Корпус → переход (э-б) → c → ωб → корпус (эмиттер).

Напряжение на конденсаторе нарастает быстро, так как прямое сопротивление перехода «эмиттер-база» очень мало. По мере заряда конденсатора положительный потенциал базы увеличивается, а ток в цепи эмиттер - база (i_б) уменьшается, что приводит к выходу транзистора из режима насыщения.

4-й этап. Второе опрокидывание схемы (обратный блокинг-процесс).

Процесс формирования вершины заканчивается в тот момент (t = t₂), когда ток заряда конденсатора i_б уменьшится настолько, что величина коэффициента усиления по току β будет достаточной для возникновения обратного блокинг-процесса. В этот момент транзистор вновь становится активным элементом, обладающим усилительными свойствами. Уменьшение тока базы i_б вызывает уменьшение тока коллектора i_к и появление ЭДС самоиндукции е'₁ и взаимоиндукции е'₂. Эти ЭДС имеют направление, противоположное соответствующим ЭДС, возникающим при первом опрокидывании схемы. Вновь замыкается петля положительной обратной связи:

–Δi_б → –Δi_к → –Δе'₁ → +Δе'₂ → ΔU_б → –Δi'_б (> –Δi_б).

Процесс развивается лавинообразно и приводит к резкому запиранию транзистора. Напряжение на коллекторе U_к понижается до величины – Е_к, даже ниже – Е_к. Это объясняется тем, что в процессе формирования вершины импульса ток намагничивания импульсного трансформатора после запирания транзистора не может исчезнуть мгновенно. В результате ударно возникает ЭДС самоиндукции, приводящая к «всплеску» U_к. При достаточно высокой добротности паразитного колебательного контура в цепи коллектора этот «всплеск» может перейти в паразитные колебания (пунктир). Для предотвращения возникновения паразитных колебаний обычно параллельно обмотке, стоящей в цепи коллектора, включается диод. Малое прямое сопротивление диода шунтирует паразитный колебательный контур, образованный индуктивностью и межвитковой ёмкостью первичной обмотки ω_к. Добротность колебательного контура при этом становится низкой, и колебания быстро затухают.

После запирания транзистора вновь начинается описанный выше процесс сравнительно медленного перезаряда конденсатора C.

Ждущий блокинг-генератор

Блокинг-генератор может работать в ждущем режиме. Для этого в общем случае необходимо поддерживать транзистор в запертом состоянии до момента поступления отпирающего импульса. Запереть транзистор можно различными способами: подать положительное напряжение на базу или отрицательное напряжение на эмиттер (если транзистор структуры p-n-p). Обычно выбирается второй вариант (рис.3.22), так как при этом используется общий источник питания – Е_к.

Рис.3.22. Ждущий блокинг-генератор

8. Генераторы пилообразных импульсов

Импульсами напряжения пилообразной формы называются импульсы, фронт которых изменяется по закону, близкому к линейному.

Плоской части у такого импульса нет. В подавляющем большинстве случаев стремятся получить пилообразное напряжение с максимальной линейностью. Генераторы, вырабатывающие такие импульсы, называются генераторами линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), или генераторами пилообразного напряжения (ГПН).

Линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) используется для развёртки электронного луча в электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) с электростатическим управлением (например, в осциллографах), в устройствах задержки импульсов на калиброванное время, в преобразователях «аналог-код» и др.

Линейно изменяющийся ток (ЛИТ) используется для развёртки электронного луча в ЭЛТ с электромагнитным отклонением (например, в телевизорах). Линейно изменяющийся ток может быть получен только из линейно изменяю-щегося напряжения.

Импульсы пилообразного напряжения (ПН) могут быть положительной или отрицательной полярности.

Существуют два способа получения ПН: формирование и генерирование. В первом случае для получения ПН используются формирующие четырёхполюсники (чаще всего, это интегрирующие цепи). Во втором случае ПН получается с помощью генератора, который может работать либо в автоколебательном, либо в ждущем режиме.

Характеристики импульсов пилообразного напряжения

На рис.3.23 изображён пилообразный импульс.

Рис.3.23. Пилообразный импульс и его параметры

Пилообразный импульс составляется двумя фронтами. Передний фронт (прямой, или рабочий ход) является линейно изменяющимся напряжением или током. Передний фронт может быть и не линейным, а одним из изображённых на рис.3.24.

Рис.3.24. Виды пилообразного напряжения

Задний фронт (обратный ход) изменяется по экспоненциальному закону.

Пилообразный импульс характеризуется следующими параметрами (рис.3.23):

1. Начальный уровень (U₀);

2. Амплитуда (U_m);

3. Длительность прямого (рабочего) хода (t_пр);

4. Длительность обратного хода (t_обр);

5. Средняя скорость нарастания (спадания) переднего фронта (k):

[В/с]

6. Коэффициент нелинейности (γ), который показывает, насколько закон изменения напряжения на рабочем участке отличается от идеально линейного;

7. Коэффициент использования напряжения источника питания (ε), показывающий, насколько амплитуда пилообразного напряжения меньше предельно возможной:

(%).

Этот коэффициент характеризует не сам импульс, а схему ГЛИН.

Оценка нелинейности пилообразного напряжения может производиться двумя методами:

а) по относительному изменению крутизны напряжения на рабочем

участке;

б) по относительному временнóму отклонению реального пилообраз-

ного напряжения от идеально линейного.

Чаще всего используется первый метод, который иллюстрируется рис.3.25.

Рис.3.25. К определению линейности пилообразного напряжения

по относительному изменению его крутизны

Изменение крутизны нарастания пилообразного напряжения может в принципе оцениваться в любой точке рабочего участка. Чаще всего это сравнение производится с крутизной в начале рабочего участка, т.е. с крутизной в точке t = 0, или с крутизной в средней точке рабочего участка, где .

Если изменение крутизны в конце прямого хода сравнивается с крутизной в начале рабочего участка, то

= ………………… (3.1).

Аналогично нелинейность измеряется и для середины участка:

………………………………………. (3.2).

Чаще всего пилообразное напряжение получают при заряде или разряде конденсатора, т.е. при экспоненциальном законе изменения напряжения,

когда

,

т.е. при интегрировании прямоугольного импульса. При этом скорость изменения напряжения заряда будет равна

………………………………… (3.3)

В момент t = 0 это выражение приобретает вид

В момент t = t_пр

Отсюда следует

……………… (3.4).

Обычно t >> t_пр, что даёт нам право разложить экспоненциальную часть выражения (3.4) в степенной ряд:

=

Этот ряд быстро сходится, поэтому членами ряда, начиная с третьего, можно пренебречь. Тогда

≈ ,

откуда …………………………………………… (3.5).

Принимая во внимание, что при интегрировании прямоугольного импульса напряжение на конденсаторе в конце заряда U_С = U_m , получим

……………………… (3.6)

Коэффициент использования напряжения источника питания

,

где U₀ – начальный уровень, от которого начинается формирование пилообразного импульса. Этот уровень определяется напряжением насыщения транзистора и поэтому можно считать, что U₀ ≈ 0. Поэтому

.

Подставив в это выражение (3.6), получим

.

Отсюда следует важный вывод: при изменении пилообразного напряжения по закону экспоненты (простейший случай интегрирования прямоугольного импульса) оказывается, что , т.е. коэффициент нелинейности равен коэффициенту использования напряжения источника питания.

Следовательно, чем более линейным мы хотим получить пилообразное напряжение (т.е. чем меньше γ), тем меньше должен быть коэффициент использования напряжения источника питания (ε). Поэтому для получения малой величины нелинейности γ (т.е. наибольшей линейности пилообразного напряжения) следует использовать начальный участок экспоненты, где рабочее напряжение изменяется достаточно линейно.

При втором способе оценки линейности пилообразного напряжения мерой нелинейности служит максимальное отклонение по времени δ, получаю-щееся заменой истинной кривой пилообразного напряжения на прямую,

соединяющую две крайние точки рабочего участка (рис.3.26).

…………………………….. (3.7).

Рис. 3.26. К определению линейности пилообразного напряжения

по относительному временнóму отклонению реального

пилообразного напряжения от идеально линейного.

Этот способ оценки нелинейности позволяет непосредственно судить о величине временнóй погрешности, возникающей при использовании реального напряжения вместо идеализированного линейного.

Простейший ГПН на транзисторе

Простейшим ГПН является ёмкостная интегрирующая цепь с включённым параллельно зарядному конденсатору транзистором в качестве электронного коммутатора (рис.3.27).

Рис.3.27. Простейший генератор пилообразного напряжения

Временные диаграммы ГПН показаны на рис. 3.28.

Рис.3.28. Временные диаграммы простейшего ГПН

Работа схемы.

1. Исходное состояние.

В исходном состоянии транзистор открыт и находится в режиме неглубокого насыщения. Конденсатор C разряжен до величины

2. Формирование импульса.

При подаче на вход схемы отрицательного прямоугольного импульса транзистор быстро запирается (происходит скачок напряжения на входе). В соответствии с законами коммутации конденсатор C мгновенно зарядиться не может, поэтому в момент времени t = t₁ напряжение на его верхней обкладке не изменяется (рис.3.27).

С момента времени t > t₁ начинается заряд конденсатора по цепи:

+Е_к → R_к → C → – Е_к (корпус).

Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальному закону:

,

где τ =R_к·C.

Процесс заряда конденсатора происходит в промежутке времени t₁ … t₂.

3. Восстановление исходного состояния схемы.

Ёмкость конденсатора достаточно велика и он продолжал бы заряжаться дальше, но в момент t = t₂ напряжение на входе скачком прекращается, транзистор отпирается, и конденсатор C быстро разряжается через малое внутреннее сопротивление насыщенного транзистора по цепи:

+C → VT → корпус → – C.

Разряд происходит также по экспоненте, но постоянная времени цепи разряда

Параметры сформированного импульса зависят от величин R_к, C, τ_и и Е_к .

Достоинства схемы:

• простота;

• стабильность закона изменения пилообразного напряжения, зависящая только от Е_к, R_к и C.

Недостаток схемы – очень малая линейность пилообразного напряжения. Чтобы обеспечить приемлемую линейность прямого хода, необходимо выбирать τ_зар >> τ_и. В этом случае заряд конденсатора соответствует начальному, относительно линейному, участку экспоненты. Однако чем больше τ_зар превосходит t_пр (т.е. τ_и), тем меньше амплитуда напряжения U_m, до которого зарядится конденсатор за время длительности импульса, тем меньше коэффициент использования напряжения источника питания.