Автогенераторные преобразователи напряжения

June 14, 2010 by admin Комментировать »

в генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется по­ложительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопро­тивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 9.1 [9.1]. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фа­зовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

clip_image002

Рис. 9.1. Схема преобразователя напряжения с трансформатор­ной обратной связью

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ.

Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным. Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми ем­костями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генера­торов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразо­вателя (рис. 9.1) предназначен для создания начального смещения.

Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 9.2 [9.2].

clip_image004

Рис. 9.2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенератор­ного преобразователя

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На вы­ходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки транс­форматора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 {М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторич­ная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм). Повышающая обмотка для достижения выходно­го напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 вит­ков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из кон­денсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирова­ния вьюокого напряжения (например с электрическими разрядни­ками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения {США) также вы­полнен на одном транзисторе (рис. 9.3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включен­ными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

clip_image006

Рис. 9.3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конден­сатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабили­трона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и опреде­ляется величиной емкости конденсатора СЗ.

Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 9.4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ.

Трансформатор вьюоковольтного преобразователя (рис. 9.4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнуто­го сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора. При использо­вании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков вьюоковольтной обмотки в зависимости от требуе­мой величины выходного напряжения может достигать 8000 вит­ков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм. Обмотки

clip_image008

Рис. 9.4. Схема двухтактного преобразователя с трансформа торной обратной связью

clip_image010

Рис. 9.5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью

обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фази-ровку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть ис­пользованы транзисторы отечественного производства, напри­мер, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 9.5 [9.3]. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2×5 витков диаметром 1,29 мм; вторичной — 2×2 витков диамет­ром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может дос­тигать 10…30 /сБ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина [9.4] не содер­жит резисторов (рис. 9.6). Он питается от батареи напряжением 5 Б и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 Б.

clip_image012

Рис. 9.6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов авто­генератора.

Устройство способно работать и при пониженном до 1 Б на­пряжении питания. Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать макси­мального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют по­лучить на выходе дополнительное напряжение 4,2 Б отрицатель­ной полярности. КПД устройства около 85%.

Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь напряжения (рис. 9.7) выполнен по схеме индуктивной трехтонки и предназначен для измерений вьюо-коомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 Б [9.5]. Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 Б. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70. Его вторич­ную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схе­ме. Резистор R1 —величиной 12…51 кОм.

clip_image014

Рис. 9.7. Схема преобразователя напряжения по схеме индук­тивной трехтонки

clip_image016

Рис. 9.8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Преобразователь (рис. 9.8) представляет собой однотакт-ный релаксационный генератор с емкостной положительной об­ратной связью (02, СЗ) [9.6]. В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1. В преобра­зователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке авто­трансформатора приложено напряжение питания Up, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время за­крыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладыва­ется к нагрузке. При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (04, 05) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктив­ность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом иг­рает роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотранс­форматора постоянным током Tf5aH3HCTopa VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет вклю­чения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи. Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в тече­ние паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, пе-ремагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзи­стора VT1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООО) по постоянному напряжению посредством R2. При понижении выходного напря­жения увеличивается частота генерируемых импульсов при при­мерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выход­ного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается. Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота гене­рации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразо­вателя до 0,5 муА.

Транзисторы VT1 и VT2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отво­дом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть вьюокочастотным и иметь малый обратный ток.

Налаживание преобразователя сводится к установке вы­ходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

На рис. 9.9 показана схема преобразователя стабилизиро­ванного напряжения с широтно-импульсным управлением [9.7]. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9….12 до 3 Б. Такой преобразователь оказы­вается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

кпд стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип ста­билизации, использованный в данном преобразователе напряже­ния, описан в [9.8].

При включении преобразователя ток через резистор R1 от­крывает транзистор VT1, коллекторный ток которого, протекая че­рез обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор VT2. Транзистор VT2 входит в режим насыщения, и ток через об­мотку I трансформатора линейно увеличивается. В трансформа­торе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор VT2 переходит в активный режим, в обмотках транс­форматора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопро­вод трансформатора не насыщается). Транзистор VT2 лавинооб­разно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора VT1 уменьшается, при этом уменьшает­ся ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора VT2. По­скольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора VT2, дальнейшее увеличение

clip_image018

Рис. 9.9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения

напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор раз­ряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразова­теля поддерживается постоянное напряжение.

Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.

Преобразователь напряжения [9.7], схема которого показа­на на рис. 9.10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальвани­чески развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование ин­тегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

clip_image020

Рис. 9.10. Схема преобразователя стабилизированного напряже­ния с биполярным выходом

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усили­вает обратную связь в преобразователе и повышает стабиль­ность вторичного напряжения. Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе СЗ зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора. Таким образом, подстроенным резистором R2 можно устанавливать же­лаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор VT2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 7а… 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Макси­мальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 ус­танавливаются в положение минимального сопротивления и под­ключают эквиваленты нагрузок R^. На вход устройства подается напряжение питания 12 Б и с помощью резистора R1 на нагрузке Rh устанавливается напряжение 15 Б. Далее напряжение питания уменьшают до 4 Б и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 Б. Повторяя этот процесс несколько раз, добива­ются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков прово­да ПЭЛ 0,33 мм).

clip_image022

Рис. 9.11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора

Схема простого малогабаритного преобразователя сетево­го напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 9.11 [9.9]. В основе устройства обычный блокинг-генера­тор на транзисторе VT1 {КТ604, КТ605А, КТ940).

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки 1а и lb содержат 150-1-120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм; 111 — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка 1а, затем — II, после — обмотка lb, и, на­конец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обры­ва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций на­пряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преоб­разователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 Б. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) сле­дует исключить из схемы.

Слаботочный преобразователь напряжения для питания га­зоразрядного счетчика Гэйгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 9.12 [9.10]. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышаю­щей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В. Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импуль­сов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, 02.

clip_image024

Рис. 9.12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 ЗОООНМ и изо­лируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта. Вначале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и П (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следу­ет возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку об­моток, она должна быть выполнена до первого включения.

При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобра­зователь потребляет ток 0,4… 1,0 мЛ.

Преобразователь напряжения (рис. 9.13) предназначен для питания фотовспышки [9.11, 9.12]. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же про­вода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

clip_image026

Рис. 9.13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света.

Выходное напряжение преобразователя плавно повышает­ся на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устрой­ство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 9.14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью. Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает не­прерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.

clip_image028

Рис. 9.14. Схема модифицированного преобразователя напряже­ния ПН-70

Перевести работу преобразователя в ждущий режим уда­лось О. Панчику [9.13], который включил на выходе преобразо­вателя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — VT3 по схеме Дарлингтона. Как только на­пряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением ре­зистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя. Когда на­пряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, ста­билитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя.

Транзистор VT1 должен быть установлен на медном радиа­торе размерами 50x22x0,5 мм.

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