Jak działa oscylator blokujący

Oscylator blokujący jest jedną z najprostszych form oscylatorów, która jest w stanie wytwarzać samopodtrzymujące się oscylacje przy użyciu zaledwie kilku pasywnych i jednego aktywnego elementu.

Nazwa `` blokowanie '' jest stosowana ze względu na fakt, że przełączanie głównego urządzenia w postaci BJT jest blokowane (wyłączane) częściej niż jest to dozwolone w trakcie oscylacji, stąd nazwa oscylator blokujący .

Gdzie zwykle używany jest oscylator blokujący

Ten oscylator będzie generował wyjście fali prostokątnej, które można skutecznie zastosować do tworzenia obwodów SMPS lub innych podobnych obwodów przełączających, ale nie może być używane do obsługi wrażliwego sprzętu elektronicznego.

Dźwięki generowane za pomocą tego oscylatora doskonale nadają się do alarmów, urządzeń do ćwiczenia kodu Morse'a, bezprzewodowe ładowarki akumulatorów itd. Obwód staje się również stosowany jako światło stroboskopowe w aparatach, które często można zobaczyć tuż przed kliknięciem lampy błyskowej. Ta funkcja pomaga zmniejszyć niesławny efekt czerwonych oczu.

Ze względu na prostą konfigurację this obwód oscylatora jest szeroko stosowany w zestawach eksperymentalnych, a uczniowie uważają, że o wiele łatwiejsze i interesujące jest szybkie uchwycenie szczegółów.

Jak działa oscylator blokujący

Dla wykonanie oscylatora blokującego dobór składników staje się dość krytyczny, aby mógł działać z optymalnymi efektami.

Koncepcja oscylatora blokującego jest w rzeczywistości bardzo elastyczna, a wynik z niej wynikający może być bardzo zróżnicowany, po prostu zmieniając charakterystykę zaangażowanych elementów, takich jak rezystory, transformator.

Plik transformator tutaj szczególnie staje się kluczową częścią, a przebieg wyjściowy w dużym stopniu zależy od typu lub marki tego transformatora. Na przykład, gdy transformator impulsowy jest używany w blokującym obwodzie oscylatora, przebieg przyjmuje kształt prostokątnych fal składających się z szybkich okresów narastania i opadania.

Oscylacyjna moc wyjściowa tego projektu staje się efektywnie kompatybilna z lampami, głośnikami, a nawet przekaźnikami.

Pojedynczy rezystor można zobaczyć sterowanie częstotliwością oscylatora blokującego, a zatem jeśli ten rezystor zostanie zastąpiony potencjometrem, częstotliwość staje się ręcznie zmienna i może być dostosowywana zgodnie z wymaganiami użytkownika.

Należy jednak uważać, aby nie zmniejszyć wartości poniżej określonej wartości granicznej, co w przeciwnym razie mogłoby uszkodzić tranzystor i spowodować niezwykle niestabilną charakterystykę przebiegu wyjściowego. Zawsze zaleca się ustawienie bezpiecznego rezystora o stałej wartości minimalnej szeregowo z potencjometrem, aby zapobiec takiej sytuacji.

Działanie obwodu

Obwód działa za pomocą dodatnich sprzężeń zwrotnych w transformatorze, łącząc dwa okresy czasu przełączania, a mianowicie czas T zamknięty, gdy przełącznik lub tranzystor jest zamknięty, i czas Topen, gdy tranzystor jest otwarty (nie przewodzi). W analizie zastosowano następujące skróty:

• t, czas, jedna ze zmiennych
• Tclosed: natychmiast po zakończeniu cyklu zamkniętego, inicjalizacja cyklu otwartego. Również wielkość czasu Trwanie gdy przełącznik jest zamknięty.
• Topen: natychmiastowy na każdym końcu cyklu otwartego lub na początku cyklu zamkniętego. To samo co T = 0. Również wielkość czasu Trwanie zawsze, gdy przełącznik jest otwarty.
• Vb, napięcie zasilania np. Vbattery
• Vp, napięcie w ciągu uzwojenie pierwotne. Idealny tranzystor przełączający pozwoli na napięcie zasilania Vb na obwodzie pierwotnym, dlatego w idealnej sytuacji Vp będzie = Vb.
• Vs, napięcie przez uzwojenie wtórne
• Vz, stałe napięcie obciążenia wynikające np. przez napięcie przeciwne diody Zenera lub napięcie przewodzenia podłączonej (LED).
• Im, prąd magnesujący w obwodzie pierwotnym
• Ipeak, m, najwyższy lub „szczytowy” prąd magnesujący po pierwotnej stronie trafo. Odbywa się tuż przed Topen.
• Np, liczba zwojów podstawowych
• Ns, liczba zwojów wtórnych
• N, stosunek uzwojenia określany również jako Ns / Np,. Dla doskonale skonfigurowanego transformatora pracującego w idealnych warunkach mamy Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, pierwotna indukcyjność własna, wartość obliczona przez liczbę pierwotnych zwojów Np do kwadratu oraz „współczynnik indukcyjności” AL. Indukcyjność własną często wyraża się wzorem Lp = AL × Np2 × 10-9 henry.
• R, połączony przełącznik (tranzystor) i rezystancja pierwotna
• W górę energia zgromadzona w strumieniu pola magnetycznego przez uzwojenia, wyrażona przez prąd magnesujący Im.

Praca podczas Tclosed (czas, kiedy wyłącznik jest zamknięty)

W momencie aktywacji lub wyzwolenia tranzystora przełączającego przykłada napięcie źródła Vb na uzwojenie pierwotne transformatora.

Działanie to generuje prąd magnesujący Im na transformatorze jako Im = V pierwotny × t / Lp

gdzie t (czas) może zmieniać się w czasie i inicjuje przy 0. Określony prąd magnesujący Im teraz „płynie” po jakimkolwiek wstecznie generowanym prądzie wtórnym Is, który może się zdarzyć indukować do obciążenia uzwojenia wtórnego (na przykład do sterowania zacisk (baza) przełącznika (tranzystor), a następnie przywrócony do prądu wtórnego w pierwotnym = Is / N).

Ten zmieniający się prąd na uzwojeniu pierwotnym z kolei generuje zmienny strumień magnetyczny w uzwojeniach transformatora, który umożliwia dość ustabilizowane napięcie Vs = N × Vb na uzwojeniu wtórnym.

W wielu konfiguracjach napięcie strony wtórnej Vs może sumować się z napięciem zasilania Vb, ponieważ napięcie po stronie pierwotnej wynosi w przybliżeniu Vb, Vs = (N + 1) × Vb, gdy przełącznik (tranzystor) jest w tryb przewodzenia.

Zatem procedura przełączania może mieć tendencję do pozyskiwania części swojego napięcia sterującego lub prądu bezpośrednio z Vb, podczas gdy pozostała część przez Vs.

Oznacza to, że napięcie sterujące przełącznikiem lub prąd byłyby w fazie

Jednak w sytuacji braku rezystancji pierwotnej i pomijalnej rezystancji przy przełączaniu tranzystora, może to spowodować wzrost prądu magnesującego Im z „liniowym narastaniem”, co można wyrazić wzorem podanym w pierwszym akapicie.

I odwrotnie, załóżmy, że istnieje znaczna wielkość rezystancji pierwotnej dla tranzystora lub obu (łączna rezystancja R, np. Rezystancja cewki pierwotnej wraz z rezystorem dołączonym do emitera, rezystancja kanału FET), wówczas stała czasowa Lp / R może skutkować rosnąca krzywa prądu magnesującego ze stałym spadkiem.

W obu scenariuszach prąd magnesujący Im będzie wywierał wpływ na połączony prąd pierwotny i tranzystorowy Ip.

Oznacza to również, że jeśli nie ma rezystora ograniczającego, efekt może wzrastać w nieskończoność.

Jednak, jak zbadano powyżej w pierwszym przypadku (niska rezystancja), tranzystor może ostatecznie nie poradzić sobie z nadmiernym prądem lub po prostu, jego rezystancja może mieć tendencję do wzrostu do takiego stopnia, że ​​spadek napięcia na urządzeniu może być równy napięcie zasilania powodujące całkowite nasycenie urządzenia (co można ocenić na podstawie wzmocnienia tranzystora hfe lub specyfikacji „beta”).

W drugiej sytuacji (np. Włączenie znacznej rezystancji pierwotnej i / lub emitera) (opadające) zbocze prądu może osiągnąć punkt, w którym indukowane napięcie na uzwojeniu wtórnym po prostu nie wystarczy do utrzymania tranzystora w pozycji przewodzącej.

W trzecim scenariuszu rdzeń używany do transformatora może osiągnąć punkt nasycenia i zapaść się, co uniemożliwiłoby mu dalsze wspomaganie namagnesowania i uniemożliwiłoby proces indukcji pierwotnej do wtórnej.

Możemy zatem wnioskować, że we wszystkich trzech omawianych powyżej sytuacjach tempo wzrostu prądu pierwotnego lub tempo wzrostu strumienia w rdzeniu trafo w trzecim przypadku może wykazywać tendencję spadkową do zera.

Powiedziawszy to, w pierwszych dwóch scenariuszach stwierdzamy, że pomimo faktu, że prąd pierwotny wydaje się kontynuować swoje zasilanie, jego wartość osiąga stały poziom, który może być równy wartości podaży podanej przez Vb podzielonej przez sumę opory R po stronie pierwotnej.

W takim „ograniczonym prądem” stanie strumień transformatora może wykazywać stan ustalony. Z wyjątkiem zmieniającego się strumienia, który może nadal indukować napięcie po stronie wtórnej trafo, oznacza to, że stały strumień wskazuje na awarię procesu indukcji w uzwojeniu, co skutkuje spadkiem napięcia wtórnego do zera. Powoduje to otwarcie przełącznika (tranzystora).

Powyższe obszerne wyjaśnienie jasno wyjaśnia, jak działa oscylator blokujący oraz w jaki sposób ten bardzo wszechstronny i elastyczny obwód oscylatora może być użyty do dowolnej określonej aplikacji i dostrojony do pożądanego poziomu, zgodnie z preferencjami użytkownika.