Теория работы генератора с насыщаемым сердечником

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Интересно рассмотреть сам принцип возникновения колебаний в инвер­торах с насыщаемым сердечником. Следующие черты являются осново­полагающими для инверторов такого типа:

1. Процессы переключения происходят из-за взаимосвязи процесса магнитного насыщения в сердечнике и особенностей протекания тока в мощных транзисторах. Ни эффект насыщения, ни передаточные харак­теристики мощных транзисторов сами по себе не обеспечивают возник­новения колебаний.

2. Несмотря на положительную обратную связь, колебания не явля­ются разновидностью колебаний в L С-контуре.

3. Несмотря на то, что эти колебания носят релаксационный харак­тер, частота колебаний не определяется постоянными времени L/R или RC,

4. В идеале, частота колебаний такого инвертора не зависит от пара­метров транзисторов и температуры. Идеальная схема не требует на­стройки. При правильном расчете эти свойства практически достижимы.

5. Частота колебаний в идеальном инверторе с насыщением сердеч­ника прямо пропорциональна напряжению питания. Это можно исполь­зовать в некоторых приложениях.

6. Форма колебаний в идеале близка к прямоугольной со скважностью 50%.

Рассмотрим последовательность процессов в таком инверторе. В дей­ствительности существует несколько вариантов схем, объединенных еди­ными базовыми принципами. Одна из таких схем была представлена на рис. 1.14. Другая, которая будет проанализирована сейчас, показана на рис. 2.1. Остальные схемы будут рассмотрены позднее. Каждый вариант обладает своими специфическими свойствами, а выбор схемы определя­ется особенностями конкретного применения. Однако все эти схемы со­держат по два транзистора, трансформатор с насыщаемым сердечником и работают по существу одинаково.

clip_image002

Рис. 2-1. Инвертор с насыщаемым сердечником, использующий два тран­зистора и один трансформатор.

Рассмотрение работы схемы на рис. 2-1 начнем с момента, когда на нее подано постоянное напряжение источника питания. Можно предположить, что оба транзистора одновременно находятся в актив­ном режиме и схема стремится быстро перейти в фиксированное со­стояние, как это было и ранее, то есть транзистор Q1 начинает от­крываться и переход из точки х в точку d на рис. 2.2 заканчивается переходом транзистора Q1 в состояние полного насыщения. Состоя­ние насыщения поддерживается до тех пор, пока не будет достигнута точка а. В это время сердечник начинает насыщаться при отрицатель­ных значениях магнитного поля и электромагнитная индукция, обес­печивавшая открытое состояние транзистора Ql, резко уменьшается, так как скорость изменения магнитного потока стремительно падает по мере приближения наклона В-Н-кривой к горизонтали. Затем Q1 выходит из режима насыщения, что еще больше уменьшает прямое смещение его эмиттерного перехода. Вследствие этого быстро нарас­тающего процесса Q1 начинает закрываться примерно в тот момент, когда достигается точка а.

clip_image004

clip_image006

(В) Напряжение между эмиттерами

Рис. 2.2. Соответствие между петлей гистерезиса и временной диаграм­мой инвертора.

Вслед за прекращением тока транзистора Q1 в окрестности точки а происходит изменение магнитного поля в сердечнике по кривой гисте­резиса из точки а в точку Ь. Это происходит очень быстро ввиду того, что изменение магнитного потока мало. Иначе говоря, изменение ин­дукции в обмотках столь незначительно, что не может обеспечить суще­ственной задержки. Переход из точки а в точку b обусловлен природой гистерезиса: если бы не было эффекта гистерезиса в материале сердеч­ника, то по мере выключения транзистора Q1 движение происходило бы из точки а в точку 0.

Как только процесс приходит в точку Ь, сердечник выходит из на­сыщения, его магнитная проницаемость снова становится высокой и в обмотках трансформатора возникает сильная электромагнитная индук­ция. Но на этот раз напряжения, возникающие на обмотках обратной связи Ы и L3, имеют полярности, противоположные тем, которые обеспечивали первоначальное включение транзистора QL Поэтому на транзистор Q1 подается закрывающее напряжение смещения, в то вре­мя как на Q2 поступает прямое или открывающее напряжение смеще­ния. Более того, эти два процесса переключения происходят регенера­тивно и вблизи точки b транзистор Q2 становится полностью включенным, а Q1 закрывается. Предыдущие объяснения взаимодей­ствия транзисторов и сердечника трансформатора повторяются снова, только меняются местами состояния проводимости транзисторов Q1 и Q2 и полярность магнитного поля в сердечнике. В окрестности точки с начинается новый цикл переключения в схеме. Скважность колеба­ний 50% обусловлена симметричностью кривой гистерезиса. Можно предположить, что различие характеристик транзисторов нарушит ра­венство времен переключения. Однако практически для современных транзисторов этот эффект пренебрежимо мал. Если различие парамет­ров транзисторов будет столь значительным, что это может существен­но повлиять на скважность, то серьезно пострадают и другие характе­ристики инвертора.

Очевидно, что явление гистерезиса не обеспечивает колебаний само по себе: для обеспечения обратной связи необходимы активные прибо­ры. В тоже время, транзисторы, присоединенные к трансформатору без сердечника, также не могут генерировать такие колебания.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты