается процесс формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и конденсатор заряжается базовым током.
Длительность этого этапа, определяющая длительность выходного импульса блокинг – генератора tи, может быть определена по приближенной формуле tи » (3 – 4) rБЭ С , где rБЭ - сопротивление между базой и эмиттером насыщенного транзистора. Оно составляет обычно несколько Ом.
Когда напряжение на базе достигнет примерно нулевого уровня, транзистор выходит из режима насыщения и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение коллекторного тока. При этом в базовой обмотке индуктируется положительное(относительно базы) напряжение, что вызывает еще большее снижение тока базы и тока коллектора и т. д. Возникает лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг – процессом, в результате которого транзистор запирается. Во время этого процесса формируется срез импульса.
Т.к. за время обратного блокинг-процесса напряжение на конденсаторе и энергия магнитного поля в сердечнике не успевают измениться, то после запирания транзистора отрицательное напряжение на коллекторе продолжает расти и образуется характерный для блокинг-генераторов выброс напряжения, после которого могут возникнуть паразитные колебания, положительные полупериоды которых могут вызвать отпирание транзистора, т.е. ложное срабатывание схемы. Кроме того, этот обратный выброс значительно увеличивает напряжение на коллекторе запертого транзистора, создавая опасность его пробоя.
Для ограничения обратного выброса включают “демпферный” диод D, а для устранения паразитных колебаний – также шунтирующий резистор Rш (десятки Ом). Во время формирования основного импульса диод заперт и не влияет на работу генератора.Цепь D, Rш может включаться параллельно коллекторной или нагрузочной обмоткам трансформатора.
Затем происходит восстановление исходного состояния схемы (промежуток между импульсами). Оно заключается в медленном разряде конденсатора через резистор Rб. При этом напряжение на базе медленно падает, пока не достигнет потенциала отпирания транзистора, и начнется следующий цикл работы. Период повторения импульсов можно определить по приближенной формуле
Ти »(3 – 5) Rб С
Сопротивление резистора Rб , через которое конденсатор разряжается, много больше сопротивления rБЭ , через которое конденсатор разряжается во время формирования импульса, поэтому скважность импульсов обычно довольно велика.
В транзисторных блокинг-генераторах разряд конденсатора происходит не только через резистор Rб, но и через переход база-эмиттер обратным током базы. Это обусловлено тем , что сопротивление между базой и эмиттером запертого транзстора имеет конечную величину (сотни килоОм) в отличие от запертой электронной лампы, для которой сопротивление между сеткой и катодом очень велико. В связи с сильной зависмостью сопротивления перехода от температуры стабильность частоты повторения импульсов основной схемы транзисторного блокинг-генератора меньше, чем у лампового. Но при относительно небольшой скважности, когда Rб относительно мало (сотни Ом – единицы колоОм) стабильность частоты следования импульсов удовлетворительная. Существуют схемные решения, повышающие эту стабильность.
В транзисторных блокинг-генераторах используют малогабаритные импульсные трансформаторы с тороидальными ферритовыми сердечниками, позволяющими получить при малом числе витков обмоток достаточную индуктивность и малое рассеяние магнитного потока.
Ждущий режим работы блокинг-генератора
Этот режим характерен тем, что схема генерирует импульсы только при поступлении на ее вход запускающих импульсов. Вариант схемы ждущего блокинг-генератора приведен на рисунке 2.
На базу подано запирающее напряжение + Uб , и прямой блокинг-процесс может начаться только после подачи на базу запускающего импульса U зап произвольной формы отрицательной полярности с достаточной амплитудой. Формирование блокинг-генератором одиночного импульса осуществляется так же, как и в автоколебательном режиме. Разряд конденсатора после окончания импульса происходит до напряжения +Uб. Затем транзистор остается запертым до прихода следующего запускающего импульса. Форма и длительность импульсов, формируемых блокинг-генератором, зависят при этом только от параметров схемы генератора. Для нормальной работы ждущего блокинг-генератора период запускающих импульсов должен быть в 5 – 10 раз больше RбС.
Для устранения влияния цепей запуска на работу ждущего блокинг-генератора включают разделительный диод D1, который запирается после отпирания транзистора, в результате чего прекращается связь между блокинг-генератором и схемой запуска. Иногда в цепь запуска включают дополнительный каскад развязки (например,эмиттерный повторитель).
Режим синхронизации
. Рассмотрим режим синхронизации кратковременными импульсами, подаваемыми на базу. Для устойчивой синхронизации период повторения синхронизирующих импульсов должен быть несколько меньше периода собственных колебаний генератора. Временные диаграммы установления режима синхронизации приведены на рисунке 3.
Без синхроимпульсов блокинг-генератор работает в режиме автоколебаний, период которых определяется исключительно параметрами его схемы. В момент t1 приходит первый синхроимпульс, и напряжение на базе транзистора понижается. Если напряжение на базе транзистора во время действия первого синхроимпульса недостаточно для его отпирания (не достигаетсяпотенциал отпирания транзистора), то во время каждого последующего периода происходит перемещение синхронизирующих импульсов относительно моментов отпирания транзистора, пока один из них (на рисунке –третий) не отопрет транзистор. Следующий синхроимпульс и все последующие будут принудительно отпирать транзистор, и в схеме установится режим синхронизации – период колебаний генератора будет равен периоду синхроимпульсов.Значительно уменьшив период синхроимпульсов (относительно периода собственных колебаний блокинг-генератора), можно подобрать такую его величину,что реализуется режим деления частоты, при котором, например, транзистор будет отпирать только каждый второй синхроимпульс. Тем самым произойдет деление частоты синхроимпульсов с коэффициентом 2 – т.е. импульсы блокинг- генератора будут иметь частоту вдвое меньшую , чем синхроимпульсы.Подобрав некоторую меньшую частоту синхроимпульсов, можно добиться деления этой частоты на 3 и т. д.
С самовозбуждающимися релаксационными генераторами можно получить в одном каскаде максимальный стабильный коэффициент деления до 10, так как при большем коэффициенте деления генератор может запуститься предыдущим импульсом и деление будет нестабильным. Для увеличения предельного стабильного коэффициента деления до 15 – 20 принимают меры стабилизации периода собственных колебаний релаксационного генератора.