Блокинг генератор принцип работы
Работа схемы разделяется на несколько этапов. Этап первый: происходит отпирание транзистора при поступлении импульса на эмиттер. Прибор начинает работать. Когда на базу транзистора поступает отпирающий ток, он вызывает накопление заряда, а также возрастание коллекторного тока. Через резистор положительная обратная связь, осуществляемая обмотками импульсного трансформатора, возбуждает лавинообразный процесс нарастания базового, коллекторного токов и тока нагрузки.
При этом уменьшается разность потенциалов между эмиттером и коллектором транзистора, когда она достигнет нуля, прибор переходит в состояние насыщения. Этап второй: пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, считаем, что на обмотку подано постоянное напряжение питания. В результате на остальных обмотках трансформатора напряжение также неизменно.
Характер изменения токов схемы определяется свойством цепей, которые включены последовательно с вторичными обмотками, а также со свойствами сердечника трансформатора. Например, при активной нагрузке ток будет постоянным. Ток на базе транзистора постоянный, но начинает уменьшаться при заряде конденсатора. Коллекторный ток определяется суммой тока намагничивания и переходных токов обмоток.
Ток намагничивания возрастает, характер роста определяется петлей гистерезиса материала сердечника. Вследствие этого увеличивается и ток коллектора. Это приводит к тому, что транзистор выходит из состояния насыщения, сформирована вершина импульса. Коллекторный ток снова становится зависимым от величины базового заряда, а базовый ток при этом начинает лавинообразно уменьшаться. Транзистор запирается, формируется срез импульса. При запирании прибора блокинг-генератор начинает восстанавливаться в исходное состояние.
Принцип работы блокинг-генератора
Блокинг-генератор и его схема
По форме они могут быть синусоидальными либо прямоугольными. Дополнительно некоторые устройства получают гармонические сигналы. По частотности блокинг-генераторы довольно сильно различаются. Параметр проводимости сигнала зависит от типа выпрямителя.
Устройство на полевом транзисторе РР20
Блокинг-генератор на полевом транзисторе на сегодняшний день считается довольно востребованным. Используются такие модели чаще всего в радиоприемниках. Однако для измерительных приборов они также подходят. В данном случае параметр пороговой частоты в среднем находится в районе 80 Гц. Конденсаторы в таких моделях часто устанавливаются проходного типа.
Однако асинхронные модификации также встречаются. Работают указанные блокинг-генераторы исключительно с сигналами синусоидального типа. В данном случае выпрямители устанавливаются самые разнообразные. Изменение фазовой частоты в таких устройствах осуществляется за счет изменения напряжения в преобразователях. Проводимость сигнала прибора зависит от мощности выпрямителя.
Блокинг генератор. Схема, устройство.
Транзистор VT1 — выбор транзистора зависит от применения блокинг генератора. Решающими факторами являются максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер, максимальный ток коллектора и максимальная рассеиваемая мощность.
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Резистор R1 — Резистор смещения. Его подбирают так, чтобы возникало самовозбуждение устройства. Его значения зависят от коэффициента передачи тока транзистора, параметров трансформатора и нагрузки. Я обычно начинаю подбор со 100 кОм, постепенно уменьшаю его сопротивление. Кроме того, сопротивление этого резистора влияет на время между импульсами. Его уменьшение ведет к уменьшению паузы между импульсами.
Резистор R2, Конденсатор C1 — Эти радиодетали вместе с резистором R1 определяют частоту работы генератора. Кроме того, R2 должен быть таким, чтобы транзистор работал в режиме насыщения. Выбираю [Сопротивление R2] = 2 * [Напряжение на обмотке 1 при напряжении на обмотке 2, равном питанию] * [Коэффициент передачи тока транзистора VT1] / [Максимально возможный ток через транзистор VT1]. Емкость конденсатора C1 влияет на длительность импульса и длительность паузы. Увеличение емкости приводит к увеличению длительностей импульса и паузы.
Обмотка 1 трансформатора — выбираем [число витков обмотки 1] = 10 * [число витков обмотки 2] / [напряжение питания]. В этом случае в цепь обратной связи будет подаваться напряжение 10 вольт, что подходит для нормальной работы схемы.
Обмотка 2 трансформатора — число витков подбирается так, чтобы за время нахождения транзистора в открытом состоянии трансформатор не входил в состояние насыщения.
В приведенной схеме трансформатор используется с зазором. Если генератор совсем маломощный, сердечник у трансформатора ферритовый, токи и напряжения малы, а число витков большое, то иногда можно использовать трансформатор без зазора. Если же сердечник из железа, или имеют место достаточно большие токи подмагничивания, то зазор делать обязательно. Я всегда делаю зазор. Работа генератора предполагает размагничивание сердечника в моменты, когда трансформатор отключен от источника питания, но при отсутствии зазора магнитный гистерезис сердечника может быть столь велик, что размагничивание не будет происходить, сердечник окончательно намагнитится и войдет в насыщение.
Подробно останавливаться на расчете трансформатора не буду, но скажу, что зазор можно использовать совсем небольшой. 0.2 мм вполне подойдет.
Для целей размагничивания используется также обмотка 3. Обмотка 2 представляет собой некоторую катушку индуктивности. В результате приложения к ней на некоторое время напряжения, по ней начинает протекать ток, и накапливается энергия. Когда транзистор закрывается, этот ток не может прекратиться моментально. Необходимо куда-то деть накопленную энергию, иначе бросок напряжения выведет из строя транзистор. Можно, конечно, поглотить эту энергию, например, резистором в цепи базы, но это плохо скажется на КПД. Обмотка 3 подключена так, чтобы в ситуации, когда обмотка 2 запитана от источника (транзистор открыт), обмотка 3 была отключена от источника питания. Когда транзистор закрывается, на обмотке 2 возникает напряжение противоположной полярности. Тогда через обмотку 3 начинает идти ток, который возвращает энергию, накопленную в магнитном поле сердечника в цепи питания.
Обмотка 3 может не применяться, если есть уверенность, что нагрузка, подключенная к выходу, поглотит всю энергию индуктивного броска, например, в схемах обратноходового преобразователя напряжения.
Обмотка 3 трансформатора — число витков определяется максимально возможным отношением длительности открытого состояния транзистора к длительности закрытого. [Число витков обмотки 3] = 0.9 * [Число витков обмотки 2] * [Длительность закрытого состояния] / [Длительность открытого состояния]. Коэффициент 0.9 применяется для запаса, чтобы наверняка обеспечить размагничивание сердечника.
[Максимальное напряжение на транзисторе VT1] = [Напряжение питания] * (1 + [Число витков обмотки 2] / [Число витков обмотки 3]) + [Выброс напряжения, обусловленный индуктивностью связи этих обмоток]. Подробнее от индуктивности связи, утечки.
Диод VD1 — защищает переход база — эмиттер транзистора от высокого напряжения обратной полярности. Имеет смысл применять диод, рассчитанный на ток, равный отношению напряжения на обмотке 1 к сопротивлению резистора R2.
Диод VD2 — Участвует в отводе тока размагничивания. Рассчитывая трансформатор, Вы вычислите ток намагничивания. Диод должен быть рассчитан на ток, равный току намагничивания, поделить на число витков в обмотке 3, умножить на число витков в обмотке 2. [Максимальное напряжение на диоде VD2] = [Напряжение питания] * (1 + [Число витков обмотки 3] / [Число витков обмотки 2])
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019
Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором[1]. 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 нс до нескольких сотен мкс. Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности, т. е. длительность импульсов много меньше периода их повторения. Скважность может быть от нескольких сотен до десятков тысяч. Транзистор, на котором собран блокинг-генератор, открывается только на время генерирования импульса, а остальное время закрыт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор открыт, много меньше времени, в течении которого он закрыт. Тепловой режим транзистора зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе[4]. Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую мощность во время импульсов малой и средней мощности[2]. Блокинг генераторы широко применяются в импульсной технике с 1930-х годов для создания на их базе высоковольных источников питания в радиотехнике, радиолокации, электронике, вычислительной технике.
При большой скважности блокинг-генератор работает весьма экономично, так как транзистор потребляет энергию от источника питания только в течении небольшого времени формирования импульса. Так же, как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режиме и режиме синхронизации[3].
Р азобраться с функционированием блокинг-генератора поможет схема, изображённая ниже.
Рис.1. Схема типового генератора
Основные этапы работы:
После подачи напряжения через резистор R1 происходит зарядка конденсатора C Время завершения этого процесса определяется параметрами данных элементов.
Величину тока ограничивает сопротивление цепи, а напряжение на конденсаторных клеммах не успевает стать максимальным.
Как только оно достигло определённой величины, транзистор начнёт открываться. Ток начинает проходить по цепи: обмотка трансформатора – коллектор – эмиттер. На этом этапе, напряжение почти мгновенно становится максимальным, а ток увеличивается относительно медленно.
Он индуцирует ЭДС в обмотке трансформатора, соединённой с базой, что ещё больше увеличивает напряжение и открывает транзистор. Этот процесс завершается при насыщении сердечника трансформатора (материал не способен проводить магнитное поле определённой интенсивности). Также он прекратится при увеличении тока базы, до порога насыщения полупроводникового прибора.
Транзистор закрывается. Начинается зарядка конденсатора C Индуктивность обмотки трансформатора образует ЭДС с направлением, противоположным первоначальному. Это ускоряет закрытие транзистора.
Принцип работы блокинг-генератора проще понять с помощью временных диаграмм, которые иллюстрируют изменение электрических параметров в отдельных частях схемы.
Рис.2. Диаграмма токов и напряжений
Рис.3. Схема блокинг-генератора
На рисунке выше не приведена определённая нагрузка (обозначение Rн). Диод выполняет демпфирующие функции. Он предотвращает броски напряжения, способные повредить транзистор.
Описанные выше этапы хорошо видны на диаграммах. Ниже отмечены особенности, которые характерны для второй схемы:
Комбинацией t0 отмечен момент, когда напряжение на базе транзистора недостаточно для его открытия.
Временной отрезок t0 – t1 обозначает период постепенного открытия транзистора. В конечной точке насыщение произошло, поэтому изменение тока в базе не оказывает влияние на форму импульса.
Однако разряд конденсатора происходит. Поэтому происходит постепенное уменьшение тока базы.
Так как нагрузка на коллекторе обладает индуктивными характеристиками, ток Ic не уменьшается. Продолжительность этого периода определяется параметрами сердечника трансформатора.
С точки t2 начинается срез импульса. Ток, созданный индукцией, уменьшается, что провоцирует постепенное закрытие транзисторного ключа. На рисунках видно, когда появляется ток в обратном направлении. Этот процесс интенсифицирует разряд конденсатора. Скорость закрытия транзистора увеличивается, и срез получается крутым (образуется за малое время).
Точкой t3 обозначен момент полного закрытия затвора транзистора. После него допустимо появление колебательных процессов. Для их блокировки в данной схеме установлен диод.
Для примера использованы следующие исходные параметры:
частота (Ч) – 40 кГц; скважность (С) – 0,25; амплитуда (АМ) – 6 V; сопротивление Rнг (нагрузки) – 30 Ом; напряжения на выходе источника питания (НП) – 300 V.
Допустимое напряжение базы-коллектора должно быть от 1,5 до 2 раз больше, чем НП. Для этого примера – от 450 до 600 V.
Ток коллектора (Iк) определяют по формуле:
Iк должен быть равен или больше чем ((3…5)*АМ*КТФ)/ Rнг.
КТФ – это коэффициент, который учитывает особенности трансформации энергии (коллекторная – нагрузочная обмотки):
Таким образом, допустимый ток коллектора должен быть больше следующих величин: ((3…5)*6*0,024)/ 30 = 0,0144…0,024.
Максимальная частота (Чмакс, кГц) рассчитывается по следующей формуле: Чмакс≥(5…8) * Ч = (5…8) * 40 = 200…320.
На основании полученных данных определяют тип транзистора.
Параметры подходящего условного прибора:
максимальное напряжение коллектор-база (НКБ) – 620 V;
максимальное напряжение база-эмиттер (НБЭ) – 8 V$
максимальный ток коллектора (Iк) – 0,03 А;
ток коллектор-база (Iкб) – 12 мкА;
максимальная частота (Чмакс) – 1000 кГц;
сопротивление базы (Rб) – 250 Ом.
Генератор на полевом транзисторе
Принцип работы этого устройства не отличается от рассмотренных выше вариантов. Но в схему внесены изменения, которые существенно повышают эффективность использования электроэнергии, надёжность и долговечность.
Рис 4. Блокинг-генератор на полевом транзисторе
Рекомендации для правильной сборки изделия:
Указанные на чертеже отечественные транзисторы и диоды можно заменить аналогичными импортными полупроводниковыми приборами с подходящими электрическими характеристиками.
Сопротивление R2 подбирают так, чтобы на C1 напряжение в режиме холостого хода не превышало уровень 450 V. Такая настройка предотвратит пробой полупроводникового перехода транзистора VT
Во избежание повреждения устройства, его нельзя включать без нагрузки.
Сопротивление R6 выполняет защитные функции. Его наличие позволяет отключать генератор от сети при разомкнутой цепи прерывателя S
Глебов Б.А. Блокинг-генераторы на транзисторах. Библиотека по автоматике, выпуск 462.1975.-с.7-23.
Генераторы высоких и сверхвысоких частот: Учеб. пособие / О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.В. Митрофанов и др. – М.: Высш.шк., 2003.-326с.
Документы, определяющие методы и средства поверки генераторов — ГОСТ 8.206, ГОСТ 8.314, ГОСТ 8.322, ГОСТ 16863, ГОСТ 12152.
Блокинг-генераторы
Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором. 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 нс до нескольких сотен мкс. Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности, т. е. длительность импульсов много меньше периода их повторения. Скважность может быть от нескольких сотен до десятков тысяч. Транзистор, на котором собран блокинг-генератор, открывается только на время генерирования импульса, а остальное время закрыт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор открыт, много меньше времени, в течении которого он закрыт. Тепловой режим транзистора зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе. Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую мощность во время импульсов малой и средней мощности. Блокинг генераторы широко применяются в импульсной технике с 1930-х годов для создания на их базе высоковольных источников питания в радиотехнике, радиолокации, электронике, вычислительной технике.
При большой скважности блокинг-генератор работает весьма экономично, так как транзистор потребляет энергию от источника питания только в течении небольшого времени формирования импульса. Так же, как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режиме и режиме синхронизации.
Автоколебательный режим блокинг-генератора
Блокинг-генераторы могут быть собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или по схеме с ОБ. Схему с ОЭ применяют чаще, так как она позволяет получить лучшую форму генерируемых импульсов (меньшую длительность фронта), хотя схема с ОБ более стабильна по отношению к изменению параметров транзистора.
Схема блокинг-генератора показана на рис. 1.
Рис. 1 — Блокинг-генератор
Работу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор закрыт, а во второй — транзистор открыт и происходит формирование импульса. Закрытое состояние транзистора в первой стадии поддерживается напряжением на кондере С1, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии кондер медленно разряжается через большое сопротивление резика R1, создавая близкий к нулевому потенциал на базе транзистора VT1 и он остается закрытым.
Когда напряжение на базе достигнет порога открывания транзистора, он открывается и через коллекторную обмотку I трансформатора Т начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке II индуктируется напряжение, полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало положительный потенциал на базе. Если обмотки I и II включены неправильно, то блокинг-генератор не будет генерировать. Значится, концы одной из обмоток, неважно какой, необходимо поменять местами.
Положительное напряжение, возникшее в базовой обмотке, приведет к дальнейшему увеличению коллекторного тока и тем самым — к дальнейшему увеличению положительного напряжения на базе и т. д. Развивается лавинообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе.
Лавинообразный процесс открывания транзистора, называющийся прямым блокинг-процессом, происходит очень быстро, и поэтому во время его протекания напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса. Процесс заканчивается переходом транзистора в режим насыщения, в котором транзистор утрачивает свои усилительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается этап формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и кондер С1 заряжается базовым током.
Когда напряжение на базе постепенно приблизится к нулевому потенциалу, транзистор выходит из режима насыщения и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение тока коллектора. При этом в базовой обмотке индуктируется напряжение, отрицательное относительно базы, что вызывает ещё большее уменьшение тока коллектора и т. д. Образуется лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг-процессом, в результате которого транзистор закрывается. Во время этого процесса формируется срез импульса.
Так как за время обратного блокинг-процесса напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике не успевают измениться, то после закрывания транзистора положительное напряжение на коллекторе продолжает расти и образуется характерный для блокинг-генератора выброс напряжения, после которого могут образоваться паразитные колебания.
Обратный выброс напряжения значительно увеличивает напряжение на коллекторе закрытого транзистора, создавая опасность его пробоя. Отрицательные полупериоды паразитных колебаний, трансформируясь в базовую цепь, могут вызвать открывание транзистора, т. е. ложное срабатывание схемы.
Для ограничения обратного выброса включают «демпферный» диод VD1. Во время основного процесса диод закрыт и не влияет на работу блокинг-генератора. Диод VD1 включается параллельно коллекторной обмотке трансформатора.
Опосля всех этих процессов происходит восстановление схемы в исходное состояние. Это и будет промежуток между импульсами. Процесс, так сказать, молчания заключается в медленном разряде кондера С1 через резик R1. Напряжение на безе при этом медленно растет, пока не достигнет порога открывания транзистора и процесс повторяется.
Период следования импульсов можно приближенно определить по формуле:
Ждущий режим блокинг-генератора
По аналогии с мультивибратором, для блокинг-генератора этот режим характерен тем, что схема генерирует импульсы только при поступлении на её вход запускающих импульсов произвольной формы. Для получения ждущего резима в блокинг-генератор длжно быть включено запирающее напряжение (рис. 2).
Рис. 2 — Блокинг-генератор в ждущем режиме
В исходном состоянии транзистор закрыт отрицательным смещением на базе (-Eб ) и прямой блокинг-процесс начинается только после подачи на базу транзистора положительного импульса достаточной амплитуды. Формирование импульса осуществляется так же, как и в автоколебательном режиме. Разряд кондера С после окончания импульса происходит до напряжения -Eб . Затем транзистор остается закрытым до прихода следующего запускающего импульса. Форма и длительность импульсов, формируемых блокинг-генератором, зависит при этом от параметров схемы.
Для нормальной работы ждущего блокинг-генератора необходимо выполнить неравенство:
где Тз — период повторения запускающих импульсов.
Для устранения влияния цепей запуска на работу ждущего блокинг-генератора включают раздельтельный диод VD2, который закрывается после открывания транзистора, в результате чего прекращается связь между блокинг-генератором и схемой запуска. Иногда в цепь запуска включают дополнительный каскад развязки (эмиттерный повторитель).
Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из «физического вакуума», а на 30% — из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.
Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной — это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
