Блокинг генератор: принцип работы. Блокинг - генераторы Блокинг генераторы высоковольтные на транзисторах

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.

В статье Вам будут предложены , но, для начала, немного теории.
Есть один распространенный тип генераторов, в котором всеми событиями управляет заряд - разряд конденсатора. Это блокинг-генератор , его упрощенная схема показана на рисунке. Знакомство с работой блокинг-генератора начнем с того момента, когда включено питающее напряжение и в коллекторной цепи появился ток. Нарастающий коллекторный ток сразу через трансформатор наведет напряжение в базовой цепи. Причем напряжение такой полярности (это зависит от того, как включена обмотка II), которая способствует еще большему открыванию транзистора. Транзистор открывается лавинообразно до полного насыщения (напряжение на нагрузке максимально, на самом коллекторе около нуля), а ток положительной обратной связи заряжает конденсатор Сд и при этом поддерживает транзистор в открытом состоянии. Но после того, как этот конденсатор полностью зарядится до напряжения на обмотке U ц, ток через него прекратится и транзистор скачком закроется постоянным напряжением на конденсаторе, которое имеет положительную полярность относительно базы. Теперь напряжение Uс на конденсаторе Сg начинает постепенно уменьшаться, он разряжается через резистор Re. И вот наступает такой момент, когда конденсатор уже не может противодействовать «минусу», поступающему на базу через Rq: транзистор мгновенно открывается, в коллекторной цепи появляется ток и все начинается сначала - опять рывок коллекторного тока, опять заряд конденсатора, опять он закрывает транзистор, постепенный разряд конденсатора и в какой-то момент снова открывание транзистора и очередной рывок коллекторного тока…

Так в блокинг-генераторе транзистор, разумеется с помощью трансформатора и разрядной RС-цепочки, периодически сам себя открывает и закрывает, генерирует меняющееся напряжение. Частота этого напряжения зависит от того, сколько времени проходит от одного отпирания транзистора до следующего, а значит, главным образом зависит от постоянной времени разрядной цепи, от сопротивления Rq и емкости С б. Чем они больше, тем медленнее идет процесс разряда, тем ниже частота.

5. Блокинг-генератор . Частоту его сигнала можно менять, изменяя Rl или С1. На основе этого генератора можно сделать простейший электромузыкальный инструмент или индикатор сопротивления. Так, например, если с помощью двух электродов включить вместо R1 некоторый объем воды, то звуковой тон будет меняться в зависимости от уровня воды или, например, ее солености. В качестве Tp 1 можно взять БТК (блокинг-трансформатор кадровый) от любого телевизора. Выходное сопротивление такого генератора велико, его нужно подключать к каскаду с большим входным сопротивлением.

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный генератор релаксационных колебаний с сильной положительной обратной связью, осуществляемой с помощью импульсного трансформатора. Блокинг-генератор генерирует прямоугольные импульсы с малыми длительностями фронта и среза и практически плоской вершиной. Длительность генерируемых импульсов лежит в пределах от десятков наносекунд до сотен микросекунд. Характерной особенностью блокинг-генераторов является возможность получения большой скважности импульсов – от нескольких единиц до нескольких сотен.

Схема блокинг-генератора, работающего в автоколебательном режиме, приведена на рис. 1,а.

Рисунок 1

В цепь коллектора транзистора включена первичная обмотка W к импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого используется для создания положительной обратной связи: при увеличении коллекторного тока I к напряжение на базовом конце обмотки W б отрицательно, что приводит к отпиранию транзистора.

Рассмотрим работу схемы с закрытого состояния транзистора VT1, которое поддерживается разрядным током конденсатора С1, протекающим от го правой обкладки через резистор R1, -Ек, общую точку, базовую обмотку импульсного трансформатора к левой обкладке конденсатора. Наводимая в базовой обмотке импульсного трансформатора ЭДС при протекании медленно меняющегося тока настолько мала, что ею можно пренебречь по сравнению с напряжением на конденсаторе и считать, что в течение разряда конденсатор подключен между базой и эмиттером (плюс к базе). Это обеспечивает закрытое состояние транзистора (интервал 0 – t 1 на рис. 1,б). В тот момент, когда понижающееся вследствие разряда конденсатора С1 напряжение на базе достигнет нуля (момент t 1), транзистор VT1 откроется. Появившийся базовый ток вызовет возрастание коллекторного тока, что приводит к наведению в базовой обмотке импульсного трансформатора ЭДС, приложенного знаком минус к базе, если базовая и коллекторная обмотки сфазированы соответствующим образом.

Наведенная в базовой обмотке ЭДС способствует возрастанию тока базы, а, следовательно, и тока коллектора. В результате процесс нарастания токов базы и коллектора и снижения (по абсолютной величине) коллекторного напряжения протекает лавинообразно (интервал t 1 – t 2). Этот процесс прекращается в тот момент, когда ток коллектора достигает насыщения (момент t 2). Начиная с этого момента, наступает этап формирования вершины импульса (интервал t 2 – t 3). Напряжение на коллекторе насыщенного транзистора остается практически постоянным (близким к нулю), а почти все напряжение источника питания прикладывается к коллекторной обмотке, вызывая увеличение тока намагничивания . В базовой обмотке индуцируется ЭДС, равная n Б *Е к (где n Б = W б /W к – коэффициент трансформации импульсного трансформатора), под воздействием которой конденсатор С1 к моменту t 3 заряжается до значения через входное сопротивление насыщенного транзистора. По мере заряда конденсатора ток базы транзистора уменьшается. Это приводит к уменьшению степени насыщения транзистора, и в момент t 3 транзистор выходит из состояния насыщения. Формирование плоской вершины импульса заканчивается.

Далее транзистор вновь переходит в активный режим, при котором уменьшение тока базы приводит к уменьшению тока коллектора (интервал t 3 – t 4), при этом формируется срез импульса. В момент t 4 транзистор закрывается (режим отсечки тока).

После окончания переходного процесса транзистор остается запертым положительным напряжением на базе . В дальнейшем (на интервале t 4 – t 5) происходит рассмотренный ранее разряд конденсатора и лавинным процесс повторяется. Выходное импульсное напряжение снимается с нагрузочной обмотки W н и поступает на сопротивление нагрузки R н. Регулировка длительности генерируемых импульсов может осуществляться с помощью добавочного переменного резистора R доб в цепи заряда конденсатора.

Для тех из вас, кто не знает, о чем идёт речь, блокинг генератор — это крошечная схема с самозапиткой, которая позволит вам зажигать светодиоды от старых батареек, напряжение которых упало вплоть до 0.5 Вольт.

Вы думаете, что батарейка уже отжила свое? Подключите её к блокинг генератору и выжмите из неё всё до последней капли энергии своими руками!

Шаг 1: Компоненты и инструмент

Для проекта понадобится всего несколько вещей, которые видны на фотографии, но для тех из вас, кто любит читать, я приложу вариант списка в текстовом виде:

• Паяльник
• Припой
• Светодиод
• Транзистор 2N3904 или его эквивалент
• Резистор 1К
• Тороидная бусина
• Тонкий провод, двух цветов

Если вы найдёте транзистор 2N4401 или BC337, то светодиод будет гореть ярче, так как они рассчитаны под большую силу тока.

Шаг 2: Обмотайте тороид проводом

Сначала нужно обмотать проводом тороид. Свой я нашел в старом блоке питания. Тороиды похожи по форме на пончик и притягиваются магнитом.

Возьмите два провода, скрутите вместе их концы (вам необязательно делать так, но это немного упростит обмотку тороида).

Пропустите скрученные концы через тороид, затем возьмите два других (нескрученных конца) и обмотайте вокруг тороида. Не перекручивайте провода, убедитесь, что по всей обмотке нет места, где два повода с одинаковым цветом находятся рядом. В идеале нужно сделать 8-11 витков, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга и плотно прилегающих к тороиду. Как только вы завершите обмотку, отрежьте излишнюю длину провода, оставив около 5 см для соединения с другими компонентами схемы.

Снимите с концов проводов немного изоляции, затем возьмите по одному проводу с каждой стороны, убедившись что они разных цветов. Скрутите их и ваш тороид готов.

Шаг 3: Припаиваем компоненты

Пришло время спаять всё в одно устройство. Вы можете поместить всё на макетную плату, но в инструкции я решил собрать всё на коленке. Можете следовать текстовой инструкции или спаять всё по картинкам — там всё отлично отображено.

Сначала возьмите два внешних контакта транзистора и слегка отогните их наружу, а средний загните внутрь. Контакты светодиода также согните наружу. Это необязательный шаг, но он поможет проще спаять компоненты.

Возьмите один из проводов тороида, которые остались несоединёнными (всё правильно, один из нескрученных вместе проводов). Припаяйте его к одной из сторон резистора. Припаяйте другой конец резистора к среднему контакту транзистора.

Возьмите второй одиночный провод тороида и припаяйте его к коллектору транзистора. Припаяйте положительный контакт светодиода также к коллектору, а отрицательный контакт к эмиттеру.

Всё, что осталось сделать — это припаять удлинительный провод к отрицательному контакту светодиода. Возьмите кусок провода, который у вас был до этого, и припаяйте его к эмиттеру транзистора.

Шаг 4: Пробуем девайс в действии

Всё готово! Вы завершили ваш блокинг генератор на одном транзисторе. Приложите скрученные провода тороида к положительному контакту батарейки, а удлинительный провод к отрицательному контакту. Если всё собрано правильно, то светодиод загорится. Если светодиод не загорится, то попробуйте обмотать тороид более тонким проводом.

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.

Главная » Бизнес » Блокинг генератор: принцип работы. Блокинг - генераторы Блокинг генераторы высоковольтные на транзисторах