3.4.7Транзисторные блокинг-генераторы

Блокинг-генератор используется для получения последовате­льности кратковременных импульсов с большой скважностью, близких по форме к прямоугольным. Он является однокаскадным генератором (рис. 3.41), в котором сильная положительная обратная связь обеспечивается с помощью трансформатора. По­следнее означает, что ери увеличении коллекторного тока в ба­зовой обмотке W_биндуцируется ЭДС с такой полярностью, ко­торая приводит к дальнейшему увеличению тока . Наоборот, при уменьшении коллекторного тока в базовой обмотке возникает ЭДС обратной полярности, что ведет к дальнейшему уменьшению тока . За счет сильной обратной связи нарастание и уменьшение то­ков в цепях транзистора происходят лавинообразно, так что импульсы на выходе схемы имеют крутые фро­нты.

Рисунок 13.41

Выходное напряжение снимается со специальной (нагрузочной) об­мотки W_нтрансформатора или с коллектора транзистора.

Блокинг-генераторы, как и другие релаксационные генерато­ры, могут работать в различных режимах: автоколебательном, ждущем и в режиме синхронизации и деления частоты.

3.4.8.1 Автоколебательный блокинг-генератор.

Резисторы R_к, R_доп, R_ши диод VD(показанные пунктиром на рис. 3.41) улучшают форму и стабильность параметров генерируемых колебаний.

Рассмотрение работы блокинг-генератора начнем с момента , (рис. 3.41), когда напряжение на разряжающемся конденсатореСспадает до нуля и транзистор отпирается.

Формирование переднего фронта импульса. С момента отпира­ния транзистора в коллекторной цепи появляется ток , а в сер­дечнике трансформатора — обусловленный током магнитный поток. Последний наводит в базовой обмотке W_БЭДС е_Б, поляр­ность которой показана на рис. 3.41. Эта ЭДС дополнительно приоткрывает транзистор, т. е. ток увеличивается, что ведет к нарастанию магнитного потока и ЭДС е_Б, т. е. к еще большему отпиранию эмиттерного перехода и т. д.

За счет усилительных свойств транзистора и сильной положи­тельной обратной связи каждое последующее приращение кол­лекторного тока, магнитного потока и ЭДС больше предыдуще­го. Поэтому эти процессы развиваются лавинообразно, и через весьма небольшое время (t₁-t₂)рабочая точка на коллекторной характеристике оказывается в области насыщения. Теперь изме­нение потенциала базы перестает вызывать изменение коллектор­ного тока — транзистор теряет усилительные свойства. На этом формирование переднего фронта импульса заканчивается.

Рисунок 3.42

В интервале t₁-t₂нарастающая во времени ЭДС индуцирует­ся и в обмотке W_к(полярность е_кпоказана на рис. 3.41), так что потенциал коллектора (по абсолютному значению) лавинообраз­но снижается до небольшого значения . За это же время ЭДС е_Б, определяющая сейчас потенциал базы , лавино­образно нарастает до максимального отрицательного значения

Формирование плоской вершины импульса. За кратковременный интервал t₁-t₂электрическое состоя­ние конденсатора С практически не меняется. Только после вхождения транзистора в насыщение конденса­тор под действием ЭДС е_Б начинает заряжаться через открытый эмиттерный переход (r₀).

сравнительно быстро нарастает до (рис. 3.42), а отрицательное напряжение на переходе( )и базовый ток i_Б с такой же скоростью умень­шаются.

В результате ток i_Б вызыва­ет меньшее размагничивание сердечника. При неизменном токе коллектора это приводит к нарастанию магнитного потока, но уже прибли­зительно с постоянной скоростью, так что ЭДС в обмотках трансформатора и, следовательно, сохраняются практически неизменными.

Благодаря резкому уменьшению тока i_Б возникают благопри­ятные условия для рассасывания избыточного заряда в базе, после чего транзистор выходит из насыщения и усилительные свойства его восстанавливаются. На этом (в момент времени t₃(на рис. 4.42) формирование плоской вершины импульса завер­шается.

Формирование среза импульса. Так как напряжение на эмиттерном переходе

в момент t₃ близко к нулю, то коллекторный ток с возвращением рабочей точки в активную область начинает уменьшаться. В ре­зультате скорость нарастания магнитного потока уменьшается – в базовой обмотке индуцируется меньшая ЭДС е_Б, что до­полнительно снижает отрицательный потенциал базы, т. е. кол­лекторный ток еще больше уменьшается и т. д.

Как только е_Б по абсолютному значению станет меньше , напряжение на эмиттерном переходе окажется положительным, что приведет к запиранию транзистора. После этого магнитный поток начинает быстро спадать и ЭДС в обмотках меняют полярность. В результате в кривых и имеют место кратковременные выбросы и ; коллекторное напряжение превышает (по абсолютному значению) , а напряжение на базе оказывается выше напряжения заряженного конденсатора.

Для быстрого уменьшения колебаний в контуре, состоящего из индуктивности и паразитных ёмкостей, одну из обмоток шунтируют цепью VD-R_ш, течёт ток – энергия, запасённая в магнитном поле обмотки, превращается в тепловую и рассеивается на R_ш.

Уменьшению послеимпульсного выброса спо­собствует и сопротивление (на рис. 3.42 показано пунктиром), за счет которого уменьшается ток намагничивания, а следовате­льно, энергия в магнитном поле. Кроме того, ограничивает коллекторный ток, который не должен превышать максимально допустимый ток транзистора.

Пауза. После запирания транзистора начинается медленная разрядка конденсатора С. В процессе разрядки (через резистор ,источник и «землю») напряжение на конденсаторе изменяется от , стремясь в пределе к значению

где — обратный ток коллекторного перехода.

В некоторый момент времени напряжение и_с,определяющее в данной стадии напряжение и_Бна эмиттерном переходе (и_Б = и_с), станет равным нулю и транзистор отопрется. После этого начи­нается формирование очередного импульса.

Конденсатор С, определяющий длительности импульса и па­узы, является времязадающим конденсатором.

Заряд, теряемый конденсатором, может составлять значи­тельную часть первоначального. В результате существенно уме­ньшается длительность паузы при малой емкости С,когда перво­начальный заряд, накапливаемый конденсатором за время фор­мирования плоской вершины импульса, невелик. Это является недостатком блокинг-генератора с общим эмиттером.