Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора

7

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказал о мультивибраторах, которые предназначены для генерирования прямоугольных импульсов. Но для этой, же цели применяются и другой тип генератора, который называется блокинг-генератором. Вообще же блокинг-генератор – это регенеративное устройство (генератор импульсов), основанное на однокаскадном усилителе, обратная связь в котором создаётся за счёт импульсного трансформатора.

Основное предназначение блокинг-генераторов заключается в создании мощных коротких импульсов с крутыми фронтами и большой скважностью. В настоящее время они используются в импульсных блоках питания в качестве задающих генераторов

Так же как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в следующих режимах: автоколебательном, ждущем, синхронизации и деления частоты, но наиболее распространенным являются автоколебательный и ждущий режимы.

Автоколебательный блокинг-генератор

Как говорилось выше, автоколебательный блокинг-генератор является наиболее распространённым. Давайте рассмотрим его устройство и принцип работы на основе простейшей схемы, которая изображена ниже


Простейший блокинг-генератор
Простейшая схема автоколебательного блокинг-генератора.

Простейший блокинг-генератор состоит из транзистора VT1 по схеме с общим эмиттером, трансформатора обратной связи Т1, демпфирующей цепи в виде диода VD1, времязадающей цепочки R2C1, базового резистора R1 и сопротивления нагрузки Rн.

Рассмотрим работу блокинг-генератора на основе временных диаграмм его работы, которые представлены ниже


диаграммы работы блокинг-генератора
Временные диаграммы работы блокинг-генератора.

Первая стадия (формирование фронта импульса) начинается в момент времени t0, то есть в момент включения питания либо по окончании периода предыдущего импульса. В этот момент транзистор оказывается заперт, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R2. По мере заряда конденсатора С1 увеличивается напряжение UBE на базе транзистора VT1, что приводит к постепенному открытию транзистора и возрастанию коллекторного тока IC. Возрастающий ток коллектора приводит к формированию ЭДС в трансформаторе и на его зажимах формируется возрастающее напряжение и ток пропорционально току коллектора транзистора VT1. Данная стадия заканчивается в момент времени t1, когда транзистор перешёл полностью в режим насыщения.

Вторая стадия (формирование вершины импульса) начинается в момент времени t1. После того как транзистор VT1 перешёл в режим насыщения на него уже мало влияет ток протекающий через базу транзистора, поэтому нарастание амплитуды импульса прекращается и начинает формироваться плоская вершина импульса. В данный период времени напряжение на зажимах трансформатора практически не изменяется, поэтому напряжение на коллекторе не изменяется, но так как происходит разряд конденсатора С1 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1, а следовательно и ток базы Ib. По мере уменьшения тока базы Ib начинает уменьшаться ток коллектора IC, но вследствие индуктивного характера коллекторной нагрузки, начинает увеличиваться ток намагничивания трансформатора, а, следовательно, и коллекторный ток транзистора VT1, в результате напряжение на коллекторе остаётся постоянным некоторое время, которое зависит от параметров трансформатора Т1.

Третья стадия (формирование среза импульса) начинается в момент времени t2. В это время ток подмагничивания уменьшается и транзистор VT1 начинает закрываться под воздействием уменьшающегося тока базы Ib, вследствие разряда конденсатора С1. Когда транзистор полностью закроется коллекторный ток уменьшится практически до нуля и потенциал на выводах трансформатора Т1 также уменьшится, но вследствие этого в обмотках трансформатора возникнет ток обратный току коллектора IC и соответственно току базы Ib, что приведёт к ещё быстрейшему разряду конденсатора и образованию отрицательного всплеска напряжения на базе. Отрицательный импульс напряжения на базе транзистора VT1 ещё быстрее разрядит конденсатор, что уменьшит продолжительность среза импульса по сравнению с фронтом.

Четвёртая стадия (восстановление) начинается в момент времени t3. В это время транзистор находится в полностью закрытом состоянии. В этот период времени происходит рассеивание энергии в конденсаторе и трансформаторе, запасённой в третьей стадии работы блокинг-генератора. В этот период времени в трансформаторе могут возникать некоторые колебательные процессы (изменение напряжения до уровня UK max), что в общем случае нежелательны, поэтому для предотвращения этого параллельно коллекторной обмотке трансформатора включают различные демпфирующие цепи, в данном случае эту роль выполняет диод VD1.

Расчёт блокинг-генератора в автоколебательном режиме

Как любая электронная схема параметры работы блокинг-генератора полностью зависят от величин элементов составляющих схему, поэтому для расчёта необходимо задаться параметрами схемы.

Для расчёта блокинг-генератора обычно задаются следующими выходными характеристиками схемы: амплитуда импульсов Um, период прохождения импульсов Т, длительность импульса τi, сопротивление нагрузки RH.

Так как в настоящее время блокинг-генераторы очень часто используют в качестве задающих генераторов импульсных блоков питания, то для примера рассчитаем простейшую схему, на основе которой можно создать импульсный блок питания.

Зададим следующие параметры для расчёта: частота прохождения импульсов F = 50 кГц, скважность импульсов Q = 0,3, амплитуда выходных импульсов Um = 5 В, сопротивление нагрузки RH = 25 Ом, напряжение питания схемы ЕК = 310 В (выпрямленное сетевое напряжение).

  1. Первым этапом расчёта является определение типа транзистора, как основного элемента схемы. Транзистор выбирается по следующим параметрам: максимально допустимое напряжение UCBmax, максимально допустимый ток коллектора ICmax и предельная частота fh21e.



    где nH — коэффициент трансформации из коллекторной обмотки в обмотку нагрузки.




    Примем IC = 0,02 А

    Данным параметрам удовлетворяет транзистор MJE13001 со следующими характеристиками:

    • тип транзистора: NPN;
    • UCBmax = 600 В;
    • UBЕmax = 7 В;
    • ICmax = 0,2 А;
    • ICBO = 10 мкА;
    • fh21e = 8 МГц;
    • h21e = 5…30;
    • rb ≈ 200 Ом.
  2. Определим величину сопротивления R1

    Примем значение R1 = 390 Ом.

  3. Рассчитаем параметры импульсного трансформатора

    Коэффициент трансформации для выходной обмотки nH

    Коэффициент трансформации для обмотки в цепи базы nB

    где Ub – напряжение на базе транзистора VT1.

    Выберем Ub = 5 В. Тогда

    Индуктивность коллекторной обмотки трансформатора

    где ti – длительность импульса;
    R’H – приведённое сопротивление нагрузки;
    r’b – приведённое к коллекторной нагрузке сопротивление базы.





    Тогда индуктивность первичной обмотки будет равна


  4. Определим величину сопротивления R2 и емкость конденсатора С1. Ёмкость конденсатора С1 определится из следующего условия

    Примем С1 = 12 нФ
    Сопротивление резистора R2

    Примем R2 = 62 кОм.

  5. В коллекторную цепь транзистора необходимо включать демпфирующую цепочку. Она позволяет ограничить всплески импульсов на трансформаторе, вследствие чего уменьшаются импульсные помехи и вероятность пробоя транзистора. В данном случае применена простейшая демпфирующая цепь в виде диода VD1, который должен удовлетворять следующим условиям



    Данным параметрам удовлетворяет диод типа 1N4004.

    Более подробно о демпфирующих цепях я расскажу, когда будем рассматривать индуктивные элементы и импульсные источники питания.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

7 комментария(ев) к Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора

  1. Иван:

    Ку всем. В общем собрал по схеме блокинг генератор, отладил. Питание от 9в,первичка 25 витков, вторичка (делал 2 варианта) 600-1500 витков. Частота работы 75-100 кгц.
    А вот и самое интересное — на выходе не более 150 в, при 3 разных сердечниках (марку феррита не знаю, брал с комповских бп). По расчётам на выходе должно быть не менее 400в.
    В чем может быть проблема?

    • Егор:

      Более чем уверен что проблема в плохой изоляции между слоями обмоток. Где-то пробивает и по факту витков становится не 600-1500, а 200-500

  2. wan1788:

    И вопрос — а все верно ли с расчетом индуктивности?

  3. wan1788:

    Здравствуйте. Откуда взято Rb (сопротивление базы)?

    • Дмитрий:

      В данном случае сопротивление базы транзистора Rb определяется внутренними размерами самого транзистора и находится в пределах от 150 Ом для мощных до 500 Ом для самых маломощных транзисторов.

      • Wan1788:

        Хм. А как это рассчитывается или с данных транзистора береться? Просто не встретил похожего значения в даташите на здесь приведенный пример.

        • SarmAt:

          Кхе-кхе… Рассчитать конечно можно зная толщину слоёв n-типа и p-типа, а также их удельное сопротивление. Поэтому лучше брать приблизительные значения для маломощных транзисторов 400 — 500 Ом, а мощных 100 — 200 Ом.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code