Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные цепи и микросхемотехника. Импульсные и цифровые устройства. Конспект лекций. Учебное пособие
.pdf
UС1
ТР
iб
Rн
w3
R
2
IБМ
Еп
w2
С
1
а
UС1
VД1
R
1
T
iб
iб
R
w1
3
ik
VT1
t
IКМ
IКM
t
t4
ik
uk
-U
СМ
tн
t2
t1
Еп
UМ
t
tи
Uн
n*Еп
2
б
Рис. 2.24
Так как транзистор находится в режиме насыщения, то напряжение на первичной обмотке сохраняется почти неизменным и равным
71
t
напряжению источника питания
Е
Е
Е
Е
М
Е
напряжение
n Е ww
2 п 2 п 21
. На базовой обмотке
п
/u
, где
n
– соответствующий коэффи-
2
циент трансформации. Это напряжение задает ток
i
б
w
создается
2
в цепи базы тран-
зистора, достаточный для поддержания режима насыщения. Ток, протекающий по замкнутому контуру
тор
С
до напряжения
1
–СМU
, при этом ток базы постепенно уменьша-
21 1
б.эwR С
, заряжает конденса-
ется вследствие заряда конденсатора.
В нагрузке, в общем случае гальванически не связанной с источником питания, протекает на этом этапе ток
nR
нп3 н
, где
331
/nww
/i
а ток коллектора несколько возрастает из-за роста тока намагничивания
трансформатора. Таким образом можно сделать вывод, что на интервале
формирования вершины импульса имеют место процессы, способству-
ющие в определенный момент (
t
) выходу транзистора из режима насы-
2
щения вследствие уменьшения тока базы и постепенного возрастания
тока коллектора. Транзистор входит в активный режим, и создаются
условия для обратного регенеративного процесса, в ходе которого за
очень короткое время (к моменту
t
) транзистор окажется в закрытом
3
состоянии: к базе будет приложено отрицательное напряжение конденсатора
ние на коллекторе, равное
С
, токи базы и коллектора сделаются равными нулю, напряже-
1
, плюс напряжение
п
U
, создаваемое
ЭДС самоиндукции за счет энергии, накопленной в индуктивности
намагничивания трансформатора. Новое состояние будет продолжаться
до тех пор, пока под действием положительного напряжения
кон-
п
денсатор не перезарядится от отрицательного значения до уровня отпирания транзистора VT1 (момент
t
), т. е. создадутся те начальные усло-
4
вия, с которых мы начали рассматривать основы работы схемы.
Определим временные расчетные соотношения в схеме БГ исходя из
ряда общепринятых допущений. Так, будем считать пренебрежимо малыми времена перехода схемы из одного квазиустойчивого состояния
равновесия в другое (из режима насыщения транзистора в режим его
запирания и обратно). Длительность этих переходов зависит от глубины
обратной связи, характера нагрузки, паразитных емкостей и индуктивности рассеивания трансформатора, частотных свойств транзистора.
Минимальные значения указанных временных параметров лежат в пре-
t
делах нескольких единиц
.
,
72
Определение длительности импульса. За длительность импульса
R
EiR
t
принимается интервал времени
, в течение которого транзистор нахо-
и
дится в насыщенном состоянии. Условием обеспечения насыщенного
состояния является, как известно, выполнение неравенства
где
it it
k
– среднее значение коэффициента усиления по току в активном
0
, (2.48)
0 б
() ()
режиме работы транзистора.
Для определения токов коллектора и базы обратимся к эквивалентной расчетной схеме выходной цепи блокинг-генератора (рис. 2.25), состоящей из параллельного соединения следующих элементов:
н
R
н
– приведенное сопротивление
2
n
3
нагрузки;
RR
1 вх ОЭ
R
б
n
– приведенное сум-
2
2
марное сопротивление в цепи базы;
С Cn
112
денсатора
2
– приведенная емкость кон-
;
С
1
K – замкнутый накоротко транзистор-
С1
Еп
iL
iб
R
Б
К
Рис. 2.25
iн
1
Rн
ik
ный ключ.
Ток коллектора будет определяться суммой приведенного тока
нагрузки, приведенного тока цепи базы и тока намагничивания:
iiii
, (2.49)
нбkL
1
где
п
ie
б
н
E
п
R
б
, (2.50)
н
t
б
С R
, (2.51)
ббб
73
E
E
R
L
E
RtR
R
R
L
it
п
. (2.52)
L
1
L
1
Так как ток базы в
n
раз меньше приведенного тока
2
i
, то на основе
б
формулы (2.49) длительность выходного импульса будет найдена в результате решения трансцендентного уравнения
1
0
nR
2 б
п
e
п
б
=
+
н
t
и
E
t
и
E
п
e
R
н
E
п
б
+
, (2.53)
t
и
L
1
что возможно в общем случае только численными методами. Представляют интерес и частные решения, позволяющие понять тенденции влияния того или другого элемента схемы на длительность импульса. Рассмотрим следующие случаи:
а) индуктивность намагничивания
настолько велика, что током
1
намагничивания можно пренебречь. Заметим также, что обычно
n
n
(
02
обычно лежит в пределах 0,5…1), и формула (2.53) при
2
этом приводится к виду
t
и
1
пп
0
e
nR R
2 бн
E
б
, (2.54)
а длительность импульса оказывается равной
0 н
ln
иб
n
б 2
или
t С R
и 1 б
ln
0 н 2
n
; (2.55)
2
n
б 3
С R
б) постоянная времени
настолько велика, что основная роль в
1 б
процессе выхода транзистора из насыщения будет принадлежать индуктивности намагничивания
. Формула (2.53) принимает для этого слу-
1
чая вид
EEEE
1
пппп
0 и
nR R R L
2 бнб1
74
. (2.56)
t
Решая это уравнение относительно
R
Е
t
с учетом сделанных ранее до-
и
пущений, получим
2
nn
tL
и 1
02 3
бнб
2
n
2
RR
. (2.57)
Определение длительности зарытого состояния транзистора.
Как правило, этот интервал времени значительно больше длительности
импульса. Физически это время обусловлено
+Еп
iс
1
R
2
процессом перезаряда конденсатора с начального отрицательного уровня, полученного на
предыдущем этапе, до уровня отпирания транзистора.
Эквивалентная схема входной цепи транзи-
u
С1
С
стора на этапе его закрытого состояния представлена на рис. 2.26.
Обозначим начальное напряжение на
U
денсаторе через
. Величина этого напряже-
CM
ния примерно равна напряжению на вторичной обмотке
насыщенного состояния транзистора, т. е.
кон-
U
n
п 2CM
Рис. 2.26
w
.
в стадии
2
Под действием положительного напряжения источника питания
напряжение на конденсаторе изменяется по закону
u
б
1
tt
() 1
ut U e E e
С CM
cc
11
п
. (2.58)
Примем за порог отпирания транзистора напряжение, равное нулю.
Тогда, используя выражение (2.58), найдем значение периода следования импульсов:
где
С R
112С
UE
Tt
и 1
C
ln
CM
постоянная времени цепи разряда конденсатора.
п
E
. (2.59)
п
Определение амплитуды выброса напряжения на коллекторе
транзистора.
Возникновение перенапряжения на коллекторе транзи-
стора схемы блокинг-генератора обусловлено накоплением энергии
75
в индуктивности намагничивания трансформатора на этапе формирова-
L
M
I
R
Е
M
I
R
ния плоской вершины импульса и быстрым выключением транзистора
при переходе его в закрытое состояние. Переходной процесс здесь носит достаточно сложный характер из-за наличия в схеме паразитных емкостей, индуктивности рассеивания трансформатора. Немалую роль играют частотные свойства транзистора.
Как следует из рис
лучил приращение
. 2.24, б, за время
(ток намагничивания). При мгновенном от-
к
t
ток в индуктивности
и
по-
1
ключении транзистора этот ток создал бы на коллекторе дополнительное напряжение
UIR
, зависящее от величины эквивалент-
кнэMM
ного сопротивления нагрузки и особенно сказывающегося в режиме холостого хода схемы. Ослабить уровень перенапряжения до допустимого
значения помогает нелинейная цепь VD1,
на коллекторе транзистора достигает величины
. Как только напряжение
3
, открывается диод
п
VD1, и создается замкнутый контур для протекания тока намагничива-
ния
чением
. Создаваемое им падение напряжение будет ограничено зна-
к
UIR
, где величина
к 3MM
может быть выбрана в соот-
3
ветствии с предельно допустимым значением напряжения для данного
типа транзистора.
Лекция № 10
2.2.12. ДВУХТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР (СХЕМА РОЕРА)
Простейшая схема двухтактного генератора, являющегося основным элементом преобразователя напряжения, показана на рис. 2.27.
Все обмотки трансформатора имеют одно и то же направление витков (начала их отмечены точками). Транзисторы попеременно подклю-
,ww
чают напряжение источника питания Е к первичным обмоткам
Если транзистор VT1 насыщен, то на первичной обмотке
напряжение, близкое к напряжению питания Е, а на обмотке
w
действует
1
w
– напря-
3
жение, создающее положительное значение напряжения на базе VT1,
которое поддерживает этот транзистор в насыщенном состоянии.
76
.
12
В то же время на обмотке
w
действует напряжение, обеспечивающее
4
отрицательное напряжение на базе VТ2 и вызывающее его запирание.
При запирании транзистора VT1 отпирается транзистор VT2, так как
напряжение на его базе будет положительным. Таким образом, транзисторы схемы включаются попеременно.
Rн
w5
w1 w2w3
ЕVT1 VT2
Рис. 2.27
Будем считать, что рассматриваемая схема симметрична:
ww
; транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковые параметры. Однако
34
w4
ww
12
абсолютной симметрии схемы достичь невозможно. Поэтому после
включения источника питания один из транзисторов (например, VT1)
будет включаться несколько быстрее, чем другой. Включение транзи-
стора VT1 приведет к появлению на обмотке
w
4
щего транзистор VT2. Лавинный процесс переключения завершается
насыщением VT1 и запиранием VТ2. Для определения частоты колебаний приведем все сопротивления, нагружающие обмотки трансформа-
тора, к его коллекторной обмотке
w
. Обмотки
1
w
w
и
2
подключены к
4
выводам запертого транзистора VT2, входное и выходное сопротивления которого для приближенных расчетов можно считать бесконечно
w
большими. Поэтому обмотки
Обмотка
зистора VТ1, равное
w
нагружена на входное сопротивление насыщенного тран-
3
r
. При пересчете это сопротивление
б
w
и
2
можно считать ненагруженными.
4
,
где
131
rrn
,
ббн1
/nww
.
2
77
Выходная обмотка трансформатора нагру-
R
R
I
I
E
I
I
I
I
I
I
I
E
жена на
. Пересчитанная величина этого со-
н
противления дает значение
r
б
L
К
Э
Рис. 2.28
VT1
R
.
,
нн2
н
где
/nww
251
Эквивалентная схема генератора при первом включении транзистора VT1 показана на
рис. 2.28.
В соответствии с данной схемой пересчи-
2
Rn
танный ток базы, протекающий через рези-
r
стор
от тока
, имеет значение
б
n
в
раз:
б
1
Ток коллектора
кнбL
с блокинг-генератором. При
/Er
. Базовый ток транзистора
б
1
In
б 1
nr r
1 ббн
III
к 1 б
E
определяется так же, как и в случае
I
транзистор VT1 выходит из насы-
отличается
б
.
щения и в схеме развивается лавинный процесс переключения транзисторов. Ток намагничивания
к моменту переключения достигает ам-
L
плитудного значения
1
n
1
.
Ток
max 1 бк 1 ббн бн
I
во время переключения транзисторов остается практически
max
(0) 1I II III II
постоянным. Поэтому после насыщения транзистора VT2 его коллекторный ток создают не только токи
Теперь, чтобы достичь значения
и
, но и обратный им ток
н
, коллекторный ток VT2 должен
2 б
I
max
.
нарастать большее время, чем при первом включении транзистора VT1.
Считая, что
тока должно составлять
12
, можно видеть, что приращение коллекторного
2
(рис. 2.29). Скорость изменения коллек-
max
торного тока определяется скоростью изменения тока намагничивания
78
/
I
I
E
E
I
Et L
L
равное половине периода колебаний. Отсюда
. Изменение тока величиной
22
II
T
max max
2/
i
1б
L
LE
, или
2
m
TL
происходит за время Т/2,
I
max
4
.
t
i
2б
i
1к
i
2к
Uн
Подставляя значение
f
I
m
//
II
бн
//
III
бнm
1 б
I
2 б
n*E
2
n*E
2
T/2
T
Рис. 2.29
I
в эту формулу, найдем частоту колебаний
max
11
T
(/ 1)
n
4
L
1
rR
бн
t
t
t
t
. (2.60)
1
79
Уравнение (2.60) имеет смысл при
R
R
R
R
R
n
Учитывая, что
привести к виду
rrn
и
ббн1
2
nn
12
(/ 1)
1
rR
бн
2
r
бн
, удобному для оценки значений коэффици-
н
1
.
нн2
0
2
Rn
, данное условие можно
ента трансформации.
Из (2.60) следует, что частота колебании импульсного генератора
зависит от
r
. Сопротивление
бн
r
имеет значительный разброс.
бн
Для уменьшения разброса частоты колебаний при смене транзисторов последовательно с базами транзистора включают небольшие сопро-
тивления
r
1 бн
. Суммарное сопротивление в цепи базы
rR
1 бн 1
т. е. мало изменяется при смене транзисторов. Так как в каждый момент
времени открыт только один транзистор и прямой ток течет только че-
рез одну базу, в схеме можно использовать единый базовый резистор
(рис. 2.30). Для лучшей передачи скачков напряжения на базу во время
переключений этот резистор часто шунтируют форсирующим конден-
С
сатором
небольшой емкости.
1
Rн
,
1
Тр
R
2
VT1
R
Е
1
Рис. 2.30
VT2
C
1
Кроме того, в схеме на рис. 2.27 есть и другой недостаток –
жесткий режим возбуждения. Так как в данной схеме база каждого
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]