Меню

Блокинг генератор с высоким кпд



Блокинг-генератор

В этой статье я поведаю вам о том, что такое блокинг-генератор.

Блокинг-генератор — это генератор импульсов сравнительно небольшой длительности и большого периода. Он работает благодаря трансформаторной обратной связи. Из-за простоты блокинг-генератор широко применяют в компактных преобразователях напряжения (например в каждой второй схеме электронной зажигалки можно встретить эту схему).

Вот это блокинг-генератор(одна из многих вариаций этой схемы):

Как видите, он реально прост в сборке. Самая сложная часть в нем — это трансформатор.Но обо всем по порядку.

1) Принцип работы

Сначала обмотка 2 работает как «резистор», т.е. через нее и резистор протекает ток, который начинает открывать транзистор.Открывание транзистора приводит к появлению тока в обмотке 1, а это в свою очередь приводит к появлению напряжения на обмотке 2, т.е. напряжение на базе транзистора увеличивается еще, он открывается еще больше, и так происходит до тех пор, пока сердечник или транзистор не войдет в насыщение. Когда это произошло, ток через обмотку 1 начинает уменьшаться, следовательно напряжение на обмотке 2 меняет полярность, что приводит к закрыванию транзистора.Все, цикл замкнулся!

2) Детали

Трансформатор обмотка 1 обычно в 2 раза больше обмотки 2, а число витков и диаметр провода подбираются в зависимости от напряжения на обмотке 3 и тока через нее.

Резистор обычно берут в пределах 1кОм — 4,7кОм.

Транзистор подойдет почти любой.

3) Тест

Сначала соберем базовую схему генератора. Трансформатор вот такой от балласта энергосберегающей лампы:

На нем я намотал сначала обмотку 2 (18 витков проводом 0,4мм)

Изолировал ее (подойдет обычная изолента)

А потом намотал и обмотку 1 (36 витков тем же проводом, что и 2-ую)

И наконец, вставил сердечник и зафиксировал его той же изолентой

На этом трансформатор готов.

Транзистор я выбрал мощный: кт805, потому что в обмотке всего 36 витков не самого тонкого провода(малое сопротивление).

Вот что у меня в итоге получилось:

Питание, как вы поняли, я буду брать от кроны.

Итак, с транзистором кт805, резистором 2,2кОм и обмоткой 1 в 2 раза больше обмотки 2, осциллограмма напряжения между коллектором и эмиттером выглядит так:

Амплитуда 60В, частота около 170кГц.

Теперь поставим резистор на 4,7кОм. Осциллограмма выглядит так:

Амплитуда около 10В, частота такая же.

Поставим теперь резистор 1кОм:

Амплитуда 120В, частота около 140кГц.

Теперь поставим обратно резистор 2,2кОм, и поменяем местами обмотки:

Амплитуда 80В, частота около 250кГц.

4) Вывод

Чем больше коэффициент обратной связи, тем быстрее нарастает сигнал, и частота выше.(чем меньше резистор, и больше соотношение число витков обмотки 2/число витков обмотки 1, тем больше коэффициент ОС).Еще на ОС влияет коэффициент усиления транзистора.

5) Практическая польза

Вы наверняка заметили, что я ни слова не сказал про обмотку 3. Она нужна для того, чтобы снять выходное напряжение.

Давайте посмотрим что будет, если намотать в обмотку 3 100 витков провода 0,08мм:

Сначала нам, конечно, нужно домотать трансформатор. Изолируем в прошлом последний слой:

Теперь наматываем 100 витков провода 0,08. Собираем сердечник. НА ВЫХОД ЦЕПЛЯЕМ ДИОД (можно любой с обратным напряжением не менее 200В. Например я взял дешевый и распространенный 1n4007). Спаиваем схему:

Диод нужен для отсекания отрицательных выбросов. Смотрим осциллограмму на выходе:

Постоянная составляющая 50В, импульсы амплитудой 50В. Чтобы убрать импульсную составляющую, поставим конденсатор на выходе. Подойдет 0,1мкФ:

Постоянное напряжение амплитудой 100В.

Небольшие колебания амплитудой 50мВ.

И наконец, полная схема:

Если генерации нет, впаяйте параллельно резистору конденсатор на пару микрофарад.

Источник

Блокинг генератор: принцип работы

Блокинг-генератор применяется в электротехнике и электронике для возникновения внушительных, но коротких во времени сигналов-импульсов с резким фронтом и существенным отношением периода повторения импульсов к их длительности (скважность). В настоящем применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Принцип работы

По своей сути, блокинг генератор является усилителем (генератором), собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка: источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников.

Читайте также:  Ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора ваз

Усилитель, используемый для изготовления блокинг-генератора, находится в открытом положении исключительно в период формирования сигнала-импульса. На всё остальное время – закрывается. Отсюда следует, что при большой величине отношения периода повторения импульсов к их длительности усилительный элемент находится в открытом положении существенно меньшее количество времени, чем в закрытом. У усилителя существует тепловой режим. В данном случае он напрямую связан со средней мощностью, отдающейся коллектором. За счёт высокой величины скважности при работе устройства получают существенную мощность в течение сигнала малой мощности.

Существенная величина скважности блокинг-генератора позволяет ему работать в экономичном режиме, т.к. энергия требуется усилителю только во время открытого положения (время формирования сигнала). Основные режимы работы: автоколебательный и ждущий. Рассмотрим их подробнее.

Автоколебательный режим

Чаще всего блокинг-генератор собирается на усилительных элементах – транзисторах, включаемых по двум основным схемам:

  • с общим эмиттером;
  • с общей базой.

Первая встречается чаще, т.к., имея меньшую длительность фронта, есть возможность сгенерировать предпочтительную форму сигналов. Вторая схема менее подвержена колебаниям характеристик усилителей.

Рабочий процесс рассматриваемого устройства делится на 2 стадии:

  • закрытое положение транзистора, занимает основное время периода колебаний;
  • транзистор в открытом положении, сигнал-импульс проходит стадию формирования.

У конденсатора С1 происходит заряд током источника в течение образования импульса. За счёт этого С1 обеспечивает закрытое положение усилительного элемента. Во время данной стадии у конденсатора С1 происходит неспешная разрядка через существенное сопротивление резистора R1. При этом на базе диода VT1 создается около нулевой потенциал, что не позволяет ему открыться.

При достижении порога напряжения открытия у усилительного элемента происходит процесс открывания, и сквозь обмотку I, называющуюся коллекторной, трансформатора Т потечёт ток. В этот момент в основной или базовой обмотке II происходит индукция потенциала. Полярность должна быть такова, чтобы образующееся на базе транзистора напряжение имело положительную полярность. В случае ошибочного подключения обмоток трансформатора устройство генерировать сигналы не будет. В этом случае требуется переподключить концы одной из обмоток. Блокинг-генератор заработает.

Важно! Обвальное развитие процесса открытия транзистора имеет название прямого блокинг-процесса.

В I обмотке трансформатора появляется положительное напряжение, что ведёт к возрастанию различных токов и, следовательно, продолжению снижения напряжения коллектора и базы усилителя. Совершается резкое нарастание коллекторного тока и напряжения на усилительном элементе. В следующий момент напряжение падает почти до нуля, и устройство переходит в режим насыщения.

Важно! Обвальное развитие процесса закрытия транзистора имеет название обратного блокинг-процесса.

Открытие усилителя происходит практически мгновенно, поэтому в течение всего этого времени потенциал конденсатора С1 и величина энергии в трансформаторе практически не претерпевают изменений. Фронт импульса сформирован. Происходит образование вершины импульса, конденсатор С1 начинает заряжаться.

Выход усилительного элемента из режима насыщения означает, что ток у коллектора опять начинает зависеть от количества накопленного в базе транзистора заряда, а базовый ток уменьшается. Усилительные свойства транзистора начинают восстановление. В этот момент в первичной обмотке трансформатора формируется отрицательное относительно транзистора напряжение. Данный процесс ведёт к продолжению уменьшения коллекторного тока. Происходит формирование среза импульса.

Усилительный элемент находится в закрытом положении. Происходит переход в исходное состояние. Физическая суть сводится к рассеянию энергии, появившейся за период появления сигнала-импульса в различных реактивных частях схемы. Так как здесь разность потенциалов на конденсаторе и величина энергии в трансформаторе не изменились, то закрытие транзистора провоцирует рост напряжения на коллекторе. В этот момент у блокинг-генератора происходит выброс напряжения. В некоторых случаях появляются паразитные колебания.

Читайте также:  Запчасти для генератора газель бизнес

Ти » (3 – 5) R1С1 – таким выражением характеризуется автоколебательный режим.

Ждущий режим

При ждущем режиме работы рассматриваемого устройства генерация сигналов происходит только с помощью внешнего воздействия – на вход необходимо подать произвольные запускающие импульсы.

В начальном состоянии усилительный элемент закрывается отрицательным смещением на базе, и лавинообразное развитие процесса открытия транзистора начнется исключительно только после подачи противоположного по знаку импульса соответствующей амплитуды на базу.

Появление импульса происходит по полной аналогии автоколебательного режима, рассмотренного выше. Конденсатор С1 разряжается до изначального напряжения базы. Далее транзистор остается в закрытом состоянии до появления последующего запускающего импульса. Длительность сигналов, а также их форма, исходящих от рассматриваемого устройства, находятся в полной зависимости от параметров собранной схемы.

Чтобы цепь запуска не оказывала никакого воздействия на работу находящего в ждущем режиме блокинг-генератора, в представленной схеме присутствует специальный разделительный диод VD2. Его задачей является закрытие сразу за окончанием процесса открывания транзистора. Это действие обрывает связь между внешним источником и интересующим нас устройством. Допускается добавлять в расчёт представленной схемы эмиттерный повторитель.

Таким образом, подытоживаем принцип работы блокинг генератора на полевом транзисторе: если при исчезновении напряжения на базе транзистора условия, требуемые для повторения цикла без внешнего воздействия, не исполняются, то этот режим работы называется ждущим. Если же при исчезновении напряжения там же начинается новый цикл по образованию нового импульса без привлечения внешнего источника, то режим работы схемы автоколебательный.

Видео

Источник

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказал о мультивибраторах, которые предназначены для генерирования прямоугольных импульсов. Но для этой, же цели применяются и другой тип генератора, который называется блокинг-генератором. Вообще же блокинг-генератор – это регенеративное устройство (генератор импульсов), основанное на однокаскадном усилителе, обратная связь в котором создаётся за счёт импульсного трансформатора.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Основное предназначение блокинг-генераторов заключается в создании мощных коротких импульсов с крутыми фронтами и большой скважностью. В настоящее время они используются в импульсных блоках питания в качестве задающих генераторов

Так же как и мультивибратор, блокинг-генератор может работать в следующих режимах: автоколебательном, ждущем, синхронизации и деления частоты, но наиболее распространенным являются автоколебательный и ждущий режимы.

Автоколебательный блокинг-генератор

Как говорилось выше, автоколебательный блокинг-генератор является наиболее распространённым. Давайте рассмотрим его устройство и принцип работы на основе простейшей схемы, которая изображена ниже


Простейшая схема автоколебательного блокинг-генератора.

Простейший блокинг-генератор состоит из транзистора VT1 по схеме с общим эмиттером, трансформатора обратной связи Т1, демпфирующей цепи в виде диода VD1, времязадающей цепочки R2C1, базового резистора R1 и сопротивления нагрузки Rн.

Рассмотрим работу блокинг-генератора на основе временных диаграмм его работы, которые представлены ниже


Временные диаграммы работы блокинг-генератора.

Первая стадия (формирование фронта импульса) начинается в момент времени t, то есть в момент включения питания либо по окончании периода предыдущего импульса. В этот момент транзистор оказывается заперт, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R2. По мере заряда конденсатора С1 увеличивается напряжение UBE на базе транзистора VT1, что приводит к постепенному открытию транзистора и возрастанию коллекторного тока IC. Возрастающий ток коллектора приводит к формированию ЭДС в трансформаторе и на его зажимах формируется возрастающее напряжение и ток пропорционально току коллектора транзистора VT1. Данная стадия заканчивается в момент времени t1, когда транзистор перешёл полностью в режим насыщения.

Вторая стадия (формирование вершины импульса) начинается в момент времени t1. После того как транзистор VT1 перешёл в режим насыщения на него уже мало влияет ток протекающий через базу транзистора, поэтому нарастание амплитуды импульса прекращается и начинает формироваться плоская вершина импульса. В данный период времени напряжение на зажимах трансформатора практически не изменяется, поэтому напряжение на коллекторе не изменяется, но так как происходит разряд конденсатора С1 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1, а следовательно и ток базы Ib. По мере уменьшения тока базы Ib начинает уменьшаться ток коллектора IC, но вследствие индуктивного характера коллекторной нагрузки, начинает увеличиваться ток намагничивания трансформатора, а, следовательно, и коллекторный ток транзистора VT1, в результате напряжение на коллекторе остаётся постоянным некоторое время, которое зависит от параметров трансформатора Т1.

Читайте также:  Додж стратус замена ремня генератора

Третья стадия (формирование среза импульса) начинается в момент времени t2. В это время ток подмагничивания уменьшается и транзистор VT1 начинает закрываться под воздействием уменьшающегося тока базы Ib, вследствие разряда конденсатора С1. Когда транзистор полностью закроется коллекторный ток уменьшится практически до нуля и потенциал на выводах трансформатора Т1 также уменьшится, но вследствие этого в обмотках трансформатора возникнет ток обратный току коллектора IC и соответственно току базы Ib, что приведёт к ещё быстрейшему разряду конденсатора и образованию отрицательного всплеска напряжения на базе. Отрицательный импульс напряжения на базе транзистора VT1 ещё быстрее разрядит конденсатор, что уменьшит продолжительность среза импульса по сравнению с фронтом.

Четвёртая стадия (восстановление) начинается в момент времени t3. В это время транзистор находится в полностью закрытом состоянии. В этот период времени происходит рассеивание энергии в конденсаторе и трансформаторе, запасённой в третьей стадии работы блокинг-генератора. В этот период времени в трансформаторе могут возникать некоторые колебательные процессы (изменение напряжения до уровня UK max), что в общем случае нежелательны, поэтому для предотвращения этого параллельно коллекторной обмотке трансформатора включают различные демпфирующие цепи, в данном случае эту роль выполняет диод VD1.

Расчёт блокинг-генератора в автоколебательном режиме

Как любая электронная схема параметры работы блокинг-генератора полностью зависят от величин элементов составляющих схему, поэтому для расчёта необходимо задаться параметрами схемы.

Для расчёта блокинг-генератора обычно задаются следующими выходными характеристиками схемы: амплитуда импульсов Um, период прохождения импульсов Т, длительность импульса τi, сопротивление нагрузки RH.

Так как в настоящее время блокинг-генераторы очень часто используют в качестве задающих генераторов импульсных блоков питания, то для примера рассчитаем простейшую схему, на основе которой можно создать импульсный блок питания.

Зададим следующие параметры для расчёта: частота прохождения импульсов F = 50 кГц, скважность импульсов Q = 0,3, амплитуда выходных импульсов Um = 5 В, сопротивление нагрузки RH = 25 Ом, напряжение питания схемы ЕК = 310 В (выпрямленное сетевое напряжение).

1.Первым этапом расчёта является определение типа транзистора, как основного элемента схемы. Транзистор выбирается по следующим параметрам: максимально допустимое напряжение UCBmax, максимально допустимый ток коллектора ICmax и предельная частота fh21e.

где nH — коэффициент трансформации из коллекторной обмотки в обмотку нагрузки.

Примем IC = 0,02 А

Данным параметрам удовлетворяет транзистор MJE13001 со следующими характеристиками:

2.Определим величину сопротивления R1

Примем значение R1 = 390 Ом.

3.Рассчитаем параметры импульсного трансформатора. Коэффициент трансформации для выходной обмотки nH

Коэффициент трансформации для обмотки в цепи базы nB

где Ub – напряжение на базе транзистора VT1.

Выберем UB = 5 В. Тогда

Индуктивность коллекторной обмотки трансформатора

где ti – длительность импульса;

R’H – приведённое сопротивление нагрузки;

r’b – приведённое к коллекторной нагрузке сопротивление базы.

Определим длительность импульса и приведённые сопротивления

где rb – внутреннее объемное сопротивление базы. Тогда

Тогда индуктивность первичной обмотки будет равна

4.Определим величину сопротивления R2 и емкость конденсатора С1. Ёмкость конденсатора С1 определится из следующего условия

Примем С1 = 12 нФ
Сопротивление резистора R2

Примем R2 = 62 кОм.

5.В коллекторную цепь транзистора необходимо включать демпфирующую цепочку. Она позволяет ограничить всплески импульсов на трансформаторе, вследствие чего уменьшаются импульсные помехи и вероятность пробоя транзистора. В данном случае применена простейшая демпфирующая цепь в виде диода VD1, который должен удовлетворять следующим условиям

Данным параметрам удовлетворяет диод типа 1N4004.

Более подробно о демпфирующих цепях я расскажу, когда будем рассматривать индуктивные элементы и импульсные источники питания.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Источник