Експлуатація, регулювання та налагодження електронних генераторів

1. Загальні відомості

Генератор, або автогенератор - це система, що самозбуджується, в якій енергія джерела живлення постійного струму перетвориться в енергію змінного сигналу потрібної форми і частоти. Без сумніву, генератори є дуже важливим елементом електроніки.

 Генератори бувають:

- низькочастотні (НЧ) - до 100 кГц;

 - високочастотні (ВЧ) - від 0,1 до 100 Мгц ;

- надвисокочастотні (НВЧ) - вище 100 Мгц.

За формою коливань генератори діляться на гармонійні (синусоїдальні) і негармонійні (імпульсні). За способом збудження - із зовнішнім збудженням і з самозбудженням (автогенератори).

У чому ж суть генерації коливань? Не надовго звернемося до фізики.

Саме з фізики відомо, що при підключенні контуру складеного з паралелепіпеда і котушки індуктивності, і короткочасно підключеного джерела постійного струму (рис. 1), відбуватиметься наступний процес. Конденсатор зарядиться до певного рівня. Котушка у цей момент, по суті, накопичуватиме енергію.

Рисунок 1 – Створення коливань в контурі

Після того, як конденсатор розрядиться (а котушка, відповідно, накопить енергію), процес піде в зворотному порядку, тобто накопичена в котушці енергія заряджатиме конденсатор і т. д. Іншими словами, в цьому ланцюзі, який називається паралельний коливальний контур, відбуватимуться коливання. У ідеальному контурі ці коливання будуть незгасаючими, тобто у часі нескінченно триватимуть. Але оскільки котушка має деякий кінцевий опір, та і конденсатор має реактивний опір, в контурі будуть втрати енергії, і коливання, відповідно, поступово затухатимуть. На рисунку 2 зображено коливання в реальному контурі.

Рисунок 2 - Затухаючі коливання в контурі

Отже, короткочасно замкнувши ключ К (рис. 1), в LC-контурі виникають затухаючі коливання

Що ж зробити, щоб вони були незгасаючими? Очевидно, що в контур потрібно додавати втрачену енергію. Для даних цілей потрібно увіткнути якийсь електронний прилад, який поповнюватиме втрати енергії в контурі. Тепер відволічемося від контурів і подивимося на спрощену структуру автогенератора.

Рисунок 3 - Структура автогенератора

На схемі позначено:

ПЕ – це підсилюючий елемент з коефіцієнтом передачі К;

ПЗЗ – позитивний зворотний зв'язок з коефіцієнтом передачі β.

Коливання в даній системі виникають лише при виконанні двох умов, їх ще називають умовами балансу або рівноваги, які важливо знати:

-       умова балансу амплітуд:

βK≥1

-       умова балансу фаз:

φ₁ + φ₂ = 2πn,

де n - 0, ±1, ±2,...

Отже, генерація коливань відбувається при виконанні двох умов: умови балансу фаз і умови балансу амплітуд.

2. LC-генератор

LC- генератор так називається, тому що в ньому використовується LC-контур. Узагальнена схема LC- автогенратора показана на рисунку 4.

Рисунок 4 - LC-автогенератор

Розглянемо складові елементи даної схеми:

- елементи R1, R2 – забезпечують необхідний режим роботи по постійному струму підсилюючого елементу  VT;

-  елементи R3, C3 - забезпечують  термостабілізацію режиму роботи по постійному струму підсилюючого елементу  VT;

- елементи L2, C2 – утворюють паралельний коливальний контур.

У момент включення живлення в колекторному ланцюзі транзистора VT з'являється колекторний струм, що заряджає ємність С2 контуру L2С2. У наступний момент часу заряджений конденсатор розряджається на котушку індуктивності. У контурі виникають вільні затухаючі коливання з частотою:

f₀ = 1 / 2π√L2C2.

Змінний струм контура, проходячи через котушку L2 створює навколо неї змінне магнітне поле, а це поле у свою чергу наводить в котушці L1 змінну напругу, яка викликає пульсації струму колектора транзистора VT. Змінна складова колекторного струму заповнює втрати енергії в контурі, створюючи на нім посилену змінну напругу.

3. Трьохточкові схеми автогенераторів

3.1 Індуктивна трьох точкова схема

Індуктивна трьохточкова схема показана на рисунку 5.

Рисунок 5 - Індуктивна трьохточкова схема

Функції елементів R1, R2, R3C3, як і в попередній схемі, забезпечують режим роботи по постійному струму транзистора VT, в колекторний ланцюг якого включений коливальний контур L'L''C2. Вихідний сигнал знімається з колектора транзистора VT (або з L''), сигнал ПЗЗ - з котушки L'. Оскільки напруга цих сигналів противофазні, то автоматично виконується умова балансу фаз. Сигнал ПЗЗ подається на базу транзистора через розділовий конденсатор, опір якого на частоті генерації малий. Цей конденсатор запобігає попаданню постійної складової у базовий ланцюг (через котушку). Загальна точка L' і L'' підключена до джерела живлення, опір якого змінному струму незначний. Умову балансу амплітуд виконують підбором числа витків L'L''.

Частота генерації визначається по формулі:

Трьохточкові схеми називаються трьохточковими, оскільки, якщо уважно подивитися на схему, контур підключається до трьох виводів транзистора (чи іншого підсилювального приладу). Перша точка - це колектор транзистора - нижній (за схемою) вивід контура, друга - база - верхній вивід контура через конденсатор С1 і третя точка підключена до емітера через джерело живлення, а точніше середній вивід контура через конденсатор С5, загальний провід, ланцюг R3C3 підключений до емітера.

3.2 Ємнісна трьохточкова схема

Ємнісна трьох точкова схема показана на рисунку 6.

Рисунок 6 - Ємнісна трьохточкова схема

У цій схемі, аналогічно попередній, режим по постійному струму визначають елементи R1, R2, R3, R4C2. У колекторний ланцюг транзистора включений контур L1C3C4. Сигнал ПЗЗ знімається з конденсатора С4 і через конденсатор С1 поступає у базовий ланцюг. С1 - не пропускає високу колекторну напругу на базу транзистора. Загальну точку конденсаторів С3, С4 можна вважати підключеною до джерела живлення, оскільки його опір змінному струму незначний.

 Частота генерації визначається за формулою:

4. Стабілізація частоти

Дуже важливою вимогою, що пред'являється до генераторів, є стабільність частоти генерованих коливань. Нестабільність частоти залежить від багатьох чинників, а саме:

- зміна навколишньої температури;

- зміна напруги джерела живлення;

- механічна вібрація і деформація деталей;

- шуми активних елементів.

Нестабільність частоти оцінюється коефіцієнтом відносної нестабільності:

Існує два способи стабілізації частоти:

- параметричний спосіб стабілізації;

- кварцевий спосіб стабілізації.

 При першому способі використовується виготовлення деталей з матеріалів, що мало змінюють свої властивості при зміні температури і інших чинників. Використовується екранування і герметизація контурів, висока стабільність джерела живлення, раціональність монтажу і інше. Проте цим методом не можна забезпечити високу стабільність частоти. Відносний коефіцієнт нестабільності частоти коливається в межах від 10^-4 до  10^-5. Значно більшої стабільності можна досягти, якщо застосувати спосіб кварцевої стабілізації, що грунтується на застосуванні кварцевого резонатора. Кварцеві пластини резонатора мають п'єзоелектричний ефект, який, якщо хто забув, буває двох видів:

- прямий п'єзоефект - при розтягуванні або стискуванні кварцевої пластини на її протилежних гранях виникають рівні за величиною, але протилежні по знаку електричні заряди, величина яких пропорційна тиску, а знаки залежать від напряму сили тиску;

- зворотний п'єзоефект - якщо до граней кварцевої пластини прикласти електричну напругу, то пластина стискатиметься або розтискатиметься залежно від полярності прикладеної напруги.

Еквівалентна схема кварцевого резонатора показана на рисунку 7, а залежність реактивного опору від частоти – на рисунку 8.

Рисунок 7 - Еквівалентна схема кварцевого резонатора

Рисунок 8 - Залежність характеру опору від частоти

Особливо не вдаючись до подробиць теорії ланцюгів, з рисунку 7 видно, що кварц може бути еквівалентом, як послідовного коливального контура, так і паралельного. Це також видно з рисунку 8. На частоті f₀₁ відбувається резонанс напруги. Ця частота визначається за формулою:

На частоті f₀₂ відбувається резонанс струмів, яка визначається за формулою:

Таким чином, кварцевий резонатор можна включати замість конденсатора, або замість котушки в контурі. При використанні кварцевого способу стабілізації  коефіцієнт відносної нестабільності досягає від 10^-7 до 10^-10.

5. RC-автогенератори

У попередньому питанні розглядалися LС- автогенератори. Вони застосовуються на високих частотах. Якщо ж необхідно генерувати низькі частоти, застосування LС- генераторів стає скрутним. Оскільки формула для визначення частоти генерування коливань виглядає наступним чином:

З формули можна помітити, що для зменшення частоти необхідно збільшувати ємність і індуктивність контура. А збільшення ємності і індуктивності безпосередньо призведе до збільшення габаритних розмірів. Іншими словами, розміри контура при цьому будуть велетенськими. А із стабілізацією частоти ситуація буде ще гірше.

Тому було розроблено RC- автогенератори.

Найбільш простим RC- генератором є так звана схема з трифазною фазуючою ланкою, яка ще називається схемою з реактивними елементами одного знаку. Вона показана на рисунку 9.

Рисунок 9 - RC-автогенератор з фазо обертаючою ланкою

Зі схеми видно, що це всього лише підсилювач, між виходом і входом якого включений ланцюг, який обертає фазу сигналу на 180º. Цей ланцюг називається фазообертаючим. Фазообертаюча ланка складається з елементів С1R1, C2R2, C3R3. За допомогою однієї ланки з резистора і конденсатора можна отримати зсув фаз не більше ніж на 90º. А реальний зсув виходить близьким до 60º. Тому для отримання зсуву фази на 180º доводиться ставити три ланки. З виходу останнього RC-ланцюга сигнал подається на базу транзистора.

Робота починається у момент включення джерела живлення. Імпульс колекторного струму, що виникає при цьому, містить широкий і безперервний спектр частот, в якому обов'язково буде і необхідна частота генерації. При цьому коливання частоти, на яку налаштована фазообертаюча ланка, стануть незгасаючими. Для коливань інших частот умови самозбудження виконуватися не будуть і вони, відповідно, швидко затухають. Частота коливань визначається за формулою:

При цьому повинна виконуватись умова:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Такі генератори здатні працювати тільки на фіксованій частоті.

Окрім розглянутого генератора з використанням фазо обертаючої ланки є ще цікавий, до речі, найбільш споживаний, варіант. Розглянемо схему подану на рисунку 10.

Рисунок 10 - Пасивний смуговий RC- фільтр з незалежним дільником

Так от, ця сама конструкція є так званим мостом Віна-Робінсона, хоча найчастіше зустрічається назва просто міст Віна. Іноді зустрічаються тексти де міст Віна пишуть з двома "н".

Ліва частина цієї конструкції є пасивним смуговим RC- фільтром, в точці А знімається вихідна напруга. Права частина є ні що інше, як незалежний дільник. Прийнято вважати, що R1=R2=R, C1=C2=C. Тоді резонансна частота визначатиметься наступним виразом:

При цьому модуль коефіцієнта підсилення максимальний і дорівнює 1/3, а фазовий зсув нульовий. Якщо коефіцієнт передачі дільника дорівнює коефіцієнту передачі смугового фільтру, то на резонансній частоті напруга між точками А і В дорівнюватиме нулю, а фазо-частотна характеристика (ФЧХ) на резонансній частоті робить стрибок від - 90º до +90º. Взагалі  повинна виконуватися умова:

R3=2R4

Звичайно, все як завжди розглядається в ідеальному або наближеному до ідеального випадка. В реальних умовах справа, як завжди, йде трохи гірше. Оскільки кожен реальний елемент моста Віна має деякі відхилення параметрів, навіть незначне недотримання умови R3=2R4 призведе, або до наростання амплітуди коливань аж до насичення підсилювача, або до згасання коливань або повної їх неможливості.

Для того, щоб було зовсім зрозуміло, додамо в міст Віна підсилювальний каскад (рис. 11). Для простоти додаємо операційний підсилювач (ОП).

Рисунок 11 - Найпростіший генератор з мостом Віна

Оскільки в будь-якому разі відхилень параметрів елементів моста не уникнути, то використовувати саме в такому виконанні схеми не вийде. Необхідно замість резистора R4 вводять або нелінійний або регульований опір. Наприклад, нелінійний резистор, керований опір з допомогою транзисторів, як польових, так і біполярних. Дуже часто резистор R4 у мосту Віна замінюють мікропотужною лампою розжарювання, динамічний опір якої із зростанням амплітуди струму збільшується. Нитка розжарення має досить велику теплову інерцію, і на частотах декілька сотень герц вже практично не впливає на роботу схеми в межах одного періоду.

Генератори з мостом Віна мають одну хорошу властивість: якщо резистори R1 і R2 замінити змінним, але тільки здвоєним, то можна буде регулювати в деяких межах частоту генерації. Якщо конденсатори С1 і С2 розбити на секції, тоді можна буде перемикати діапазони, а здвоєним змінним резистором плавно регулювати частоту в діапазонах. Для прикладу майже практична схема генератора з мостом Віна показана на рисунку 12.

Рисунок 12 - RC-генератор с мостом Віна

Отже, міст Віна утворюють конденсатори С1-С8, здвоєний резистор R1 і резистори R2, R3. Перемикачем SA1 здійснюється вибір діапазону, резистором R1 - плавне регулювання у вибраному діапазоні. ОП DA2 є повторювач напруги для узгодження з навантаженням. В принципі, повторювач можна замінити підсилювачем, до речі, на тому ж самому ОП.

6. Генератори негармонічних сигналів

Розрізняють синусоїдальні (гармонійні) і релаксаційні (розривні) коливання. У попередніх підтемах були розглянуті якраз генератори гармонійних коливань, де використовуються коливальні контури і різні фазообертаючі ланки. Для отримання релаксаційних коливань, які можуть бути майже прямокутної форми, використовується дещо інший принцип. Коливання виникають внаслідок "звільнення" запасу енергії клапаном (ключем), що віддає енергію імпульсами. Зазвичай в якості клапанів або ключів застосовують транзистори, що працюють в ключовому режимі, або прилади з негативним опором. Коли ключ закритий, відбувається накопичення енергії, коли відкритий - віддача енергії. При цьому частота коливань визначається параметрами схеми, режимом роботи транзистора і напругою джерела живлення. Коливання подібних генераторів легко і просто синхронізуються зовнішніми імпульсами різної форми.

Основна відмінність генераторів полягає в тому, що в генераторах синусоїдальних коливань за період витрачається мала потужність, а в релаксаційному генераторі - уся потужність, запасена в реактивному елементі. Цим і пояснюється різниця у формі коливань. Знайомство з релаксаторами розпочнемо з мультивібраторів.

6.1 Мультивібратори, загальні характеристики

Мультивібратор є релаксаційним генератором коливань майже прямокутної форми. Він є двохкаскадним підсилювачем на резисторах з позитивним зворотним зв'язком, в якому вихід кожного каскаду сполучений з входом іншого. Сама назва "мультивібратор" походить від двох слів: "мульти" - багато і "вібратор" - джерело коливань, оскільки коливання мультивібратора містять велике число гармонік. Мультивібратор може працювати в автоколивальному режимі, режимі синхронізації і чекаючому режимі. У автоколивальному режимі мультивібратор працює як генератор з самозбудженням, в режимі синхронізації на мультивібратор діє ззовні синхронізуюча напруга, частота якої визначає частоту імпульсів, ну а в чекаю чому режимі, мультивібратор працює як генератор із зовнішнім збудженням.

6.2 Мультивібратор в автоколивальному режимі

На рисунку 13 показана найбільш поширена схема мультивібратора на транзисторах з ємнісними колекторно-базовими зв'язками, на рисунку 14  - графіки, що пояснюють принцип його роботи. Мультивібратор складається з двох підсилювальних каскадів на резисторах. Вихід кожного каскаду сполучений з входом іншого каскаду через конденсатори С1 і С2.

Рисунок 13 - Мультивібратор на транзисторах з ємнісними колекторно-базовими зв’язками

Мультивібратор, у якого транзистори ідентичні, а параметри симетричних елементів однакові, називається симетричним. Обидві частини періоду його коливань рівні і шпаруватість дорівнює 2.

Шпаруватість - це відношення періоду повторення до тривалості імпульсу Q=Tі/tі. Величина, зворотна шпаруватості називається коефіцієнтом заповнення.

Тож, якщо є відмінності в параметрах, то мультивібратор буде несиметричним.

Мультивібратор в автоколивальному режимі має два стани квазірівноваги, коли один з транзисторів знаходиться в режимі насичення, інший - в режимі відсічення і навпаки. Ці стани не стійкі. Перехід схеми з одного стану в інший відбувається лавиноподібно із-за глибокого ПЗЗ.

Рисунок 14 - Графіки, що пояснюють роботу симетричного мультивібратора

Припустимо, при включенні живлення транзистор VT1 відкритий і насичений струмом, що проходить через резистор R3. Напруга на його колекторі мінімальна. Конденсатор С1 розряджається. Транзистор VT2 закритий і конденсатор С2 заряджається. Напруга на конденсаторі С1 прямує до нуля, а потенціал на базі транзистора VT2 поступово стає позитивним і VT2 починає відкриватися. Напруга на його колекторі зменшується і конденсатор С2 починає розряджатися, транзистор VT1 закривається. Далі процес повторюється до безкінечності.

Параметри схеми мають бути наступними: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Тривалість імпульсів визначається за формулою:

Період імпульсів визначається:

Ну а щоб визначити частоту, потрібно одиницю розділити на період імпульсів. Вихідні імпульси знімаються з колектора одного з транзисторів, причому з якого саме - не важливо. Іншими словами, в схемі два виходи. Поліпшення форми вихідних імпульсів мультивібратора, що знімаються з колектора транзистора, може бути досягнуте включенням розділових (що відключають) діодів в ланцюги колекторів, як показано на рисунку 15. Через ці діоди паралельно колекторним навантаженням підключені додаткові резистори R_д1 і R_д2.

Рисунок 15  - Мультивібратор з покращеною формою вихідних імпульсів

У цій схемі після закривання одного з транзисторів і зниження потенціалу колектора підключений до його колектора діод також закривається, відключаючи конденсатор від колекторного ланцюга. Заряд конденсатора відбувається через додатковий резистор Rд, а не через резистор в колекторній ланці, і потенціал колектора замкнений на транзистор майже стрибком стає рівним Eк. Максимальна тривалість фронтів імпульсів в колекторних ланцюгах визначається в основному частотними властивостями транзисторів.

Така схема дозволяє отримати імпульси майже прямокутної форми, але її недоліки полягають в більш низькій максимальній скважності і неможливістю плавного регулювання періоду коливань.

На рисунку 16 наведена схема швидкодіючого мультивибратора, що забезпечує високу частоту автоколивань.

Рисунок 16 - Швидкодіючий мультивібратор

У цій схемі резистори R2, R4 підключені паралельно конденсаторів С1 і С2, а резистори R1, R3, R4, R6 утворюють подільники напруги, що стабілізують потенціал бази відкритого транзистора (при струмі дільника, більшому ніж струм бази). При перемиканні мультивібратора струм бази насиченого транзистора змінюється більш різко, ніж у раніше розглянутих схемах, що скорочує час розсмоктування зарядів в базі і прискорює вихід транзистора з насичення.

6.3 Чекаючий мультивібратор

Мультивібратор, що працює в автоколивальному режимі і не має стану стійкої рівноваги, можна перетворити в мультивібратор, що має один стійкий стан і одне нестійке становище. Такі схеми називаються чекаючими мультивібраторами або Одновібратор, одноімпульсним мультивібратором, релаксаційним реле або кіпп-реле. Перехід схеми зі стійкого стану в нестійкий відбувається шляхом впливу зовнішнього імпульсу, що запускає цуй процес. У нестійкому положенні схема знаходиться протягом деякого часу в залежності від її параметрів, а потім автоматично, стрибком займає свій попередній стійкий стан.

Для отримання режиму очікування в мультивібраторі, схема якого була показана на рисунку 13, треба викинути пару деталей і замінити їх, як показано на рисунку 17.

Рисунок 17 - Чекаючий мультивібратор

У вихідному стійкому стані транзистор VT1 закритий. Коли на вхід схеми приходить позитивний запускаючий імпульс достатньої амплітуди, через транзистор починає проходити колекторний струм. Зміна напруги на колекторі транзистора VT1 передається через конденсатор С2 на базу транзистора VT2. Завдяки ПЗЗ (через резистор R4) наростає лавиноподібний процес, що приводить до закривання транзистора VT2 і відкриванню транзистора VT1. У цьому стані нестійкої рівноваги схема знаходиться до тих пір, поки конденсатор С2 не розрядиться через резистор R2 і провідний транзистор VT1. Після розряду конденсатора транзистор VT2 відкривається, а VT1 закривається, і схема повертається в початковий стан.

7. Блокінг-генератори

Блокінг-генератор являє собою однокаскадний релаксаційний генератор короткочасних імпульсів з сильним індуктивним позитивним зворотним зв'язком, створюваної імпульсним трансформатором. Імпульси, що виробляються блокінг-генератором мають велику крутизну фронту і зрізу і за формою близькі до прямокутних. Тривалість імпульсів може бути в межах від декількох десятків нс до декількох сотень мкс. Зазвичай блокінг-генератор працює в режимі великої шпаруватості, тобто тривалість імпульсів набагато менше періоду їх повторення. Шпаруватість може бути від кількох сотень до десятків тисяч. Транзистор, на якому зібрано блокінг-генератор, відкривається тільки на час генерування імпульсу, а решту часу закритий. Тому при великій шпаруватості час, протягом якого транзистор відкритий, набагато менше часу, протягом якого він закритий. Тепловий режим транзистора залежить від середньої потужності, що розсіюється на колекторі. Завдяки великій шпаруватості в блокінг-генераторі можна отримати дуже велику потужність під час імпульсів малої і середньої потужності.

При великій шпаруватості блокінг-генератор працює дуже економічно, так як транзистор споживає енергію від джерела живлення тільки протягом невеликого часу формування імпульсу. Так само, як і мультивібратор, блокінг-генератор може працювати в автоколивальному режимі, режимі очікування і режимі синхронізації.

7.1 Автоколивальний режим

Блокінг-генератори можуть бути зібрані на транзисторах, включених по схемі з спільний емітер (СЕ) або за схемою зі спільною базою (СБ). Схему з СЕ застосовують частіше, так як вона дозволяє отримати кращу форму згенерованих імпульсів (меншу тривалість фронту), хоча схема з СБ стабільніша по відношенню до зміни параметрів транзистора.

Схема блокінг-генератора показана на рисунку 18.

Рисунок 18 - Блокінг-генератор

Роботу блокінг-генератора можна розділити на дві стадії. У першій стадії, що займає більшу частину періоду коливань, транзистор закритий, а в другій - транзистор відкритий і відбувається формування імпульсу. Закритий стан транзистора в першій стадії підтримується напругою на конденсаторі С1, зарядженим струмом бази під час генерації попереднього імпульсу. У першій стадії конденсатор повільно розряджається через великий опір резистора R1, створюючи близький до нульового потенціал на базі транзистора VT1 і він залишається закритим.

Коли напруга на базі досягне порога відкривання транзистора, він відкривається і через колекторну обмотку (I) трансформатора (Т) починає протікати струм. При цьому в базовій обмотці (II) індукується напруга, полярність якої повинна бути такою, щоб вона створювала позитивний потенціал на базі. Якщо обмотки I і II включені неправильно, то блокінг-генератор НЕ буде генерувати. Значить, кінець однієї з обмоток (неважливо який), необхідно поміняти місцями.

Позитивна напруга, що виникла в базовій обмотці, призведе до подальшого збільшення колекторного струму і тим самим - до подальшого збільшення позитивної напруги на базі і так далі. Розвивається лавиноподібний процес збільшення колекторного струму і напруги на базі. При збільшенні колекторного струму відбувається різке падіння напруги на колекторі.

Лавиноподібний процес відкривання транзистора, який має назву прямим блокінг-процесом, відбувається дуже швидко, і тому під час його протікання напруга на конденсаторі С1 і енергія магнітного поля в осерді практично не змінюються. В ході цього процесу формується фронт імпульсу. Процес закінчується переходом транзистора в режим насичення, в якому транзистор втрачає свої підсилювальні властивості, і в результаті позитивний зворотний зв'язок порушується. Починається етап формування вершини імпульсу, під час якого розсмоктуються неосновні носії, накопичені в базі, і конденсатор С1 заряджається базовим струмом.

Коли напруга на базі поступово наблизиться до нульового потенціалу, транзистор виходить з режиму насичення, і тоді відновлюються його підсилювальні властивості. Зменшення струму бази викликає зменшення струму колектора. При цьому в базовій обмотці індукується напруга, негативна по відношенню до бази, що викликає ще більше зменшення струму колектора і так далі. Утворюється лавиноподібний процес, званий зворотним блокінг-процесом, в результаті якого транзистор закривається. Під час цього процесу формується зріз імпульсу.

Так як, за час зворотного блокінг-процесу напруга на конденсаторі С1 і енергія магнітного поля в осерді не встигають змінитися, то після закривання транзистора позитивна напруга на колекторі продовжує рости і утворюється характерний для блокінг-генератора викид напруги, після якого можуть утворитися паразитні коливання.

Зворотний викид напруги значно збільшує напругу на колекторі закритого транзистора, створюючи небезпеку його пробою. Негативні напівперіоди паразитних коливань, трансформуючись в базовий ланцюг, можуть викликати відкривання транзистора, тобто помилкове спрацьовування схеми.

Для обмеження зворотного викиду включають "амортизаційний" діод VD1. Під час основного процесу діод закритий і не впливає на роботу блокінг-генератора. Діод VD1 включається паралельно колекторній обмотки трансформатора.

Після всіх цих процесів відбувається відновлення схеми в початковий стан. Це і буде проміжок між імпульсами. Процес, так би мовити, «мовчання» полягає в повільному розряді конденсатора С1 через резистор R1. Напруга на базі при цьому повільно зростає, поки не досягне порогу відкривання транзистора і процес повторюється.

Період проходження імпульсів можна наближено визначити за формулою:

Tі≈ (3 ÷ 5) R1C1

7.2 Чекаючий режим

За аналогією з мультивібратором, для блокінг-генератора цей режим характерний тим, що схема генерує імпульси тільки під час подання на її вхід запускаючих імпульсів довільної форми. Для отримання чекаючого режиму в блокінг-генератор має бути включена замикаюча напруга (рис. 19).

Рисунок 19 - Блокінг-генератор в чекаючому режимі

У початковому стані транзистор закритий негативним зміщенням на базі (-Eб) і прямий блокінг-процес починається тільки після подачі на базу транзистора позитивного імпульсу достатньої амплітуди. Формування імпульсу здійснюється так само, як і в автоколивальному режимі. Розряд конденсатора С після закінчення імпульсу відбувається до напруги -Eб. Потім транзистор залишається закритим до приходу наступного імпульсу, що запускає генератор. Форма і тривалість імпульсів, що формуються блокіинг-генератором, залежить при цьому від параметрів схеми.

Для нормальної роботи чекаючого  блокінг-генератора необхідно виконати нерівність:

Тз≥ (5 ÷ 10) R1C1,

де      Тз - період повторення запускаючих імпульсів.

Для усунення впливу ланцюгів запуску роботи чекаючого блокінг-генератора включають розділовий діод VD2, який закривається після відкривання транзистора, в результаті чого припиняється зв'язок між блокінг-генератором і схемою запуску. Іноді в ланцюг запуску включають додатковий каскад розв'язки (емітерний повторювач).

8. Генератори лінійно змінюваної напруги

Генератори лінійно змінюваної (пилкоподібної) напруги (ГЛЗН) застосовують для розгортки електронного променя в електронно-променевих трубках телевізійних, осцилографічних і радіолокаційних пристроїв, а також в схемах порівняння для затримки імпульсів в часі та інше.

ГЛЗН можуть працювати в режимі самозбудження і в режимі очікування, коли період повторення пилкоподібної напруги визначається запускаючими імпульсами. Режим самозбудження застосовують, наприклад, для отримання безперервної розгортки в осцилографах, а режим очікування - для отримання чекаючої розгортки.

Напругою пилкоподібної форми називається напруга, яка протягом певного часу наростає або зменшується пропорційно часу (лінійно), а потім швидко повертається до початкового рівня. Пилкоподібна напруга може бути лінійно наростаючою (рис. 20) або лінійно спадаючою (рис. 21).

Рисунок 20 – Лінійно змінювана наростаюча напруга

Рисунок  21 - Лінійно змінювана спадаюча напруга

Пилкоподібна напруга характеризується тривалістю прямого або робочого ходу tр.х. протягом якого напруга змінюється лінійно; тривалістю зворотного ходу tз.х., протягом якого напруга зазвичай змінюється по експоненті, і амплітудою Umax.

Принцип отримання пилкоподібної напруги полягає в повільному заряді (або розряді) конденсатора через великий опір під час прямого ходу і в швидкому його розряді (або заряді) через малий опір під час зворотного ходу. У спрощеному вигляді це показано на рисунку 22.

Рисунок 22 - Принцип отримання пилкоподібної напруги

Конденсатор С заряджається при розімкнутому ключі К через резистор R_З, а розряджається при замкнутому ключі К через резистор Rр.

Така схема не дозволяє отримати напруги високої лінійності, оскільки підвищення напруги на конденсаторі зменшує струм заряду. Для отримання лінійної напруги конденсатор необхідно заряджати постійним увесь час зарядом струму. Тому розглянемо схему представлену на рисунку 23:

Рисунок 23 - Генератор пилкоподібної напруги на транзисторах

Електронний ключ зібраний на транзисторі VT1 і керується імпульсами позитивної полярності, транзистор VT2 - емітерний повторювач - є слідкуючим зв'язком. У початковому стані, коли на вході відсутній прямокутний імпульс (рис. 24), транзистор VT1 закритий і конденсатор С3 заряджається. Струм заряду весь час залишається постійним, тобто напруга на верхньому виводі R2 стежить за напругою на конденсаторі С3 на його нижньому виводі. Діод VD1 закриється і протягом всього часу подальшого формування лінійного наростання напруги буде закритий. Формується робочий хід пилкоподібної напруги.

Рисунок 24 – Формування прямого і зворотнього ходу

При впливі вхідного імпульсу транзистор VT1 відкривається і конденсатор С3 швидко через нього розряджається. Формується зворотний хід пилкоподібної напруги. В цей час конденсатор С2 заряджається до свого початкового значення.

9. Генератори на логічних елементах

Генератор імпульсів можна зібрати на логічних елементах, а точніше з використанням мікросхем логіки, що, власне, і представлено на рисунку 25. Для початку розглянемо простий, при цьому найбільш уживаний, генератор на двох інверторах, який інакше називається несиметричним мультивібратором. Його схема показана на рисунку 25.

Рисунок 25 – Несиметричний мультивібратор на двох інверторах

У цій схемі резистор R вводить в режим підсилення перший інвертор, а вихідна напруга цього інвертора утримує в режимі підсилення другий інвертор. Позитивний зворотний зв'язок здійснюється через конденсатор С. Для схеми характерно, що генератор володіє "м'яким", тобто що не потребує первісного "поштовху", самозбудженням. Це означає, що як би повільно не збільшувалась напруга живлення, генератор все одно запрацює.

Частоту генерації можна визначити за формулою:

f = 1 / 2RC

Взагалі ж частота генерації сильно залежить від напруги джерела живлення і деяких інших чинників. Тому формула дає лише наближене значення (приблизно ± 10%). Крім того, існує й інша формула для розрахунку частоти проходження імпульсів:

f≈0.5 / RC

Оскільки розрахунки не дають достовірного результату, то для отримання більшої точності частоти в схему необхідно включити замість постійного резистора R – змінний.

Замість інверторів можна використовувати логічні елементи 2І-НЕ або 2АБО-НЕ, з'єднавши їх виводи відповідним чином.