Магнитно-транзисторные генераторы

Магнитно-транзисторные схемы применяют чаще всего в выходных каскадах импульсных устройств, рассчитанных на передачу в нагрузку определенной мощности. Трансформаторная связь с нагрузкой позволяет обеспечить гальваническую развязку цепей и осуществить трансформацию напряжений до нужного уровня. Существует много разновидностей магнитно-транзисторных генераторов. Наибольшее применение нашли блокинг-генераторы.

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 цепью положительной обратной связи. Окончание формирования импульса сопровождается выходом транзистора из режима насыщения или по входной цепи, вследствие уменьшения тока базы, или по выходной цепи, вследствие увеличения тока коллектора. Эти два случая определяют соответственно две разновидности блокинг-генераторов: с конденсатором в цепи обратной связи и с насыщающимся трансформатором. По условиям запуска различают блокинг-генераторы с самовозбуждением и с внешним запуском.

На рис. 7.11, а показана схема блокинг-генератора с внешним запуском. Замыканием ключа К можно перевести блокинг-генератор в режим работы с насыщающимся трансформатором. Такому режиму работы соответствуют временные диаграммы рис. 7.11, б.

Схема представляет собой транзисторный ключ на транзисторе VT, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка W ₁ импульсного трансформатора TV. Нагрузка подключена ко вторичной обмотке W ₂ через выпрямительный диод VD 1. Положительная обратная связь осуществляется через обмотку обратной связи W _ос и резистор R. Резистор R _б используется только в режиме самовозбуждения блокинг-генератора. Цепочка VD 2, R предназначена для защиты транзистора от перенапряжений при выключении транзистора. Выключением ключа К в цепь обратной связи можно ввести времязадающий конденсатор С.

В исходном состоянии транзистор удерживается в выключенном состоянии нулевым напряжением на обмотке обратной связи W _ос, которая шунтирует переход база-эмиттер транзистора через резистор R. При поступлении в момент t₁ короткого запускающего импульса U _вх транзистор начинает открываться, появляется ток коллектора I _к и напряжение на первичной обмотке W ₁ трансформатора. Это напряжение, трансформируясь в обмотку W _ос, создает ток базы I _б транзистора, еще больше его открывая. Процесс развивается лавинообразно и транзистор переходит в режим насыщения. Напряжение коллектор-эмиттер U _кэ транзистора падает практически до нуля, а на нагрузке появляется фронт выходного напряжения U _н.

С момента времени t ₁ к первичной обмотке W ₁ трансформатора прикладывается напряжение Е_к поэтому начинает возрастать ток намагничивания i _m трансформатора, увеличивая ток I _к коллектора. При этом ток базы остается постоянным, так как зависит только от напряжения на обмотках. К моменту времени t ₂ ток коллектора I _к возрастает настолько, что условие насыщения I _б = sI _бн, где s – коэффициент насыщения, уже не выполняется и ток коллектора перестает увеличиваться, что приводит к уменьшению напряжений на обмотках трансформатора. Снижение напряжения на обмотке обратной связи W _ос приводит к снижению тока базы транзистора и он начинает запираться. Напряжение на коллекторе U _кэ начинает увеличиваться, а на обмотке W ₁ – уменьшаться. Это приводит к ускорению снижения тока базы, тока коллектора и напряжения на обмотках трансформатора. Процесс развивается лавинообразно и транзистор выключается а блокинг-генератор переходит в режим ожидания.

Процесс закрывания транзистора сопровождается возникновением противо-ЭДС первичной обмотки трансформатора, что способствует быстрому выключению транзистора. Однако возникающая противо-ЭДС суммируется с Е_к и увеличивает напряжение на коллекторе U _кэ. Для уменьшения выброса напряжения на коллекторе транзистора предназначена цепочка VD 2, R 1. При выключении транзистора ток самоиндукции первичной обмотки трансформатора замыкается в контуре: нижний конец W ₁, цепочка VD 2, R 1, верхний конец W ₁. Накопленная энергия рассеивается в резисторе R 1. Чем меньше R 1, тем меньше выброс напряжения на коллекторе, но больше постоянная времени спадания тока самоиндукции и наоборот. Поэтому расчетным путем выбирают оптимальную величину сопротивления R 1.

Таким образом, после прихода запускающего импульса блокинг-генератор формирует на нагрузке прямоугольный импульс U _н, длительностью t _и, которая зависит от параметров трансформатора и цепи насыщения транзистора.

Подключением резистора R _б можно перевести блокинг-генератор в режим самовозбуждения (автогенераторный режим), при котором после стадии восстановления начинается формирование следующего импульса без внешнего запуска. Функционально блокинг-генератор в режим самовозбуждения является мультивибратором.

Использование в цепи обратной связи конденсатора С позволяет не доводить трансформатор TV до насыщения, снижая тем самым потери мощности в схеме.

Существуют многочисленные разновидности магнитно-транзисторных генераторов, в которых используется нелинейность кривых намагничивания магнитопроводов, а также магнитно-тиристорные схемы.

 

 

Релейные усилители

 

 

Устройства, выходной сигнал которых резко меняется при достижении входным определенного значения (порога), называют релейными или пороговыми усилителями. Схемы пороговых усилителей могут выполняться на транзисторах, тиристорах, операционных усилителях и т.п.

 

Триггеры

 

 

Симметричный триггер показан на рис. 7.12. Триггер представляет собой двухкаскад­ный усилитель, где выход одного каскада связан со входом другого делителем напряжения на резисторах R1 – R_б2 (R2 – R_б1)_. Обычно схему выполняют симметричной, т. е. соответствующие резисторы плеч (каскадов), конденсаторы и транзисторы имеют одинаковые параметры. В схеме используется источник внешнего положительного смещения Е_б, и база каждого транзистора имеет потенциал, значение которого лежит между +Е_б и отрицательным потенциалом коллектора Е_к другого транзистора.

Предположим, что транзистор VT1 закрыт и напряжение на пере­ходе эмиттер — коллектор  (начало отсчета на кривой ). При определенном подборе резисторов делителя R1 – R_б2 потенциал базы транзистора VT2 может быть достаточно отрицательным для насыщения последнего. В открытом состоянии транзистора VT2 по­тенциалы эмиттера и базы транзистора VT1 примерно равны, даже если не учитывать запирающего действия напряжения смещения Е_б. Следовательно, в триггере при одном открытом транзисторе второй надежно закрыт.

В отличие от мультивибратора, где потенциал базы транзистора зависит от электрического состояния связывающего конденсатора и при разряде происходит процесс опрокидывания схемы, триггер из одного устойчивого состояния в другое перейти не может. Чтобы вы­вести схему из устойчивого состояния, необходимо подать на базу закрытого транзистора отрицательный запускающий импульс (кривая u_зап) или на базу открытого — положительный.

Допустим, что под действием импульса откроется транзистор VT1. Время соответствует началу координат на кривых напряжений. При этом возникнет ток в цепи коллектора транзистора VT1, и потенциал коллектора станет менее отрицательным. Это состояние через делитель R1 — R_б2 передается на базу транзистора VT2, у которого умень­шается ток в цепи коллектора, и потенциалы коллектора VT2 и базы VT1 станут более отрицательными, что приведет к дальнейшему открыванию транзистора VT2. Процесс переключения триггера протекает лавинообразно и чрезвычайно быстро, что позволяет считать форму кривых коллекторных напряжений прямоугольной. При регулярной подаче на вход триггера разнополярных запускающих импульсов на выходе возникают импульсы прямоугольной формы.

Конденсаторы С1, С2 называются ускоряющими. Они служат для форсирования процесса переключения триггера. В период паузы между переключениями триггера конденсатор, присоединенный к коллектору закрытого транзистора, заряжается базовым током открытого. В это же время второй конденсатор, присоединенный к коллектору открытого транзистора, разряжается. При лавинообразном переключении базо­вый ток открывающегося транзистора проходит через разряженный конденсатор и не ограничивается резисторами R1 и R2.

Ускоряющие конденсаторы ограничивают минимальное время паузы между переключениями триггера. Очередной запускающий импульс приходится подавать после того, как напряжение на ускоряю­щих конденсаторах достигло установившегося значения. Другое отри­цательное влияние ускоряющих конденсаторов — некоторое искаже­ние прямоугольной формы выходного импульса из-за времени заряда я разряда конденсатора.

Одним из наиболее известных релейных усилителей является триггер Шмитта. На рис. 7.13, а показан триггер Шмитта на транзисторах. Принцип работы состоит в следующем. При отсутствии входного сигнала транзистор VT 1 закрыт, а VT 2 – открыт, так как в его базу поступает ток от двух последовательно соединенных резисторов R _к1 и R _б2, подключенных к источнику питания +Е_к. При этом на выходе триггера минимальное напряжение U _вых = U_min, равное сумме падений напряжения на резисторе R_э и остаточного напряжения на транзисторе VT 2. Напряжение на резисторе R _э D U = I _э2 R _э поступает через резистор R _см1 на базу транзистора VT 1 и удерживает его в закрытом состоянии.

При увеличении входного напряжения до величины U _вх = U _сраб, равной D U + (0,3 ¸ 0,4) В, появляется базовый и, следовательно, коллекторный ток транзистора VT 1, поэтому уменьшаются базовый и коллекторный (и эмиттерный) токи транзистора VT 2. Уменьшение тока эмиттера транзистора VT 2 приводит к уменьшению D U, не смотря на увеличение тока эмиттера транзистора VT 1, так как R _к1 > R _к2. С уменьшением D U разность U _вх - D U = U _бэ1 увеличивается, что приводит к еще большему увеличению тока коллектора VT 1. Процесс развивается лавинообразно и по окончании процесса транзистор VT 1 оказывается открытым, а VT 2 – закрытым. Выходное напряжение становится равным U _вых = U_max » Е_к. Через резистор R _э протекает ток эмиттера транзистора VT 1, создавая на нем напряжение D U ₁ < D U, которое, поступает через резистор R _см2 на базу транзистора VT 2 и удерживает его в закрытом состоянии.

Если после срабатывания триггера происходит уменьшение входного напряжения, то переход триггера в исходное состояние (отпускание) произойдет при напряжении U _отп = D U ₁ < U _сраб. Разность напряжений U _гист = U _сраб - U _отп называют гистерезисом.

Переходная характеристика триггера Шмитта приведена на рис. 7.13, б.

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите характерные участки импульса.

2. Приведите статические характеристики транзисторного ключа.

3. Опишите динамические характеристики транзисторного ключа.

4. Приведите схему ключа на полевом транзисторе.

5. Объясните принцип действия одновибратора на биполярном транзисторе.

6. Какие релейные усилители вы знаете.

Литература: [1, 2, 6, 7, 11].

 

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: