Ранее представлялись различные виды качерных преобразователей напряжения (КПН), хорошо генерирующие как отдельные импульсы, так и колебания различной формы. В этой же заметке мы постараемся свести их в единую систему и рассмотрим КПН с общим эмиттером, с общим коллектором и с общей базой. Также, здесь мы выведем некоторые свойства и особенности той или иной схемотехники КПН.

Заметим, что в этом цикле заметок мы обсуждаем КПН, в которых отсутствует индуктивная обратная связь, а две катушки (дросселя), применяемые во всех представленных здесь схемах, никак индуктивно не связаны. Этот принципиальный момент очень важен так как именно он, по мнению автора, отличает качерный способ преобразования напряжения [1] от блокинг-генераторного [2]. Кроме того, отсутствие такой связи повышает КПД устройств, собранных на этом принципе.

Напомним также, что все представленные здесь генераторы не будут работать в онлайн симуляторах, ведь в них не заложены качерные эффекты в p-n-переходах. В реальности же эти генераторы вполне себе работоспособны и могут применяться в различных областях радиоэлектроники.

На рисунке 8 представлены КПН с общим эмиттером (a), с общим коллектором (b) и с общей базой (c). Каждое такое схемотехническое решение имеет свои плюсы и минусы, и имеет свою оптимальную область применения. Рассмотрим их по-отдельности.

Этот схемотехнический вариант самый универсальный и, в какой-то степени, сочетает в себе преимущества всех остальных (рис. 8a). Генератор КПН с общим эмиттером легко самовозбуждается, на его выходе очень просто формируются высоковольтные и относительно короткие импульсы, он может работать как с катушкой индуктивности с сосредоточенными параметрами, так и с длинной линией.

Устройства на такой схемотехнике были представлены автором здесь и здесь. Они отличаются своей простотой и надёжностью. Далее, мы расскажем, как такой КПН применить для длинной линии, но для этого необходимо немного усовершенствовать схему и применить защиту для VT1.

Качерный принцип возбуждения колебаний имеет один большой недостаток — при достаточно высоких значениях напряжения на выходе X1, p-n-переход транзистора VT1 может постепенно деградироваться или даже полностью выходить из строя из-за резких выбросов обратной ЭДС, или обратных волн при работе с длинными линиями. Для защиты от этих явлений можно применить довольно простую защиту: между базой и эмиттером установить супрессор ZN1, а между коллектором и эмиттером — диод в обратном включении D1 (рис. 9). Последний требуется для транзисторов, у которых нет встроенного обратного диода.

Защитный супрессор ZN1 выбирается исходя из максимального обратного напряжения база-эмиттер транизистора VT1, обычно называемого в справочниках V_EBO. Например, для транзистора BUL128A оно равно 9 вольт, тогда супрессор также выбирается на это напряжение, в данном случае — P6KE9.1CA.

Такую же защиту можно применять и для последующих вариантов КПН, особенно там, где на выходе будет присутствовать высокое импульсное напряжение.

Теперь, вместо катушки L2, можно подключать длинную линию и вообще — любую другую нагрузку.

Такая схемотехника ранее нигде не описывалась, т.к. представлет собой определённую сложность при выявлении механизмов самовозбуждения. В этом плане, самой «загадочной» схемой из всех КНП является именно эта — с общим коллектором (рис. 8b).

Генератор КПН с общим коллектором может выдавать на выходе X1 как импульсы, так и чистые синусоидальные колебания, но для последнего потребуется соблюдение условия \[L_1 = L_2\] а также, — подбор сопротивления R1. Как и во всех других включениях транзистора, подбор этого резистора может вывести генератор как в режим стабильных непрерывных колебаний, так — и в режим пачек импульсов. Частоту синусоидальных колебаний можно примерно рассчитать по следующей формуле: \[ f \approx {1 \over 2 \pi \sqrt{L_2 C_3}} \] При этом, на выходе X1 мы будем получать колебания с амплитудой, равной удвоенному напряжению питания схемы. Само напряжение питания может начинаться от 1.5 В и заканчиваться максимальным обратным напряжением у транизстора VT1, делённым пополам. К слову, так можно добиться исключительно низкого потребления энергии. Например, если схема без нагрузки, то при L1 = L2 = 220 мкГн и напряжении питания в 12 В, ток потребления может составлять всего 0.3 мА.

В частности, нижний (по схеме) вывод конденсатора C3 может быть переключен к плюсу питания.

Схема такого включения изображена на рисунке 8c, а устройство на такой схемотехнике представлены автором здесь. Там же есть описание и особенности его работы. Генератор может участвовать в нескольких режимах и выдавать пачки импульсов, одиночные импульсы для резонанса второго рода, а также — синусоидальные колебания.

Все схемы КПН, представленные в этой работе, могу управляться от внешнего низкочастотного модулятора. Для этого, верхний вывод резистора R1 нужно подключить к выходу такого модулятора. Сам же модулятор должен иметь на своём выходе однополярные импульсы с амплитудой, равной напряжению питания.

Для данной технологии идеальный транзистор — импульсный, с ним можно выжать из неё максимум. На практике проверялись следующие марки: BUL128A, BUL128D (с обратным диодом), C5027-R, TIP41C, E13009L, E13009D (с обратным диодом). Но в принципе, подойдёт любой n-p-n транзистор, кроме схемы с общим коллектором, где требуется получить синусоидальные колебания.

Дроссели L1 и L2 могут быть как аксиального, так и радиального типа, например: 470uH, 220uH. Но идеальным решением будут самодельные дроссели, намотанные с зазором между витками, что даст им минимальную проходную ёмкость.

Особое внимание нужно уделить конденсаторам. Первое, что от них требуется — работа под максимальным импульсным напряжением, которое может быть получено на индуктивности L2. Поскольку КПН может генерировать на ней амплитуду, превышающие напряжение питания в 10-15 раз, то и максимальное напряжение конденсаторов должно быть не меньше. Особенно это касается КПН с общим эмиттером. Второе, что требуется от конденсаторов — минимальные потери при сглаживании импульсов. Для этого необходимо применять высокочастотные ёмкости, например, марки MKP.