Автоколебательный блокинг-генератор

На рис. 8.1. приведена схема автоколебательного блокинг-генератора. Он представляет собой усилитель охваченный положительной обратной связью (ПОС) через импульсный трансформатор. Первичная обмотка с числом витков w₁ включена в коллекторную цепь транзистора VT1, вторичная обмотка с числом витков (w₂) — в базовую цепь транзистора VT1. Для повышения выходного напряжения предусмотрена третья обмотка с числом витков w₃.

Для обеспечения условия выполнения баланса фаз генератора первичная и вторичная обмотка включены встречно.

Режим работы транзистора VT1 по постоянному току обеспечивается резистором R, который определяет ток базы. Времязадающая цепь RC определяет время паузы () блокинг-генератора. Поскольку скважность импульсов Q=10…100, то время импульсов ( ) в десятки — сотни раз меньше времени паузы. Значит постоянная времени RC цепи ( ) практически определяет период колебаний Т. Время паузы рассчитывается по формуле:

,

где .

Рисунок 8.1 — Схема автоколебательного блокинг-генератора

Оценка величины, позволяет пренебречь вторым слагаемым в знаменателе. Тогда принимая во внимание эти допущения, получим время паузы блокинг-генератора (период и частоту) в виде:

;

; .

Для возбуждения блокинг-генератора необходимо выполнение двух условий — баланса фаз и баланса амплитуд:

к=0,1,2… (БФ) (БА)

Определяя значение коэффициента усиления в активном режиме работы транзистора VT1 в период переходного процесса в соответствии со схемой замещения каскада и с учетом БА, получим:

.

Отсюда следует, что для выполнения БА:

,

где — входное сопротивление транзистора VT1, приведенное к первичной обмотке,

,

где.

Для блокинг-генераторов достаточны транзисторы с коэффициентом усиления по току .

На рис. 8.2. приведены осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора.

Рассмотрим осциллограммы с момента времени t₀=0. Конденсатор С, заряженный в предыдущем цикле, разрядился почти до нуля (транзистор VT1 в предыдущем цикле был заперт) при t > t₀ транзистор VT1 начинает открываться, ток коллектора возрастает, вызывая в коллекторной обмотке э.д.с самоиндукции. Это приводит в возникновению э.д.с. в базовой обмотке, «—» которой приложен к базе транзистора VT1, а «+» к конденсатору С, под действием которой конденсатор С начинает заряжаться. Потенциал «—» на базе транзистора VT1 относительно эмиттера увеличивает ток базы, что приводит к дальнейшему увеличению , обеспечивая лавинообразный процесс переключения транзистора VT1, который заканчивается в момент времени t₁ его насыщением. На этом этапе переключения транзистора (от закрытого tt₀ до насыщенного t=t₁) формируется передний фронт импульса. Напряжение на конденсаторе С () изменяется незначительно, поскольку длительность переднего фронта невелика. На участке t₀—t₁ транзистор VT1 находится в активном режиме (), а на участке t₁—t₂ в режиме насыщения, при этом и транзистор не усиливает сигналы.

Рисунок 8.2 — Осциллограммы работы автоколебательного блокинг-генератора

После t₁, т.к. , баланс амплитуд в генераторе не выполняется, поэтому ток базы перестает управлять током коллектора. Уменьшается наводимая э.д.с. во вторичной обмотке, что приводит к уменьшению тока базы и на этом этапе формируется крыша импульса. Уменьшение тока базы приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока базы . Под действием э.д.с. происходит заряд конденсатора С, через ЭБ насыщенного транзистора VT1. R_ЭБ мало и заряд происходит очень быстро. При этом одновременно ток базы и напряжение на базе изменяются до нуля, и в момент времени t₂ транзистор выходит из состояния насыщения.

Следовательно, он вновь восстанавливает свои усилительные свойства при последующем переходе в активный режим и в момент времени t₂ заканчивается формирование крыши импульса, после чего формируется его задний фронт.

На интервале времени t₂—t₃ ток колектора начинает уменьшаться, что приводит к появлению в базовой обмотке э.д.с. самоиндукции с полярностью противоположной предыдущей, т.е. способствующей отпиранию транзистора. При этом транзистор VT1 закрывается и тем самым формирует лавинообразный процесс, который заканчивается в момент времени t₃ запиранием транзистора.

На этом интервале напряжение на базе транзистора VT1 , что обусловлено конечным временем рассасывания дырок в базе, после насыщения транзистора VT1 и вызывает обратный ток .

Поскольку в момент запирания транзистора VT1 ток коллектора не равен нулю, то он не может мгновенно прекратиться. За счет э.д.с. самоиндукции коллекторной обмотки (э.д.с. повышается и стремится поддержать ток коллектора ) напряжение на коллекторе превышает напряжение питания. При этом может быть порядка . Для ликвидации этого всплеска в схеме предусмотрена шунтирующая цепочка VD_шR_ш.

После t₃ начинается формирование паузы и происходит перезаряд конденсатора С через резистор R от . Напряжение на конденсаторе С () начинает медленно уменьшаться, и, когда напряжение достигнет нуля, схема возвращается к исходному моменту времени t₀ и начинается новое опрокидывание схемы. Реальный вид выходного напряжения блокинг-генератора приведен на рис. 8.3.

Рисунок 8.3 — Реальные выходные осциллограммы автоколебательного блокинг-генератора

Длительность импульса блокинг-генератора можно вычислить по формуле:

.

Длительность фронта импульса определяется выражением:

.

При , получим .