Посчитаем и сравним с осциллограммами.

Для первоначального сравнения теории с практикой выберем ещё более простую схему блокинг-генератора.

Фактически, это предельно простая схема, проще уже невозможно представить. Здесь каждая деталь необходима и отвечает за определённый параметр генератора. Ограничим пока напряжение питания величиной 1,5 вольта. Трансформатор (точнее, автотрансформатор в данном случае) намотан на ферритовом кольце К16Х10Х5 марки 2000НМ сложенным вдвое проводом диаметром 0,45 мм. Количество витков - 30. Затем начало одной обмотки соединили с концом другой и эту точку соединили с плюсом питания.
Резистор R3 - это просто шунт, с помощью которого можно измерить ток эмиттера транзистора. Максимальное значение этого тока определяется током базы и коэффициентом усиления транзистора. Ток через обмотку I определяется по формуле: IL=U*t/L, то есть, линейно нарастает со временем. Как только его величина превысит произведение тока базы на коэффициент усиления транзистора, то транзистор сразу же начнёт выходить из насыщения, что приведёт к уменьшению напряжения на коллекторной обмотке (I), следовательно, к уменьшению тока базы и процесс пройдёт лавинообразно, приведя к почти мгновенному закрыванию транзистора.
Коэффициент усиления транзистора, измеренный в диапазоне токов от 0,25 до 1,0 ампера, равен 50. При меньшем токе он, скорее всего, будет несколько меньше. Кроме того, в режиме насыщения он будет ещё меньше.
Для вычисления тока базы снимем осциллограмму напряжения между минусом питания и верхним концом резистора R1.

Перед закрыванием транзистора напряжение это будет примерно 2,5 вольта. Следовательно, ток базы будет равен (2,5-0,7)/560=3,2 мА, а ток коллектора примерно 3,2 мА * 50 = 0,16 Ампера. По осциллограмме тока (нижняя осциллграмма) - 0,15 Ампера.
Неплохое совпадение. Длительность открытого состояния определяется из известной формулы: U=L*dI/dt. Отсюда t= 540 мкГн * 0,15 А / 1,5 В = 54 мкс. По осциллограмме - 52 мкс. Тоже очень неплохо. Осталось определить время закрытого состояния транзистора и мы сможем вычислять частоту повторения блокинг-генератора. Это будет несколько сложнее. Пока могу только сказать, что время закрытого состояния транзистора определяется временем вывода энергии в нагрузку, то есть отношением индуктивности коллекторной обмотки к омическому сопротивлению нагрузки. Но формулу выводить довольно сложно и, может быть даже смысла особого нет. Эксперимент с изменением сопротивления нагрузки с 330 Ом до 130 ом показал примерно пропорциональную зависимость времени закрытого состояния транзистора от постоянной L/R. На этом остановимся. Пока же вычислим напряжение на нагрузке.
Сделаем это так: энергию, запасённую в индуктивности коллекторной обмотки, умножим на частоту повторения. Получим мощность в нагрузке. Зная сопротивление нагрузки, из формулы U*U/R=P вычислим напряжение и сравним с измеренным. Мощность генератора примерно 0,088 Вт. Сопротивление нагрузки 330 Ом, отсюда напряжение на нагрузке должно быть 5,4 вольта. Измеренное напряжение примерно 4,5 вольта. Но у нас же есть диод, очень высоковольтный (с высоким прямым падением напряжения, не менее 0,7 вольта). Отнимем 0,7 В от 5,4 В, получим 4,7 вольта. Это уже очень близко к измеренному. Получается, мы уже почти понимаем принцип работы блокинг-генератора и практически научились его рассчитывать! Проверим ещё для нагрузки 132 Ома: получается напряжение 3,4 вольта. Отнимем 0,7 вольта на диоде, получим 2,4 вольта. Измерение показывает 2,5 вольта! По-моему, неплохо!!!

Начинаем исследование

Собранная схема отличается от приведённой в предыдущем посте немного: сопротивление резистора R1 (нагрузки) составляет 75 Ом, а выпрямительный диод VD1 – не Шоттки, а HER108. А защитный диод VD2 – не простой выпрямительный, а импульсный КД521А. Напряжение питания – не 12 вольт, а только 10.
С помощью двухлучевого осциллографа измерялось напряжение на коллекторе транзистора (в точке X3), а также ток эмиттера (падение напряжения на небольшом резисторе R6). Выяснилось, что генерация возникает довольно устойчиво в большей части диапазонов изменения сопротивлений подстроечных резисторов R4 и R3. Выходное напряжение на резисторе R1 можно регулировать в диапазоне от 5,5 до 14 вольт. Ток эмиттера ( а значит и коллектора) изменяется в диапазоне от 0,4 до 1,2 Ампер. Ток нарастает линейно с большой точностью во всех режимах, следовательно, трансформатор не насыщается. Вот осциллограммы максимального режима:

Чувствительность каналов видна в нижней части картинки: К1- 200 мВ/дел, К2- 20 В/дел. Развёртка – 10 мкс/дел. Частота сигнала – около 38 кГц ( правая часть рисунка). Частота повторения также изменяется при изменении режима работы транзистора: при токах около 0,4 Ампера она повышается до 55 кГц. Транзистор – без радиатора и поэтому довольно заметно греется, хотя и не катастрофично. На коллекторе виден довольно высоковольтный выброс (около 60 вольт), но это не страшно для транзистора, так как его пробивное напряжение превышает 100 вольт.

Попробуем проверить, правильно ли мы понимаем процесс нарастания тока коллектора в данной схеме? Когда транзистор открывается, то практически всё напряжение источника питания оказывается приложенным к индуктивности первичной обмотки трансформатора. Это вызывает линейное нарастание тока в индуктивности намагничивания этой обмотки и, соответственно, тока коллектора транзистора. Этот процесс описывается формулой:

U=L*ΔI/Δt

Индуктивность первичной обмотки легко измерить – 125 мкГн. По осциллограмме длительность открытого состояния примерно 16 мкс, а приращение тока коллектора – примерно 1,2 А. Тогда можно вычислить напряжение, приложенное к обмотке:

125 мкГн * 1,2А/16 мкс=9,4 В

Напряжение питания у нас – 10 Вольт. Нужно отнять от этой величины падение напряжения на переходе эмиттер-коллектор (примерно 0,5 В) и падение напряжения на шунте – тоже около 0,5 В. Так что совпадение довольно хорошее.

Всё вроде нормально, однако рассчитывать схему мы так и не научились. Как выбирать индуктивность первичной обмотки? Каким должен быть коэффициент трансформации, чтобы получить нужное напряжение на выходе? Как выбирать номиналы резисторов для выбора оптимального режима работы? Придётся помоделировать схему и попытаться самому понять логику работы схемы. Но это в другой раз, работа эта не на полчаса.

Схема блокинг-генератора.

Вот схема, работоспособность которой я уже проверил, однако тщательно не исследовал. Схема кажется очень интересной и полезной.
Особенности схемы - отсутствие частотозадающих конденсаторов, которые совершенно лишние в подобных схемах и требуют специального подбора, так как на них присутствует знакопеременное напряжение достаточно высокой частоты, приводящее к нагреву. Схема, как и большинство (если не все) автогенераторных схем, имеет очень низкий КПД, порядка 50%. Однако, при мощностях нагрузки порядка 5 ватт это не имеет особого значения. Главные достоинства подобных схем - предельная простота конструкции, дешевизна комплектующих ( практически у любого радиолюбителя все детали для таких схем валяются в ящиках в больших количествах) и возможность малой кровью создать несколько источников питания малой мощности любого напряжения, гальванически развязанных друг от друга.
Попробую более тщательно исследовать эту схему.

Blogged with the Flock Browser