Блокинг-генератор, принцип работы.
Как оказалось в сети очень мало информации по блокинг-генераторам и их схемам, с объяснениями как "оно" работает и почему. Большая часть всего того, что можно найти - это перепосты разрозненной информации с различных источников с ошибками и без, и чаще всего нигде толком не объясняется как работает эта простая схема. Таким образом эта статья и видео это попытка заполнить пробелы и исправить ошибки которые могут возникнуть при изучении схемы блокинг-генератора.
Схема выглядит вот так:
Как это работает:
Блокинг-генератор - это однокаскадный генератор прямоугольных импульсов.
После подачи питания, транзистор находится в закрытом состоянии. Конденсатор С начинает заряжается через резистор R и первичную обмотку трансформатора.
По мере заряда конденсатора С увеличивается напряжение на базе транзистора T1, что приводит к постепенному открытию транзистора и возрастанию коллекторного тока, в результате транзистор T1 откроется. И ток потечет через вторичную обмотку трансформатора Tr1 и открытый транзистор T1:
В момент прохождения тока через вторичную обмотку трансформатора Tr1, в первичной обмотке будет наведена ЭДС и этот ток начнет разряжать конденсатор С1:
По мере разряда конденсатора С1, на базе транзистора Т1 падает открывающее его напряжение, и транзистор начинает закрываться. И схема переходит в первоначальное состояние и весь процесс повторяется до бесконечности, до тех пор пока есть питание и/или исправны элементы схемы.
Для более устойчивой работы схемы необходимо добавить 2 элемента, диод и резистор. Диод D1 защищает транзистор T1 от обратного напряжения и выхода его из строя самоиндукцией трансформатора Tr1 в момент заряда конденсатора С1. Резистор R2 ограничивает ток базы транзистора Т1 когда конденсатор С1 заряжен.
И остался последний вопрос: использование этой схемы, чаще всего эту схему используют как повышающий преобразователь или генератор. Генератором эта схема может быть не только тогда когда нет серьезных требований к форме сигнала, к примеру очень часто можно встретить блокинг-генератор, как задающий в импульсном БП. И в том и в другом случае, к трансформатору нужно добавить еще одну обмотку, с которой и будет сниматься напряжение на нагрузку.
Есть схемы в которых не используется дополнительная обмотка трансформатора для нагрузки, но такие схемы менее устойчивы в работе - устойчивость сильно зависит от величины питающего напряжения, но они тоже отлично работают. Вот один из примеров, который я использовал в одной из своих поделок:
Схема эта очень интересна тем, что тут не используется конденсатор вообще, а вместо него работает запасенная в трансформаторе энергия. Светодиод тут кроме нагрузки является еще и демпферным диодом.
Расчеты:
Для расчёта блокинг-генератора обычно задаются следующими выходными характеристиками схемы: амплитуда импульсов Um, период прохождения импульсов Т, длительность импульса τi, сопротивление нагрузки RH.
Для примера приведен расчёт для простейшей схемы, на основе которой можно создать импульсный блок питания.
1.Выбираем транзистор по следующим параметрам:
- максимально допустимое напряжение UCBmax,
- максимально допустимый ток коллектора ICmax
- предельная частота fh21e.
где nH — коэффициент трансформации из коллекторной обмотки в обмотку нагрузки.
Для примера: IC = 0,02 А
Данным параметрам удовлетворяет транзистор MJE13001 со следующими характеристиками:
тип транзистора: NPN;
UCBmax = 600 В;
UBЕmax = 7 В;
ICmax = 0,2 А;
ICBO = 10 мкА;
fh21e = 8 МГц;
h21e = 5…30;
rb ≈ 200 Ом.
2.Определим величину сопротивления R2
R2 = (2...3)rB=(2....3)200=400-600 Ом
Отсюда R2 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
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 R1 и емкость конденсатора С1. Ёмкость конденсатора С1 определится из следующего условия
Примем С1 = 12 нФ
Сопротивление резистора R1
Примем R1 = 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.
Во всех расчетах выше учувствует именно резистор R1, а не R2!
Вариантов применения и вариаций схем блокинг генератора конечно очень(!) много.
Чуть позже я сниму видео на эту тему, и не только запущу блокинг-генератор, но и пощупаю осциллографом форму сигнала и разберемся отчего это зависит.
Схема выглядит вот так:
Как это работает:
Блокинг-генератор - это однокаскадный генератор прямоугольных импульсов.
После подачи питания, транзистор находится в закрытом состоянии. Конденсатор С начинает заряжается через резистор R и первичную обмотку трансформатора.
По мере заряда конденсатора С увеличивается напряжение на базе транзистора T1, что приводит к постепенному открытию транзистора и возрастанию коллекторного тока, в результате транзистор T1 откроется. И ток потечет через вторичную обмотку трансформатора Tr1 и открытый транзистор T1:
В момент прохождения тока через вторичную обмотку трансформатора Tr1, в первичной обмотке будет наведена ЭДС и этот ток начнет разряжать конденсатор С1:
По мере разряда конденсатора С1, на базе транзистора Т1 падает открывающее его напряжение, и транзистор начинает закрываться. И схема переходит в первоначальное состояние и весь процесс повторяется до бесконечности, до тех пор пока есть питание и/или исправны элементы схемы.
Для более устойчивой работы схемы необходимо добавить 2 элемента, диод и резистор. Диод D1 защищает транзистор T1 от обратного напряжения и выхода его из строя самоиндукцией трансформатора Tr1 в момент заряда конденсатора С1. Резистор R2 ограничивает ток базы транзистора Т1 когда конденсатор С1 заряжен.
И остался последний вопрос: использование этой схемы, чаще всего эту схему используют как повышающий преобразователь или генератор. Генератором эта схема может быть не только тогда когда нет серьезных требований к форме сигнала, к примеру очень часто можно встретить блокинг-генератор, как задающий в импульсном БП. И в том и в другом случае, к трансформатору нужно добавить еще одну обмотку, с которой и будет сниматься напряжение на нагрузку.
Есть схемы в которых не используется дополнительная обмотка трансформатора для нагрузки, но такие схемы менее устойчивы в работе - устойчивость сильно зависит от величины питающего напряжения, но они тоже отлично работают. Вот один из примеров, который я использовал в одной из своих поделок:
Схема эта очень интересна тем, что тут не используется конденсатор вообще, а вместо него работает запасенная в трансформаторе энергия. Светодиод тут кроме нагрузки является еще и демпферным диодом.
Расчеты:
Для расчёта блокинг-генератора обычно задаются следующими выходными характеристиками схемы: амплитуда импульсов Um, период прохождения импульсов Т, длительность импульса τi, сопротивление нагрузки RH.
Для примера приведен расчёт для простейшей схемы, на основе которой можно создать импульсный блок питания.
Для примера:
- 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.Выбираем транзистор по следующим параметрам:
- максимально допустимое напряжение UCBmax,
- максимально допустимый ток коллектора ICmax
- предельная частота fh21e.
где nH — коэффициент трансформации из коллекторной обмотки в обмотку нагрузки.
Для примера: IC = 0,02 А
Данным параметрам удовлетворяет транзистор MJE13001 со следующими характеристиками:
тип транзистора: NPN;
UCBmax = 600 В;
UBЕmax = 7 В;
ICmax = 0,2 А;
ICBO = 10 мкА;
fh21e = 8 МГц;
h21e = 5…30;
rb ≈ 200 Ом.
2.Определим величину сопротивления R2
R2 = (2...3)rB=(2....3)200=400-600 Ом
Отсюда R2 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
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 R1 и емкость конденсатора С1. Ёмкость конденсатора С1 определится из следующего условия
Примем С1 = 12 нФ
Сопротивление резистора R1
Примем R1 = 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.
Во всех расчетах выше учувствует именно резистор R1, а не R2!
Вариантов применения и вариаций схем блокинг генератора конечно очень(!) много.
Чуть позже я сниму видео на эту тему, и не только запущу блокинг-генератор, но и пощупаю осциллографом форму сигнала и разберемся отчего это зависит.
Написать комментарий