Магнитно-транзисторные генераторы

Магнитно-транзисторные схемы применяют чаще всего в выходных каскадах импульсных устройств, рассчитанных на передачу в нагрузку определенной мощности. Трансформаторная связь с нагрузкой позволяет обеспечить гальваническую развязку цепей и осуществить трансформацию напряжений до нужного уровня. Существует много разновидностей магнитно-транзисторных генераторов. Наибольшее применение нашли блокинг-генераторы.

Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный транзисторный усилитель с глубокой положительной обратной связью, осуществляемой импульсным трансформатором. Процесс формирования выходного импульса связан с отпиранием транзистора и удержанием его в состоянии насыщения цепью положительной обратной связи. Окончание формирования импульса сопровождается выходом транзистора из режима насыщения или по входной цепи, вследствие уменьшения тока базы, или по выходной цепи, вследствие увеличения тока коллектора. Эти два случая определяют соответственно две разновидности блокинг-генераторов: с конденсатором в цепи обратной связи и с насыщающимся трансформатором. По условиям запуска различают блокинг-генераторы с самовозбуждением и с внешним запуском.

Схема представляет собой транзисторный ключ на транзисторе VT, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка W₁ импульсного трансформатора TV. Нагрузка подключена ко вторичной обмотке W₂ через выпрямительный диод VD1. Положительная обратная связь осуществляется через обмотку обратной связи W_ос и резистор R. Резистор R_б используется только в режиме самовозбуждения блокинг-генератора. Цепочка VD2, R предназначена для защиты транзистора от перенапряжений при выключении транзистора. Выключением ключа К в цепь обратной связи можно ввести времязадающий конденсатор С.

В исходном состоянии транзистор удерживается в выключенном состоянии нулевым напряжением на обмотке обратной связи W_ос, которая шунтирует переход база-эмиттер транзистора через резистор R. При поступлении в момент t₁ короткого запускающего импульса U_вх транзистор начинает открываться, появляется ток коллектора I_к и напряжение на первичной обмотке W₁ трансформатора. Это напряжение, трансформируясь в обмотку W_ос, создает ток базы I_б транзистора, еще больше его открывая. Процесс развивается лавинообразно и транзистор переходит в режим насыщения. Напряжение коллектор-эмиттер U_кэ транзистора падает практически до нуля, а на нагрузке появляется фронт выходного напряжения U_н.

С момента времени t₁ к первичной обмотке W₁ трансформатора прикладывается напряжение Е_к поэтому начинает возрастать ток намагничивания i_m трансформатора, увеличивая ток I_к коллектора. При этом ток базы остается постоянным, так как зависит только от напряжения на обмотках. К моменту времени t₂ ток коллектора I_к возрастает настолько, что условие насыщения I_б = sI_бн, где s – коэффициент насыщения, уже не выполняется и ток коллектора перестает увеличиваться, что приводит к уменьшению напряжений на обмотках трансформатора. Снижение напряжения на обмотке обратной связи W_ос приводит к снижению тока базы транзистора и он начинает запираться. Напряжение на коллекторе U_кэ начинает увеличиваться, а на обмотке W₁ – уменьшаться. Это приводит к ускорению снижения тока базы, тока коллектора и напряжения на обмотках трансформатора. Процесс развивается лавинообразно и транзистор выключается а блокинг-генератор переходит в режим ожидания.

Процесс закрывания транзистора сопровождается возникновением противо-ЭДС первичной обмотки трансформатора, что способствует быстрому выключению транзистора. Однако возникающая противо-ЭДС суммируется с Е_к и увеличивает напряжение на коллекторе U_кэ. Для уменьшения выброса напряжения на коллекторе транзистора предназначена цепочка VD2, R1. При выключении транзистора ток самоиндукции первичной обмотки трансформатора замыкается в контуре: нижний конец W₁, цепочка VD2, R1, верхний конец W₁. Накопленная энергия рассеивается в резисторе R1. Чем меньше R1, тем меньше выброс напряжения на коллекторе, но больше постоянная времени спадания тока самоиндукции и наоборот. Поэтому расчетным путем выбирают оптимальную величину сопротивления R1.

Таким образом, после прихода запускающего импульса блокинг-генератор формирует на нагрузке прямоугольный импульс U_н, длительностью t_и, которая зависит от параметров трансформатора и цепи насыщения транзистора.

Подключением резистора R_б можно перевести блокинг-генератор в режим самовозбуждения (автогенераторный режим), при котором после стадии восстановления начинается формирование следующего импульса без внешнего запуска. Функционально блокинг-генератор в режим самовозбуждения является мультивибратором.

Использование в цепи обратной связи конденсатора С позволяет не доводить трансформатор TV до насыщения, снижая тем самым потери мощности в схеме.

Существуют многочисленные разновидности магнитно-транзисторных генераторов, в которых используется нелинейность кривых намагничивания магнитопроводов, а также магнитно-тиристорные схемы.