Cum funcționează blocarea oscilatorului

Un oscilator de blocare este una dintre cele mai simple forme de oscilatoare care este capabil să producă oscilații autosustenabile prin utilizarea a doar câteva componente pasive și o singură componentă activă.

Denumirea de „blocare” se aplică datorită faptului că comutarea dispozitivului principal sub forma unui BJT este blocată (decupată) mai des decât este permis să se desfășoare în cursul oscilațiilor și, prin urmare, denumirea de oscilator de blocare .

În cazul în care un oscilator de blocare este de obicei utilizat

Acest oscilator va genera o ieșire cu undă pătrată care poate fi aplicată eficient pentru realizarea circuitelor SMPS sau a oricăror circuite de comutare similare, dar care nu poate fi utilizată pentru operarea echipamentelor electronice sensibile.

Note sonore generate cu acest oscilator devin perfect potrivite pentru alarme, dispozitive de practică cod morse, încărcătoare de baterii fără fir etc. Circuitul devine aplicabil și ca lumină stroboscopică în camere, care poate fi văzută adesea chiar înainte de a face clic pe bliț, această caracteristică ajută la reducerea efectului infam al ochilor roșii.

Datorită configurației sale simple, aceasta circuit oscilator este utilizat pe scară largă în truse experimentale, iar studenților le este mult mai ușor și interesant să înțeleagă detaliile rapid.

Cum funcționează un oscilator de blocare

Pentru realizând un oscilator de blocare , selectarea componentelor devine destul de critică, astfel încât să poată lucra cu efecte optime.

Conceptul de oscilator de blocare este de fapt foarte flexibil, iar rezultatul acestuia poate fi foarte variat, pur și simplu prin variația caracteristicilor componentelor implicate, cum ar fi rezistențele, transformatorul.

transformator aici devine în mod specific o parte crucială și forma de undă de ieșire depinde în mare măsură de tipul sau marca acestui transformator. De exemplu, atunci când un transformator de impuls este utilizat într-un circuit oscilator de blocare, forma de undă atinge forma undelor dreptunghiulare constând în perioade de creștere și cădere rapide.

Ieșirea oscilantă din acest design devine efectiv compatibilă cu lămpi, difuzoare și chiar relee.

Un singur rezistor poate fi văzut controlând frecvența unui oscilator de blocare și, prin urmare, dacă acest rezistor este înlocuit cu un pot, frecvența devine manuală variabilă și poate fi modificată conform cerințelor utilizatorilor.

Cu toate acestea, trebuie să se acorde atenție reducerii valorii sub o limită specificată, care altfel ar putea deteriora tranzistorul și ar crea caracteristici ale formei de undă de ieșire neobișnuit de instabile. Este întotdeauna recomandat să poziționați o rezistență fixă ​​cu valoare minimă sigură în serie cu oala pentru a preveni această situație.

Funcționarea circuitului

Circuitul funcționează cu ajutorul feedback-urilor pozitive de-a lungul transformatorului prin asocierea a două perioade de timp de comutare și anume, timpul T închis când comutatorul sau tranzistorul este închis și timpul Topen când tranzistorul este deschis (nu conduce). Următoarele abrevieri sunt utilizate în analiză:

• t, timp, una dintre variabile
• Închis: instant la sfârșitul ciclului închis, inițializarea ciclului deschis. De asemenea, o magnitudine a timpului durată când comutatorul este închis.
• Topen: instantaneu la fiecare sfârșit al ciclului deschis sau la începutul ciclului închis. La fel ca T = 0. De asemenea, o magnitudine a timpului durată ori de câte ori comutatorul este deschis.
• Vb, tensiune de alimentare de ex. Vbattery
• Vp, tensiune în înfășurarea primară. Un tranzistor de comutare ideal va permite o tensiune de alimentare Vb în primar, prin urmare, într-o situație ideală, Vp va fi = Vb.
• Vs, tensiune peste înfășurarea secundară
• Vz, tensiune de sarcină fixă ​​rezultată datorită de ex. prin tensiunea opusă unei diode Zener sau tensiunea directă a unui conectat (LED).
• Im, magnetizând curent în primar
• Ipeak, m, cel mai mare sau curentul de magnetizare „de vârf” de pe partea primară a trafo-ului. Are loc chiar înainte de Topen.
• Np, numărul de ture principale
• Ns, numărul de ture secundare
• N, raportul de înfășurare definit și ca Ns / Np,. Pentru un transformator perfect configurat care funcționează în condiții ideale, avem Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, autoinductanță primară, o valoare calculată de numărul de ture primare Np pătrat , și un „factor de inductanță” AL. Autoinductanța este exprimată frecvent cu formula Lp = AL × Np2 × 10−9 henries.
• R, comutator combinat (tranzistor) și rezistența primară
• În sus, energia acumulată în fluxul câmpului magnetic peste înfășurări, exprimată de curentul de magnetizare Im.

Funcționare în timpul închiderii (ora când comutatorul este închis)

În momentul în care tranzistorul de comutare se activează sau se declanșează, acesta aplică tensiunea sursă Vb peste înfășurarea primară a transformatorului.

Acțiunea generează un curent de magnetizare Im pe transformator ca Im = Vprimar × t / Lp

unde t (timpul) poate fi o schimbare cu timpul și începe la 0. Curentul de magnetizare specificat Im acum „călărește” pe orice curent secundar generat invers care se poate întâmpla să inducă în sarcina înfășurării secundare (de exemplu în control terminal (baza) comutatorului (tranzistor) și apoi revenit la curent secundar în primar = Is / N).

La rândul său, acest curent alterator generează un flux magnetic alterator în cadrul înfășurărilor transformatorului, care permite o tensiune destul de stabilizată Vs = N × Vb pe înfășurarea secundară.

În multe dintre configurații, tensiunea secundară Vs se poate adăuga la tensiunea de alimentare Vb datorită faptului că tensiunea pe partea primară este de aproximativ Vb, Vs = (N + 1) × Vb în timp ce comutatorul (tranzistorul) este în modul de dirijare.

Astfel, procedura de comutare poate avea tendința de a dobândi o parte din tensiunea sau curentul său de control direct de la Vb în timp ce restul prin Vs.

Acest lucru implică faptul că tensiunea de comutare sau curentul ar fi „în fază”

Totuși, în situația absenței unei rezistențe primare și a unei rezistențe neglijabile la comutarea tranzistorului, ar putea rezulta o creștere a curentului de magnetizare Im cu o „rampă liniară” care poate fi exprimată prin formula conform primului paragraf.

În schimb, să presupunem că există o magnitudine semnificativă a rezistenței primare pentru tranzistor sau ambele (rezistență combinată R, de exemplu, rezistența bobinei primare împreună cu un rezistor atașat emițătorului, rezistența canalului FET), atunci constanta de timp Lp / R ar putea duce la o curba de curent de magnetizare în creștere cu o pantă constantă.

În ambele scenarii, curentul de magnetizare Im va avea un efect de comandă prin curentul primar combinat și tranzistorul Ip.

Acest lucru implică, de asemenea, că, dacă nu este inclus un rezistor de limitare, efectul ar putea crește infinit.

Cu toate acestea, așa cum s-a studiat mai sus în primul caz (rezistență scăzută), tranzistorul ar putea în cele din urmă să nu gestioneze excesul de curent sau, pur și simplu, rezistența acestuia ar putea tinde să crească într-o măsură în care căderea de tensiune pe dispozitiv ar putea deveni egală cu tensiunea de alimentare provocând saturația completă a dispozitivului (care poate fi evaluată din specificațiile câștigului unui tranzistor hfe sau specificațiile „beta”).

În cea de-a doua situație (de exemplu, includerea unei rezistențe semnificative primare și / sau emițătoare), panta (scăzută) a curentului ar putea ajunge la un punct în care tensiunea indusă peste înfășurarea secundară nu este pur și simplu suficientă pentru a menține tranzistorul în poziția de conducere.

În al treilea scenariu, miez utilizat pentru transformator s-ar putea ajunge la punctul de saturație și să se prăbușească, ceea ce, la rândul său, l-ar împiedica să susțină orice magnetizare suplimentară și ar interzice procesul de inducție primar spre secundar.

Astfel, putem concluziona că în toate cele trei situații, așa cum am discutat mai sus, rata la care crește curentul primar sau rata de creștere a fluxului în miezul trafo-ului în al treilea caz, ar putea arăta o tendință de scădere spre zero.

Acestea fiind spuse, în primele două scenarii, constatăm că, în ciuda faptului că curentul primar pare să-și continue alimentarea, valoarea sa atinge un nivel constant care ar putea fi doar egal cu valoarea ofertei dată de Vb împărțită la suma rezistențele R la partea primară.

Într-o astfel de condiție „limitată de curent”, fluxul transformatorului ar putea tinde să arate o stare stabilă. Cu excepția fluxului de schimbare, care ar putea continua să inducă tensiune pe partea secundară a trafo-ului, acest lucru implică faptul că un flux constant este indicativ pentru o defecțiune a procesului de inducție de-a lungul înfășurării, rezultând ca tensiunea secundară să scadă la zero. Acest lucru determină deschiderea comutatorului (tranzistorul).

Explicația cuprinzătoare de mai sus explică în mod clar modul în care funcționează un oscilator de blocare și modul în care acest circuit oscilator extrem de versatil și flexibil poate fi utilizat pentru orice aplicație specificată și reglat fin la nivelul dorit, după cum utilizatorul poate prefera să implementeze.