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).