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.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
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

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

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.
Определим длительность импульса и приведённые сопротивления
где rb – внутреннее объемное сопротивление базы. Тогда

Тогда индуктивность первичной обмотки будет равна


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.
Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ
Ошибка в расчётах:
ICmax транзистора MJE13001 200 МИКРО Ампер, а не 0,2 Ампера
Внимательно изучите datasheet. Ic — ток коллектора 0,2А = 200мА(mA), Iceo — обратный ток коллектор-эмитер 200µA = 0,2mA
День добрый!Вытащите меня из танка.
1. (но так как происходит разряд конденсатора С1)
Всмысле — это когда Ic max. и не изменяется, и нет усиления магнитного потока , и наведенная ЭДС меняет полярность?
2. (По мере уменьшения тока базы Ib начинает уменьшаться ток коллектора IC) — Если Ib уменьшается то транзистор начинает закрывается?
Или конденсатор так подобран,что при разрядке до определенной величины поддерживает vt1 открытым?
Очень красивые графики. Вот только объясните — как ток базы (на одном из них) может быть отрицательным (от момента чуть после t2 до t3 и далее до его приближения к нулю, но из отрицательной области)? Бывает, конечно, ток утечки обратно включенного p-n перехода, но не такого же размаха и формы изменения. А главное — где причина для изображения такой ветви графика? Или это просто перерисовка типичных графиков из таких же типичных, но маловразумительных статей-учебников для детей младшего школьного возраста (лишь бы учили, но не задумывались)?
Во-первых, масштаб изображения достаточно условный. Задача этих графиков передать изменения токов и напряжений.
Во-вторых, p-n-переходы транзистора обладают некоторой инертностью, то есть закрываются не сразу.
И наконец, отрицательный всплеск тока образуется вследствие переходных процессов возникающих в трансформаторе Т1 при закрытии транзистора VT1.
Осталось непонятным, почему частота работы генератора по данному расчёту окажется равной именно требуемой (50 кГц)?
Частота блокинг-генератора, в общем случае, определяется тремя элементами: индуктивностью коллекторной обмотки трансформатора L1, сопротивлением R2 и емкостью С1 в цепи базы транзистора
Для иженерного расчета вполне прилично.Однако,следует приводить формулы сначала в символах,а уже потом подставлять значения.Для тех,кто понимает-достаточно и так,а для остальных…С уважением Сергей (45 лет стажа с паяльником).
Здравствуйте. Вопрос появился, исходя из теории RC-цепи на изиэлектроникс. Можете объяснить формулу с емкостью времязадающего конденсатора: почему у вас время импульса делится на сопротивление базы(rb)? Оно разве не должно делиться на сопротивление R2?
А разве диод 1N4004 не низкочастотный? Разве он подойдет для 50кГц, а точнее для времен релаксации порядка нескольких мкс?
Для диода 1N4004 регламентируется емкость перехода-не более 15пФ(как у советских Д220, для которых заявлено время восстановления обратного сопротивления не более 0,5мкс). Предполагаю,что ему по силам работа с микросекундными импульсами. Очевидно,SamATпо этому поводу знает больше.
Будет ли работать блокинг-генератор без нагрузки, если всё сделать как тут по расчёту или сгорит?
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?
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
И вопрос — а все верно ли с расчетом индуктивности?
Здравствуйте. Откуда взято Rb (сопротивление базы)?
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.
Хм. А как это рассчитывается или с данных транзистора береться? Просто не встретил похожего значения в даташите на здесь приведенный пример.
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.