Рис, 9.17. Принципиальная (в) я эквивалентная (б) схемы блэ- иинг-генератора

В качестве сердечника импульсного трансформатора, являющегося важнейшим элементом блокинг-генератора, используют ненасыщаю щиеся сердечники из магнитомягкого материала, т. е. сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. Наличие трансформатора в схе­ме БГ, с одной стороны, усложняет его конструкцию, затрудняет мик­роминиатюризацию и увеличивает разброс параметров цели, что яв­ляется весьма нежелательным. С другой стороны, появляется возмож­ность осуществить электрическую развязку цепи нагрузки в источни­ка питания, легко осуществить согласованнее нагрузкой и обеспечить одновременное получение нескольких рабочих импульсов одинаковой или разной полярности и разной амплитуда. Эти качества являются весьма важными для целого ряда импульсных устройств.

Рассмотрим работу ждущего блокинг-генератора на примере схемы, приведенной на рис. 9.17, а. Будем считать, что сердечник трансфор­матора в процессе работа не насыщается. При этом между наяряжен- ностью магнитного поля И н индукцией В имеется однозначная связь

В = ytf,где ц — магнитная проницаемость материала сердечника, являющая* ся, в свою очередь, функцией напряженности:

И = / (//)

Для упрощения рассмотрения в дальнейшем будем считать а « = const.

Намагничивающий ток / создает магнитный поток, потокосцепле­ние которого о обмоткой 1 определяется из уравнения

где L_r — индуктивность обмотки /; / = (<«- ij - Q - намагни­чивающий ток; ic = ni о — ток обмотки 2, приведенный к первичной обмотке; п = W^/Wi, i'_a = n_Bi_B — ток нагрузки обмотки 3, приве­денный к первичной обмотке; п_в = W ^W_v

Обмотки, подключенные к цепям базы и коллектора, соединены так, чтобы обратная связь была положительной и возрастание кол­лекторного тока приводило бы к открыванию транзистора и дальней­шему увеличению этого тока.

В исходном состоянии транзистор заперт положительным напря­жением смещения Е^, приложенным к цепи базы—эмиттера. БГ на­ходится в состоянии устойчивого равновесия, из которого он может быть выведен подачей в цепь базы транзистора запускающего импуль­са тока «_аап (на рисунке цепь запуска не показана). При отпирании транзистора начинает действовать положительная обратная связь, т. е. возникает регенеративный процесс лавинообразного роста колг лекторного i„ и базового тока ig. В результате этого процесса транзис­тор попадает в режим насыщения и падение напряжения на нем «_и близко к нулю. Начинается процесс формирования переднего фронта импульса, по окончании которого формируется вершина импульса.

В этой стадии практически все напряжение питания Е приложено к первичной обмотке / импульсного трансформатора. Так как к об­мотке приложено постоянное напряжение, ток в ней будет непрерыв­но увеличиваться с течением времени (cW/di = const при L = const). Следовательно, ток коллектора будет непрерывно нарастать. В то же время трк базы непрерывно уменьшается за счет зарядки конденсатора С через эмиттерный переход транзистора, причем напряжение обмотки 2 в этот промежуток времени можно считать практически постоянным. По мере увеличения коллекторного тока все большую роль начинает играть падение напряжения и_к8. При его возрастании скорость роста i_B становится меньше.

Таким образом, имеют место одновременно протекающие процессы, способствующие выходу транзистора из области насыщения: увели­чение тока коллектора, снижение его скорости роста и уменьшение тока базы.

В конечном итоге транзистор из зоны насыщения выходит в актив­ную область и действие положительной обратной связи восстанавлива­ется. Возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания, в течение которого коллекторный ток падает до нуля, а напряжение на коллекторе становится практически равным —Е. На этом цикл 480

кончается, и БГ возвращается в исходное состояние, из которого он может быть выведен только следующим запускающим импульсом.

Таким образом, за рабочий цикл блокинр-генератора формируется

короткий импульс довольно болы

Рассмотрим более подробно отд са. Для этого еопротивление натру; ки 2 приведем к коллекторной обмотке h

Яа ^s Rgfn& ^вх ⁼ 2_BX/rtg, где Z„ - сопротивление в базо­вой цепи транзистора.

Тогда эквивалентная схема цепи Б Г будет иметь вид, показанный на рис. 9.17,6. В ней не учтены индуктивности рассеяния, неиз­бежно имеющиеся у любого транс­форматора, а все паразитные ем­кости (емкость трансформатора, монтажа, нагрузки, коллекторного перехода транзистора и т. д.) по­казаны одной эквивалентной ем­костью С_п.

Исходное состояние. В ждущем режиме в исходном^остоянии тран­зистор заперт положительным на­пряжением +£б и в цепи базы протекает обратный ток /в_0Тс^в «= —^КБО-

Напряжение на базе относи­тельно эмиттера

“бэзаи

⁼ +^б —/«БП Не-

мощности.

ше этапы переходного пропес- и сопротивление в цепи обмог-

Рис. 9.13. Диаграммы изменений на­пряжений и токов в блокинг-генера­торе

Конденсатор С заряжен до напряжения на базе запертого траязис- тора

“б)МВ ~ ®в (®)'

Напряжения на всех обмотках трансформатора равны нулю, а в сердечнике трансформатора имеется небольшой постоянный магнит­ный поток, обусловленный намагничивающей силой

^t ⁼ ^КБ о ^1-

В этом состоянии БГ может находиться как угодно долго, если «б,>0.

Запуск и опрокидывание. В момент времени I] (рио. 9.18) приходит запускающий импульс 1_аап отрицательной полярности, который по­дается в цепь базы транзистора. Транзистор отпирается, что приводит

г действие цепь положительной ОС. Ток коллектора !„ растет, вызывая рост базового тока if. Так как емкость конденватора С достаточно ве­лика, напряжение на ней практически не меняется в течение всего процесса регенерации. При этом можно считать, что ток, заряжающий конденсатор С, равен току ig, так как сопротивление резистора R* во много раз больше сопротивления открытого эмиттерного перехода транзистора. Регенеративный процесс будет наблюдаться только при выполнении известного условия Ду > 1.

Ориентировочное значение петлевого усиления можно определить, используя эквиалентную схему. Пусть ток базы получил приращение Д/_б. Тогда приращение коллекторного тока

⁼ ^м»^^¹

Если приращение произошло скачком, то намагничивающий ток и напряжение на конденсаторе остались неизменными.

Учитывая это, приращение тока базы определим из эквивалентной схемы

В (9.17) учтено, что емкостное сопротивление, входящее в 2и, для скачка тока очень мало.

Гак как приращение базового тока Д2₀._м вызвано приращением тока Д(б. го коэффициент петлевого усиления

^б.оо ^afe

« Rb+R?

Условие возникновения регенеративного процесса запишется в виде

г

Регенеративный процесс опрокидывания длится до тех пор, пока действует положительная обратная связь и транзистор находится в активной области. В момент времени t_t из-за уменьшения коллектор­ного напряжения «_в и роста базового тока 1ц транзистор попадает в режим насыщения, при котором «_к «О, Uj « —Е.

Формирование вершины импульса. При работе транзистора в ре­жиме насыщения формируется вершина импульса (интервал времени (₂ — G)* При этом к первичной обмотке трансформатора приложено практически все напряжение Е, а в обмотках 2 и 3 индукцируются э. д. с., равные и₂ ^ пЕ и и_ът п_аЕ.

Так как эти напряжения, определяемые производной потокосцеп- dV

ления по времени ^ и индуктивностью, остаются постоянными, ток намагничивания / должен возрастать во времени. Соответственно дол­жен увеличиваться коллекторный ток /_к» что видно из диаграммы (рис. 9.18).

Ток базы транзистора также не остается неизменным. Если в мо­мент окончания регенерации, когда заряд конденсатора в не успел существенно измениться, ток базы был равен

1» W « а^г_9й « nEtr^ (9.18)

где Ge — эквивалентное сопротивление базы и эмиттерного перехода насыщенного транзистора, то е течением времени из-за зарядки кон­денсатора 0 этот ток уменьшается по экспоненциальному закону

^(О-^^е”^, (9.19)

где т = /-,_бС — постоянная времени зарядной цепи.

В выражениях (9.18) и (9.19) для упрощения не учтено активное сопротивление вторичной обмотки 2.

С увеличением' тока коллектора происходит рассасывание избы­точных неосновных носителей заряда, накопленных в базе. G умень­шением тока базы этот заряд также уменьшается. В момент времени G, когда ток коллектора и ток базы изменятся настолько, что начина­ет выполняться условие

® к ⁼ ^мэ* б» транзистор выходит из режима насыщения в активную область и фор- мирование вершины импульса заканчивается.

Обратное опрокидывание и восстановление исходного состояния. В момент (₃ выхода транзистора в активную область вступает в действие положительная обратная связь и возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания. При этом в течение процесса регенерации можно считать, что заряд конденсатора С остается постоянным и u_c(t£ = и_е ((J. Уменьшение тока /_и приводит к уменьшению я_а, умень­шению по абсолютной величине напряжения «_ба, а также к снижению и последующему изменению направления тока i«. В итоге происходит дальнейшее уменьшение тока f_B. Заряд, накопленный в базе, быстро рассасывается. Транзистор запирается, и токи базы и коллектора при­нимают свои значения, соответствующие исходному состоянию, т. е. равные /_Кбо.

Из диаграммы тока if видно, что во время обратного опрокидыва­ния ток базы имеет обратное направление и значение его во много раз больше /кбо. Это обусловлено наличием избыточного заряда в базе насыщенного транзистора, носители которого в момент изменения приложенного напряжения на обратное изменяют ток базы транзис­тора.

В момент времени /₄, когда 1_в«/кбо и ?б^—/кбо» процесс регенерации заканчивается и начинается восстановление исходного состояния. Так как в процессе регенерации заряд конденсатора С и ток намагничивания / меняются незначительно, то в этих элементах запа­сена определенная энергия. Восстановление исходного состояния свя­зано с рассеиванием этой энергии. Уменьшение тока / приводит к по­явлению напряжения обратной полярности, причем значение этого выброса Аи_вп при малой нагрузке может быть весьма значительным.

Наличие емкости С_о может привести к тому, что при определенных со­отношениях параметров процесс станет колебательным.

Для уменьшения выброса и получения апериодического режима трансформатор шунтируют диодом Д_х с токоограничивающим резис­тором /?_ш. Эта цепь практически не влияет на процесс формирования импульса, изменяя лишь форму выброса. В течение сравнительно ко­роткого промежутка времени вся энергия, запасенная в магнитном поле, рессеивается в сопротивлениях /?_в, /?_ш и /?б-

Разрядка конденсатора С происходит также в процессе восстанов­ления. Разрядная цепь включает элементы R в> Е б и L& А так как по­стоянная времени CRc достаточно велика, ток разрядки изменяемся медленно и влиянием индуктивности обмотки 2 можно пренебречь. Та­ким образом, напряжение на базе представляет собой сумму напряже­ния выброса и убывающего по экспоненциальному закону положитель­ного напряжения и_с.

Процесс восстановления заканчивается в тот момент времени, ког­да ток намагничивания становится равным /кв о, а напряжение и_с =а = МО).

При практических расчетах блокинг-генераторов и выборе пара­метров элементов схемы полезно знать ряд упрощенных соотношений, определяющих параметры импульса.

Длительность фронтов импульса .

/ ^вх \

⁽Ф se Злт_а I 14——- I, \ /

где т_а — постоянная времени жизни неосновных носителей заряда в базе. Для диффузионных транзисторов т_а порядка десятых долей ми­кросекунды, для дрейфовых — соответственно сотых—тысячных до­лей микросекунды.

Так как процессы регенерации в целом идентичны, можно ориен­тировочно считать длительности переднего и заднего фронтов равными.

Длительность вершины импульса

ta 0^2X9 E)J(nR^,

где а = 1 —

Для повышения стабильности длительности импульса последова­тельно с базой транзистора целесообразно включи 1ь резистор, оп­ределяющий сопротивление R'^.

Длительность выброса

/_в л ShL^/R^,

W Rma = t^Ra II ^R'^.

Длительность восстановления

|_J .

^Mc max

/

Иногда (_вве можно находить упрощенно из выражения L_M « «(3-?5) R₆C.

Для запуска блокинг-генератора, работающего в ждущем режи­ме, необходимо тем или иным способом в цепь базы ввести импульс, отпирающий транзистор. Это может быть осуществлено различными путями. Так, запускающие импульсы можно вводить через дополни­тельную обмотку трансформатора. При этом для запуска пригодны

как отрицательные, так и поло­

жительные входные импульсы.

Можно подавать запускающие импульсы в цепь коллектора так, как показано на рис. 9.19, а, когда импульсы ы_8ап положительной по­лярности через диод Д₁ подаются на коллектор. Они трансформируют­ся в цепь базы в импульсы отрица­тельной полярности. После начала процесса опрокидывания диод Д_г запирается и связь блокинг-гене­ратора с источником запускающих импульсов прекращается.

Кроме ждущего режима БГ мо­жет работать и в автоколебатель­ном режиме, для чего вместо поло­жительного напряжения смещения Е б необходимо подать отрицатель­ное смещение. При отрицательном напряжении на базе у БГ отсутст­вует устойчивое состояние покоя и он работает в режиме автоколеба­ний. Схема автоколебательного бло­кинг-генератора приведена на рис. 9.19, б.

П

Рис. 9.19. Схема запуска БГ (а); схе­ма БГ в автоколебательном режиме (б); изменения напряжения на базе БГ (в)

роцессы, протекающие при автогенераторном режиме работы БГ, аналогичны процессам в ждущем режиме. Начнем рассмотрение автоколебательного режима о момента закрытия транзистора Т. В

этот момент конденсатор С заряжен до некоторого максимального на­пряжения м_сти, плюс которого приложен к базе транзистора (рис. 9.19, в). Конденсатор разряжается через обмотку 2, резистор 7? б и источник Ев. При этом напряжение на базе транзистора уменьша­

ется, стремясь к уровню

«бэ (“) = —Г^б +7_кб0 fij] я» Ед.

В некоторый момент вымени это напряжение достигает значения «пор < 0» при котором транзистор открывается. Процесс формирова­ния импульса повторяется. По окончании его конденсатор С снова оказывается заряженным до значения «_отаж. Диаграмма изменения напряжения на базе транзистора приведена, на рис. 9.19, в.

Длительность импульса в автоколебательном режиме определяет* ся таким же образом, как и в ждущем режиме.

Длительность паузы определяется из выражения

Iu^CRq In 11^-}

°c max

^б+ ^кво^в

Рис. 9.20. Принципиальная схема БР на трансформаторе с сердечником с ППР (б); идеализированная петля гистерезиса (а)

Тогда период автоколебаний Г = /_в + /п-