4.5.1. Автоколебательный блокинг-генератор

Резисторы RK, RДОП, RШ и диод Д (показанные пунктиром на рис. 4.13) улучшают форму и стабильность параметров генерируемых колебаний, но не имеют определяющего значения. Поэтому их роль в первоначальном изложении не отражается.

Рассмотрение работы блокинг-генератора начнем с момента tl (рис. 4.14), когда напряжение на разряжающемся конденсаторе С (см. рис. 4.13) спадает до нуля и транзистор отпирается. Далее будет показана реальность этого состояния.

Формирование переднего фронта импульса. С момента отпирания транзистора в коллекторной цепи появляется ток iK, а в сердечнике трансформатора – обусловленный током магнитный поток. Последний наводит в базовой обмотке Wб ЭДС еб, полярность, которая показана на рис. 4.13. Эта ЭДС дополнительно приоткрывает транзистор – ток iK увеличивается, что ведет к нарастанию магнитного потока и ЭДС еб – еще большему отпиранию эмиттерного перехода и т.д.

За счет усилительных свойств транзистора и сильной положительной обратной связи каждое последующее приращение коллекторного тока, магнитного потока и ЭДС больше предыдущего. Поэтому эти процессы развиваются лавинообразно и через весьма небольшое время (tlt2) рабочая точка на коллекторной характеристике оказывается

в области насыщения. Теперь изменение потенциала базы перестает вызывать изменение коллекторного тока – транзистор теряет усилительные свойства. На этом формирование переднего фронта импульса заканчивается.

В интервале tlt2 нарастающая во времени ЭДС индуктируется и в обмотке WK (полярность еК показана на рис. 4.13), так что потенциал коллектора (по абсолютному значению) лавинообразно снижается до небольшого значения uК = – (ЕКеКmax ). За это же время ЭДС еб, определяющая сейчас потенциал базы uб, лавинообразно нарастает до максимального отрицательного значения ебmax: uб = - ебmax.

Формирование плоской вершины импульса. За кратковременный интервал tlt2 электрическое состояние конденсатора С практически не меняется. Только после вхождения транзистора в насыщение конденсатор под действием ЭДС. еб начинает заряжаться через открытый эмиттерный переход (r0).

Так как сопротивление цепи зарядки незначительно, то напряжение на конденсаторе uС сравнительно быстро нарастает до UCmax (см. рис. 4.14), а отрицательное напряжение на переходе (uб = - еб + uC) и базовый ток iб с такой же скоростью уменьшаются. В результате ток iб вызывает меньшее размагничивание сердечника. При неизменном токе коллектора это приводит к нарастанию магнитного потока, но уже приблизительно с постоянной скоростью, так что ЭДС в обмотках трансформатора и, следовательно, uК сохраняются практически неизменными.

Благодаря резкому уменьшению тока iб возникают благоприятные условия для рассасывания избыточного заряда в базе, после чего транзистор выходит из насыщения и усилительные свойства его восстанавливаются. На этом (в момент времени t3 на рис. 4.14) формирование плоской вершины импульса завершается.

Формирование среза импульса. Так как напряжение на эмиттерном переходе

uб = - еб + uС                                                 (4.8)

в момент t3 близко к нулю, то коллекторный ток – с возвращением рабочей точки в активную область – начинает уменьшаться. В результате скорость нарастания магнитного потока уменьшается – в базовой обмотке индуктируется меньшая ЭДС еб, что дополнительно снижает отрицательный потенциал базы – коллекторный ток еще больше уменьшается и т.д.

Как только еб по абсолютному значению станет меньше uCmax, напряжение на эмиттерном переходе окажется положительным (4.8), что приведет к запиранию транзистора. После этого магнитный поток начинает быстро спадать и ЭДС в обмотках меняют
полярность
. В результате в кривых iK и iб имеют место кратковременные выбросы DUK и DUб; коллекторное напряжение превышает (по абсолютному значению) ЕК, а напряжение на базе оказывается выше напряжения UCmax заряженного конденсатора.

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

Если затухание контура, состоящего из индуктивности и паразитных емкостей, велико, то уменьшение тока в обмотках трансформатора носит апериодический характер. При малом затухании в контуре происходит колебательный процесс: энергия периодически сосредотачивается то в магнитном, то в электрическом полях. След этих колебаний показан на рис. 4.14 штриховой линией. Для их устранения одну из обмоток шунтируют цепью, содержащей диод и резистор (цепь из элементов Д и RШ показана на рис. 4.13 пунктиром). Когда ЭДС еК меняет полярность, диод отпирается и через небольшое сопротивление RШ начинает проходить ток. При этом энергия, запасенная в магнитном поле обмотки, превращается в тепловую и рассеивается на резисторе.

Заметим, что уменьшению послеимпульсного выброса способствует и сопротивление RК (на рис. 4.13 показано пунктиром), за счет которого уменьшается ток намагничивания, а следовательно, энергия в магнитном поле. Кроме того, RK ограничивает коллекторный ток, который не должен превышать максимально допустимый ток транзистора.

Пауза. После запирания транзистора начинается медленная разрядка конденсатора С, имеющего тенденцию изменять полярность напряжения на его обкладках. В процессе разрядки (через резистор Rб, источник ЕК и «землю») напряжение на конденсаторе изменяется от UCmax, стремясь в пределе к значению

uС = -( ЕК + IК0 Rб),

где IК0 – обратный ток коллекторного перехода.

Так как разрядка происходит весьма медленно, то влияние индуктивности обмотки Wб не ощущается.

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

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

Отметим специфику блокинг-генератора с общим эмиттером. На стадии формирования заднего фронта за счет уменьшения ЭДС еб базовый вывод транзистора лавинообразно приобретает значительный положительный потенциал относительно коллектора () (см. рис. 4.14) и эмиттера (). Это приводит к быстрому отсасыванию из базы дырок через эмиттерный и коллекторный переходы.

Очень скоро избыточная концентрация дырок у эмиттерного перехода становится равной нулю и он запирается. Теперь более длительное рассасывание остаточного заряда происходит через коллекторный переход. Так как на рассматриваемом этапе в базе имеется еще значительное количество носителей – дырок, положительное напряжение обусловливает ток, которым разряжается конденсатор С. Этот ток втекает в базу, проходит через коллекторную цепь и зачастую имеет большую величину. После того как накопившиеся в базе дырки рассосутся, избыточная концентрация их у коллекторного перехода станет равной нулю, он запрется, и ток через транзистор прекратится.

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