Контрольные вопросы

1. Назовите основные параметры линейно изменяющегося напряжения.

2. Поясните функционирование блок-схемы рис. 1.20.

3. Поясните назначение элементов схемы рис. 1.21, аи принцип ее работы.

4. Что такое коэффициент нелинейности и как он рассчитывается для схемы рис. 1.21, а?

5. Какими причинами обусловлен фактор нелинейности напряжения ГЛИН?

6. Поясните принцип работы схемы рис. 1.22, а.

7. Какими свойствами обладает параллельная обратная связь по напряжению?

8. Поясните принцип стабилизации тока в схеме рис. 1.22, а.

9. Какова роль транзистора VTв схеме рис. 1.22,а?

10. Какие условия должны выполняться для обеспечения режима насыщения транзистора в схеме рис. 1.22, а?

11. Поясните принцип действия компенсирующей обратной связи в блок-схеме рис. 1.23.

12. Поясните принцип организации автоколебательного режима в схеме рис. 1.24.

13. Поясните назначение функциональных узлов в схеме рис. 1.24, а.

14. Напишите соотношение для расчета частоты генерируемых импульсов в схеме рис. 1.24, а.

15. Как можно регулировать частоту импульсов в схеме рис. 1.24, а?

16. Чем определяется длительность импульсов на выходе компараторов в схеме рис. 1.24, а?

1.4. Блокинг-генератор [1, 5, 10]

Схема блокинг-генератора представляет собой однокаскадный усилитель с трансформаторной положительной обратной связью (рис. 1.25, а). В историческом плане эта схема была одной из первых в числе генераторных устройств, предназначенных для генерирования мощных коротких импульсов сначала на основе электронных ламп, а затем и транзисторах. На сравнительно маломощных приборах (с допустимой мощностью рассеивания на уровне сотен милливатт) схема позволяет передавать в нагрузку мощность на несколько порядков большую. Существенная роль принадлежит здесь трансформатору, обеспечивающему необходимую связь и согласование выходной цепи с цепями управления и нагрузки.

а б

Рис. 1.25

Рассмотрим принцип работы блокинг-генератора. Пусть до момента времени t₁ транзистор VT1 по неизвестной пока причине был закрыт. Это состояние не может длиться бесконечно долго, поскольку конденсатор С₁ заряжается, и в цепь базы через резистор R₁ подается положительное смещение от источника питания Е_п. В момент t₁ напряжение на базе транзистора достигает порога отпирания (примем его близким к нулю), и в коллекторной цепи появится ток i_к1, который вызовет изменение напряжения на первичной обмотке w₁ трансформатора ТР. Благодаря индуктивной связи между обмотками w₁ и w₂ это изменение передается в цепь базы транзистора и при обозначенном на схеме способе включения обмоток вызовет еще большее увеличение тока коллектора. Возникает уже известный нам регенеративный процесс, который удобно изобразить в виде замкнутой последовательности событий:

u_бi_бi_кu_кu_w1u_w2u_б.

Процесс этот происходит очень быстро и к моменту его окончания формируются максимальные значения токов базы и коллектора (I_бм, I_км). При правильном выборе значений элементов схемы транзистор окажется в режиме насыщения с близким к нулю остаточным напряжением на коллекторе (рис. 1.25, б).

Начиная с этого момента (практически совпадающего с моментом t₁) происходит формирование плоской вершины импульса. Здесь главными особенностями работы блокинг-генератора являются следующие. Так как транзистор находится в режиме насыщения, то напряжение на первичной обмотке сохраняется почти неизменным и равным напряжению источника питания Е_п. На базовой обмотке w₂ создается напряжение u₂ = Е_пn₁ = Е_пw₂/w₁, где n₁ – соответствующий коэффициент трансформации. Это напряжение задает ток i_б в цепи базы транзистора, достаточный для поддержания режима насыщения. Постепенно ток базы уменьшается вследствие заряда конденсатора С₁, а напряжение на конденсаторе принимает все более отрицательное значение.

Отметим также, что в нагрузке, в общем случае гальванически не связанной с источником питания, протекает на этом этапе ток i_н = Е_пn₂/R_н, где n₂ = w₃/w₁, 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, способствующие выходу транзистора из режима насыщения: уменьшение тока базы и постепенное возрастание тока коллектора. В некоторый момент времени t₂ эти причины переведут транзистор в активный режим, т. е. создадутся условия для обратного регенеративного процесса, в ходе которого за очень короткое время (к моменту t₃) транзистор окажется в закрытом состоянии: к базе будет приложено отрицательное напряжение конденсатора С₁, токи базы и коллектора сделаются равными нулю, напряжение на коллекторе может превысить уровень Е_п за счет энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора. Новое состояние будет продолжаться до тех пор, пока под действием положительного напряжения Е_п конденсатор не разрядится до уровня отпирания транзистора VT1 (момент t₄), т. е. создадутся исходные начальные условия.

Рассмотрим теперь некоторые расчетные соотношения в схеме блокинг-генератора, 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). Длительность этих переходов зависит от глубины обратной связи, характера нагрузки, паразитных емкостей и индуктивности рассеяния трансформатора, частотных свойств транзистора. Минимальные значения указанных временных параметров (по данным литературных источников) лежат в пределах нескольких единиц _.

Определение длительности импульса. За длительность импульса принимается интервал времени t_и, в течение которого транзистор находится в насыщенном состоянии. Условием обеспечения насыщенного состояния (при постоянстве значения коэффициента усиления по току  = ₀) является выполнение неравенства

. (1.66)

Для определения токов коллектора и базы обратимся к эквивалентной расчетной схеме выходной цепи блокинг-генератора (рис. 1.26), состоящей из параллельного соединения следующих элементов:

Рис. 1.26

–приведенное сопротивление нагрузки;

–приведенное суммарное сопротивление в цепи базы;

–приведенная емкость конденсатора С₁;

К – замкнутый накоротко транзисторный ключ.

Ток коллектора будет определяться суммой приведенного тока нагрузки, приведенного тока цепи базы и тока намагничивания:

, (1.67)

где , (1.68)

, (1.69)

. (1.70)

Так как ток базы в n₁ раз меньше приведенного тока , то на основании формулы (1.67) длительность выходного импульса будет найдена в результате решения трансцендентного уравнения:

=++, (1.71)

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 L₁ настолько велика, что током намагничивания можно пренебречь. Заметим также, что произведение ₀n₁ в практических схемах значительно больше единицы, хотя значение n₁ обычно лежит в пределах 0.5…1. Формула (1.71) при этом приводится к виду:

=, (1.72)

а длительность импульса оказывается равной:

или. (1.73)

б) Велика постоянная времени С₁R_б и основная роль в процессе выхода транзистора из насыщения принадлежит индуктивности намагничивания L₁. Формула (1.72) принимает для этого случая вид:

=++. (1.74)

Решая это уравнение относительно t_и с учетом сделанных ранее допущений, получим:

. (1.75)

Определение длительности закрытого состояния транзистора. Как правило, этот интервал времени значительно больше длительности импульса. Поэтому его можно принять за период повторений генерируемых импульсов. Физически это время обусловлено процессом перезаряда конденсатора с начальным отрицательным уровнем, полученным на предыдущем этапе, до уровня отпирания транзистора.

О

Рис. 1.27

братимся к эквивалентной схеме входной цепи транзистора на этапе его закрытого состояния (рис. 1.27). Обозначим начальное напряжение на конденсаторе черезU_СМ. Величина этого напряжения примерно равна напряжению на вторичной обмотке w₂ в стадии насыщенного состояния транзистора, т. е. U_СМ  Е_пn₁. Под действием положительного напряжения источника питания напряжение на конденсаторе изменяется по закону:

. (1.76)

Примем за порог отпирания транзистора напряжение, равное нулю. Тогда из выражения (1.76) найдем близкое к периоду значение:

, (1.77)

где _С1 = С₁R₂ – постоянная времени цепи разряда конденсатора.

Определение амплитуды выброса напряжения на коллекторе транзистора. Возникновение перенапряжения на коллекторе транзистора схемы блокинг-генератора обусловлено накоплением энергии в индуктивности намагничивания трансформатора на этапе формирования 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.

Упростим решение задачи, отводя основную роль процессам в индуктивности намагничивания L₁ после имеющего место предположительно мгновенного отключения транзистора. Как следует из рис. 1.25, б, за время t_и ток в индуктивности L₁ получил приращение I_кM (ток намагничивания). При мгновенном отключении транзистора этот ток создал бы на коллекторе дополнительное напряжение U_M = I_кMR_нэ, зависящее от величины эквивалентного сопротивления нагрузки и особенно сказывающегося в режиме холостого хода схемы. Ослабить уровень перенапряжения до допустимого значения помогает нелинейная цепь VD1, R₃. Как только напряжение на коллекторе транзистора достигнет величины Е_п, откроется диод VD1 и создастся замкнутый контур для протекания тока намагничивания I_кM. Создаваемое им падение напряжение будет ограничено значением U_M = I_кMR₃, где величина R₃ может быть выбрана в соответствии с предельно допустимым значением напряжения для данного типа транзистора.