[Home] [Donate!] [Контакты]

Расчёт блокинг-генератора

Решаемая здесь задача расчёта блокинг-генератора состоит в том, чтобы по заданным характеристикам генератора (прежде всего, по параметрам генерируемого сигнала, таким как длительность импульса, длительность паузы между импульсами), определить параметры всех элементов блокинг-генератора.

Для решения этой задачи воспользуемся результатами, полученными в ходе анализа процессов в блокинг-генераторе.

Оглавление
Расчёт блокинг-генератора
Введение
Расчёт блокинг-генератора
Пример расчёта блокинг-генератора
Смотрите также
Блокинг-генератор [варианты схем]
Принцип действия блокинг-генератора
Анализ процессов в блокинг-генераторе
Блокинг-генератор в импульсных источниках питания

Введение

Будем считать, что генератор построен по уже рассмотренной схеме:

Типовая схема блокинг-генератора.
Рис. %img:cirx. Типовая схема блокинг-генератора

Примечание. Не забываем, что выход насыщенного транзистора в активный режим требует длительного времени; даже для достаточно быстродействующего транзистора, с граничной частотой порядка 100 МГц, при подобной схеме включения, на переход из насыщенного в активный режим требуется порядка 1 мкс. Поэтому, если требуется генерация импульсов, продолжительность которых составляет единицы микросекунд или меньше, требуются дополнительные решения для предотвращения глубокого насыщения транзистора.

Напомним основные соотношения*, полученные при анализе блокинг-генератора.

* В уравнениях будут использоваться следующие обозначения:
C1, L1, R1, R2, R3 - параметры соответствующих элементов, обозначенных на схеме как C1, L1, R1, R2, R3;
n - коэффициент трансформации трансформатора T1;
V - напряжение источника питания;
h - коэффициент усиления транзистора Q1 по постоянному току;
Eb0 ≈ 0.5 В - напряжение на базе транзистора, при котором транзистор начинает переходить из режима отсечки в активный режим (условная величина, которая может быть введена для кусочно-линейного приближения вольтамперной характеристики транзистора);
Eb1 ≈ 0.8 В - напряжение на базе транзистора при его работе в режиме насыщения (условная величина, в действительности это напряжение изменяется в определённых пределах, в зависимости от условий работы транзистора);
IL1max - максимальное значение тока в индуктивности L1 (достигается в конце каждого импульса, формируемого блокинг-генератором);
τ1 - длительность импульса (во время формирования импульса транзистор Q1 открыт);
τ2 - длительность интервала между импульсами (транзистор Q1 на этом интервале закрыт).

Приведём здесь также основные соотношения, полученные при анализе блокинг-генератора, которые понадобятся в ходе расчётов.

Уравнение, связывающее длительность импульса с параметрами элементов схемы: $$ \begin{equation} C_1 = \frac {{\tau}_1} {R_2 \ln \frac {h (V / n + E_{b0} - E_{b1})} {R_2 I_{L1max}}}. \label{c1} \end{equation} $$

Выражение для расчёта длительности интервала между импульсами: $$ \begin{equation} {\tau}_2 = R_1 C_1 \ln \frac {V + \frac V n - E_{b1} - \frac {I_{L1max}} h R_2} {V - E_{b0}}. \label{tau2} \end{equation} $$

Пиковое значение обратного напряжения на базе транзистора: $$ U_{ebp} = \frac {U_{qcp}} n - E_{b1} - \frac {I_{L1max}}h R_2, $$ Uqcp - пиковое напряжение на коллекторе транзистора.

Ток базы во время процесса формирования импульса $$ \begin{equation} i_{qb} = \frac {V / n + E_{b0} - E_{b1}} {R_2} e^{- \frac t {R_2 C_1}} \label{iqb} \end{equation} $$ или, в более грубом приближении, $$ \begin{equation} i_{qb} = \frac V {n R_2} e^{- \frac t {R_2 C_1}}, \label{iqbapprox} \end{equation} $$ откуда пиковое значение, достигаемое в начальный момент импульса, $$ \begin{equation} i_{qb} = \frac V {n R_2}. \label{iqbp} \end{equation} $$

Расчёт блокинг-генератора

Пусть требуется рассчитать блокинг-генератор по следующим исходным данным:
V - напряжение источника питания генератора;
τ1 - длительность импульса;
τ2 - длительность паузы между импульсами (или может быть задан период повторения импульсов T, тогда τ2 = T - τ1);
IL1max - максимальный ток в первичной обмотке трансформатора (максимальное значение тока в L1 достигается в конце каждого импульса); если не задано - выбираем любое "разумное" значение, руководствуясь, в частности, характеристиками используемого транзистора (для генераторов малой мощности можно ориентироваться на значения порядка 1..10 мА); если генератор используется в качестве основы для построения источника питания, исходим из того, что ток IL1max и индуктивность L1 определяют ту энергию, которая будет передаваться в нагрузку за один такт работы генератора (один импульс), а значит, от их выбора зависит максимальная мощность источника;
UL1p - пиковое напряжение на индуктивности; оно достигается в момент завершения формирования импульса, когда транзистор переключается в закрытое состояние (в самом начале паузы между импульсами); либо может быть задано пиковое напряжение на коллекторе транзистора Uqcp, тогда UL1p = Uqcp - V. Если не задана ни одна, ни другая величина, исходим из того, что Uqcp = (0.8..0.9) Uce max, т.е. пиковое напряжение на коллекторе выбираем меньшим (с запасом) максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер используемого транзистора (можно ограничить пиковое напряжение много меньшими значениями, но не следует забывать, что чем это значение меньше, тем более длительным будет переходный процесс в индуктивности, что накладывает ограничения на минимальную длительность паузы между импульсами).

Приступаем к расчёту.

  1. Выбираем транзистор Q1, который подходит для проектируемого блокинг-генератора по быстродействию, мощности и максимально допустимым величинам токов и напряжений. При выборе исходим из временных параметров формируемых импульсов (длительность импульса, длительность паузы; ориентируемся на меньшую из величин), максимального тока через первичную обмотку трансформатора и пикового напряжения на индуктивности.
    Граничная частота транзистора должна отвечать условию
    fT >> 1 / min(τ1, τ2).
    Максимально допустимый ток коллектора у выбранного транзистора должен соответствовать условию
    ICmax ≥ (1.1...1.2) IL1max
    (нужно учитывать, что часто максимальный средний и максимальный импульсный ток зачастую нормируются по отдельности, следует внимательно изучать документацию на транзистор).
    Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер транзистора должно с запасом превышать пиковое значение, которое достигается на коллекторе в процессе работы генератора:
    UCEmax ≥ (1.1...1.2) Uqcp,
    или, что то же самое,
    UCEmax ≥ (1.1...1.2) (UL1p + V).
  2. Вычисляем индуктивность L1 первичной обмотки трансформатора. Исходим из того, что во время формирования импульса, ток через индуктивность L1 растёт линейно, изменяясь по закону i(t) = V t / L1. При этом к моменту завершения импульса τ1, ток должен достичь заданной величины IL1max. Таким образом, заданные значения напряжения питания генератора V, максимального тока IL1max через L1 и длительности импульса τ1, полностью определяют величину индуктивности L1, $$ L_1 = \frac {V {\tau}_1} {I_{L1max}}. $$
  3. Определяемся с коэффициентом трансформации n трансформатора; здесь под коэффициентом трансформации понимаем отношение напряжения (переменного или импульсного) на первичной обмотке к напряжению на вторичной; будем считать это отношение равным отношению количества витков в соответствующих обмотках. Вопрос о выборе n - наиболее туманный при расчёте генератора. С одной стороны, от n зависят все параметры генератора: длительность импульса, длительность паузы, длительности фронтов (процесс формирования фронтов здесь не рассматривался, но легко убедиться, что зависимость есть), максимальное обратное напряжение на базе транзистора. От коэффициента трансформации зависит стабильность параметров импульсов. Даже сама возможность генерации связана с правильным выбором n. С другой стороны, при изменении n в широких пределах (на порядки), работоспособность блокинг-генератора сохраняется. На самом деле, довольно трудно выбрать такое значение коэффициента трансформации, при котором блокинг-генератор не запустился бы.

    В некоторых источниках вводится понятие так называемого "оптимального коэффициента трансформации". Грубо говоря, если разорвать в генераторе цепь обратной связи, получим усилитель (с трансформатором на выходе). Нагрузим вторичную обмотку трансформатора сопротивлением, равным входному сопротивлению полученного усилителя. Можно показать, что коэффициент усиления будет наибольшим (без учёта частотной зависимости), если коэффициент трансформации равен величине nopt: $$ n_{opt} = \sqrt {\frac {R_{out}} {R_{in}}}, $$ где Rout - собственное выходное сопротивление транзисторного каскада с общим эмиттером (обусловленное наличием зависимости коллекторного тока от напряжения на коллекторе); Rin - входное сопротивление каскада с общим эмиттером. Грубо можно оценить Rout величиной порядка сотен килоом, а Rin - величиной порядка единиц килоом, т.е. оптимальный коэффициент трансформации типичного блокинг-генератора, определённый по этой методике, оказывается порядка 10.

    Тем не менее, работоспособность блокинг-генератора сохраняется при отклонениях n от указанной величины в десятки раз в любую сторону и не всегда nopt оказывается оптимальным во всех отношениях. Так что очень часто коэффициент трансформации выбирают, руководствуясь совершенно иными соображениями. В частности, в генераторах с низковольтным питанием выгоднее выбирать меньшие значения n, им соответствуют большие значения управляющего напряжения, получаемого на вторичной обмотке. В генераторах с питанием от источников с высоким напряжением, наоборот, выгоднее увеличивать n, чтобы управляющее напряжение не оказалось чрезмерно большим.

    Можно предложить следующий подход к выбору n: выбираем n таким образом, чтобы амплитуда управляющего импульса на вторичной обмотке, который формируется при открытом транзисторе, т.е. V / n, была хотя бы в несколько раз больше разности Eb1 - Eb0, обычно составляющей примерно 0.2...0.3 В. Практически, выбираем V / n в пределах 0.5...5...10 В, т.е. $$ n \le \frac V {0.5 \ldots 5}. \tag{*} $$ В принципе, величина V / n может быть и менее рекомендуемых значений. Но выбирая её достаточно большой, тем самым снижаем влияние нелинейных свойств транзистора на длительность импульса; делаем длительность импульса в большей степени зависящей от R2 и C1. В то же время, выбирать величину V / n слишком большой без крайней необходимости не следует, так как это ведёт к бесполезному росту рассеиваемой мощности в цепи управления (базовой цепи транзистора).

    Будет просто прекрасно, если при выбранном n, пиковое обратное напряжение на базе не превышает максимально допустимого для выбранного транзистора (максимально допустимое напряжение эмиттер-база указывается в документации на транзистор, оно имеет значение порядка единиц вольт и обычно составляет 5..6 В для типичного транзистора).

    Как было установлено в ходе анализа блокинг-генератора, пиковое обратное напряжение на базе может быть найдено по формуле $$ U_{qbp} = \frac {U_{qcp}} n - E_{b1} - \frac {I_{L1max}}h R_2. $$ тогда $$ n \ge \frac {U_{qc}} {U_{qbp} + E_{b1} + I_{L1max} R_2 / h}, $$ где в качестве пикового обратного напряжения на базе берём величину не более (0.8...0.9) В от максимально допустимого напряжения на переходе эмиттер-база для выбранного типа транзистора, $$ n \ge \frac {U_{qcp}} {(0.8 \ldots 0.9)U_{EBmax} + E_{b1} + I_{L1max} R_2 / h}. $$ Как правило, величиной $$ I_{L1max} R_2 / h $$ в последнем выражении можно пренебречь, тогда получаем $$ n \ge \frac {U_{qcp}} {(0.8 \ldots 0.9)U_{EBmax} + E_{b1}}. \tag{**} $$ Здесь Uqcp - заданное пиковое напряжение на коллекторе; UEBmax - максимально допустимое напряжение на переходе эмиттер-база для транзистора выбранного типа (максимально допустимое обратное напряжение на данном переходе); Eb1 - напряжение база-эмиттер насыщенного транзистора (обычно 0.7...0.8 В).

    Не всегда условия (*) и (**) могут быть выполнены одновременно. Например, они одновременно невыполнимы, если задача состоит в получении импульсов высокого напряжения на коллекторе; тогда, если пытаться снижать амплитуду импульсов обратного напряжения на базе путём увеличения коэффициента трансформации n, получим слишком малую амплитуду импульсов прямого (открывающего) напряжения. Есть два пути решения проблемы: либо проектируем генератор с учётом крайне малой амплитуды открывающих транзистор импульсов, либо ориентируемся на условие (*), а транзистор защищаем от импульсов обратного напряжения с большой амплитудой на базе иными схемотехническими решениями (допустим, с помощью дополнительного диода в цепи базы).

  4. Теперь можем завершить расчёт трансформатора в блокинг-генераторе. Выбираем подходящий магнитопровод, по величине L1 вычисляем количество витков N1 первичной обмотки (если это предусмотрено выбранным типом магнитопровода, также определяемся с величиной зазора). Учитываем также ток через индуктивность - даже при максимальном токе сердечник не должен насыщаться. По количеству витков N1 в первичной обмотке и коэффициенту трансформации n, вычисляем количество витков N2 во вторичной обмотке,
    N2 = N1 / n.
    Если нужно, можем определить и индуктивность вторичной обмотки с учётом того, что индуктивности обмоток трансформатора с магнитопроводом относятся как квадраты количества витков, а значит, $$ L_2 = L_1 / n^2. $$ Подробно вопрос о расчёте трансформатора здесь рассматривать не будем, это отдельная интересная и обширная тема.
  5. Выбираем сопротивление резистора R2 в цепи базы транзистора. Резистор в схеме выполняет разные функции: влияет на длительность импульса; делает длительность импульса в меньшей степени зависящей от параметров транзистора; ограничивает базовый ток транзистора во время формирования блокинг-генератором импульса. Если при выборе R2 ориентироваться, в первую очередь, на пиковое значение базового тока во время импульса, рассчитываемое по формуле \eqref{iqbp}, то $$ R_2 = \frac V {n i_{qb\;max}}. $$

    Осталось только задаться некоторым значением максимального базового тока. Можно ориентироваться на значения порядка 0.1..10 мА. Выбранное значение, с одной стороны, не должно превышать максимально допустимого для транзистора выбранного типа. С другой стороны, оно должно обеспечивать надёжное удержание транзистора в открытом состоянии во время формирования импульса, тогда оно должно быть порядка IL1max / (10...20) или 10 IL1max / h для транзисторов с очень большим h (где h - коэффициент усиления транзистора по постоянному току).

    Определившись с максимальным базовым током, вычисляем R2 по приведённой выше формуле.

  6. Вычисляем ёмкость разделительного (хронирующего) конденсатора C1. Теперь у нас достаточно данных для вычисления C1 с помощью соотношения \eqref{c1}: $$ C_1 = \frac {{\tau}_1} {R_2 \ln \frac {h (V / n + E_{b0} - E_{b1})} {R_2 I_{max}}}. $$
  7. Вычисляем сопротивление резистора R1. Из \eqref{tau2} получаем $$ R_1 = \frac {{\tau}_2}{C_1 \ln \frac {V + \frac V n - E_{b1} - \frac {I_{max}} h R_2} {V - E_{b0}}}. $$ Убеждаемся в том, что ток через резистор R1, оцениваемый как V / R1, многократно превышает обратный ток транзистора (для того, чтобы длительность паузы определялась именно резистором R1, а не паразитными утечками).
  8. Рассчитываем сопротивление резистора R3. Резистор определяет пиковое напряжение на L1, оно равно падению напряжения на резисторе при прохождении через него тока индуктивности, который замыкается через R3, когда транзистор закрывается (при необходимости учитываем также падение напряжения на открытом диоде). Ток через резистор максимален в начальный момент паузы и составляет IL1max, т.е. пиковое напряжение составит $$ U_{L1p} = R_3 I_{L1max}, $$ откуда, очевидно, $$ R_3 = \frac {U_{L1p}}{I_{L1max}}. $$ Уменьшая сопротивление R3, тем самым уменьшаем и величину импульса напряжения на индуктивности при закрытии транзистора, но при этом увеличивается длительность переходного процесса в образующейся L1-R3 цепи. Желательно, чтобы постоянная времени цепи, равная $$ \tau = L_1 / R_3, $$ была хотя бы в 2...3 раза меньше длительности паузы τ2, для того чтобы переходный процесс успевал завершиться к началу следующего импульса.

    Если не удаётся обеспечить достаточно быстрое завершение переходного процесса, следует рассмотреть возможность увеличения пикового напряжения на индуктивности, либо попробовать использовать демпферную цепь другого типа, с более быстро затухающим переходным процессом.

Пример расчёта блокинг-генератора

Предположим, что необходимо собрать на транзисторе BC847 блокинг-генератор по следующим исходным данным:

V = 10 В - напряжение источника питания генератора;
τ1 = 10 мкс - длительность импульса;
τ2 = 50 мкс - длительность паузы между импульсами;
IL1max = 50 мА - максимальный ток в первичной обмотке трансформатора, достигаемый в конце каждого импульса;
Uqcp = 35 В - пиковое напряжение на коллекторе транзистора (с учётом того, что максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер при неподключённой базе для транзистора BC847 составляет 45 В); тогда максимально допустимое напряжение на индуктивности (по абсолютной величине) UL1p = Uqcp - V, т.е.,
UL1max = 25 В;

Максимальное напряжение эмиттер-база у выбранного транзистора составляет 6 В.

Приступаем к расчёту.

  1. Транзистор выбирать не нужно, его тип уже определён в задании. Некоторые, наиболее важные для нас его характеристики:
    VCEmax = 45 В (максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер при неподключённой базе);
    VEBmax = 6 В (максимально допустимое напряжение на переходе эмиттер-база, иными словами, максимально допустимое обратное напряжение на базе относительно эмиттера);
    ICmax = 100 мА (максимально допустимый ток коллектора);
    h = 100...800 (коэффициент усиления по постоянному току; сильно зависит от условий работы, имеет большой разброс среди разных экземпляров транзисторов одного типа; в расчётах будем ориентироваться на величину 200...250);
    fT = 100 МГц как минимум (условия измерения: VCE = 5 В; IC = 10 мА).
  2. Вычисляем индуктивность L1 первичной обмотки трансформатора,
    L1 = V τ1 / IL1max, $$ L_1 = \frac {10\; В\;10\;мкс} {50\;мА} = 2\;мГн. $$
  3. Коэффициент трансформации n выбираем исходя из того, что он должен обеспечивать на вторичной обмотке, с одной стороны, отпирающий импульс достаточно большой амплитуды (желательно не менее 0.5 В), с другой стороны, запирающий импульс обратного напряжения на базе транзистора не должен превышать максимально допустимого для транзистора значения. То есть, с одной стороны, $$ n \le \frac V {0.5 \ldots 5}, $$ $$ n \le \frac {10\;В} {0.5 \ldots 5},\\ n \le 2 \ldots 20. $$ С другой стороны, чтобы избежать пробоя обратным напряжением на базе, должно выполняться условие $$ n \ge \frac {U_{qc}} {(0.8 \ldots 0.9)U_{EBmax} + E_{b1}}, $$ $$ n \ge \frac {35\;В} {(0.8 \ldots 0.9)\; 6\;В + 0.8\;В}, \\ n \ge 5.6 \ldots 6.3. $$ В данном случае условия не находятся в противоречии друг с другом и можно выбрать значение n, отвечающее обоим условиям. Допустим, пусть будет n = 8.

  4. Рассчитываем трансформатор (здесь данный вопрос не рассматриваем). Для целей симуляции, определяем L2, $$ L_2 = L_1 / n^2, $$ $$ L_2 = \frac {2\;мГн}{8^2} \approx 30\;мкГн. $$
  5. Выбираем сопротивление резистора R2 в цепи базы транзистора. Сначала задаёмся значением максимального базового тока: с учётом того, что максимальный коллекторный ток составляет 50 мА, пусть максимальный ток базы будет равен 2.5 мА (берём базовый в 10...20 раз меньше коллекторного). Тогда $$ R_2 \approx \frac V {n i_{qb\;max}}, $$ $$ R_2 \approx \frac {10\;В}{8 \cdot 2.5\;мА} = 500\;Ом. $$ Поскольку выбор R2 сопряжён с определённой произвольностью (из-за нечётко заданного максимально базового тока), допустимы отклонения от полученного значения. В частности, сразу можем выбрать номинал резистора из ряда стандартных значений. Пусть это будет 510 Ом.

  6. Вычисляем ёмкость разделительного (хронирующего) конденсатора C1. $$ C_1 = \frac {{\tau}_1} {R_2 \ln \frac {h (V / n + E_{b0} - E_{b1})} {R_2 I_{max}}}, $$ $$ C_1 = \frac {10\;мкс} {510\;Ом \ln \frac {200 (10\;В / 8 + 0.5\;В - 0.8\;В)} {510\;Ом \; 50\;мА}} \approx 9.8\;нФ. $$ Надо иметь в виду, что это очень грубая оценка ёмкости C1, так как используются весьма приблизительные значения для h, Eb0, Eb1. Поскольку далее всё равно будем выполнять подгонку C1 в процессе моделирования или настройки, то пока нет необходимости выбирать номинал конденсатора из ряда стандартных значений.
  7. Вычисляем сопротивление резистора R1. $$ R_1 = \frac {{\tau}_2}{C_1 \ln \frac {V + \frac V n - E_{b1} - \frac {I_{max}} h R_2} {V - E_{b0}}}, $$ $$ R_1 = \frac {50\;мкс}{9.8\;нФ \ln \frac {10\;В + \frac {10\;В} 8 - 0.8\;В - \frac {50\;мА} {200} 510\;Ом} {10\;В - 0.5\;В}} \approx 61\;кОм. $$ Значение будем в дальнейшем подгонять для получения требуемых параметров генерации, поэтому не требуется выбирать номинал из стандартного ряда.
  8. Рассчитываем сопротивление резистора R3. $$ R_3 = \frac {U_{L1p}}{I_{L1max}}, $$ $$ R_3 = \frac {25\;В}{50\;мА} = 500\;Ом, $$ поскольку точное значение сопротивления резистора R3 не критично для нормальной работы генератора, в качестве номинала для резистора выбираем одно из ближайших значений из стандартного ряда (ближайшее меньшее, если не хотим увеличивать пиковое напряжение на индуктивности и, соответственно, на коллекторе транзистора; ближайшее большее, если не хотим увеличивать длительность переходного процесса в индуктивности при переключении транзистора в закрытое состояние). Здесь выберем сопротивление R3 равным 470 Ом.

    Постоянная времени цепи L1-R3 $$ \tau = L_1 / R_3, $$ $$ \tau = \frac {2\;мГн}{470\;Ом} \approx 4\;мкс \ll {\tau}_2, $$ постоянная времени много меньше интервала между импульсами, поэтому демпферная цепь не помешает формированию интервалов требуемой длительности.

Итак, найдены параметры элементов блокинг-генератора с заданными характеристиками:
C1: 9.8 нФ;
L1: 2 мГн;
L2: 30 мкГн;
(n = 8);
R1: 61 кОм;
R2: 510 Ом;
R3: 470 Ом.

Пример блокинг-генератора, построенного по заданным характеристикам.
Рис. %img:tc0. Вариант реализации блокинг-генератора

Симуляция даёт следующие результаты:
τ1 ≈ 12 мкс (по заданию 10 мкс);
τ2 ≈ 45 мкс (по заданию 50 мкс).

Результаты симуляции блокинг-генератора, построенного по заданным характеристикам.
Рис. %img:tst0. Результаты симуляции блокинг-генератора, построенного по заданным характеристикам

Параметры генерируемых импульсов, конечно, не с идеальной точностью отвечают заданным требованиям. Тем не менее, для столь грубых приближений, использованных в ходе анализа схемы, полученная точность не столь плоха.

Теперь можно попробовать подобрать параметры элементов для получения результатов, более близких к требуемым. Сначала, подбирая ёмкость C1, добиваемся нужной длительности импульсов (каждый раз, изменив параметр элемента, выполняем симуляцию схемы и проверяя результат). В данном случае понадобится уменьшить ёмкость. Причём, хотя при первом взгляде на формулу \eqref{c1} расчёта C1, может показаться, что зависимость длительности импульса от ёмкости линейная, на самом деле это не так. Не надо забывать, что IL1max также зависит от длительности импульса, т.е. от C1: уменьшая C1, уменьшаем длительность импульса, но при этом снижается IL1max, что препятствует уменьшению длительности импульса. В целом, импульс при уменьшении ёмкости конденсатора всё же становится короче, но относительное изменение ёмкости будет больше, чем получаемое относительное изменение длительности (по модулю).

Подобрав C1, корректируем длительность паузы, изменяя R1, здесь зависимость длительности паузы от сопротивления R1 является практически линейной. Только следует учесть, что при корректировке R1 несколько изменится и длительность импульса (в грубом приближении мы считали, что R1 не влияет на длительность импульса, но если рассматривать более точную модель, можно обнаружить, что небольшая зависимость есть). Так что может потребоваться ещё одна итерация подгонки C1 (для корректировки длительности импульса), а затем, R1 (для корректировки длительности паузы). Или даже не одна итерация.

Выполнив указанные действия, получаем следующие параметры (номиналы резисторов и конденсатора выбирались из ряда стандартных значений E24):
C1: 7.5 нФ;
L1: 2 мГн;
L2: 30 мкГн;
(n = 8);
R1: 82 кОм;
R2: 510 Ом;
R3: 470 Ом.

Блокинг-генератор после подгонки параметров элементов.
Рис. %img:tcf. Блокинг-генератор после подгонки параметров элементов

После подбора параметров, результаты симуляции соответствуют заданным требованиям.

Результаты симуляции блокинг-генератора, построенного по заданным характеристикам.
Рис. %img:tstf. Результаты симуляции окончательного варианта блокинг-генератора

Теперь остаётся лишь убедиться в том, что пиковые значения напряжения коллектор-эмиттер, коллектор-база, эмиттер-база не превышают предельно допустимых значений для используемого транзистора; проверить максимальный ток в индуктивности. После чего можно приступать к сборке устройства и его отладке. В реальном устройстве также может потребоваться подбор параметров элементов для получения характеристик генератора, соответствующих заданию. При наладке собранного генератора появляется дополнительная проблема: индуктивность L1 может ощутимо отклоняться от номинального значения (технологически, это довольно сложная задача, изготовить с высокой точностью индуктивность, или, в данном случае, трансформатор), что влечёт за собой отклонение максимального тока в L1 от расчётных значений. Хорошо, если конструкция трансформатора предполагает возможность подстройки индуктивности обмоток, например, за счёт регулирования зазора. Если такой возможности нет и отклонение индуктивности невелико, то возможны различные варианты, в зависимости от того, выполнение каких требований технического задания имеет больший приоритет. Может оказаться, что небольшое отклонение максимального тока от заданного значения некритично; может быть некритичной точность, с которой выдерживается длительности импульса - тогда максимальный ток может быть скорректирован за счёт этой длительности; если важны и точность максимального тока, и точность длительности импульса, то можно скомпенсировать влияние отклонения L1 путём изменения напряжения питания. Если отклонение L1 оказалось слишком большим, следует подумать о корректировке индуктивности путём изменения количества витков в обмотке, если, конечно, это возможно (разборная конструкция трансформатора).

При определённых условиях, блокинг-генератор может оказаться довольно капризным устройством, и режим его работы может резко отличаться от ожидаемого. Причины аномального поведения генератора и способы их устранения рассматривались в ходе анализа процессов в блокинг-генераторе.

Смотрите далее:
Блокинг-генератор в импульсных источниках питания

author: hamper; date: 2022-02-03
  Рейтинг@Mail.ru