Блокинг-генератор по принципу построения представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. Блокинг-генераторы применяют в качестве мощных источников коротких импульсов (длительностью от сотых долей до десятков микросекунд), имеющих большую скважность (больше 10) и высокую крутизну фронтов. На основе блокинг-генераторов часто выполняют формирователи управляющих импульсов в системах цифрового действия, они находят применение в схемах формирования пилообразного тока в устройствах электромагнитной развертки электронного луча по экрану электронно-лучевых приборов. Блокинг-генераторы могут работать в различных режимах: ждущем, автоколебательном, режимах синхронизации и деления частоты.

В качестве сердечника импульсного трансформатора используют ненасыщающиеся сердечники из магнитомягкого материала, т.е. сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. Наличие трансформатора в схеме блокинг-генератора позволяет осуществить электрическую развязку цепи нагрузки и источника питания, легко обеспечить согласование с нагрузкой обеспечить одновременное получение нескольких импульсов одинаковой или разной полярности и разной амплитуды.

Рис.1.31. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы блокинг-генератора

Рассмотрим работу ждущего блокинг-генератора на примере схемы, приведенной на рис.1.31,а. Она выполнена на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эммитером, и трансформаторе T. Цепь положительной обратной связи осуществлена с помощью вторичной обмотки W б трансформатора, конденсатора C и резистора R. Резистор R б создает контур разряда конденсатора, когда транзистор закрыт. Выходной сигнал может быть снят либо непосредственно с коллектора транзистора, либо с дополнительной нагрузочной обмотки W н трансформатора; цепь из диода VD 1 и резистора R 1 защищает транзистор от перенапряжений.

B = ·H, (1.62)

где  - магнитная проницаемость материала сердечника, являющаяся, в свою очередь, функцией напряженности  = f(H).

Для упрощения рассмотрения в дальнейшем будем считать =const. Намагничивающий ток i  создает магнитный поток, потокосцепление которого с обмоткой коллекторной цепи W к определяется из уравнения

Y = L к ·i  , (1.63)

где L к - индуктивность обмотки W к; i  =(i к -i б "-i н ") - намагничивающий ток; i б "=n б ·i б - ток базовой обмотки W б, приведенный к первичной обмотке W к;n б =W б /W к; i н "=i н ·n н - ток нагрузки обмотки W н, приведенный к первичной обмотке W к; n н =W н /W к.

Работа схемы. В исходном состоянии транзистор заперт отрицательным напряжением смещения Е б, приложенным к цепи база-эмиттер транзистора. Блокинг-генератор находится в состоянии устойчивого равновесия, из которого он может быть выведен подачей в цепь базы транзистора запускающего импульса положительной полярности. При отпирании транзистора начинает действовать положительная обратная связь, т.е. возникает регенеративный процесс лавинообразного роста коллекторного тока i к и базового тока i б. В результате этого процесса транзистор входит в режим насыщения. Начинается процесс формирования переднего фронта импульса, по окончании которого формируется вершина импульса.

В этой стадии практически все напряжение питания Е к приложено к обмотке W к трансформатора и ток этой обмотки будет непрерывно увеличиваться (dY/dt=const при L к =const). Следовательно, ток коллектора будет непрерывно нарастать. В то же время ток базы непрерывно уменьшается за счет зарядки конденсатора C через эмиттерный переход транзистора, причем напряжение обмотки W б в этот промежуток времени можно считать постоянным.

В конечном итоге в результате увеличения тока коллектора и уменьшения тока базы транзистор из режима насыщения выходит в активный режим и действие положительной обратной связи восстанавливается. Возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания, в течении которого ток коллектора падает до нуля, а напряжение на коллекторе становится равным Е к. На этом цикл кончается и блокинг-генератор возвращается в исходное состояние, из которого он может быть выведен только следующим запускающим импульсом.

Таким образом за рабочий цикл блокинг-генератора формируется короткий импульс довольно большой мощности.

Исходное состояние. В ждущем режиме в исходном состоянии транзистор заперт отрицательным напряжением -Е б, в цепи базы протекает ток I б (0) = -I ко. Конденсатор С заряжен до напряжения

U c (0) = -E б + I ко ·R б, (1.64)

Напряжение на всех трех обмотках трансформатора равно нулю, а в сердечнике трансформатора имеется небольшой постоянный магнитный поток, обусловленный намагничивающей силой

F 1 = I ко ·W к, (1.65)

Запуск и опрокидывание. В момент времени t 1 (рис.1.32) поступает запускающий импульс e зап положительной полярности, который подается в цепь базы транзистора. Транзистор отпирается, что приводит в действие цепь положительной ОС. Ток коллектора растет, вызывая рост базового тока i б. Так как емкость конденсатора C достаточно велика, напряжение на ней практически не меняется в течении всего процесса регенерации. Можно считать, что ток заряда конденсатора C равен i б, т.к. сопротивление резистора R много больше входного сопротивления открытого транзистора.

Рис.1.32. Временные диаграммы токов и напряжений блокинг-генератора

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

, (1.66)

где ток коллектора

i к = i б ·n б + i н ·n н, (1.67)

Если принять на этапе регенеративного процесса напряжение на коллекторной обмотке равным U к, то

,
(1.68)

В результате подстановки выражения (1.67) в (1.66) с учетом (1.68) находим условие, необходимое для развития прямого регенеративного (блокинг) процесса в схеме

, (1.69)

Регенеративный процесс опрокидывания длится до тех пор, пока действует положительная ОС и транзистор находится в активной области. В момент времени t 2 из-за уменьшения коллекторного напряжения U к и роста базового тока i б транзистор попадает в режим насыщения, при котором U к  0, U 1  Е к.

Формирование вершины импульса. При работе транзистора в режиме насыщения формируется вершина импульса (интервал времени t 2 -t 3). При этом к первичной обмотке трансформатора приложено практически все напряжение Е к, а в обмотках W б и W н индуцируются ЭДС, равные U б n б ·Е к и U н n н ·Е к. Токи i  и i к нарастают во времени, что видно из диаграммы (рис.1.32). Ток базы также изменяется во времени из-за зарядки конденсатора C:

i б (t) = i б (t 2)e -t/t , (1.70)

, (1.71)

r вхн  входное сопротивление насыщенного транзистора;

t=C·(R+r вхн)  постоянная времени зарядной цепи.

В выражении (1.71) не учтено активное сопротивление базовой обмотки трансформатора.

Через коллекторную обмотку и транзистор протекает ток (рис.1.31,б), равный сумме трех составляющих:

i к = i  + i б "+ i н ", (1.72)

где i  -- ток намагничивания, i б "=i б ·n б; i н "=Е к ·n н 2 /R н  приведенные к коллекторной обмотке токи базы и нагрузки.

Ток намагничивания i  создается под воздействием приложенного к коллекторной обмотке W к напряжения Е к и обусловлен перемещением рабочей точки по кривой намагничивания сердечника трансформатора из точки O" в направлении к точке M (рис.1.22). Характер изменения во времени тока i  зависит от вида кривой намагничивания и числа витков коллекторной обмотки (ее индуктивности L) и обычно близок к линейному закону. Для тока будет действительно уравнение L·di  /dt=Е к, откуда находим

,
, (1.73)

где t в - длительность вершины импульса.

Временные диаграммы изменения составляющих тока коллектора согласно выражения (1.72) показаны на рис.1.33.

Рис.1.33. Временные диаграммы изменения составляющих тока коллектора

С увеличением тока коллектора происходит рассасывание избыточных неосновных носителей заряда, накопленных в базе. С уменьшением тока базы этот заряд также уменьшается. В момент времени t 3 , когда выполняется условие

i к (t 3) = ·i б (t 3), (1.74)

транзистор выходит из режима насыщения в активную область и формирование вершины импульса заканчивается.

Длительность вершины выходного импульса блокинг-генератора можно найти из условия (1.74), которое с учетом выражений (1.70...1.73) принимает вид

, (1.75)

Для решения этого уравнения разложим экспоненту e -t/  в степенной ряд для t/ << 1:

, (1.76)

Ограничиваясь первыми двумя членами ряда (1.76) из (1.75), получаем выражение для длительности вершины импульса

, (1.77)

Обычно n б =1/3...1/6, тогда -n б  и формула (1.77) принимает вид

, (1.78)

Обратное опрокидывание и восстановление исходного состояния. В момент t 3 выхода транзистора в активную область вступает в действие положительная ОС и возникает регенеративный процесс обратного опрокидывания. При этом в течении процесса регенерации можно считать, что заряд конденсатора С остается постоянным и U c (t 3)=U c (t 4). Уменьшение тока i к приводит к уменьшению U б, а значит и тока базы i б. В итоге происходит дальнейшее уменьшение тока i к. Заряд, накопленный в базе, быстро рассасывается. Транзистор запирается, и токи i к и i б становятся равными I ко.

Из временной диаграммы тока базы (рис.1.32) видно, что во время обратного опрокидывания i б имеет обратное направление и значение его во много раз больше I ко. Это обусловлено наличием избыточного заряда в базе насыщенного транзистора, носители которой в момент изменения приложенного напряжения на обратное изменяют ток базы транзистора.

С момента времени t 4 начинается процесс восстановления исходного состояния, который связан с рассеиванием электромагнитной энергии, запасенной в сердечнике трансформатора, и с разрядом конденсатора C. Разряд конденсатора С происходит по цепи W б - R - R б - E б. Процесс восстановления заканчивается в момент времени, когда напряжение на конденсаторе достигнет установившегося значения U c (0).

Время восстановления можно находить из упрощенного выражения

t вос  (3...5)·С·(R + R б), (1.79)

Для перевода блокинг-генератора в автоколебательный режим на схему подают положительное напряжение смещения (рис.1.34,а).

Рис.1.34. Схема блокинг-генератора в автоколебательном режиме (а),

диаграмма изменения напряжения на базе транзистора (б).

Процессы, протекающие в автоколебательном режиме работы блокинг-генератора, аналогичны процессам в ждущем режиме. Начнем рассмотрение этого режима с момента запирания транзистора Т. В этот момент конденсатор С заряжен до некоторого максимального напряжения U см, минус которого приложен к базе транзистора (рис.1.34,б). Конденсатор разряжается через обмотку W б, резистор R б и источник смещения Е б. При этом напряжение на базе уменьшается стремясь к уровню:

U бэ () = Е б + I ко ·R б  Е б, (1.80)

В определенный момент времени это напряжение достигает значения U пор >0, при котором транзистор отпирается. Процесс формирования импульса повторяется. По окончании его конденсатор С снова оказывается заряженным до напряжения U см.

Длительность импульса определяется как и в ждущем режиме по выражению (1.78).

Длительность паузы

, (1.81)

где U см  n б ·Е к, R=0.

Тогда период автоколебаний T = t в + t п.

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

Устройство блокинг-генератора

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный релаксационный генератор кратковременных импульсов с сильной индуктивной положительной обратной связью, создаваемой импульсным трансформатором.
Вырабатываемые ом импульсы имеют большую крутизну фронта и среза и по форме близки к прямоугольным. Длительность импульсов может быть в пределах от нескольких десятков нс до нескольких сотен мкс.
Обычно блокинг-генератор работает в режиме большой скважности, т. е. длительность импульсов много меньше периода их повторения. Скважность может быть от нескольких сотен до десятков тысяч.

Транзистор, на котором собран блокинг-генератор, открывается только на время генерирования импульса, а остальное время закрыт. Поэтому при большой скважности время, в течении которого транзистор открыт, много меньше времени, в течение которого он закрыт. Тепловой режим транзистора зависит от средней мощности, рассеиваемой на коллекторе.
Благодаря большой скважности в блокинг-генераторе можно получить очень большую мощность во время импульсов малой и средней мощности.

Но одновременно с тем при большой скважности блокинг-генератор работает весьма экономично, так как транзистор потребляет энергию от источника питания только в течении небольшого времени формирования импульса.
Так же, как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режиме и режиме синхронизации.

Работа блокинг-генератора в автоколебательном режиме

Блокинг-генераторы могут быть собраны на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или по схеме с ОБ. Схему с ОЭ применяют чаще, так как она позволяет получить лучшую форму генерируемых импульсов (меньшую длительность фронта), хотя схема с ОБ более стабильна по отношению к изменению параметров транзистора.

Схема блокинг-генератора показана на рис. 1.

аботу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор закрыт, а во второй - транзистор открыт и происходит формирование импульса. Закрытое состояние транзистора в первой стадии поддерживается напряжением на кондере С1, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии кондер медленно разряжается через большое сопротивление резика R1, создавая близкий к нулевому потенциал на базе транзистора VT1 и он остается закрытым.

Когда напряжение на базе достигнет порога открывания транзистора, он открывается и через коллекторную обмотку I трансформатора Т начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке II индуктируется напряжение, полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало положительный потенциал на базе. Если обмотки I и II включены неправильно, то блокинг-генератор не будет генерировать. Значится, концы одной из обмоток, неважно какой, необходимо поменять местами.

Положительное напряжение, возникшее в базовой обмотке, приведет к дальнейшему увеличению коллекторного тока и тем самым - к дальнейшему увеличению положительного напряжения на базе и т. д. Развивается лавинообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе.

Лавинообразный процесс открывания транзистора, называющийся прямым блокинг-процессом , происходит очень быстро, и поэтому во время его протекания напряжение на кондере С1 и энергия магнитного поля в сердечнике практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса. Процесс заканчивается переходом транзистора в режим насыщения, в котором транзистор утрачивает свои усилительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается этап формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и кондер С1 заряжается базовым током.

Когда напряжение на базе постепенно приблизится к нулевому потенциалу, транзистор выходит из режима насыщения, и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение тока коллектора. При этом в базовой обмотке индуктируется напряжение, отрицательное относительно базы, что вызывает ещё большее уменьшение тока коллектора и т. д. Образуется лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг-процессом , в результате которого транзистор закрывается. Во время этого процесса формируется срез импульса.

Для ограничения обратного выброса включают "демпферный" диод VD1. Во время основного процесса диод закрыт и не влияет на работу блокинг-генератора. Диод VD1 включается параллельно коллекторной обмотке трансформатора.

Опосля всех этих процессов происходит восстановление схемы в исходное состояние. Это и будет промежуток между импульсами. Процесс, так сказать, молчания заключается в медленном разряде кондера С1 через резик R1. Напряжение на безе при этом медленно растет, пока не достигнет порога открывания транзистора и процесс повторяется.

Период следования импульсов можно приближенно определить по формуле:

T и ≈(3÷5)R1C1

Ждущий режим блокинг- генератора

По аналогии со ждущим мультивибратором , для блокинг-генератора этот режим характерен тем, что схема генерирует импульсы только при поступлении на её вход запускающих импульсов произвольной формы. Для получения ждущего режима в блокинг-генератор должно быть включено запирающее напряжение (рис. 2).

В исходном состоянии транзистор закрыт отрицательным смещением на базе (-E б) и прямой блокинг-процесс начинается только после подачи на базу транзистора положительного импульса достаточной амплитуды. Формирование импульса осуществляется так же, как и в автоколебательном режиме. Разряд кондера С после окончания импульса происходит до напряжения -E б. Затем транзистор остается закрытым до прихода следующего запускающего импульса. Форма и длительность импульсов, формируемых блокинг-генератором, зависит при этом от параметров схемы.

Для нормальной работы ждущего блокинг-генератора необходимо выполнить неравенство:

Т з ≥(5÷10)R1C1

где Т з - период повторения запускающих импульсов.

Для устранения влияния цепей запуска на работу ждущего блокинг-генератора включают разделительный диод VD2, который закрывается после открывания транзистора, в результате чего прекращается связь между блокинг-генератором и схемой запуска. Иногда в цепь запуска включают дополнительный каскад развязки (эмиттерный повторитель).

Примечание: сайт-

Введение

Электронная вычислительная техника - сравнительно молодое научно-техническое направление, но она оказывает самое революционизирующее воздействие на все области науки и техники, на все стороны жизни общества. Характерно постоянное развитие элементной базы ЭВМ, которая в настоящее время получила название схемотехники ЭВМ. Элементная база развивается очень быстро; появляются новые типы логических схем, модифицируются существующие. Существует множество различных логических ИС: логические элементы, регистры, сумматоры, АЛУ, дешифраторы, мультиплексоры, счетчики, делители частоты, триггеры, генераторы и усилители постоянного тока. Именно о них пойдет речь в данной работе.

Описание схемы устройства блокинг-генератора

Блокинг-генератор - это автоколебательная система, генерирующая кратковременные импульсы большой скважности. Схема блокинг-генератора представляет собой однокаскадный усилитель с глубокой обратной связью. Для обеспечения обратной связи используются импульсные трансформаторы.

Благодаря такой связи и высоким ключевым качествам транзистора блокинг-генератор, построенный даже на маломощном транзисторе, может генерировать мощные импульсы.

Импульсы блокинг-генератора обладают весьма короткими фронтами и могут иметь длительность от долей микросекунды до долей миллисекунды. Блокинг-генератор позволяет осуществлять трансформаторную связь с нагрузкой, что во многих случаях очень важно.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

Рис.1.

В цепь коллектора включена обмотка трансформатора, осуществляющая обратную связь с цепью базы транзистора путем включения в эту цепь обмотки.

Кроме того в цепь базы включены конденсатор С и резистор смещения R 1 , величины которых определяют длительность рабочего импульса t u и период автоколебаний н включена с помощью специальной обмотки трансформатора. На базу транзистора подано отпирающее напряжение.

генератор автоколебательный режим электрический

Расчет схемы блокинг-генератора

Электрический расчет

Выбираем тип транзистора, исходя из условий быстродействия и надежности.

а) Для обеспечения малых длительностей фронта и спада выходного импульса необходимо, чтобы:

При выполнении этого условия величины получаются порядка нескольких.

б) Допустимое напряжение на коллекторе транзистора U кб. доп должно удовлетворять соотношению U кб. доп? (E к + ? U кm) (1 + n б). Обычно значение n б лежит в пределах 0,1 - 0,7.

Так как выброс сильно искажает форму выходного сигнала блокинг-генератора, то амплитуда выброса, как правило, не должна превышать 10-30% от амплитуды коллекторного напряжения:

U к = U" вых = U вых / n u, т.е. ? U кm = (0,1 0,3) U к

Напряжение питания выбираем, исходя из равенства E к = (1,1 1,2) U вых / n и = 25 В.

Положим n н = 1. Тогда U кб. доп = (1,2 U вых + 0,3 U вых) 1,7 = 51 В. Исходя из полученных значений f б и U кб. доп, выбираем транзистор типа КТ803А , для которого I кбо <= 50 мА, f б = 10 МГц, U кб. доп <= 60 В, I к. доп = 5 А, C к <= 250 пФ. Определим оптимальное значение коэффициента трансформации n б = 0,4 из формулы:

Длительность фронтов найдем по формуле:

Определяем сопротивление резистора R, приняв по внимание следующее:

а) Во время формирования импульса цепь резистора R должна мало влиять на ток в базовой цепи транзистора. Для этого необходимо, чтобы R >> r" б.

б) Протекание обратного тока закрытого транзистора через резистор R не должно создавать заметного падения напряжения, т.е. R << E б / (10 I КБO max).

Положив E б = 1 В, найдем, что величина R = 3 кОм удовлетворяет обоим условиям. При заданной скважности находим требуемую длительность паузы:

Проверим условие E б >> I КБ0max R и положив?U кт << E б, определяем емкость конденсатора C из формулы:

Тогда, подключив добавочный резистор с сопротивлением R д = 200 Ом, можно по формуле определить индуктивность трансформатора, необходимую для формирования импульса длительностью 1 мкс:

Проверим условие отсутствия влияния нагрузки на длительность импульса по формуле:

Таким образом, нагрузка мало влияет на длительность импульса.

Процесс формирования выброса импульса блокинг-генератора будет апериодическим, если выполняется условие

Определив С 0 = 20 пФ на основании формулы:

убедимся, что условие выполняется при данных значениях L и С 0, т. е выброс апериодически спадает до нуля. Амплитуда выброса, согласно формуле будет равняться:

Длительность выброса

Для транзистора КТ803А такая амплитуда выброса недопустима, так как:

Следовательно, необходима цепь из диода Д ш и резистора R ш, уменьшающая амплитуду выброса до значения:

Вычислим допустимую амплитуду обратного выброса:

Максимальное сопротивление шунтирующего резистора найдем из формулы:

откуда R ш max = 0,75 кОм.

Выбранный тип диода Д ш должен удовлетворять условиям:

I д max = I м max = < I д. доп,

| U д. доп | > | E к |.

Выбираем диод типа Д9Г.

Выбор и обоснование элементной базы

На основании приведенного выше расчета выбираем элементы (для схемы электрической принципиальной):

В качестве транзистора VТ1 был взят высокочастотный биполярный транзистор КТ803A , со следующими характеристиками:

· Структура: n-p-n;

· Граничная частота коэффициента передачи тока: 10 МГц;

· Статический коэффициент передачи тока: 10-70;

· Начальный ток коллектора не более: 5 мА;

· Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер: 80 В;

· Максимально допустимый постоянный ток коллектора: 10 А;

· Максимально допустима рассеивающая мощность коллектора: 60 Вт.

В соответствии с рассчитанной емкостью схемы, подбираем следующий конденсатор:

С 1 = К10-17-2-25 В-160 пФ5%,

удовлетворяющий нашим требованиям и расчетам.

В соответствии с рассчитанными номиналами резисторов имеем:

R 1 = 2 кОм: МЛТ-0,125-2кОм2%;

R 2 = 1 кОм: МЛТ-0,5-1кОм2%;

R 3 = 16 кОм: МЛТ-0,125-16кОм2%;

В соответствии с рассчитанным номиналом резистора нагрузки, в качестве диода VD1 выбираем диод:

VD1 = Д9Г ГОСТ 14342-75.

В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.
Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 9.1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Рис. 9.1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью

Аналог транзистора 2N3055 - КТ819ГМ.

Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным. Емкости колебательных контуров блокинг-генератора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора - сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 9.1) предназначен для создания начального смещения.

Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка - 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм). Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования вьюокого напряжения (например с электрическими разрядни­ками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 9.3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 - VD3 (прямое смещение).

Рис. 9.3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора СЗ.

Аналог транзистора 2N3700 - КТ630А.

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 9.4. Аналог транзистора 2N3055 - КТ819ГМ.

Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 9.4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора. При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков вьюоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм. Обмотки

Рис. 9.4. Схема двухтактного преобразователя с трансформа торной обратной связью

Рис. 9.5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью

обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя - до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 9.5 . Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки - 2×5 витков диаметром 1,29 мм; вторичной - 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содеpжит резисторов (рис. 9.6). Он питается от батареи напряжением 5 В и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.

Рис. 9.6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора.

Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания. Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 - не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%.

Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18×8×5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV - по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь напряжения (рис. 9.7) выполнен по схеме индуктивной трехтонки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе нестабилизированное напряжение 120… 150 В . Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70. Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя - 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 -величиной 12…51 кОм.

Рис. 9.7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехточки

Рис. 9.8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Преобразователь (рис. 9.8) представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (02, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1. В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Uп, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке. При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистopa VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи. Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора VT1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2. При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается. Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы VT1 и VT2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10×6×2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть вьюокочастотным и иметь малый обратный ток.

Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

На рис. 9.9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9….12 до 3 В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

кпд стабилизатора - не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

При включении преобразователя ток через резистор R1 от­крывает транзистор VT1, коллекторный ток которого, протекая че­рез обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор VT2. Транзистор VT2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается. В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор VT2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается). Транзистор VT2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора VT1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора VT2. Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора VT2, дальнейшее увеличение

Рис. 9.9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения

напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение.

Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.

Преобразователь напряжения , схема которого показана на рис. 9.10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

Рис. 9.10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения. Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе СЗ зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора. Таким образом, подстроенным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор VT2 - стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С - не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки - 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок Rн. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4 В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II - 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

Рис. 9.11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора

Схема простого малогабаритного преобразователя сетево­го напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 9.11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Iа и Ib содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм; III - 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Iа, затем - II, после - обмотка Ib, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 Б. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гэйгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 9.12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В. Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, 02.

Рис. 9.12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16×10×4,5 ЗОООНМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта. Вначале наматывают внавал обмотку III - 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения.

При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мA.

Преобразователь напряжения (рис. 9.13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи - 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

Рис. 9.13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света.

Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 9.14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью. Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает не­прерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.

Рис. 9.14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70

Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 - VT3 по схеме Дарлингтона. Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением ре­зистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя. Когда на­пряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя.

Транзистор VT1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50×22×0,5 мм.