Принцип работы биполярного транзистора

     60. Начертите схему  блокинг-генератора  и объясните назначение  каждого элемента  схемы, принцип  работы и области  его применения.

     Блокинг-генератор, одноламповый или однотранзисторный генератор с сильной трансформаторной обратной связью, создающий импульсы малой длительности, периодически повторяющиеся через сравнительно большие промежутки времени. Рабочая схема блокинг-генератора приведена на рис. 4

   Рис. 4 Автоколебательный блокинг-генератор.

   Выходное  напряжение (пнк импульса) ≈ напряжение источника питания, где

   Тр_i = 1:1, Tp₁ = 5 : 1 (типовой случай); частота = 1/R₁C₁; максимальная импульсная мощность = (выходное напряжение) ²/полное сопротивление нагрузки; средняя рассеиваемая мощность ≈ максимальная импульсная мощность x рабочий цикл; C₁ ≈ 0,1 - 10 мкФ;

   R₁ ≈ 0,5 МОм или меньше. 

      Блокинг-генератор представляет собой один из наиболее простых полупроводниковых генераторов и работает на принципе релаксации. Транзистор первоначально смещен в прямом направлении и обеспечивает  прохождение  тока через первичную обмотку трансформатора. Это приводит к тому, что сигнал через конденсатор С₁ поступает на базу транзистора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис.4.1 Форма выходного сигнала типового блокинг-генератора.

   Длительность  импульса зависит  от отношения С и R; длительность одного периода зависит от постоянной времени RC; рабочий цикл  = длительность импульса/длительность одного периода. 

     Поскольку база жестко смещена в прямом направлении, конденсатор С₁ быстро заряжается через смещенный в прямом направлении переход эмиттер — база транзистора. Вследствие быстрого включения коллекторного тока на вторичной обмотке трансформатора Тр₁ создается выходной импульс, крутизна которого ограничивается только индуктивностью рассеяния трансформатора Тр₁. Прямолинейность вершины этого импульса определяется насыщением тока коллектора. При достижении транзистором режима насыщения сигнал обратной связи спадает и более не создает прямого смещения на транзисторе. При разряде конденсатора С₁ транзистор Т₁ смещается в обратном направлении; разряд конденсатора происходит медленно (через резистор R₁). При появлении прямого смещения на транзисторе цикл колебаний начинается вновь. Постоянная времени R₁C₁ определяет время выключения (паузы) между импульсами и, следовательно, частоту колебаний блокинг-генератора.

     Форма выходного сигнала блокинг-генератора изображена на рис 4.1.

     Блокинг-генераторы не пригодны для диапазона звуковых частот или в тех случаях, когда  требуется сигнал синусоидальной формы (или хотя бы близкий к синусоидальной форме). Однако блокинг-генераторы представляют собой превосходные формирователи  импульсов с крутыми фронтами, которые необходимы в переключающих  устройствах. Выходные сигналы блокинг-генератора со временем нарастания импульса порядка 0,1 мкс не являются редкостью.

   Рис. 4.2. Ждущий блокинг-генератор.

   Выходное  напряжение (пик импульса) ≈ напряжение источника питания, где Тp = 1:1;  частота = 1/R₁C₁; максимальная импульсная мощность = (выходное напряжение) ²/полное сопротивление нагрузки; R₁ ≈ 0,5 МОм или меньше ≈ входное полное сопротивление генератора; С₁ ≈ 0,1 — 10 мкФ; средняя рассеиваемая мощность ≈ максимальная импульсная мощность x рабочий цикл; обратное смещение ≈ пиковое значение импульса запуска X 0,5; С₁ ≈ 1/частота x R_1. 

     Блокинг-генераторы можно использовать и в качестве ждущих генераторов, где после подачи запускающего импульса формируется  одиночный выходной импульс. Для  этого требуется сместить переход  эмиттер - база транзистора в обратном направлении, как показано на рис. 4.2. В этой структуре транзистор первоначально находится в режиме отсечки, при этом запускающий импульс смещает рабочую точку транзистора в активную область, что достаточно для начала цикла импульса.

     Достоинства блокинг-генератора  это простота устройства; лёгкая  синхронизация  и стабилизация колебаний; возможность  получения большой мощности в  импульсе при малой средней мощности. Одно из основных достоинств блокинг-генератора состоит в том, что между импульсами он потребляет незначительный ток. Следовательно, в течение короткого времени с его выхода можно снять мощные импульсы тока без превышения мощностных параметров транзистора.

     Его применяют в импульсной технике  для получения мощных импульсов  малой длительности, в телевизионных  и радиолокационных развёртывающих устройствах, в делителях частоты  и др.

     При расчете схем необходимо принимать во внимание следующие специальные характеристики.

     Напряжение  выходного сигнала. Если первичная и вторичная обмотки трансформатора Тр₁ имеют одинаковое число витков (соотношение числа витков 1:1), то выходное напряжение (пик импульса) приблизительно равно напряжению источника питания. Как правило, вторичная обмотка трансформатора Тр₁ содержит меньшее число витков, чем первичная обмотка, что обеспечивает пониженное выходное напряжение. При использовании разновидности схем (рис. 4.2), реализованной на трансформаторе без отвода (конденсатор С₁ подключен ко вторичной обмотке), полное выходное напряжение в течение короткого пика импульса прикладывается к базе транзистора. В определенных условиях это может привести к выходу транзистора из строя. Можно рекомендовать использовать соотношение числа витков обмоток 5: 1, при этом выходное напряжение составит приблизительно одну пятую напряжения источника питания.

     Выбор трансформатора. В блокинг-генераторе можно применять трансформаторы любого типа при условии, что первичная обмотка выдерживает работу при токах и напряжениях, соответствующих подключению к вторичной обмотке требуемого выходного полного сопротивления. На первичной обмотке трансформатора существует мгновенный выброс напряжения, равный приблизительно удвоенному значению напряжения источника питания. Для использования в блокинг-генераторах часто конструируются специальные трансформаторы. Такие трансформаторы снабжаются справочными данными по расчету схем блокинг-генераторов. Эту информацию и необходимо использовать при проектировании.

     Выбор транзистора. Выбранный транзистор должен обеспечивать режим генерации на требуемой частоте и выдерживать длительное время приложенное полное напряжение источника питания. Мгновенное напряжение, сосредоточенное на первичной обмотке трансформатора, также прикладывается к транзистору. Таким образом, в течение пика импульса коллектор транзистора может находиться при удвоенном напряжении источника питания. Этого можно избежать, если включить в первичную обмотку трансформатора диод CR₁ который обозначен на рис. 4 штриховой линией. Выбранный диод должен быть рассчитан на двойное приложенное напряжение источника питания (без пробоя). Поскольку любой диод характеризуется некоторым током утечки и прямым падением напряжения, то введение в схему этого диода может привести к уменьшению напряжения выходного сигнала.

В блокинг-генераторе трудно рассчитать ток через транзистор и результирующую мощность рассеяния. Поделив квадрат предполагаемого выходного напряжения (на вторичной обмотке трансформатора) на предполагаемое полное сопротивление нагрузки, найдем в первом приближении максимальную мощность импульса. Средняя же мощность, которую рассеивает транзистор, зависит от расстояния между импульсами (скважности импульсов).

     Требования  по организации смещения. Автоколебательная разновидность схемы блокинг-генератора в начальном состоянии имеет прямое смещение, которое задается через резистор R₁. Уровень этого смещения не является критичным. Чтобы схема перешла в режим возбуждения, к переходу эмиттер — база прикладывается полное прямое смещение и полное обратное смещение при заряде и разряде конденсатора С₁. Для ждущей разновидности блокинг-генератора (рис. 4.2) требуется создание обратного смещения перехода эмиттер — база. Это смещение не должно превышать напряжения запускающего сигнала. Ориентировочно выбирают это напряжение обратного смещения равным приблизительно половине напряжения импульса запуска.

     Рабочая частота колебаний. Рабочая частота колебаний приблизительно обратно пропорциональна постоянной времени R₁C₁. Точное же значение этой частоты вычислить трудно, поскольку на процесс заряда и разряда конденсатора оказывают влияние и параметры транзистора, и параметры трансформатора. Напряжение источника питания также может влиять на частоту колебаний. Однако блокинг-генераторы обладают очень высокой стабильностью относительно пульсаций напряжения источника питания. Для обеспечения заданной постоянной времени (следовательно, частоты колебаний) можно использовать любые номиналы R и С. Однако в основном целесообразно придерживаться следующего правила. Для работы автоколебательного блокинг-генератора в диапазоне звуковых частот при номинале конденсатора С₁ в пределах 0,1 —10 мкФ значения резистора не должны превышать 0,5 МОм. При увеличении номинала конденсатора С (при соответствующем снижении номинала резистора R), который определяет требуемую постоянную времени RC, возрастает длительность импульса относительно полного цикла, т. е. возрастает время включения транзистора (цикл полезной работы). При этом возрастает рассеиваемая транзистором мощность, а также и средняя мощность выходного сигнала. 
 
 
 
 
 

77. Начертите схему электронного параметрического стабилизатора напряжения постоянного тока на полупроводниковом стабилитроне, объясните принцип его работы, достоинства недостатки.

     В большинстве случаев радиоэлектронные устройства требуют для своей  работы стабильного напряжения, которое  не должно зависеть от колебаний сетевого напряжения, а также от изменения  тока в нагрузке. Для стабилизации напряжения применяются параметрические  стабилизаторы.

     Принцип действия основан на свойствах полупроводниковых  стабилитронов. Полупроводниковые стабилитроны, работающие в режиме пробоя р-n перехода, можно успешно использовать в качестве стабилизаторов напряжения.

     Различные типы стабилитронов имеют номинальные  напряжения пробоя от 2,4 до 200 В с допустимым отклонением 5—20 % номинального значения. В стабилизаторах этого типа используется нелинейное свойство вольтамперных характеристик стабилитронов, а именно свойство сохранять почти постоянным напряжение при изменении тока через прибор, при этом изменяется сопротивление стабилитрона по постоянному току, определяемое как результат деления напряжения пробоя на ток, протекающий через стабилитрон. Так как напряжение почти постоянно, то сопротивление уменьшается с ростом тока и, напротив, увеличивается, если ток уменьшается. 

Рис.5 

     В параметрических стабилизаторах напряжения стабилитрон включен последовательно  с балластным резистором Rs, имеющим постоянное сопротивление, и параллельно с нагрузкой R_L (рис. 5). Поэтому параметрические стабилизаторы относятся к разряду параллельных стабилизаторов. Для получения отрицательного выходного напряжения достаточно изменить полярность входного напряжения и последовательность включения электродов стабилитрона. Ток, протекающий через резистор Rs, равен сумме токов стабилитрона и нагрузки. При изменениях входного нестабилизированного напряжения напряжение на стабилитроне и нагрузке постоянно, и, следовательно, все изменение входного напряжения выделяется на резисторе Rs. Это приводит к изменению тока через резистор Rs и тока стабилитрона. Следует помнить, что нормальная работа стабилитрона гарантируется, если ток стабилитрона лежит в допустимых пределах.

     10. Импульсный трансформатор, устройство, назначение, область применения.

     Импульсный  трансформатор (ИТ) — трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе. Импульсные трансформаторы , предназначенные для трансформирования коротких импульсов с минимальными искажениями и работающие в режиме переходных процессов, находят применение в различных импульсных устройствах.