1.1.3.Цепи запуска двухтактных автогенераторов

Основным условием надежной работы преобразователей с самовозбуждением являет­ся обеспечение уверенного запуска и существование колебаний при включении первичного источника питания. Для возбуждения автоколебаний в преобразователе должны выполнять­ся два условия:

1) коэффициент усиления по цепи положительной обратной связи должен быть больше единицы;

2) устойчивое поддержание автоколебаний, как на медленном, так и на быстром квазиустановившемся этапе.

Условие возникновения автоколебаний в преобразователе с самовозбуждением тесно связано с параметрами схемы, нагрузкой и определяются неравенством:

Для надежного возбуждения автоколебаний в преобразователь вводятся специальные цепи запуска. В схеме на рисунке 1.1, а, цепь запуска состоит из делителя R_cm, R_б, с которо­го при включении напряжения питания Un подается отпирающее смещение на транзистор VT₁, увеличивая его коэффициент передачи. Недостатком такой цепи запуска является пода­ча отпирающего напряжения только на один транзистор. В схеме преобразователя на рисун­ке 1.2 отпирающее напряжение от цепи запуска Кем, кб подается сразу на оба транзистора, улучшая тем самым условия возникновения автоколебаний. Чем меньше выбирается сопро­тивление резистора Кем, тем надежней становится запуск преобразователя, однако при этом возрастают потери мощности в цепях базы транзисторов.

Сопротивление резистора r_б определяется по формуле:

Напряжение на базовой обмотке u_б всегда должно быть больше напряжения смеще­ния u_rб, которое создается падением напряжения на резисторе r_б током делителя. Обычно для кремниевых транзисторов выбирается U_pб ⁼ 1,5 — 2В.

Улучшить условия запуска преобразователя при одновременном снижении потерь мощности можно следующими способами (на примере преобразователя на рисунке 1.3):

а) шунтированием резисторов смещения R_сm или базового r_б конденсаторами С_cm и с_б, подключение которых показано пунктирной линией. При включении напряжения пита­ния Un на базу транзисторов скачком подается отпирающий ток заряда конденсаторов, уве­личивая их коэффициент передачи тока. Выбор конденсаторов С_cm и с_б необходимо прово­дить исходя из условия (1.8), обеспечивающего их перезарядку за половину периода колеба­ний. Следует отметить, что при плавном нарастании напряжения питания Un, например, по­сле выпрямителя со сглаживающим фильтром, включение конденсаторов С_cm и с_б малоэффективно;

6) включение последовательно с резистором r_б диода VD₁ или замена резистора r_б диодом. В этом случае базовые цепи транзисторов практически не шунтируются по посто­янному току цепью с включенным диодом, так как смещение, отпирающее транзистор, за­пирает диод. Резистор r_б, включенный последовательно с диодом VD₁, рекомендуется также шунтировать конденсатором с_б.

Запуск преобразователя существенно улучшается, если в цепи базы транзисторов ре­гулярно подавать отпирающие импульсы тока с постоянной амплитудой до выхода преобра­зователя в режим устойчивых колебаний. Достигается это с помощью специальных схем запуска. Одна из таких схем запуска показана на рисунке 1.6. Она выполнена на двух транзи­сторах: запускающем VT₂ и блокирующем VT₁. Преобразователь с насыщающимся транс­форматором выполнен на транзисторах vТз и VT₄. При подаче на его вход напряжения пи­тания Un (скачком или плавно) открывается пусковой транзистор VT₂, поскольку на его базу через резистор K₁ подается положительное смещение. Транзистор VT₁ при этом закрыт от­рицательным смещением через резистор Rз. Через переход коллектор-эмиттер открытого транзистора VT₂ и резистор смещения Rcм протекает ток, который создает отпирающее па­дение напряжения на Rcм, прикладываемое через базовые обмотки w_Б и w'_Б одновременно к базам транзисторов VT₃ и VT₄ преобразователя. В результате этого один из транзисторов начинает открываться. Появившееся напряжение положительной обратной связи на базовых обмотках w_б и w_b суммируется с пусковым смещением, что приводит к полному открытию одного (например, VT₃) и запиранию второго (VT₄) транзисторов. Нарастающий коллектор­ный ток открытого транзистора вызывает насыщение магнитопровода трансформатора TV, полярность напряжения на обмотках изменяется, что приводит к запиранию транзистора VT₃ и отпиранию транзистора VT₄. В дальнейшем процесс переключения транзисторов по­вторится.

Рисунок 1.6. Схема двухтактного автогенератора с дополнительной цепью запуска

Рисунок 1.7 - Схема двухтактного преобразователя с трансформатором тока в цепи управления Сопротивление резистора R может быть определено по формуле:

Особенностью рассмотренной схемы запуска является то, что отпирающий ток в базу силовых транзисторов подается в течение всего пускового периода до окончательного вы­хода преобразователя в режим устойчивых автоколебаний, причем по мере роста входного напряжения питания и, следовательно, коллекторного тока силовых транзисторов базовый ток не уменьшается, а нарастает, способствуя уверенному запуску преобразователя. С целью уменьшения потребляемой мощности после выхода преобразователя в режим устойчивых автоколебаний схема запуска автоматически отключается. Для этого используется напряже­ние обмотки Wз, которое выпрямляется выпрямителем В и включает стабилитрон VD, на­пряжение которого открывает транзистор VT₁ и запирает транзистор VT₂. Стабилитрон VD выбирается с малым током стабилизации, например 2С175Ж (Iст= 0,5 - 1 мА). При напря­жении U₃ = 12 В потери мощности в схеме запуска не превышают 10-15 мВт.

В рассмотренных цепях запуска преобразователя используется напряжение положи­тельной обратной связи. Такой способ управления автогенератором является простым и экономичным при неизменной нагрузке. Если же мощность в нагрузке преобразователя в процессе работы изменяется в широких пределах, то для переключения силовых транзисто­ров приходится создавать избыточный базовый ток, что приводит к дополнительным поте­рям мощности в цепях управления. Поэтому в устройствах с изменяющейся нагрузкой более экономичным является пропорционально токовое управление. В схеме преобразователя на рисунке 1.7 переключающий трансформатор ТА является одновременно трансформатором тока. Его первичные полуобмотки W₁, (W₁,) включены последовательно с первичной об­моткой wk (w`k.) ненасыщающегося трансформатора TV и по ним протекает полный ток, потребляемый преобразователем от источника питания с напряжением Un. Вторичные об­мотки w_б трансформатора тока ТА подключены к переходам эмиттер—база силовых тран­зисторов. Ток базы при этом пропорционален току коллектора I_б = Iк/h₂₁э. Запуск преобразо­вателя осуществляется цепью R₁, R₂, VD₁ с шунтирующими конденсаторами C₁ ,C₂.

Для возбуждения преобразователя на холостом ходу, когда через открытый транзи­стор протекает только ток намагничивания трансформатора TV, в трансформаторе ТА вве­дена обмотка Wo, которая через резистор Rз, подключена к выводам коллекторов транзисторов VT₁, VT₂. Трансформатор ТА в этом случае работает как переключающий в ранее рас­смотренной схеме на рисунке 1.5.