книги из ГПНТБ / Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника

Рис. 61. Многотранзисторная бистабильная схема с базовоэмиттерным управлением основных транзисторов

подаче в базовую точку транзисторов Т7 и Т\ импульса запирающей (положительной) полярности левая полови­ на схемы запирается, и открывается правая половина (транзисторы Г2, Т6, Т8). В этом состоянии схемы транзисторы и Т7 оказываются запертыми, и их обрат­ ные коллекторные токи компенсируются обратными кол­ лекторными токами транзисторов Т8, 7Y На выходной шине схемы в этом состоянии выдается напряжение, при­ ближенно равное напряжению коллекторного питания. Обратное переключение схемы в единичное состояние осуществляется подачей запирающего (отрицательного) импульса в базовую цепь транзисторов Гг, Т8.

§ 10. Блокинг-генераторы

Блокинг-генератор представляет собой усилитель с трансформаторной положительной обратной связью и служит для получения одиночных или периодических прямоугольных импульсов малой длительности.

Рис. 62. Ж д у щ и е б л о к и н г-ген ер ато р ы :

а — ненасыщенный блокинг-генератор по схеме с общим эмиттером; б — ненасыщенный блокинг-генератор по схеме с общей базой; в — насыщен­ ный блокинг-генератор по схеме с общим эмиттером; г — насыщенный блокинг-генератор по схеме с общей базой

На рис. 62 показаны схемы блокинг-генераторов, ра­ ботающих в заторможенном (ждущем) режиме, то есть при исходном запертом состоянии транзистора. В схеме рис. 62, а транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, заперт отдельным источником смещения. В схеме рис. 62, б транзистор, включенный по схеме с об­ щей базой заперт с цепью смещения, образованной рези­

чительное падение напряжения, создаваемое на этом ре­ зисторе обратным коллекторным током транзистора, за­

162

пирает диод связи и разобщает тем самым цепь положи­ тельной обратной связи от базовой цепи.

Всхеме рис. 62, г транзистор включен по отношению

кзапускающему сигналу по схеме с общим эмиттером, а по отношению к сигналу обратной связи по схеме с об­ щей базой. Запирание транзистора здесь осуществляется

го напряжения транзистора при его включении и тем са­ мым насыщению транзистора.

Цикл работы блокинг-генератора содержит стадию формирования переднего фронта импульса, стадию фор­ мирования вершины импульса, стадию формирования

заторможенного блокинг-генератора отпирается под дей­ ствием пускового импульса и далее под действием сигна­ ла обратной связи. Ток намагничивания трансформато­ ра при этом имеет весьма незначительную величину, и коллекторный ток транзистора обусловлен, в основном, вносимыми в первичную цепь трансформатора током по­ терь сердечника трансформатора, током нагрузки и током базовой обмотки.

Для ускорения формирования переднего фронта в трансформаторе применяют магнитные материалы с ма­ лой мощностью потерь, а также понижают коэффициен-

W

ты трансформации выходной обмотки пвых= —— и ба- w x

w 6

зовой обмотки пг, ------- Отметим, что наиболее важны- wx

ми параметрами, определяющими скорость протекания стадии формирования переднего фронта, являются гра­ ничная частота транзистора и его коэффициент усиления, а соотношение базового тока и тока, вносимого в пер­ вичную цепь трансформатора, является второстепенным фактором.

Формирование переднего фронта в насыщенных бло- кинг-генераторах заканчивается насыщением транзисто­ ра, а в ненасыщенных схемах — установлением коллек­

163

Причем в насыщенной схеме (рис. 62, в, г) уменьшается коэффициент насыщения транзистора. Происходит это вследствие увеличения тока намагничивания и уменьше­ ния базового тока (уменьшается производная тока на­ магничивания и, соответственно, уменьшается ЭДС, трансформируемая в базовую цепь). Сказывается также уменьшение коэффициента усиления транзистора, вызы­ ваемое форсировкой коллекторного тока.

При уменьшении коэффициента насыщения до едини­ цы транзистор выходит из насыщения, рост тока намаг­ ничивания прекращается, производная коллекторного тока становится равной нулю и ЭДС обратной связи становится также равной нулю. В результате транзи­ стор выключается.

В ненасыщенной схеме (рис. 62, а, б) в стадии фор­ мирования вершины коэффициент насыщения транзисто­ ра равен единице, коллекторный ток транзистора прак­ тически не изменяется и увеличение тока намагничива­ ния трансформатора происходит только за счет отбора тока, протекающего через диод отсечки.

При полном отборе тока отсечки дальнейший рост тока намагничивания прекращается, производная тока намагничивания и, соответственно, ЭДС, трансформи­ руемая в базовую цепь транзистора, становятся равны­ ми нулю, и транзистор выключается.

Всхемах с жестким соединением вторичной обмотки

вбазовую цепь транзистора при пренебрежении нелиней­ ностями входной характеристики транзистора и кривой

намагничивания сердечника увеличение тока намагничи­ вания допустимо считать экспоненциальным, если прене­ бречь нелинейностями входной характеристики транзи­ стора и кривой намагничивания сердечника.

В схемах с емкостным включением вторичной обмот­ ки в базовую цепь транзистора, пренебрегая входной не­ линейностью транзистора и нелинейностью кривой на­ магничивания, увеличение тока намагничивания считают подчиняющимся апериодическому или колебательному закону изменения тока в параллельной RLC цепи. Про­ текание апериодического или колебательного режима связано с соотношением параметров RLC цепи.

Существующие методики анализа и расчета работы блокинг-генератора, основанные на линеаризации вход­ ных характеристик транзистора, кривой намагничивания

164

сердечника и постоянстве коэффициента усиления тран­ зистора, являются весьма грубым приближением карти­ ны реально протекающих процессов.

Встадии формирования заднего фронта транзистор выключается, и ток индуктивности перераспределяется из коллекторной цепи в цепь разрядного диода. Возни­ кающее при этом экспоненциальное уменьшение индук­ тивного тока вызывает появление отрицательной произ­ водной индуктивного тока, что в свою очередь приводит

квозникновению во вторичной обмотке трансформатора ЭДС запирающей полярности, способствующей быстрому выключению транзистора.

Коллекторное напряжение UK транзистора становит­ ся при этом равным напряжению коллекторного питания.

Встадии восстановления, следующей за моментом запирания транзистора, ток намагничивания индуктив­ ности спадает до нуля.

Всхемах с емкостным соединением вторичной обмот­ ки кроме того происходит перезаряд конденсатора до некоторого установившегося значения, соответствующего исходному состоянию схемы.

Заторможенные (ждущие) блокинг-генераторы при­ меняются для формирования мощных импульсов малой длительности, синхронных импульсам пускового сигна­ ла. На рис. 63 изображены автоколебательные блокинггенераторы, различающиеся схемой включения транзи­ стора и способом включения обмотки обратной связи.

Во всех автоколебательных схемах блокинг-генерато- ров существует высокоомная цепь прямого смещения транзистора, а также конденсатор, заряд которого в ста­ дии формирования вершины импульса сопровождается накоплением напряжения запирающей полярности. За­ пирающее напряжение заряда конденсатора в стадии восстановления схемы поддерживает транзистор в закры­ том состоянии до тех пор, пока в результате перезаряда конденсатора через резистор прямого смещения напря­ жение на эмиттерном переходе транзистора не изменит полярности с запирающей на отпирающую и не достигнет величины, достаточной для возникновения некоторого не­ значительного коллекторного тока.

Появление коллекторного тока сопровождается пере­ дачей в цепь базы через вторичную (базовую) обмотку

165

Рис. 63. Автоколебательные блокинг-генераторы;

а — по схеме с общим эмитте­ ром; б — с эмиттерной цепью смещения; в — по схеме с об­ щей базой

трансформатора сигнала обратной связи отпирающей

полярности и развитием лавинообразного процесса вклю­ чения транзистора.

Автоколебательные блокинг-генераторы применяются для выработки импульсного сигнала с высокой скваж­ ностью импульсов.

На рис. 64 изображена разновидность автоколеба­ тельного блокинг-генератора, называемая диодно-регене-

166

Рис. 64. Балансный регенеративный пороговый элемент

ративным компаратором. Эта схема содержит две вто­ ричные обмотки — обмотку отрицательной обратной связи ©о. с и обмотку положительной обратной связи

® п . с

Если к w0. с присоединен источник входного сигнала

лее высокостабильным пороговым элементом. Он приме­ няется в цифровых измерительных устройствах, а также в устройствах порогового контроля.

Бестрансформаторные генераторы импульсного сигнала высокой скважности

Схема, изображенная на рис. 65, а, вырабатывает им­ пульсный сигнал с периодом T~0,7RC, не зависящим от напряжения питания. Эта схема крайне некритична к напряжению питания, а также к нагрузке.

В исходном состоянии схемы транзисторы Г) и Г2 за­ перты, а конденсаторы С\ и С2 разряжены. Заряд кон­ денсаторов через резисторы и R2 происходит до тех пор, пока напряжение на конденсаторе Сi не станет большим, чем падение напряжения на резисторе R2. При

167

Рис. 65. Бестрансформаторные генераторы импульсов малой длительности с кол- лекторно-эмиттерной связью:

а — через конденсатор и эмиттерный повторитель; 6 — через эмиттерный повторитель и кон­ денсатор

6

этом транзисторы за счет действия положительной кол- лекторно-эмиттерной емкостной обратной связи включа­ ются и разряжают конденсаторы.

Разряд конденсаторов происходит при глубоком на­ сыщении транзисторов, поскольку токи, протекающие че­ рез коллекторы и базы транзисторов, равны. В конце ста­

168

дии разряда конденсаторов напряжение на конденсато­ рах уменьшается до величины, при которой входные со­ противления транзисторов вследствие их нелинейности становятся большими и существенно ограничивают вход­ ной ток. При этом также за счет низкого уровня инжек­ ции значительно уменьшается коэффициент усиления транзисторов. В результате петлевое усиление становит­ ся меньше единицы и схема приобретает статическую устойчивость, соответствующую закрытому состоянию транзисторов.

При выключении транзисторов сигнал емкостной положительной обратной связи способствует ускоре­ нию запирания транзисторов.

Энергия разряжаемых конденсаторов целиком рас­ сеивается в элементах структуры транзисторов — в объ­ емных сопротивлениях баз и сопротивлениях коллектор­ ных и эмиттерных выводов.

Задавая с помощью потенциометра в цепь диода Д напряжение уставки Uy <0,5 Ек, можно в широких преде­ лах регулировать частоту генерируемых колебаний. Для этого достаточно изменять длительность паузы, оставляя неизменной длительность вершины импульса.

В отличие от рассмотренной схемы, в генераторе, изображенном на рис. 65, б, конденсатор обратной связи воздействует на эмиттер основного транзистора не через эмиттерный повторитель на транзисторе обратной прово­ димости, а непосредственно. Для того, чтобы коэффи­ циент передачи по току из коллекторной цепи в эмиттерную был больше единицы, в выходной цепи триода ис­ пользуется эмиттерный повторитель на транзисторе Т2 обратной проводимости.

В исходном состоянии схемы транзисторы Т\ и Т2 за­ перты, а конденсатор С разряжен. По мере заряда кон­ денсатора запирающее напряжение эмиттерного перехо­ да транзистора Тj уменьшается и, переходя через нуль, становится отпирающим.

Отпирание транзистора Г] сопровождается переда­

169

§ 1 1 . Транзисторные силовые ключи с активно-индуктивной нагрузкой

Очень часто в схемах судовой автоматики нагрузкой мощных транзисторных ключей являются обмотки раз­ личных электромеханических устройств (реле, контакто­ ров, электродвигателей и т. д.). Кроме активного сопро­ тивления такая нагрузка содержит значительную индук­ тивность (рис. 66). Работа транзисторного ключа на ак­ тивно-индуктивную нагрузку обладает рядом особенно­ стей, которые нужно учитывать при проектировании и эксплуатации транзисторных схем.

Если нагрузка транзистора содержит индуктивность, то при отпирании транзистора импульсом базового тока

управляющего импульса, транзистор выключается и пе­ реходит в закрытое состояние (рис. 66, в). Протекание тока через транзистор при этом должно мгновенно пре­ кратиться. Однако, в соответствии с первым законом коммутации, ток индуктивной нагрузки мгновенно изме­ ниться не может.

-£/„ Vn

Рис. 66. Транзисторный ключ с активно-индуктивной нагрузкой:

а — схема ключа; б — контактная схема коммутации активно-индук­ тивной нагрузки; в — временная диаграмма базового тока; г — вре­

менная диаграмма коллекторного тока; д — временная диаграмма напряжения на нагрузке; е — вре­ менная диаграмма напряжения на транзисторе

170