Импульсные преобразователи с самовозбуждением

Импульсные преобразователи с самовозбуждением могут быть построены по схеме однотактных трансформаторных преобразователей. В однотактных преобразователях с самовозбуждением (автоколебательных) наибольшее распространение получили схемы с трансформаторной обратной связью, так называемые блокинг-генераторы.

Автоколебательный блокинг-генератор – это релаксационный генератор импульсов, содержащий однокаскадный усилитель с импульсным трансформатором в цепи положительной обратной связи. Блокинг-генератор может быть построен на любом типе транзистора. Схема автоколебательного блокинг-генератора приведена на рисунке 4.1 а.

В этой схеме транзистор VT 1 работает в режиме ключа с импульсами управления, снимаемыми со специальной обмотки трансформатора T 1. Базовая обмотка трансформатора имеет индуктивную связь с коллекторной обмоткой . Полярности этих обмоток должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить положительную обратную связь. На рисунке 4.1 а однополярные концы обмоток обозначены точками. К выходной обмотке подключается нагрузка блокинг-генератора. Поскольку напряжение на выходной обмотке имеет форму разнополярных импульсов, то для получения на нагрузке постоянного напряжения должен использоваться однополу-периодный диодный выпрямитель с емкостным фильтром.

А б

А) электрическая схема; б) графики токов и напряжений

Рисунок 4.1 – Блокинг-генератор

В зависимости от соотношения полярности выходной обмотки и выпрямительного диода такая схема может работать или как прямоходовая, или как обратноходовая.

Рассмотрим работу блокинг-генератора без выпрямительного диода в цепи нагрузки. При включении питания начинается заряд конденсатора С 1, включенного в цепь базовой обмотки , через резистор R 1 от источника питания с напряжением . Когда напряжение на конденсаторе С 1 достигнет значе­ния, при котором отпирается транзистор VT 1, начинается формирование импульса. При этом за счет положительной обратной связи в базе транзистора VT 1 формируется импульс тока базы, который вводит транзистор в насыщение. Поскольку импульс напряжения, снимаемый с базовой обмотки, при­ложен плюсом к базе, то конденсатор за время насыщенного состояния транзисто­ра VT 1 заряжается до некоторого отрицательного напряжения. Процесс заряда конденсатора показан на графиках рисунка 4.1 б. При этом сопротивление R 2 в цепи базы ограничивает ток базы насыщенного транзистора VT 1.

Найдем ток намагничивания трансформатора Т 1 во время нахождения транзистора в насыщенном состоянии:

= – = = t, (4.1)

где = – приведенный ток нагрузки, = – приведенный ток базы, = – приведенное сопротивление нагрузки, = – приведенное сопротивление базы, = – коэффициент трансформации базовой обмотки, = – коэффициент трансформации нагрузочной обмотки, – число витков коллекторной, базовой и нагрузочной обмоток соответственно.

Как следует из уравнения (4.1), ток намагничивания линейно растет во вре­мени, а токи базы и нагрузки остаются неизменными. В результате при резистив­ной нагрузке ток коллектора транзистора содержит ступенчатую составляющую ( + ) и линейно нарастающую . При нарастании тока кол-лектора ток базы остается неизменным, поэтому коэффициент насыщения тран-зистора постепенно уменьшается. При выполнении равенства = B транзи-стор выходит из насыщения и переходит в линейный (т. е. усилительный) режим. При этом за счет положительной обратной связи происходит регенеративный процесс, в результате которого транзистор из открытого состояния переключается в закрытое состояние.

Длительность импульса, генерируемого во время насыщенного состояния транзистора, определим из уравнения (4.1):

= , (4.2)

После окончания импульса начинается перезаряд емкости С 1 через сопротивление R 2, пока транзистор VT 1 не войдет вначале в линейный режим, а затем снова в состояние насыщения. Далее процесс генерации импульсов повторяется.

Длительность паузы между импульсами определяется постоянной времени базовой цепи и напряжением питания и может быть рассчитана по формуле:

= R 2 C 1 . (4.3)

Период повторения колебаний блокинг-генератора равен T = + .

На основе описанного выше автоколебательного блокинг-генератора могут быть реализованы как прямоходовые, так и обратноходовые преобра-зователи напряжения.

На рисунке 4.2 а приведена схема обратноходового преобразователя напряжения с самовозбуждением.

А б