Блокирующие генераторы (Blocking Oscillators): принцип, типы и реальные применения

Что такое блокирующий генератор?

Рис. 1: Схема блокирующего генератора

Блокирующий генератор (пульсовый генератор) — дискретный генератор импульсов, использующий трансформатор, резистор и усилительный элемент (транзистор, лампу) для генерации периодических импульсов. Название от того, что усилительный элемент большей частью периода находится в закрытом (блокированном) состоянии.

Ключевые параметры: время повторения импульсов, длительность импульса, частота повторения.

Типы блокирующих генераторов

Импульсный трансформатор обязателен. Если генерируется одиночный импульс — моностабильная схема. Если автоматически переключается — астабильная. Бистабильная на блокирующем генераторе нереализуема.

Моностабильные блокирующие генераторы

Содержат трехобмоточный импульсный трансформатор и эмиттерный резистор. Нагрузочные резисторы для демпфирования. Обратная связь через катушки коллектора и базы. Третья катушка — для выходного импульса.

Два подтипа:

• С базовой временной установкой (base timing)
• С эмиттерной временной установкой (emitter timing)

Моностабильный с базовой установкой

Рис. 2: Моностабильный генератор с базовой временной установкой

Состав: импульсный трансформатор, транзистор, резистор. Трансформатор дает обратную связь, резистор задает длительность импульса. Отношение витков база/коллектор = n:1. Транзистор изначально закрыт, базовое напряжение V_BB низкое. Отрицательный импульс на коллекторе снижает V_CC, поднимает потенциал базы через полярность обмоток. V_BE преодолевает порог открывания → ток коллектора растет, петля нарастает до насыщения. Состояние нестабильно — транзистор переходит в закрытое состояние.

Моностабильный с эмиттерной установкой

Рис. 3: Моностабильный генератор с эмиттерной временной установкой

Ширина импульса нечувствительна к коэффициенту усиления тока. В эмиттерной цепи временной резистор. Трехобмоточный трансформатор: первичная — коллектор, вторичная — база, третья — нагрузка. Обеспечивает инверсию полярности. Период импульса задается эмиттерным резистором.

Астабильные блокирующие генераторы

Два типа:

• Диодно-контролируемые
• RC-контролируемые

Диодно-контролируемый астабильный

Рис. 4: Диодно-контролируемый астабильный блокирующий генератор

Конденсатор между базой и вторичной обмоткой. Диод соединяет коллектор и первичную обмотку. Работа: начальный импульс на коллекторе, затем удаляется. Диод в обратном смещении — напряжение на обмотках индуцируется на базе без смены фазы. Базовый ток растет, V_BE преодолевает порог → транзистор открывается. Коллекторный ток смещает диод в прямое смещение, заряжает конденсатор. Заряженный конденсатор отсекает базовый ток → транзистор закрывается. Напряжение на диоде устанавливается на обмотках → конденсатор разряжается, базовый ток открывает транзистор — цикл повторяется.

RC-контролируемый астабильный

Рис. 5: RC-контролируемый астабильный блокирующий генератор

В эмиттерную цепь добавлены временной резистор и конденсатор для управления таймингами. Принцип похож на диодный, но разряд конденсатора управляется не диодом, а RC-постоянной времени.

Как работает блокирующий генератор

Основа — импульсный трансформатор (прямоугольные импульсы) и резистор (частота). В покое база транзистора на низком потенциале — закрыт (но не ноль, чтобы избежать ложных срабатываний от шумов). Импульс на коллекторе снижает его потенциал, поднимает базу через трансформатор. V_BE превышает порог → транзистор выходит из среза, коллекторный ток растет, через инверсию фазы трансформатора потенциал базы дальше растет. При коэффициенте усиления >1 транзистор уходит в насыщение. Коллекторный ток растет, коллекторное напряжение постоянно. Эмиттерный ток задается резистором и обратной связью. Рост коллекторного тока вызывает падение базового. Когда базовый ток становится недостаточным — транзистор закрывается. Цикл повторяется.

Применение

• Периодические ключи в электронных схемах
• Делители частоты в цифровых схемах
• Генерация мощных пиковых импульсов
• Ключи в низкоимпедансных системах

Заключение

Рассмотрены ключевые аспекты блокирующих генераторов и их применение. Нужна помощь с проектом? Обращайтесь в любое время.