Магнитный мультивибратор

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН 12414 БЛИ 4 Н 03 К 3/3 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ УД ПО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С(2 ижен к. Для трансф ерегруз ой цели н на се ты от(2 (4 ,(7 л. У 24й гидрометеорол моугол честве ике выпол ной п еи гис ен х активнь титут Степа 73(08 ежд пользован оис ранзисттствующираничивьно подивающие щи оо ереключ ыводами первых(54 (57 ной исторы. гра е п ок рт ры На переключаютиристоты 3 4,прокая маги 10 Т сыщающи мотка ьнои п с к ий обмотки 17 ры 13-16. В риводится вто- мультивибраа содержит доу вторичных ер изобрант вь отоно тор пол обм прерыв вой це ил,.п) Изобретение относится к импульстехнике. Может быть использовано в устройствах измерительной и вычислительной техники в качестве маломощных устройств электропитания, задающих генераторов повьшенной частоты, устройств возбуждения мощных преобразователей напряжения. Цель изобретения - повышения КПД мультивибратора - достигается путем исключения неного рассеяния мощности силопи на элементах схемы автозащиснловои водом 5 на серде лей гис и 18, 1 описании рой вари а,.имеющ резисто етения п полнения го Т ток орую пар ф - лы,55 Изобретение относится к электротехцике и предназначено для использования в устройствах измеритель. ной и вычислительной техники и электроавтоматики в качестве маломощных устройств электропитания, эадащих генераторов повышенной частоты, устройств возбуждения мощных преобразователей напряжения.Цель изобретения - повышение КПД мультивибратора путем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автоэащиты от перегрузок.На Фиг. 1 приведена электрическая схема магнитного мультивибратора; на фиг. 2 - подключение третьей пары обмоток трансформатора тока; на фиг. 3 и 4 - диаграммы процессов в обоих вариантах мультивибратора.Магнитный мультивибратор (фиг, 1) содержит пару переключающих транзисторов 1 и 2, пару тиристоров 3 и 4, силовой трансформатор с насьпцающимся магнитоприводом 5 и трансформатор на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса 6, через первичные обмотки которого 7 и 8 коллекторы переключающих транзисторов 1 и 2 подключены к первичным обмоткам 9 и 1 О силового трансформатора 5, вторичные обмотки которого 11 и 12 через первые токоограничивающие резисторы 13 и 14 и вторые токоограничивающие резисторы 15 и 16 подключены к базовым выводам переключающих транзисторов и 2,а точки соединения первых и вторых токоограничивающих резисторов . подключены к анодам тиристоров 3 и 4, к .управляющим входам которых подключены, соответственно, шунтирующие их резисторы 17 и 18 и вторичные обмотки 19 и 20 трансформатора 6.1 1 О 15 2 О 25 ЗО 35 4 О Во втором варианте мультивибратора (фиг. 2) в трансформаторе 6 дополнительно введена дополнительная пара обмоток 21 и 22, включенных, соответственно, между базами переключающих транзисторов 1 и 2 и вторымитокоограничивающими резисторами 15и 16,Работа магнитного мультивибратора,являющегося релаксационным генератором с одним индуктивным накопителемэнергии, распадается на два этапа.На медленном этапе работь 1 один иэпереключающих транзисторов, например1, открыт, другой - соответственно 2 - закрыт,Основным процессом на этомэтапе является накопление энергиимагнитного поля в индуктивцостипервичной обмотки силового трансформатора 5 и перемагничивацие его сердечника под воздействием питающего напряжения Е, приложенного через открытый переключающий транзистор 1 к первичной обмотке 9, Ток через транэистор 1 (111) содержит приведенную к первичной обмотке составляющую тока нагрузкии увеличивающуюся по амплитуде вторую составляющую тока 1 Ь , определяемую индуктивностью обо Эмотки 9 трансформатора 5 в режиме перемагничивания магнитопровода последнего на крутом участке характеристики (см. Фиг, 3). Указанный ток ( . ) выбирается ниже стартового зна.кччения сердечника трансформатора, поэтому магнитопровод последнего находится в состоянии предыдущего намагничивания и напряжения на его обмотках отсутствуют. Развиваемое при этом напряжение на обмотке 11 трансФорматора 5 через токоограничиваю;цие резисторы 3 и 15 обеспечивает Фиксирование значений тока на базу переключающего транзистора, удерживаемого этим в насьпценном состоянии. В варианте мультивибратора,(фиг. 2) пропусканием Фиксированного тока базовой цепи транзистором 1 по обмотке 2 трансформатора 6 в его сердечнике создается удерживающее магнитное поле (см. Фиг. 4), встречное поле силовой цепи, Благодаря этому в трансформаторе б могут быть использованы сердечники с низкими значениями коэрцитивного тока (и стартовоголибо один и тот же серцечник может быть использован в мультивибраторах различной мощности при соответствующем изменении величины удерживающего поля выбором витков обмоток третьей пары. Использование тока базовой цепи переключающих транзисторов для создания удерживающего магнитного поля возможно благодаря фиксированному значению этого тока, независимому от тока нагрузки и определяемому напряжением питания мультивибратора, постоянством трансформации этого напряжения в базовую обмотку силового трансформатора и постоянством величины сопротивления токоограничиваюших резис - торов в базовой цепи, а также благодаря синхронному изменению полярцос 1241430ти напряжения базовых обмоток, вызывакщего этот ток, при переключении плеч мультивибратора.Медленный этап работы мультивибратора продолжается в общем случае до тех пор, пока коллекторный ток переключающего транзистора не достигает некоторой величины ограничения, оп еделяемой схемой и равной либо произведению базового тока транзистора на коэффициент его усиления, либо заданной активным сопротивлением силовой цепи. Последний вариант применяется для устройств незначительной мощности, а ограничение силового тока усилительными свойствами транзисторов приводит при использовании линейных силовых трансформаторов к зна.чительным перегрузкам транзисторов при приближении к моменту ограничения тока в схеме, в этом случае также значительно изменяется величина этого тока при вариациях коэффициента усилений транзисторов от температуры окружающей среды и др., что приводит к значительным изменениям длительности полупериодов генерируемых колебаний. Кроме того, указанные процессы имеют сильную зависимость от величины тока нагрузки. В связи с этим, преимущественно используются силовые трансформаторы с насьпцающимся магнитопроводом, при этом период генерируемых колебаний практически определяется лишь вольтсекундной емкостью первичной обмотки и величиной питающего напряжения, а быстрый этап работы мультивибратора, в течение которого протекают процессы переключения плеч последнего, практически начинается с момента резкого возрастания коллекторного тока при насьпцении сердечника трансформатора. Процессы медленного этапа работы мультивибратора заканчиваются при достижении магнитопроводом силового трансформатора 5 насьпценного состояния - перехода магнитопровода с крутого участка своей характеристики намагничивания на пологий участок, на котором индуктивность коллекторной обмотки резко уменьшается (до индуктивности насыщения Ь , соизмеримой по величине с индуктивностьюрассеяния обмотки) и, соответственно, резко возрастает скорость нарастания коллекторного тока (моментна диаграммах фиг. 3 и 4). С этого момента в схеме начинаются процессыбыстрого этапа работы, завершающегося переключением плеч мультивибратора. С началом этого этапа нарастание коллекторного тока открытого переключающего транзистора 1 происходит,за счет увеличения скорости нарастания индуктивной составляющей тока -составляющаяпереходит в составо1 О ляющую (Ь +Ь ), скорость нарастаниякоторой обеспечивает быстрое достижение стартового значения тока ( )стартсердечника трансформатора 6, послечего начинается перемагничивание по следнего, а развиваемое на вторичнойобмотке 1.1 напряжение вызывает в цепиуправляющего электрода тиристора 3ток, приводящий к его включению снекоторой задержкой, определяемой 20 характеристиками тиристора, относительно момента С, . Открытый тиристоршунтирует вход управляющей цепи переключающего транзистора 1, обеспечиваяэтим резкое, скачкообразное уменьше ние базового тока последнего - остаточное значение тока снижается довеличины, определяемой сопротивлением второго токоограничительного резистора 15 и разностью напряженийнасьпцения открытого тиристора и порогового значения базо-эмиттерного перехода переключающего транзистора.При этом, кроме того, возрастает ток, силовой цепи за счет увеличения тока,.иллюстрирующими процессы во второмварианте мультивибратора, иа этомвременном интервале за счет снятия 40 удерживающего магнитного поля форсируется перемагничивание сердечникатрансформатора 6 и соответственновозрастает ток в цепи управляющегоэлектрода тиристора 3, Однако, не смотря на резкое уменьшение базовоготока транзистора 1, в его базовойобласти сохраняется высокаяконцентрация неосновных носителей в связи спрактически применяемым режимом гл бокого насьпцения транзисторов, поэтому и его коллекторный ток будет продолжать нарастать соответственно росту индуктивной составляющей (Ь +Бр),В момент С завершается перемагничй вание сердечника трансформатора6 при продожлжающемся нарастании :коллекторного тока трансформатора 1В момент 1, в снязи с обеднением неосновными носителями базовой области переключающего транзистора Ч, и связанным с этим возрастанием сопро тинления его коллекторной цепи, ток транзистора достигает экстремума и затем начинает уменьшаться, приводя н момент экстремума к изменению полярности на базовых обмотках. 11 и 12 1 О силового трансформатора, Благодаря этому изменившее полярность .напряжение на обмотке 11 становится запирающим и Форсирует дорассасывание базовой области транзистора 1, а. также 15 приводит к вычислению тиристора 3; напряжение с обмотки 12 открывает второе плечо мультинибратора. - переключающий транзистор 2 - в момент времени 1 . В зависимости от частот р ных свойств выбранных переключающих транзисторов в интервале от 1,1 до тможет наблюдаться режим сквозного тока, ограниченного по величине значениями индуктинностей рассеяния в 25 каждом из плеч.При отсутствии тока нагрузки (либо при его уменьшенном значении) процессы при переключении плеч происходят аналогичным образом, с тем лишь Зб отличием, что интервал времени 1,-1 существенно возрастает - на диаграмме тока .к (Фиг, 3) этот случайкпоказан штрих-пунктирной линией, диаграммы процессов н мультинибраторе по второму варианту приведены раздельно для случаев Ьнж .1 (Фиг 4 а)ои . =О (фиг. 46) и изображены в одиНиаковом масштабе времени.В режиме короткого замыкания цепи,4 О нагрузки (что равноценно шунтиронанию эквивалентных индуктинностей Ь и, соответственно, Ьз первичных обмоток силового трансформатора индуктивносЯ тью рассеяния обмотки нагрузки) происходит аварийное переключение плеч мультивибратора, при этом процессы в схеме при протяженном во времени сохранении этого режима ограничиваются лишь чередующимися (н соответствии с переключениями плеч) быстрыми этапами работы мультивибратора, функцию токоограничительного элемента в коллекторной цепи открытого транзистора выполняет в этом случае индуктивность рассеяния первичной обмотки силового трансформатора мультинибратор переходит н режим генерации высокой частоты. Положительная обратная связь, поддерживающая режим антогенерации, обеспечивается благодаря взаимосвязи между коллекторными и базовыми обмотками, зашун. тиронанной указанной индуктинностью рассеяния. Таким образом Формируется делитель напряжения из последовательно соединенных индуктивности рассеяния коллекторной обмотки Ь и приГведенной к базовой обмотке индуктивности рассеяния. обмотки нагрузки Ь ц напряжение с последней через индуктивность рассеяния базовой обмотки и токоог 1 аничительные резисторь обеспечивает ток в базовый переход транзистора. Этот режим, наиболее тяжелый дпя работы мультивибиратора, позволяет выбрать соотношения между параметрами элементов схемы антозащиты, обеспечивающими функционированиемультивибратора во всех режимах.В итоге, н схеме автозащиты мультивибратора обеспечивается импульсный характер отрицательной обратной связи по току переключающих транзисторов, Переключение сердечника с пря моугольной петлей гестерезиса, на котором выполнен трансформатор 6, происходит по полному циклу домомента завершения переключения плеч мультивибратора; при этом указанный трансформатор благодаря его выполнению на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса выполняет функции датчика тока силовой цепи и порогового элемента определяющего момент перегрузки, и не рассеивает мощности, благодаря чему достигается основная цель данного технического решения, повьшение КПД устройства, Введением дополнительных обмоток в трансформаторе 6 Форсируется перемагничивание сердечника трансформатора, что сокра шает время его перемагничивания и кроме того, расширяет возможность технической реализации предлагаемых устройств при ограниченной номенклатуре сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса.Таким образом, магнитный мультинибратор по сравнению с известным имеет более высокое значение 1(ПД засчет исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элеменх скемь анто".агты,241430Ф о р м у л а изобретения к об ей шине о т л 1, Магнитный мультивибратор, содержащий два переключающих транзистора, два управляющих активных элемента, силовой трансформатор и трансформатор тока, через соответствующие первичные обмотки которого коллекторы переключающих транзисторов подсоединены к первым выводам первичных обмоток силового трансформатора, вторичные обмотки которого через соответствующие токоограничивающие резисторы подсоединены к базо-эмиттерным цепям переключающих транзисторов и выходным электродам управляющих активных элементов, параллельно входам которых подсоединены параллельно соединенные соответствующие резисторы и вторичные обмотки трансформатора тока, вторые выводы первичных обмоток силового трансформатора подсоединены к шине питания, эмиттеры переключающих транзисторов подсоединены и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения 1(ПДпутем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автозащиты от перегрузок, трансформатор тока выполнен насердечнике с прямоугольной петлейгистерезиса, в качестве управляющихактивных элементов использованы ти О ристоры, а между базами переключающихтранзисторов и общими выводами соответствующих тиристоров и первыхтокоограничивающих резисторов дополнительно подсоединены вторые токоог раничивающие резисторы.12. Мультивибратор по п. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что трансформатор тока содержит дополнитель О но вторую пару вторичных обмоток, которые включены в соответствующие цепибаз переключающих транзисторов последовательно с вторыми токоограничивающими резисторамиграю,1 ет Составитель В Техред Н.Бонк Якимов Корректо Зимокос одписноССР Тираж 816сударственного комитета ам изобретений и открыт осква, Ж, Раущская н аказ 3611 5 5.б венно-полиграфическое предп роизво Редактор А. Доли НИИПИ Гпо дел13035,ие, г. Ужгород, ул, Проектная