Как работает блокирующий осциллятор

Блокирующий осциллятор - это одна из простейших форм осцилляторов, способная создавать самоподдерживающиеся колебания за счет использования всего нескольких пассивных и одного активного компонента.

Название `` блокировка '' применяется из-за того, что переключение основного устройства в виде BJT блокируется (отключение) чаще, чем разрешено во время колебаний, и отсюда и название блокирующий осциллятор. .

Где обычно используется блокирующий осциллятор

Этот генератор будет генерировать выходной сигнал прямоугольной формы, который может быть эффективно применен для создания цепей SMPS или любых подобных схем переключения, но не может использоваться для управления чувствительным электронным оборудованием.

Тональные ноты, генерируемые этим осциллятором, идеально подходят для будильников, устройств для отработки азбуки Морзе, беспроводные зарядные устройства Схема также становится применимой в качестве стробоскопа в камерах, который часто можно увидеть непосредственно перед щелчком вспышки, эта функция помогает уменьшить печально известный эффект красных глаз.

Благодаря простой конфигурации этот схема генератора широко используется в экспериментальных наборах, и ученикам намного проще и интереснее быстро усвоить его детали.

Как работает блокирующий осциллятор

За создание блокирующего генератора , выбор компонентов становится весьма критичным, так что он может работать с оптимальными эффектами.

Концепция блокирующего генератора на самом деле очень гибкая, и результат от нее можно широко варьировать, просто изменяя характеристики задействованных компонентов, таких как резисторы, трансформатор.

В трансформатор здесь, в частности, становится важной частью, а форма выходного сигнала сильно зависит от типа или марки этого трансформатора. Например, когда импульсный трансформатор используется в схеме блокирующего генератора, форма волны принимает форму прямоугольных волн, состоящих из периодов быстрого нарастания и спада.

Колебательный выход этой конструкции эффективно совместим с лампами, громкоговорителями и даже реле.

Один резистор можно увидеть, контролируя частоту блокирующего генератора, и, следовательно, если этот резистор заменен потенциометром, частота становится регулируемой вручную и может быть изменена в соответствии с требованиями пользователя.

Однако следует проявлять осторожность, чтобы не снижать значение ниже указанного предела, иначе это может привести к повреждению транзистора и созданию необычно нестабильных характеристик выходного сигнала. Во избежание такой ситуации всегда рекомендуется последовательно с потенциометром размещать фиксированный резистор безопасного минимального значения.

Схема работы

Схема работает с помощью положительных обратных связей через трансформатор, связывая два периода времени переключения, а именно время Tclosed, когда переключатель или транзистор закрыт, и время Topen, когда транзистор открыт (не проводящий). При анализе используются следующие сокращения:

• t, время, одна из переменных
• Tclosed: момент в конце замкнутого цикла, инициализация открытого цикла. Также величина времени продолжительность когда переключатель закрыт.
• Topen: мгновение в каждом конце открытого цикла или в начале закрытого цикла. То же, что и T = 0. Также величина времени продолжительность всякий раз, когда переключатель разомкнут.
• Vb, напряжение питания, например Vbattery
• Вп, напряжение в первичная обмотка. Идеальный переключающий транзистор допускает напряжение питания Vb на первичной обмотке, поэтому в идеальной ситуации Vp будет = Vb.
• Vs, напряжение через вторичная обмотка
• Vz, фиксированное напряжение нагрузки, возникающее, например, из-за противоположным напряжением стабилитрона или прямым напряжением подключенного (светодиода).
• Im, ток намагничивания в первичной обмотке
• Ipeak, m, самый высокий или «пиковый» ток намагничивания на первичной стороне трафарета. Проходит прямо перед Топеном.
• Np, количество витков первичной обмотки
• Ns, количество вторичных витков
• N, отношение обмоток также определяется как Ns / Np,. Для идеально сконфигурированного трансформатора, работающего в идеальных условиях, имеем Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, самоиндукция первичной обмотки, значение, рассчитываемое по количеству витков первичной обмотки Np. в квадрате , и «коэффициент индуктивности» AL. Самоиндуктивность часто выражается формулой Lp = AL × Np2 × 10−9 генри.
• R, комбинированный переключатель (транзистор) и сопротивление первичной обмотки
• Up, энергия, накопленная в потоке магнитного поля через обмотки, выраженная током намагничивания Im.

Работа во время Tclosed (время, когда переключатель закрыт)

В тот момент, когда переключающий транзистор активируется или запускается, он прикладывает напряжение источника Vb к первичной обмотке трансформатора.

Действие генерирует ток намагничивания Im на трансформаторе как Im = Vprimary × t / Lp.

где t (время) может изменяться со временем и начинается с 0. Указанный ток намагничивания Im теперь 'зависит от' любого генерируемого в обратном направлении вторичного тока Is, который может индуцироваться в нагрузке на вторичной обмотке (например, в цепи управления). клемма (база) переключателя (транзистора) и впоследствии переключилась на вторичный ток в первичной обмотке = Is / N).

Этот изменяющийся ток в первичной обмотке, в свою очередь, генерирует изменяющийся магнитный поток в обмотках трансформатора, который обеспечивает вполне стабилизированное напряжение Vs = N × Vb на вторичной обмотке.

Во многих конфигурациях напряжение вторичной стороны Vs может складываться с напряжением питания Vb из-за того, что напряжение на первичной стороне приблизительно равно Vb, Vs = (N + 1) × Vb, когда переключатель (транзистор) находится в проводящий режим.

Таким образом, процедура переключения может иметь тенденцию получать часть своего управляющего напряжения или тока непосредственно от Vb, в то время как оставшаяся часть через Vs.

Это означает, что напряжение управления переключателем или ток будут «синфазными».

Однако в ситуации отсутствия сопротивления первичной обмотки и незначительного сопротивления при переключении транзистора это может привести к увеличению тока намагничивания Im с «линейным нарастанием», которое может быть выражено формулой, приведенной в первом абзаце.

И наоборот, предположим, что существует значительная величина первичного сопротивления для транзистора или обоих (комбинированное сопротивление R, например, сопротивление первичной обмотки вместе с резистором, присоединенным к эмиттеру, сопротивление канала полевого транзистора), тогда постоянная времени Lp / R может привести к возрастающая кривая тока намагничивания с постоянно падающей крутизной.

В обоих сценариях ток намагничивания Im будет иметь управляющий эффект через объединенный ток первичной обмотки и ток Ip транзистора.

Это также означает, что, если ограничительный резистор не включен, эффект может увеличиваться бесконечно.

Однако, как изучалось выше в первом случае (низкое сопротивление), транзистор может в конечном итоге не справиться с избыточным током или, проще говоря, его сопротивление может иметь тенденцию возрастать до такой степени, что падение напряжения на устройстве может стать равным напряжение питания, вызывающее полное насыщение устройства (что можно оценить по hfe или бета-характеристикам усиления транзистора).

Во второй ситуации (например, при включении значительного сопротивления первичной обмотки и / или эмиттера) наклон (падающий) тока может достигнуть точки, когда индуцированное напряжение на вторичной обмотке просто недостаточно для удержания транзистора в проводящем положении.

В третьем сценарии сердечник, используемый для трансформатора может достичь точки насыщения и схлопнуться, что, в свою очередь, остановит его дальнейшее намагничивание и запретит процесс индукции от первичной до вторичной.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что во всех трех ситуациях, как обсуждалось выше, скорость, с которой нарастает первичный ток, или скорость нарастания потока в сердечнике трафарета в третьем случае, может иметь тенденцию к снижению до нуля.

Сказав это, в первых двух сценариях мы обнаруживаем, что, несмотря на то, что первичный ток, кажется, продолжает свое питание, его значение достигает постоянного уровня, который может быть просто равен значению питания, заданному Vb, деленным на сумму сопротивления R на первичной стороне.

В таком «ограниченном по току» состоянии поток трансформатора может стремиться к установившемуся состоянию. За исключением изменения магнитного потока, который может продолжать индуцировать напряжение на вторичной стороне трафо, это означает, что устойчивый поток указывает на сбой индукционного процесса на обмотке, что приводит к падению вторичного напряжения до нуля. Это заставляет переключатель (транзистор) открываться.

Вышеупомянутое исчерпывающее объяснение ясно объясняет, как работает блокирующий генератор и как эта универсальная и гибкая схема генератора может использоваться для любого конкретного приложения и точно настраиваться на желаемый уровень, который пользователь может предпочесть реализовать.