4.7. Блокинг-генератор

Генераторы коротких импульсов, у которых вершина имеет форму, близкую к колоколообразной, выпол­няют на основе блокинг-генераторов. Они представляют собой мультивибраторы, в которых положительная обратная связь введена через импульсный трансформатор.

Блокинг-генератор представляет собой релаксационную схему с трансформаторной обратной связью, выполненную на одном активном элементе. По сравнению с мультивибраторами и одно вибраторами блокинг-генераторы позволяют получить большую скважность и меньшую длительность импуль­сов, а также осущест­вить трансформаторную связь с нагрузкой

В транзисторных блокинг-генераторах транзистор может быть включен как по схеме ОБ, так и по схеме ОЭ, кроме того, использует­ся несколько вариантов включения времязадающего конденсатора, нагрузки и т. п. Мы подробно рассмотрим основную схему (рис. 4.22), поскольку полученные выводы действительны в общем и для других вариантов.

Схема блокинг-генератора, работающего в режиме автоколеба­ний, показана на рис. 4.22. Пусть сначала на конденсаторе С на­пряжение имеет положительную полярность (показанную на рис. 4.22, а) и достаточно большое значение. Тогда транзистор нахо­дится в запертом состоянии и конденсатор разряжается через R и вторичную обмотку трансформатора. Индуктивностью последней можно пренебречь, так как скорость изменения тока на этом этапе невелика. Строго говоря, разряд происходит не только через R, но и через цепь базы. Когда напряжение на конденсаторе, стремящееся к отрицательному уровню - Е_б, падает до нуля, транзистор отпирается и начинается второй этап переходного процесса. На этом этапе возрастающий коллекторный ток наводит на вторичной обмотке трансформатора э.д.с. отрицательной полярности, которая способствует форсиро­ванному отпиранию транзистора. Процесс развивается лавинообраз­но вплоть до насыщения транзистора, когда последний утрачи­вает усилительные свойства и положительная обратная связь нарушается. Коллекторное напряжение в течение второго этапа падает от величины -Е_к практически до нуля. На третьем этапе происходит рассасывание накопленных в базе носитечей. При этом напряжение U_кэ остается близким к нулю, т. е. формируется вершина импульса. Через некоторое время заряд неосновных носите­лей в базе уменьшается до такой величины, при которой транзи­стор выходит из насыщения. После этого наступает этап запира­ния, в течение которого коллекторный ток лавинообразно падает до нуля, а коллекторное напряжение снова достигает значения —Е_к. Затем получается выброс, обусловленный рассеянием магнитной энергии, накопленной в сердечнике трансформатора. По окончании выброса схема возвращается в ис­ходное состояние и рассмотренный цикл повторяется.

То положительное напряжение на конденсаторе, которое мы предположи­ли в начале цикла, получается в про­цессе формирования вершины, когда че­рез конденсатор протекает большой ба­зовый ток. Фронты импульса обычно бывают короткими, и напряжение U_c за время фронта практически не меняется.

Ждущий режим блокинг-генератора обеспечивается включением запирающего напряжения в цепь базы последовательно с резистором R (рис. 4.23). В этом случае до подачи отрицательного спускового импульса транзистор будет на­ходиться в запертом состоянии, а напряжение на конденсаторе будет равно напряжению смещения Ек. После подачи спускового импульса начнется описанный выше цикл, в конце которого вос­становится исходное состояние.

Поскольку в ждущем режиме длительность паузы задается периодом спусковых импульсов, сопротивление R выбирают доста­точно малым, с тем чтобы разряд конденсатора заканчивался до при­хода очередного импульса.

Сопротивление R должно быть значительно меньше сопротивления утечки транзистора (на практике – не более 50 кОм). В отсутствие смещения стабильность блокинг-генератора весьма низка, практически такая схема неработоспособна. Т.к. наличие второго напряжения неудобно, то на практике зачастую сопротивление подключают к шине источника питания.

Интервал между импульсами определяется временем разряда конденсатора. В идеале можно считать

Тп = RC ln (Uсм/Е_б +1).

Если за время импульса заряд конденсатора заканчивается, то можно считать Ucm = n_бE_к.

Время фронат и спада импульсов определяются параметрами транзистора и трансформатора, а также сопротивлением нагрузки. Расчет этого времени весьма сложен. (Обычное время на практике – десятки нс для высокочастотных транзисторов).

Время импульса находится в прямой зависимости от С и индуктивности коллекторной обмотки, а также от сопротивления нагрузки. Расчет также весьма трудоемок.

Отрицательный выброс – весьма неприятная особенность блоктнг-генератора, как для последующих каскадов, так и для самого устройства (транзистор может быть пробит выбросом как коллекторного, так и базового напряжения)

Uкб макс = - (Ек+Uкm)(1+n_б)

Uэб макс = - n_б(Ек+Uкm)

Например при выбросе 7,5 В (обычная цифра), напряжении питания 10 В и к-те трансформации 0,2 получим Uэб макс = -4 В, что превышает напряжение пробоя для многих транзисторов. Для защиты базы вводят диод в базовую цепь, либо шунтируют коллекторную обмотку диодом, или цепочкой диод-резистор.