Ako funguje blokujúci oscilátor

Blokovací oscilátor je jednou z najjednoduchších foriem oscilátorov, ktorá je schopná vytvárať samonosné kmity pomocou iba niekoľkých pasívnych a jednej aktívnej zložky.

Názov „blokovanie“ sa používa v dôsledku skutočnosti, že prepínanie hlavného zariadenia vo forme BJT je blokované (prerušené) častejšie, ako je povolené v priebehu kmitov, a teda aj oscilátor blokujúci názov .

Tam, kde sa zvyčajne používa blokovací oscilátor

Tento oscilátor bude generovať výstup so štvorcovými vlnami, ktorý je možné efektívne použiť na výrobu obvodov SMPS alebo akýchkoľvek podobných spínacích obvodov, ale nemožno ho použiť na prevádzku citlivých elektronických zariadení.

Tónové tóny generované týmto oscilátorom sa dokonale hodia pre alarmy, cvičné zariadenia s morseovou abecedou, bezdrôtové nabíjačky batérií Obvod sa stáva použiteľným aj ako bleskové svetlo vo fotoaparátoch, ktoré je často viditeľné tesne pred kliknutím na blesk. Táto funkcia pomáha znižovať nechválne známy efekt červených očí.

Vďaka svojej jednoduchej konfigurácii je toto obvod oscilátora je široko používaný v experimentálnych súpravách a pre študentov je oveľa jednoduchšie a zaujímavejšie rýchlo ho pochopiť.

Ako funguje blokujúci oscilátor

Pre výroba blokovacieho oscilátora , výber komponentov sa stáva veľmi kritickým, aby bol schopný pracovať s optimálnymi účinkami.

Koncept blokovacieho oscilátora je v skutočnosti veľmi flexibilný a výsledok z neho sa môže značne líšiť jednoduchou obmenou charakteristík zapojených komponentov, ako sú rezistory alebo transformátor.

The transformátor tu sa konkrétne stáva dôležitou súčasťou a výstupný priebeh veľmi závisí od typu alebo značky tohto transformátora. Napríklad, keď sa v blokovacom oscilátorovom obvode použije impulzný transformátor, krivka dosiahne tvar obdĺžnikových vĺn pozostávajúcich z období rýchleho nárastu a poklesu.

Oscilačný výstup z tohto dizajnu sa stáva efektívne kompatibilným s lampami, reproduktormi a dokonca aj relé.

Slobodný odpor je vidieť riadenie frekvencie blokovacieho oscilátora, a preto ak je tento rezistor nahradený potenciometrom, frekvencia sa stáva manuálne variabilnou a je možné ju vylepšiť podľa požiadaviek používateľov.

Je však potrebné dbať na to, aby sa neznížila hodnota pod stanovenú hranicu, ktorá by inak mohla poškodiť tranzistor a vytvoriť neobvykle nestabilné charakteristiky priebehu. Aby sa zabránilo tejto situácii, vždy sa odporúča umiestniť pevný minimálny odpor v sérii s bankou.

Obvodová prevádzka

Obvod pracuje s pomocou pozitívnych spätných väzieb cez transformátor združením dvoch spínacích časových období, a to času Tclosed, keď je spínač alebo tranzistor zatvorený, a času Topen, keď je tranzistor otvorený (nevodivý). V analýze sa používajú nasledujúce skratky:

• t, čas, jedna z premenných
• Tclosed: okamžitý na konci uzavretého cyklu, inicializácia otvoreného cyklu. Tiež veľkosť času trvanie keď je spínač zopnutý.
• Topen: okamžitý na každom konci otvoreného cyklu alebo na začiatku uzavretého cyklu. Rovnaké ako T = 0. Tiež veľkosť času trvanie kedykoľvek je spínač otvorený.
• Vb, napájacie napätie napr. Vbattery
• Vp, napätie v rámci primárne vinutie. Ideálny spínací tranzistor umožní napájacie napätie Vb na primárnej strane, preto v ideálnej situácii bude Vp = Vb.
• Vs, napätie naprieč sekundárne vinutie
• Vz, pevné napätie záťaže vyplývajúce napríklad z napr. opačným napätím Zenerovej diódy alebo dopredným napätím pripojenej (LED).
• Im, magnetizujúci prúd cez primár
• Ipeak, m, najvyšší alebo „špičkový“ magnetizačný prúd na primárnej strane trafa. Koná sa tesne pred Topenom.
• Np, počet primárnych závitov
• Ns, počet sekundárnych závitov
• N, pomer vinutia tiež definovaný ako Ns / Np,. Pre dokonale nakonfigurovaný transformátor pracujúci za ideálnych podmienok máme Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, primárna samoindukčnosť, hodnota vypočítaná počtom primárnych závitov Np na druhú a „indukčný faktor“ AL. Vlastná indukčnosť sa často vyjadruje vzorcom Lp = AL × Np2 × 10–9 henries.
• R, kombinovaný spínač (tranzistor) a primárny odpor
• Hore, energia akumulovaná v toku magnetického poľa cez vinutia, vyjadrená magnetizačným prúdom Im.

Prevádzka počas Tclosed (čas, keď je spínač zopnutý)

V okamihu, keď sa spínací tranzistor aktivuje alebo spustí, použije zdrojové napätie Vb na primárne vinutie transformátora.

Akcia generuje magnetizačný prúd Im na transformátore ako Im = Vprimary × t / Lp

kde t (čas) sa môže meniť s časom a iniciuje sa pri hodnote 0. Zadaný magnetizačný prúd Im teraz „jazdí“ na akýkoľvek reverzne generovaný sekundárny prúd Is, ktorý by sa mohol stať pri indukcii do zaťaženia sekundárneho vinutia (napríklad do riadenia svorkou (základňou) spínača (tranzistora) a následne vrátený na sekundárny prúd v primárnom = Is / N).

Tento meniaci sa prúd v primárnom generovaní zase generuje meniaci sa magnetický tok vo vinutiach transformátora, ktorý umožňuje celkom stabilizované napätie Vs = N × Vb cez sekundárne vinutie.

V mnohých konfiguráciách sa napätie Vs na sekundárnej strane môže sčítať s napájacím napätím Vb v dôsledku skutočnosti, že napätie na primárnej strane je približne Vb, Vs = (N + 1) × Vb, zatiaľ čo je spínač (tranzistor) v vodivý režim.

Spínací postup teda môže mať tendenciu získavať časť svojho riadiaceho napätia alebo prúdu priamo z Vb, zatiaľ čo zvyšné cez Vs.

To znamená, že prepínacie riadiace napätie alebo prúd by boli „vo fáze“

Avšak v situácii absencie primárneho odporu a zanedbateľného odporu pri prepínaní tranzistora by to mohlo viesť k zvýšeniu magnetizačného prúdu Im s „lineárnou rampou“, ktorú možno vyjadriť vzorcom uvedeným v prvom odseku.

Naopak predpokladajme, že existuje značná veľkosť primárneho odporu pre tranzistor alebo pre oba (kombinovaný odpor R, napr. Odpor primárnej cievky spolu s odporom pripojeným k vysielaču, odpor kanálu FET), potom by časová konštanta Lp / R mohla viesť k stúpajúca krivka magnetizačného prúdu s trvale klesajúcim sklonom.

V obidvoch scenároch bude mať magnetizačný prúd Im veliaci účinok prostredníctvom kombinovaného primárneho a tranzistorového prúdu Ip.

To tiež znamená, že ak nie je zahrnutý obmedzujúci odpor, účinok by sa mohol nekonečne zvýšiť.

Ako však bolo uvedené vyššie v prvom prípade (nízky odpor), tranzistor by nakoniec nemusel zvládnuť prebytočný prúd, alebo by sa zjednodušene dalo povedať, že jeho odpor by mohol mať tendenciu stúpať do tej miery, že pokles napätia v zariadení by sa mohol rovnať napájacie napätie spôsobujúce úplné nasýtenie zariadenia (ktoré možno vyhodnotiť zo zisku hfe alebo zo špecifikácie „beta“ tranzistora).

V druhej situácii (napr. Zahrnutie významného primárneho a / alebo emitorového odporu) môže (klesajúci) sklon prúdu dosiahnuť bod, kde indukované napätie cez sekundárne vinutie jednoducho nestačí na udržanie tranzistora vo vodivej polohe.

V treťom scenári jadro použité pre transformátor môže dosiahnuť bod nasýtenia a zrútiť sa, čo by mu následne zabránilo v podpore akejkoľvek ďalšej magnetizácie a zakázalo primárny až sekundárny indukčný proces.

Môžeme teda dospieť k záveru, že počas všetkých troch vyššie uvedených situácií môže rýchlosť stúpania primárneho prúdu alebo rýchlosť nárastu toku v jadre trafa v treťom prípade vykazovať klesajúcu tendenciu k nule.

Keď sme si povedali toto, v prvých dvoch scenároch zistíme, že napriek skutočnosti, že sa zdá, že primárny prúd pokračuje v dodávke, jeho hodnota sa dotýka konštantnej úrovne, ktorá by sa mohla rovnať hodnote dodávky danej Vb vydelenej súčtom odpory R na primárnej strane.

V takomto „prúdovo obmedzenom“ stave môže mať tok transformátora tendenciu vykazovať ustálený stav. Okrem meniaceho sa toku, ktorý môže udržiavať indukovanie napätia na sekundárnej strane trafa, to znamená, že stály tok indikuje zlyhanie indukčného procesu cez vinutie, čo má za následok pokles sekundárneho napätia na nulu. To spôsobí otvorenie spínača (tranzistora).

Vyššie uvedené komplexné vysvetlenie jasne vysvetľuje, ako funguje blokujúci oscilátor a ako je možné tento vysoko všestranný a flexibilný obvod oscilátora použiť pre ľubovoľnú špecifikovanú aplikáciu a doladiť ho na požadovanú úroveň, ktorú môže používateľ uprednostniť pri implementácii.