Главная > Analog circuits > Автогенерирующий двухтактный преобразователь. Как он работает на самом деле

Автогенерирующий двухтактный преобразователь. Как он работает на самом деле

После публикации предыдущей статьи Vga обратил мое внимание на то, что моя рисовка схемы — говно, и вообще, я ничего не понимаю в принципе работы автогенерирующих двухтактных преобразователей. Насчет первого я по прежнему не согласен, а вот со вторым он оказался прав — эта схема работает гораздо хитрее, чем кажется на первый взгляд. В процессе беседы мы открыли много нового и интересного, и этим новым и интересным я хотел бы поделиться.

Итак, разберемся подробнее. Для более пристального исследования хитрых процессов я собрал эту схему в LTSpice IV, где она без проблем заработала.

ltspice1

Стоп. Почему она работает? Это удивительно даже без учета известной сложности симуляции симметричных схем и генераторов вообще; в нашем случае есть более фундаментальная причина — LTSpice не симулирует насыщение трансформатора! А ведь по первости я предполагал, что именно насыщение магнитопровода играет ключевую роль в переключении. Как видно, это неверно. Что же тогда заставляет ее переключаться?

Судя по всему, основной причиной работы схемы является то, что усиление транзистора конечно. Насыщение трансформатора тоже играет роль, но не совсем ту, которая виделась изначально (что мне, что Vga, если я верно его понял).

Итак, пускай при старте открылся Q2 (что интересно, он действительно открылся первым).

ltspice2

Первичные обмотки действительно работают как автотрансформатор, потому к базе Q2 через R2 оказывается приложено удвоенное напряжение питания. При этом через базу, очевидно, течет ток (2*Uпитания — UБ-Э)/R2; ток коллектора, то есть, ток первичной обмотки, нарастает.

ltspice3

Так вот, нарастать он будет до тех пор, пока не сравняется с величиной, заданной током базы — как известно, если транзистор не пробит, через него не может течь ток больше, чем IБ*h21Э. Как только ток коллектора сравняется с этим пределом, он перестанет нарастать. Четких границ в природе не бывает, потому при приближении к указанному пределу ток станет расти медленнее. Как только скорость его роста замедлится, ЭДС на катушках начнет падать (на графиках виден пологий вид кривой напряжения Q2_B). Ток базы начнет падать, транзистор начнет закрываться, в результате чего ток в катушках начнет падать, то есть, производная тока сменит знак. Как только это случится, ЭДС на катушках поменяют знаки. Q2 закроется, Q1 откроется, а пока они будут открываться/закрываться на вторичной стороне случится индуктивный выброс, обусловленный магнитным потоком, который на этот момент присутствует в магнитопроводе. Выброс виден на рисунке в виде всплеска тока L2 в момент переключения транзисторов. Далее все повторится сначала.

Вывод: концептуально насыщение трансформатора не играет роли. Переключение достигается исключительно за счет того, что усиление транзистора ограничено.

Интересно, да?

Однако от насыщения магнитопровода тоже есть польза, а именно, оно делает время открытого состояния каждого транзистора более предсказуемым и, что самое главное, более одинаковым по отношению к соседнему. Само по себе усиление транзисторов имеет большой разброс, да еще и меняется в зависимости от кучи факторов. Так что, если полагаться только на него, время открытого состояния транзисторов неизбежно будет разным, что приведет к появлению постоянной составляющей в трансформаторе (в симуляторе этого, естесственно, не наблюдается, поскольку транзисторы идеально одинаковые). Однако когда магнитопровод входит в насыщение, ток начинает расти настолько быстро, что временем, которое пройдет с момента входа трансформатора в насыщение до момента, когда индивидуальный порог тока транзистора будет превышен и произойдет переключение, можно пренебречь. То есть можно считать, что время открытого состояния транзистора определяется только током насыщения трансформатора.

current

Рисунок поясняет сказанное. Реально переключение произойдет в пиковой точке (по достижении током красной пунктирной линии), но, поскольку время T2 гораздо меньше T1, мы можем считать, что период колебаний будет равен T1, то есть, будет определяться током насыщения трансформатора. Колебания усиления транзисторов будут приводить лишь к дрожанию периода. То есть, роль насыщения сводится к стабилизации характеристик схемы.

Мораль: несмотря на то, что схема может работать и без насыщения, резисторы в базах надо выбирать так, чтобы они гарантировали вход трансформатора в насыщение. То есть, должно выполняться соотношение

 

((2*Uпитания — 0.6)/RБ)*h21Э минимальный > Iнасыщения магнитопровода

Вот так. Простые схемы порой работают очень замысловато…

И — музыка!

Рубрики:Analog circuits
  1. Vga
    26/04/2015 в 01:07

    Вот так. Простые схемы порой работают очень замысловато

    Я бы даже сказал, как правило работают замысловато.
    Вспоминается курс РЦиС в институте. Помимо прочего, там подробно разбирали разные типы амплитудных детекторов, давая вывод формул и прочее… До тех пор, пока дело не дошло до классического детектора на диоде и кондере, про который сказали «расчет этой схемы исключительно сложен, так что просто запишите эмпирические формулы…».

  1. 29/04/2015 в 11:22

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s