Автоколебательный блокинг-генератор

Резисторы R_к, R_лoп, R_m и диод VD (показанные пунктиром на рис. 235) улучшают форму и стабильность параметров генерируе­мых колебаний, но не имеют определяющего значения. Поэтому их роль в первоначальном изложении не отражается.

Рассмотрение работы блокинг-генератора начнем с момента t1, {рис. 236), когда напряжение на разряжающемся конденсаторе С (см. рис. 4.12) спадает до нуля и транзи­стор отпирается. Далее будет пока­зана реальность этого состояния.

Формирование переднего. Фронта импульса. С момента отпирания транзистора в коллекторной цепи появляется ток i_к, а в сердечнике трансформатора — обусловленный этим током магнитный поток. Последний наводит в базовой обмотке W_Б ЭДС е_Б полярность которой показана на рис. 235. Эта ЭДС дополнительно приоткрывает транзистор, т. е. ток i_к увеличивается, что ведет к нарастанию магнитного потока и ЭДС е_Б, т. е. к еще большему от­пиранию эмиттерного перехода транзистора и т. д.

Рис.236. Эпюры напряжений, поясняющие работу блокинг-генератора.

За счет усилительных свойств транзистора и сильной положитель­ной обратной связи каждое последующее приращение коллекторного тока, магнитного потока и ЭДС больше предыдущего. Поэтому эти процессы развиваются лавинообразно (см рис. 236, интервал t1 — t2). В интервале t1—t2 нарастающая во времени ЭДС индуцируется и в обмотке W_K (полярность е_к показана на рис. 235), так что потенциалколлектора (по абсолютному значению) лавинообразноснижается до небольшого значения u_к = -(Е_К - е_{к max}). За это же время ЭДС е_Б, опре­деляющая сейчас потенциал базы u_Б, лавинообразно нарастает до мак­симального отрицательного значения е_Бmax: u_Б = е_Бmax При этом рабо­чая точка на коллекторной характеристике оказывается в области насыщения. Теперь изменение потенциала базы перестает вызывать изменение коллекторного тока — транзистор теряет усилительные свойства. На этом формирование переднего фронта импульса закан­чивается.

Формирование плоской вершины импульса. За кратковременный интервал t1 — t2 электрическое состояние конденсатора С практиче­ски не меняется. Только после вхождения транзистора в насыщение конденсатор под действием ЭДС е_Б начинает заряжаться через от­крытый эмиттерный переход (r₀). Поскольку сопротивление цепи зарядки незначительно, то напряжение на конденсаторе и_с сравни­тельно быстро нарастает до U_Cmsx (см. рис. 236), а отрицательное напряжение на переходе (и_Б = -е_Б + и_с) и базовый ток i_Б с такой же скоростью уменьшаются. В результате ток i_Б вызывает меньшее раз­магничивание сердечника. При неизменном токе коллектора это приводит к нарастанию магнитного потока, но уже приблизительно с постоянной скоростью, так что ЭДС в обмотках трансформатора и, следовательно, потенциал коллектора и_к сохраняются практиче­ски неизменными. Благодаря резкому уменьшению тока i_Б возника­ют благоприятные условия для рассасывания избыточного заряда в базе, после чего транзистор выходит из насыщения и его усилитель­ные свойства восстанавливаются. На этом (см. рис. 236, момент времени t₃) формирование плоской вершины импульса завершается.

Формирование заднего фронта импульса. Поскольку напряжение на эмиттерном переходе

u_Б = -e_Б + u_С

в момент t₃ близко к нулю, то коллекторный ток с возвращением рабочей точки в активную область начинает уменьшаться. В резуль­тате скорость нарастания магнитного потока уменьшается — в базовой обмотке индуцируется меньшаяЭДС е_Б, что дополнительно снижает отрицательный потенциал базы, т. е. коллекторный ток еще больше уменьшается и т. д.

Как только е_Б по абсолютному значению станет меньше Uc_max, напряжение на эмиттерном переходе окажется положительным, что приведет к запиранию транзистора. После этого магнитный поток начинает быстро спадать и ЭДС в обмотках меняют полярность. В результате в кривых и_к и и_Б (см. рис. 236) имеют место кратко­временные выбросы ΔU_K и ΔU_Б; коллекторное напряжение превы­шает (по абсолютному значению) E_K, а напряжение на базе оказы­вается выше напряжения U_Cmax заряженного конденсатора.

За счет индуктивности коллекторной обмотки ток i_к не может мгновенно уменьшитьсядо нуля и после запирания транзистора за­мыкается через межвитковые емкости трансформатора. Таким обра­зом, скорость уменьшения магнитного потока не бесконечно вели­ка, поэтому упомянутые выбросы имеют ограниченную величину.

Если затухание контура, состоящего из индуктивности и пара­зитных емкостей, велико, то уменьшение тока в обмотках транс­форматора носит апериодический характер. При малом затухании в контуре происходит колебательный процесс: энергия периодически сосредоточивается то в магнитном, то в электрическом полях. След этих колебаний показан на рис. 236 штриховой линией. Для их уст­ранения одну из обмоток шунтируют цепью, содержащей диод и ре­зистор (цепь из элементов VD и R_Ш показана на рис. 235 пункти­ром). Когда ЭДС е_к меняет полярность, диод отпирается и через не­большое сопротивление R_ш начинает проходить ток. При этом энергия, запасенная в магнитном поле обмотки, превращается в те­пловую и рассеивается на резисторе.

Заметим, что уменьшению после импульсного выброса способст­вует и сопротивление R_K (на рис. 235 показано пунктиром), за счет которого уменьшается ток намагничивания, а следовательно, энер­гия в магнитном поле. Кроме того, R_к ограничивает коллекторный ток, который не должен превышать максимально допустимый ток транзистора.

Пауза. После запирания транзистора начинается медленнаяраз­рядка конденсатора С, имеющая тенденцию изменять полярность напряжения на обкладках. В процессе разрядки (через резистор R_Б, источник Е_к и землю) напряжение на конденсаторе изменяется от U_Cmax, стремясь в пределе к значению

где I_К0 — обратный ток коллекторного перехода.

Поскольку разрядка происходит весьма медленно, то влияние индуктивности обмотки W_Б не ощущается.

В некоторый момент времени напряжение и_с, определяющее в данной стадии напряжение и_Б на эмиттерном переходе (и_Б = и_с) ста­нет равным нулю и транзистор отопрется. После этого начинается формирование очередного импульса.

Конденсатор С, определяющий длительности импульса и паузы, является времязадающим (хронирующим) конденсатором.

Отметим специфику блокинг-генератора с общим эмиттером. На стадии формирования среза импульса за счет уменьшения ЭДС е_Б базовый вывод транзистора лавинообразно приобретает значи­тельный положительный потенциал относительно коллектора (u_БК) (см. рис. 236, кривые u_Б и и_к) и эмиттера (и_БЭ). Это приводит к бы­строму отсасыванию из базы дырок через эмиттерный и коллектор­ный переходы. Очень скоро избыточная концентрация дырок у эмиттерного перехода становится равной нулю, и он запирается. Те­перь более длительное рассасывание остаточного заряда происходит через коллекторный переход. Поскольку на рассматриваемом этапе в базе имеется еще значительное количество носителей — дырок, положительное напряжение и_БК обусловливает ток, которым разря­жается конденсатор С. Этот ток стекает в базу, проходит через кол­лекторную цепь и зачастую имеет большое значение. После того как накопившиеся в базе дырки рассосутся, избыточная концентрация их у коллекторного перехода станет равной нулю, он запрется, и ток через транзистор прекратится.

Заряд, теряемый конденсатором, может составлять значитель­ную часть первоначального. В результате существенно уменьшается длительность паузы при малой емкости С, когда первоначальный заряд, накапливаемый конденсатором за время формирования пло­ской вершины импульса, невелик. Это является недостатком блокинг-генератора с общим эмиттером.