Блокинг генератор схема принцип работы. Выбор и обоснование элементной базы

Блокинг-генераторы предназначены для формиро­вания импульсов тока или напряжения прямоугольной формы преи­мущественно малой длительности (от единиц до нескольких сотен микросекунд). Они находят применение в схемах формирования пи­лообразного тока для осуществления развертки электронного луча по экрану электронно-лучевых приборов с электромагнитным управ­лением. На основе блокинг-генераторов часто выполняют формиро­ватели управляющих импульсов в системах цифрового действия.

По принципу построения блокинг-генератор представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. Процесс формирования выходного импульса связан с отпиранием транзистора и удержанием его в состоянии насыщения (i б >i k /β) цепью положительной обратной связи. Окончание формирования им­пульса сопровождается выходом транзистора из режима насыщения или по входной цепи (т. е. базовой цепи при включении транзистора по схеме ОЭ) вследствие уменьшения тока базы, или по выходной (кол­лекторной) цепи из-за увеличения пика коллектора. Эти два случая определяют соответственно две разновидности блокинг-генераторов: с конденсатором в цепи обратной связи (с времязадающим конденса­тором) и с насыщающимся трансформатором.

В настоящем параграфе рассматривается блокинг-генера­тор с конденсатором в цепи обратной связи, получивший наибольшее применение на практике в однотактном варианте.

Схема блокинг-генератора приведена на рис. 3.15, а. Она выпол­нена на транзисторе ОЭ и трансформаторе Тр. Цепь положительной обратной связи осуществлена с помощью вторичной обмотки w B транс­форматора с коэффициентом трансформации n б = ω k /ω б, конденса­тора С и резистора R, ограничивающего ток базы. Резистор R б создает контур разряда конденсатора на этапе закрытого состояния тран­зистора. Выходной сигнал может быть спят либо непосредственно с коллектора транзистора, либо с дополнительной нагрузочной обмот­ки ω н трансформатора, связанной с коллекторной обмоткой коэффи­циентом трансформации n н = ω н /ω k . В последнем случае амплитуду импульса напряжения можно получить как меньше, так и больше напряжения E к и обеспечить потенциальное разделение, нагрузки и схемы генератора. Диод Д 1 , включаемый при необходимости, исклю­чает прохождение в нагрузку импульса напряжения отрицательной полярности, возникающего при запирании транзистора. Ветвь из дио­да Д. 2 и резистора R 1 выполняет функцию защиты транзистора от пере­напряжений.

Рассмотрим работу схемы в режиме автогенератора (вход­ная цепь с конденсатором С, отсутствует). Временные диа­граммы, поясняющие принцип действия, приведены на рис. 3.15, б - ж.

На интервале t 0 - t 1 тран­зистор закрыт, напряжение на его коллекторе равно - E к, на­пряжения на обмотках транс­форматора и нагрузке равны нулю (рис. 3.15, б - г). Закры­тое состояние транзистора соз­дается напряжением на конден­саторе С (рис. 3.15, а), под­ключенным через обмотку ω б к выводам база - эмиттер тран­зистора. Полярность напряже­ния, указанную на рис. 3.15, а, конденсатор приобретает к кон­цу формирования схемой пре­дыдущего импульса.

Закрытое состояние транзис­тора продолжается до момента времени t 1 , поскольку на интер­вале t 0 - t 1 происходит переза­ряд конденсатора С по цепи ω б - С - R - R 6 - (-E k) и в момент времени t 1 , напряжение на конденсаторе становится рав­ным нулю (рис. 3.15, д).

На интервале t 1 - t 2 осу­ществляется отпирание тран­зистора. Этот процесс обуслов­ливается наличием в схеме по­ложительной обратной связи и называется процессом регенерации или прямым блокинг процессом.

Сущность регенеративного процесса отпирания транзистора за­ключается в том, что он сопровождается взаимным увеличением базо­вого и коллекторного токов и протекает следующим образом.

Переход в момент времени t 1 напряжения u с - и бэ через нуль приводит к возникновению токов базы и коллектора транзистора. При отпирании транзистора напряжение на его коллекторе умень­шается, что вызывает появление напряжения на коллекторной обмот­ке ω k трансформатора (рис. 3.15, а). Напряжение на коллекторной обмотке трансформируется в базовую обмотку ω б с полярностью, соот­ветствующей увеличению базового тока. Рост базового тока, в свою очередь, вызывает увеличение коллекторного тока, снижение напря­жения на коллекторе и дальнейшее повышение напряжения на кол­лекторной и базовой обмотках. Процесс завершается переходом тран­зистора в момент времени t 2 в режим насыщения.

Развитие регенеративного процесса отпирания транзистора воз­можно, если в схеме создаются условия для увеличения тока базы за счет положительной обратной связи. Это означает, что цепь обратной связи должна обеспечить соотношение для токов транзистора, при котором

Ток коллектора транзистора равен сумме приведенных к коллекторной обмотке трансформатора токов базы и нагрузки:

Интервал t 1 - t 2 определяет длительность переднего фронта фор­мируемого импульса. Время в блокинг-геиераторах составляет доли микросекунды.

На интервале формирования вершины импульса t в транзистор открыт, напряжение ΔU кэ на нем мало. К коллекторной обмотке при­кладывается напряжение, близкое к E к, а к базовой и нагрузочной обмоткам - соответственно напряжения, близкие к E к /n б и E k /n H (рис. 3.15, в, г).

Для интервала t в действительна схема замещения блокннг-генера- тора, приведенная на рис. 3.16, а. Транзистор на схеме изображен в

Через коллекторную обмотку и транзистор протекает ток i н (рис. 3.16, а), равный сумме трех составляющих: приведенных к кол­лекторной обмотке тока нагрузки i" н =i н /n H = E к /(n 2 н R H) и тока ба­зы i" б = i б /n б, а также тока намагничивания i μ .

Ток н а м а г н и ч и в а н и я i μ (см. рис. 3.15, е) является балластной составляющей в коллекторном токе транзистора. Он со­здается под воздействием приложенного к коллектор­ной обмотке напряжения E k и обусловлен перемещением рабочей точки по кривой на­магничивания сердечника трансформатора из точки 1 в направлении к точке 2 (рис. 3.16, б). Характер изменения во времени тока i μ зависит от вида кривой намагничивания и числа витков коллекторной обмотки (ее индуктивности L k). Выбором соответствую­щей величины индуктивности коллекторной обмотки макси­мальное значение тока I μm ах ограничивают на уровне (0,05/ 0,1) i" н.Участок пере­мещения рабочей точки по петле намагничивания при этом получается достаточно малым и близким к прямой, в связи с чем характер измене­ния тока i μ во времени бли­зок к линейному. Для тока i μ будет действительно уравнение

откуда находим

Ток базы i 6 (см. рис. 3.15, с) обеспечивает на интервале t в режим насыщения транзистора. Он обусловливается процессом заряда конденсатора С через входную цепь открытого транзистора и резистор R под действием напряжения на базовой обмотке трансфор­матора. При этом ток i 6 убывает по экспоненциальному закону. При­веденная составляющая i" б в токе коллектора также относительно мала и уменьшается во времени.

Зависимые во времени токи i μ и i б создают вначале некоторое убывание тока i k а затем его нарастание (см. рис. 3.15, ж). Вследствие относительно малых составляющих i" б и i μ ток i k на этапе t в определяется преимущественно током i" н, т. е. i k ≈ i" н =Е к /(n н 2 R н)=Е к /R" н

Если принять t ф ≤t в то ток базы на интервале t в будет изменять­ся по закону

где τ = C(R+r вх) - постоянная времени цепи базы; r вх - вход­ное сопротивление транзистора в открытом состоянии.

Длительность t в характеризует состояние схемы, при котором создаваемый по цепи обратной связи ток базы (ток заряда конденсатора) обеспечивает режим насыщения транзистора, т. е. i б >i k /β Однако по мере заряда конденсатора (см. рис. 3.15, д, е) гок базы уменьшается, вследствие чего уменьшается степень насы­щения транзистора. В момент времени t 3 ток базы убывает до значе­ния i б = i k /β, что соответствует выходу транзистора из режима на­сыщения. Следующий вслед за этим процесс запирания транзистора определяет момент окончания формирования блокинг-генератором импульса напряжения длительностью t в (см. рис. 3.15, г).

Время t в можно найти, положив в формуле (3.49) i б = E k / (β R" н)

Переход транзистора в закрытое состояние происходит за счет по­ложительной обратной связи также лавинообразной называется об­ратным б л о к и н г - п р о ц е с с о м. Его начало обусловли­вает повышение напряжения на коллекторной и базовой обмотках трансформатора. Обратный Злокинг-процесс протекает при взаимном уменьшении токов коллектора и базы и заканчивается запиранием транзистора. Его длительность определяет время среза t с формируе­мого импульса. Время t с мало отличается от t ф. Закрытое состояние транзистора после момента времени t 4 поддерживается напряжением на конденсаторе, полярность которого указана на рис. 3.15, а.

Процессы, протекающие в схеме после запирания транзистора в момент времени t 4 , связаны с разрядом конденсатора и рассеянием энергии, накопленной в магнитном поле, трансформатора.

Разряд конденсатора С происходит по цепи ω б - R - R б - (-Е к) (см. рис. 3.15, а). Вследствие разряда напряжение на конден­саторе изменяется, как показано на рис. 3.15, д.

На интервале t в трансформатор накапливает энергию [виду под­ключения его коллекторной обмотки ω k к источнику питания и про­текания через нее тока намагничивания i μ . При запирании транзи­стора коллекторная обметка трансформатора отключается от источ­ника питания. На ней индуцируется напряжение, препятствующее уменьшению тока i μ . Напряжение самоиндукции возникает также на базовой и нагрузочной обмотках. Полярности напряжений пока­заны на схеме замещения блокинг-геиератора, приведенной на рис. 3.16, в.

Нагрузочная обмотка трансформатора отключена от сопротивле­ния R н диодом Д 1 . Сопротивление цепи R б - R - С - (-Е к) ве­лико ввиду относительно большого значения R б (десятки килоом). Относительно напряжения на коллекторной обмотке диод Д 2 вклю­чен в прямом направлении. В связи с этим можно считать, что ток i μ при запирании транзистора переводится из цепи коллектора в цепь диода Д 2 и резистора R 1 . Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора от протекания тока i μ на этапе t в, рассеивается в активном сопротивлении R 1 . Магнитное состояние сердечника транс­форматора изменяется от точки 2 к точке 1 (см. рис. 3.16, б). В цепи с R 1 происходит уменьшение тока i μ до нуля (см. рис. 3.15, е) с по­стоянной времени L k /R 1 . Ток i μ в конце интервала t в (см. рис. 3.15, е) и сопротивление R 1 определяют амплитуду выброса напряжения на коллекторной обмотке трансформатора при запирании транзистора: U выбр = I μmax R 1 . Величину сопротивления R 1 выбирают, исходя

из необходимости защиты транзистора от пробоя его коллекторного перехода в момент выброса: U kmax = E k +I μm ах R 1 < U k доп (см. рис. 3.15, б). В отсутствие сопротивления R 1 , рассеяние энергии, накопленной в магнитном поле коллекторной обмотки, осуществля­лось бы в приведенных к коллекторной обмотке сопротивлениях ба­зовой цепи и сопротивлении изоляции коллекторной обмотки. При этом амплитуда выброса коллекторного напряжения U выбр могла бы превысить допустимое значение.

Транзистор в схеме блокинг-генератора, работающего в авто­генераторном режиме, открывается, когда напряжение на его базе, определяемое напряжением на конденсаторе, достигает нулевого зна­чения. Это определяет длительность паузы t п и частоту следования выходных импульсов блокинг-генератора. Интервал t п характери­зуется процессом разряда конденсатора по цепи ω б - R - R 6 - (-Е к) (см. рис. 3.15, а). Конденсатор при этом стремится перезаря­диться от начального напряжения U c max до -Е к (см. рис. 3.15, д). Приняв U c max = Е к /n б и пренебрегая тепловым током I к0 транзи­стора, находим:

При работе блокинг-генератора в режиме синхрониза­ции в базовую цепь транзистора через конденсатор C 1 подают вход­ные импульсы напряжения отрицательной полярности (рис. 3.17, а). Собственную частоту следования импульсов блокинг-генератора вы­бирают несколько меньшей частоты следования входных импульсов, т. е. T> Т вх. Синхронизирующие импульсы осуществляют отпира­ние. транзистора раньше момента естественного спадания до нуля напряжения на его базе (конденсаторе), в результате чего частота импульсов блокинг-генератора равна частоте следования импуль­сов синхронизации. Если период собственных колебаний много боль­ше периода повторения синхронизирующих импульсов: Т» Т вх, то блокинг-генератор работает в режиме деления часто­ты {рис. 3.17, б), при котором Т вых =nТ вх.

Для блокинг-генератора возможен и ждущий режим работы. В этом случае на базу транзистора по­дается начальное дополнительное на­пряжение смещения, в результате чего транзистор остается закрытым до по­дачи входного импульса и вх. Запуск блокинг-генератора осуществляют входными импульсами напряжения отрицательной полярности. При этом резистор R б под­ключают на напряжение дополнительного источника положительной полярности.

Схема, устройство блокинг генератора.

Транзистор VT1 - выбор транзистора зависит от применения блокинг генератора. Решающими факторами являются максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер, максимальный ток коллектора и максимальная рассеиваемая мощность.

Блокинг – генератор представляет собой генератор кратковременных импульсов повторяющихся через довольно большие промежутки времени.

Одним из достоинств блокинг - генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, высокий КПД, подключения достаточно мощной нагрузки.

Блокинг-генераторы очень часто используются в радиолюбительских схемах. Но мы будем запускать от этого генератора светодиод.

Очень часто в походе, на рыбалке или охоте нужен фонарик. Но не всегда под рукой есть аккумулятор или батарейки 3В. Данная схема может запустить светодиод на полную мощность от почти разряженной батарейки.

Немного о схеме. Детали: транзистор можно использовать любой (n-p-n или p-n-p) в моей схеме КТ315Г.

Резистор нужно подбирать, но об этом потом.

Кольцо ферритовое не очень большое.

И диод высокочастотный с низким падением напряжения.

Итак, убирался я в ящике в столе и нашел старый фонарик с лампочкой накаливания, конечно же, сгоревшей, а недавно видел схему этого генератора.

И решил я спаять схему и засунуть в фонарик.

Ну-с приступим:

Для начала соберем по этой схеме.

Берем ферритовое кольцо (я вытащил из балласта люминесцентной лампы) И мотаем 10 витков проводом 0,5-0,3мм (можно и тоньше, но не удобно будет). Намотали, делаем петельку, ну или отвод, и мотаем еще 10 витков.

Теперь берем транзистор КТ315, светодиод и наш трансформатор. Собираем по схеме (см. выше). Я поставил еще конденсатор параллельно с диодом, так ярче светилось.

Вот и собрали. Если светодиод не горит, поменяете полярность батарейки. Все равно не горит, проверьте правильность подключения светодиода и транзистора. Если все правильно и все равно не горит, значит не правильно намотан трансформатор. Если честно у меня тоже схема завелась далеко не с первого раза.

Теперь дополняем схему остальными деталями.

Поставив диод VD1 и конденсатор С1 светодиод засветится ярче.

Последний этап - подборка резистора. Вместо постоянного резистора ставим переменный на 1,5кОма. И начинаем крутить. Нужно найти то место где светодиод светит ярче, при этом надо найти место где если увеличить сопротивление хоть чуть-чуть светодиод гаснет. В моем случае это 471Ом.

Ну ладно, теперь ближе к делу))

Разбираем фонарик

Вырезаем из одностороннего тонкого стеклотекстолита кружок под размер трубки фонарика.

Теперь идем и ищем детали нужных номиналов размером несколько миллиметров. Транзистор КТ315

Теперь размечаем плату и разрезаем фольгу канцелярским ножом.

Лудим плату

Исправляем косяки, если таковы имеются.

Теперь чтобы паять плату нам нужно специальное жало, если нет - не беда. Берем проволоку 1-1,5мм толщиной. Тщательно зачищаем.

Теперь наматываем на имеющийся паяльник. Конец проволоки можно заострить и залудить.

Ну-с приступим припаивать детали.

Можно воспользоваться лупой.

Ну, вроде все припаяли, кроме конденсатора, светодиода и трансформатора.

Теперь тест-запуск. Все эти детали (не припаивая) прицепляем на «сопли»

Ура!! Получилось. Теперь можно не опасаясь все детали припаивать нормально

Мне вдруг стало интересно, какое же напряжение на выходе, я измерил

Выполняется он на базе усилительного элемента (например, транзистора) с сильной трансформаторной обратной связью. Чаще всего используют положительную обратную связь.

Преимущества и недостатки

Достоинством таких генераторов считается относительная простота, возможность подсоединения нагрузки через трансформатор. Форма генерируемых импульсов приближается к прямоугольной, скважность достигает десятков тысяч, длительность - сотен микросекунд. Предельная частота повторений импульсов достигает нескольких сотен кГц. Емкость колебательных контуров у таких устройств небольшая, обуславливается межвитковыми емкостями и, конечно же, емкостью монтажа. Благодаря этим качествам блокинг-генератор нашел широкое применение в производстве: в устройствах автоматики, регулирования и промышленной электроники.

Недостатком этих генераторов является зависимость частоты от изменения напряжения питания. Стабильность чем у мультивибратора, составляет всего 5-10 процентов.

Блокинг-генератор, собранный по схеме с положительной сеткой или с резонансным контуром, который настроен на частоту повтора импульсов, с фиксирующим диодом, имеет довольно высокую стабильность колебаний. Нестабильность частоты в таких схемах менее одного процента.

Существует множество схем реализации таких генераторов: ламповые транзисторные с базовым смещением, транзисторные с эмиттерной связью, с положительной сеткой, с усиленным каскадом, на полевых транзисторах и другие.

На фото изображен блокинг-генератор на

Наибольшую популярность получили устройства на обычных транзисторах. В таких устройствах обычно используют Генератор может работать в заторможенном режиме, он легко синхронизируется внешним сигналом.

Блокинг-генератор, принцип работы

Работа схемы разделяется на несколько этапов. Этап первый: происходит отпирание транзистора при поступлении импульса на эмиттер. Прибор начинает работать. Когда на базу транзистора поступает отпирающий ток, он вызывает накопление заряда, а также возрастание коллекторного тока. Через резистор осуществляемая обмотками импульсного трансформатора, возбуждает лавинообразный процесс нарастания базового, коллекторного токов и тока нагрузки. При этом уменьшается разность потенциалов между эмиттером и коллектором транзистора, когда она достигнет нуля, прибор переходит в состояние насыщения. Этап второй: пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, считаем, что на обмотку подано постоянное напряжение питания. В результате на остальных обмотках трансформатора напряжение также неизменно. Характер изменения токов схемы определяется свойством цепей, которые включены последовательно с вторичными обмотками, а также со свойствами сердечника трансформатора. Например, при активной нагрузке ток будет постоянным. Ток на базе транзистора постоянный, но начинает уменьшаться при заряде конденсатора. Коллекторный ток определяется суммой тока намагничивания и переходных токов обмоток.

Ток намагничивания возрастает, характер роста определяется петлей гистерезиса материала сердечника. Вследствие этого увеличивается и ток коллектора. Это приводит к тому, что транзистор выходит из состояния насыщения, сформирована вершина импульса. Коллекторный ток снова становится зависимым от величины базового заряда, а базовый ток при этом начинает лавинообразно уменьшаться. Транзистор запирается, формируется срез импульса. При запирании прибора блокинг-генератор начинает восстанавливаться в исходное состояние.

В статье Вам будут предложены , но, для начала, немного теории.
Есть один распространенный тип генераторов, в котором всеми событиями управляет заряд - разряд конденсатора. Это блокинг-генератор , его упрощенная схема показана на рисунке. Знакомство с работой блокинг-генератора начнем с того момента, когда включено питающее напряжение и в коллекторной цепи появился ток. Нарастающий коллекторный ток сразу через трансформатор наведет напряжение в базовой цепи. Причем напряжение такой полярности (это зависит от того, как включена обмотка II), которая способствует еще большему открыванию транзистора. Транзистор открывается лавинообразно до полного насыщения (напряжение на нагрузке максимально, на самом коллекторе около нуля), а ток положительной обратной связи заряжает конденсатор Сд и при этом поддерживает транзистор в открытом состоянии. Но после того, как этот конденсатор полностью зарядится до напряжения на обмотке U ц, ток через него прекратится и транзистор скачком закроется постоянным напряжением на конденсаторе, которое имеет положительную полярность относительно базы. Теперь напряжение Uс на конденсаторе Сg начинает постепенно уменьшаться, он разряжается через резистор Re. И вот наступает такой момент, когда конденсатор уже не может противодействовать «минусу», поступающему на базу через Rq: транзистор мгновенно открывается, в коллекторной цепи появляется ток и все начинается сначала - опять рывок коллекторного тока, опять заряд конденсатора, опять он закрывает транзистор, постепенный разряд конденсатора и в какой-то момент снова открывание транзистора и очередной рывок коллекторного тока…

Так в блокинг-генераторе транзистор, разумеется с помощью трансформатора и разрядной RС-цепочки, периодически сам себя открывает и закрывает, генерирует меняющееся напряжение. Частота этого напряжения зависит от того, сколько времени проходит от одного отпирания транзистора до следующего, а значит, главным образом зависит от постоянной времени разрядной цепи, от сопротивления Rq и емкости С б. Чем они больше, тем медленнее идет процесс разряда, тем ниже частота.

5. Блокинг-генератор . Частоту его сигнала можно менять, изменяя Rl или С1. На основе этого генератора можно сделать простейший электромузыкальный инструмент или индикатор сопротивления. Так, например, если с помощью двух электродов включить вместо R1 некоторый объем воды, то звуковой тон будет меняться в зависимости от уровня воды или, например, ее солености. В качестве Tp 1 можно взять БТК (блокинг-трансформатор кадровый) от любого телевизора. Выходное сопротивление такого генератора велико, его нужно подключать к каскаду с большим входным сопротивлением.