8. Блокинг-генератор

Блокинг-генератор – это релаксационный генератор коротких импульсов, представляющий собой однокаскадный неинвертирующий усилитель с глубокой положительной обратной связью. Выполнение фазового условия самовозбуждения (т.е. создание положительной обратной связи) обеспечивается соответствующим включением обмоток импульсного трансформатора. Импульсный трансформатор – это трансформатор с ферромагнитным сердечником, служащий для преобразования электрических импульсов длительностью от нескольких наносекунд до десятков микросекунд. Основным требованием, предъявляемым к импульсному трансформатору, является обеспечение минимальных искажений генерируемого импульса. Для выполнения этого требования конструкция импульсного трансформатора имеет ряд особенностей, которые обеспечивают уменьшение индуктивности рассеивания и вихревых токов в сердечнике, а также незначительные паразитные ёмкости. Таким образом, импульсный трансформатор, как и усилительный элемент, осуществляет инвертирование сигнала, в результате чего сдвиг по фазе между выходным и входным сигналами становится равным 2π, и, следовательно, при выполнении амплитудного условия самовозбуждения в схеме возможно возникновение регенеративного процесса.

Блокинг-генератор формирует практически прямоугольные импульсы с достаточно широким диапазоном длительностей и периода повторения. При формировании радиолокационной последовательности импульсов, когда , мощность формируемых импульсов оказывается очень большой даже при применении маломощных транзисторов. Это объясняется тем, что в транзисторах за счёт импульсной инжекции можно получать токи, намного превышающие допустимые токи непрерывного режима работы. Восстановление эмиссионных свойств эмиттера происходит во время паузы между формированием соседних импульсов.

Во время формирования импульса блокинг-генератор имеет очень малое выходное сопротивление и поэтому может работать на низкоомную нагрузку. С обмоток импульсного трансформатора можно получать импульсы различной полярности, причём, с дополнительных обмоток амплитуда выходных импульсов может намного превышать напряжение источника питания.

Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем (заторможенном) режиме и в автоколебательном режиме с внешней синхронизацией.

Схема транзисторного блокинг-генератора изображена на рис.3.20. Временные диаграммы работы блокинг-генератора показаны на рис.3.21.

Рис.3.20. Схема транзисторного блокинг-генератора

Работа блокинг-генератора.

Поскольку данный блокинг-генератор работает в автоколебательном режиме, то рассмотрение процессов можно начать с любого момента. Начнём

с момента перезаряда конденсатора, когда транзистор заперт (находится в режиме отсечки).

1-й этап. Перезаряд конденсатора.

Конденсатор C, заряженный при формировании предыдущего импульса, перезаряжается по цепи: + Е_к (корпус) → ω_б → C → R_б → – Е_к

Рис.3.21. Временные диаграммы работы блокинг-генератора

Ток перезаряда создаёт на R_б падение напряжения, полярность которого приложена к базе транзистора плюсом. В результате потенциал базы относительно эмиттера оказывается более положительным и поэтому транзистор находится в запертом состоянии. По мере перезаряда конденсатора положительное напряжение на базе уменьшается (рис.3.20, а; б).

2-й этап. Первое опрокидывание схемы (прямой блокинг-процесс).

В тот момент, когда напряжение на базе VT₁ достигнет нуля (t = t₁), транзистор отпирается, и в цепях базы и коллектора начинают протекать токи i_б и i_к. Появление i_к вызывает возникновение ЭДС самоиндукции е₁ в обмотке импульсного трансформатора ω_к, препятствующей возникновению и росту i_к. Возникновение е₁, в свою очередь, вызывает появление ЭДС взаимоиндукции е₂ в обмотке ω_б, минус которой оказывается приложенным к базе. При этом замыкается цепь положительной обратной связи:

+Δi_к → +Δе₁→ –Δе₂ → –ΔU_б → +Δi_б → +Δi'_к (>Δi_к)

и начинается лавинообразный процесс отпирания транзистора (прямой блокинг-процесс). Говорят, что схема «опрокидывается». Процесс опрокидывания идёт до тех пор, пока транзистор не зайдёт в область насыщения. В этот момент токи i_б и i_к достигают максимальных значений, а отрицательное напряжение на коллекторе становится равным почти нулю.

3-й этап. Формирование вершины импульса.

С момента перехода транзистора в режим насыщения входной ток i_б перестаёт управлять током коллектора i_к, и транзистор теряет свои усилительные свойства. ЭДС самоиндукции е₁ и взаимоиндукции е₂ пропадают; начинается формирование плоской вершины импульса. С момента отпирания транзистора в цепи базы появляется ток. В обмотке импульсного трансформатора ω_б возникает ЭДС за счёт энергии, запасённой во время формирования вершины импульса, и начинается заряд конденсатора C током базы по цепи: