Jak funguje blokující oscilátor

Blokovací oscilátor je jednou z nejjednodušších forem oscilátorů, která je schopna vytvářet samonosné oscilace pomocí pouze několika pasivních a jediné aktivní složky.

Název „blokování“ se používá v důsledku skutečnosti, že přepínání hlavního zařízení ve formě BJT je blokováno (přerušeno) častěji, než je povoleno v průběhu oscilací, a proto je oscilátor blokující název .

Kde se obvykle používá blokovací oscilátor

Tento oscilátor bude generovat obdélníkový výstup, který lze efektivně použít k výrobě obvodů SMPS nebo podobných spínacích obvodů, ale nelze jej použít k provozu citlivých elektronických zařízení.

Tónové noty generované tímto oscilátorem jsou dokonale vhodné pro alarmy, cvičná zařízení morseovky, bezdrátové nabíječky baterií atd. Obvod se stává použitelným také jako zábleskové světlo ve fotoaparátech, což lze často vidět těsně před kliknutím na blesk, tato funkce pomáhá snížit nechvalně známý efekt červených očí.

Díky své jednoduché konfiguraci to obvod oscilátoru je široce používán v experimentálních sadách a pro studenty je mnohem snazší a zajímavější rychle uchopit podrobnosti.

Jak funguje blokující oscilátor

Pro vytvoření blokovacího oscilátoru , výběr komponent se stává velmi kritickým, aby byl schopen pracovat s optimálními efekty.

Koncept blokovacího oscilátoru je ve skutečnosti velmi flexibilní a výsledek z něj lze značně lišit jednoduše změnou charakteristik zapojených komponent, jako jsou rezistory, transformátor.

The transformátor zde se konkrétně stává klíčovou součástí a výstupní křivka silně závisí na typu nebo značce tohoto transformátoru. Například když je v blokovacím obvodu oscilátoru použit pulzní transformátor, dosáhne křivka tvaru obdélníkových vln, které se skládají z období rychlého vzestupu a pádu.

Oscilační výstup z této konstrukce je účinně kompatibilní s lampami, reproduktory a dokonce i relé.

Jediný odpor lze vidět ovládání frekvence blokovacího oscilátoru, a proto je-li tento rezistor nahrazen bankou, frekvence se stává ručně proměnnou a lze ji vylepšit podle požadavku uživatele.

Je však třeba dbát na to, aby nedošlo ke snížení hodnoty pod stanovenou mez, která by jinak mohla poškodit tranzistor a vytvořit neobvykle nestabilní charakteristiky křivky výstupu. Aby se tomu zabránilo, vždy se doporučuje umístit bezpečný minimální odpor do série s bankou.

Obvodový provoz

Obvod pracuje s pomocí pozitivních zpětných vazeb napříč transformátorem spojením dvou spínacích časových období, tj. Času Tclosed, když je spínač nebo tranzistor uzavřen, a času Topen, když je tranzistor otevřený (nevodivý). V analýze se používají následující zkratky:

• t, čas, jedna z proměnných
• Tclosed: okamžitý na konci uzavřeného cyklu, inicializace otevřeného cyklu. Také velikost času doba trvání když je spínač sepnutý.
• Topen: okamžitý na každém konci otevřeného cyklu nebo na začátku uzavřeného cyklu. Stejné jako T = 0. Také velikost času doba trvání kdykoli je spínač otevřený.
• Vb, napájecí napětí např. Vbattery
• Vp, napětí v rámci primární vinutí. Ideální spínací tranzistor umožní napájecí napětí Vb přes primární, proto bude v ideální situaci Vp = Vb.
• Vs, napětí přes sekundární vinutí
• Vz, pevné napětí zátěže vyplývající např. Z opačným napětím Zenerovy diody nebo dopředným napětím připojené (LED).
• Im, magnetizující proud přes primární
• Ipeak, m, nejvyšší nebo „špičkový“ magnetizační proud na primární straně trafa. Koná se těsně před Topenem.
• Np, počet primárních tahů
• Ns, počet sekundárních otáček
• N, poměr vinutí definovaný také jako Ns / Np,. Pro dokonale nakonfigurovaný transformátor pracující s ideálními podmínkami máme Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, primární vlastní indukčnost, hodnota vypočítaná počtem primárních závitů Np na druhou a „indukční faktor“ AL. Vlastní indukčnost se často vyjadřuje vzorcem Lp = AL × Np2 × 10–9 henries.
• R, kombinovaný spínač (tranzistor) a primární odpor
• Nahoru, energie akumulovaná v toku magnetického pole přes vinutí, vyjádřená magnetizačním proudem Im.

Provoz během Tclosed (čas, kdy je spínač sepnutý)

V okamžiku, kdy se spínací tranzistor aktivuje nebo aktivuje, přivede zdrojové napětí Vb na primární vinutí transformátoru.

Akce generuje magnetizační proud Im na transformátoru jako Im = Vprimary × t / Lp

kde t (čas) může být měnící se s časem a iniciuje na 0. Zadaný magnetizační proud Im nyní „jezdí po“ jakémkoli reverzně generovaném sekundárním proudu Is, ke kterému může dojít při indukci do zatížení sekundárního vinutí (například do řízení terminálu (základny) spínače (tranzistoru) a následně se vrátil na sekundární proud v primární = Is / N).

Tento měnící se proud na primárním generuje zase měnící se magnetický tok uvnitř vinutí transformátoru, který umožňuje docela stabilizované napětí Vs = N × Vb přes sekundární vinutí.

V mnoha konfiguracích se napětí sekundární strany Vs může sčítat s napájecím napětím Vb kvůli skutečnosti, že napětí na primární straně je přibližně Vb, Vs = (N + 1) × Vb, zatímco je spínač (tranzistor) v režim vedení.

Přepínací procedura tedy může mít tendenci získávat část svého řídicího napětí nebo proudu přímo z Vb, zatímco zbývající přes Vs.

To znamená, že spínací řídicí napětí nebo proud by byly „ve fázi“

V situaci absence primárního odporu a zanedbatelného odporu při přepínání tranzistoru však může dojít ke zvýšení magnetizačního proudu Im s „lineární rampou“, kterou lze vyjádřit vzorcem uvedeným v prvním odstavci.

Naopak předpokládejme, že existuje významná velikost primárního odporu pro tranzistor nebo pro oba (kombinovaný odpor R, např. Odpor primární cívky spolu s odporem připojeným k emitoru, odpor kanálu FET), pak by časová konstanta Lp / R mohla vést k stoupající křivka magnetizačního proudu s trvale klesající strmostí.

V obou scénářích bude mít magnetizační proud Im velící účinek prostřednictvím kombinovaného primárního a tranzistorového proudu Ip.

To také znamená, že pokud není zahrnut omezující odpor, účinek by se mohl nekonečně zvýšit.

Jak však bylo studováno výše během prvního případu (nízký odpor), tranzistor by nakonec nemohl zvládnout přebytečný proud, nebo jednoduše řečeno, jeho odpor by mohl mít tendenci stoupat do té míry, že pokles napětí v zařízení by se mohl rovnat napájecí napětí způsobující úplné nasycení zařízení (které lze vyhodnotit ze zisku hFE tranzistoru nebo ze specifikací „beta“).

Ve druhé situaci (např. Zahrnutí významného primárního a / nebo emitorového odporu) může (klesající) strmost proudu dosáhnout bodu, kdy indukované napětí přes sekundární vinutí jednoduše nestačí k udržení tranzistoru ve vodivé poloze.

Ve třetím scénáři je jádro použité pro transformátor může dosáhnout bodu nasycení a zhroutit se, což by v jeho důsledku zastavilo podporu jakékoli další magnetizace a zakázalo primární a sekundární indukční proces.

Můžeme tedy dojít k závěru, že během všech tří výše popsaných situací může rychlost, při které stoupá primární proud, nebo rychlost růstu toku v jádru trafa ve třetím případě, vykazovat klesající tendenci k nule.

Když jsme to řekli, v prvních dvou scénářích zjistíme, že navzdory skutečnosti, že se zdá, že primární proud pokračuje v dodávce, jeho hodnota se dotýká konstantní úrovně, která by se mohla rovnat hodnotě dodávky dané Vb dělené součtem odpory R na primární straně.

V takovém „proudu omezeném“ stavu může mít tok transformátoru tendenci vykazovat ustálený stav. Kromě měnícího se toku, který by mohl udržovat indukování napětí na sekundární straně trafa, to znamená, že stálý tok indikuje selhání indukčního procesu přes vinutí, což má za následek pokles sekundárního napětí na nulu. To způsobí rozpojení spínače (tranzistoru).

Výše uvedené komplexní vysvětlení jasně vysvětluje, jak blokující oscilátor funguje a jak lze tento vysoce univerzální a flexibilní obvod oscilátoru použít pro libovolnou specifikovanou aplikaci a doladit ji na požadovanou úroveň, jak může uživatel upřednostňovat implementaci.