Hoe de blokkeeroscillator werkt

Een blokkerende oscillator is een van de eenvoudigste vormen van oscillatoren die in staat is om zelfonderhoudende oscillaties te produceren door het gebruik van slechts een paar passieve en een enkele actieve component.

De naam 'blocking' wordt gebruikt vanwege het feit dat het schakelen van het hoofdapparaat in de vorm van een BJT vaker wordt geblokkeerd (cut-of) dan toegestaan ​​tijdens de oscillaties, en vandaar de naam blocking oscillator .

Waar meestal een blokkerende oscillator wordt gebruikt

Deze oscillator genereert een blokgolfuitgang die effectief kan worden gebruikt voor het maken van SMPS-circuits of soortgelijke schakelingen, maar die niet kan worden gebruikt voor het bedienen van gevoelige elektronische apparatuur.

De toonnoten die met deze oscillator worden gegenereerd, worden perfect geschikt voor alarmen, morsecode oefenapparatuur, draadloze acculaders enz. Het circuit wordt ook toepasbaar als flitslicht in camera's, dat vaak kan worden gezien vlak voordat op de flitser wordt geklikt. Deze functie helpt bij het verminderen van het beruchte rode-ogeneffect.

Vanwege de eenvoudige configuratie is dit oscillator circuit wordt veel gebruikt in experimentele kits, en de studenten vinden het veel gemakkelijker en interessanter om de details snel te begrijpen.

Hoe een blokkerende oscillator werkt

Voor het maken van een blokkerende oscillator , wordt de selectie van de componenten behoorlijk kritisch, zodat het met optimale effecten kan werken.

Het concept van een blokkeeroscillator is eigenlijk heel flexibel, en de uitkomst ervan kan enorm worden gevarieerd, simpelweg door de karakteristieken van de betrokken componenten, zoals de weerstanden, de transformator, te variëren.

De transformator hier wordt specifiek een cruciaal onderdeel en de outputgolfvorm hangt sterk af van het type of het merk van deze transformator. Wanneer bijvoorbeeld een pulstransformator wordt gebruikt in een blokkerend oscillatorcircuit, krijgt de golfvorm de vorm van rechthoekige golven die bestaan ​​uit snelle stijg- en daalperioden.

De oscillerende output van dit ontwerp wordt effectief compatibel met lampen, luidsprekers en zelfs relais.

Een weerstand kan worden gezien door de frequentie van een blokkerende oscillator te regelen, en daarom als deze weerstand wordt vervangen door een pot, wordt de frequentie handmatig variabel en kan deze worden aangepast volgens de gebruikersvereisten.

Er moet echter voor worden gezorgd dat de waarde niet onder een bepaalde limiet wordt verlaagd, omdat dit anders de transistor zou kunnen beschadigen en ongewoon onstabiele uitgangsgolfvormkarakteristieken zou kunnen creëren. Het wordt altijd aanbevolen om een ​​veilige vaste weerstand met een minimumwaarde in serie met de pot te plaatsen om deze situatie te voorkomen.

Circuit operatie

Het circuit werkt met behulp van positieve terugkoppelingen over de transformator door twee schakeltijden te associëren, namelijk de tijd Tgesloten wanneer de schakelaar of de transistor gesloten is en de tijd Topen wanneer de transistor open is (niet geleidend). Bij de analyse worden de volgende afkortingen gebruikt:

• t, tijd, een van de variabelen
• Tclosed: direct aan het einde van de gesloten cyclus, initialisatie van de open cyclus. Ook een omvang van de tijd looptijd wanneer de schakelaar is gesloten.
• Topen: direct aan het einde van de open cyclus, of het begin van de gesloten cyclus. Hetzelfde als T = 0. Ook een omvang van de tijd looptijd wanneer de schakelaar open is.
• Vb, voedingsspanning b.v. Vbatterij
• Vp, spanning binnen de primaire wikkeling. Een ideale schakeltransistor staat een voedingsspanning Vb over de primaire toe, dus in een ideale situatie zal Vp = Vb zijn.
• Vs, spanning aan de overkant de secundaire wikkeling
• Vz, vaste belastingsspanning als gevolg van bijv. door de tegengestelde spanning van een zenerdiode of de voorwaartse spanning van een aangesloten (LED).
• Im, magnetiserende stroom over de primaire
• Ipeak, m, hoogste of de 'piek'-magnetisatiestroom aan de primaire zijde van de trafo. Vindt plaats net voor Topen.
• Np, het aantal primaire beurten
• Ns, het aantal secundaire beurten
• N, de verhouding van de wikkeling ook gedefinieerd als Ns / Np,. Voor een perfect geconfigureerde transformator die onder ideale omstandigheden werkt, hebben we Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, primaire zelfinductie, een waarde berekend door het aantal primaire windingen Np in het kwadraat , en een 'inductantiefactor' AL. Zelfinductie wordt vaak uitgedrukt met de formule Lp = AL × Np2 × 10−9 henries.
• R, gecombineerde schakelaar (transistor) en de primaire weerstand
• Omhoog, energie verzameld in de flux van het magnetische veld over de wikkelingen, zoals uitgedrukt door de magnetiserende stroom Im.

Werking tijdens Tclosed (tijd dat de schakelaar gesloten is)

Op het moment dat de schakeltransistor activeert of triggert, legt deze de bronspanning Vb over de primaire wikkeling van de transformator.

De actie genereert een magnetiserende stroom Im op de transformator als Im = Vprimary × t / Lp

waar t (tijd) een verandering met de tijd kan zijn en begint bij 0. De gespecificeerde magnetiserende stroom Im 'rijdt nu op' elke omgekeerde gegenereerde secundaire stroom Is die kan induceren in de belasting van de secundaire wikkeling (bijvoorbeeld in de besturing aansluiting (basis) van de schakelaar (transistor) en vervolgens teruggekeerd naar secundaire stroom in primair = Is / N).

Deze veranderende stroom aan de primaire wikkeling genereert op zijn beurt een veranderende magnetische flux binnen de wikkelingen van de transformator, waardoor een behoorlijk gestabiliseerde spanning Vs = N × Vb over de secundaire wikkeling mogelijk is.

In veel van de configuraties kan de spanning aan de secundaire zijde Vs optellen met de voedingsspanning Vb vanwege het feit dat de spanning aan de primaire zijde ongeveer Vb is, Vs = (N + 1) × Vb terwijl de schakelaar (transistor) is ingeschakeld de geleidende modus.

De schakelprocedure kan dus de neiging hebben om een ​​deel van zijn stuurspanning of -stroom rechtstreeks van Vb te verkrijgen, terwijl de resterende via Vs.

Dit houdt in dat de schakelspanning of de stroom 'in fase' zou zijn

In een situatie van afwezigheid van een primaire weerstand en een verwaarloosbare weerstand op de transistorschakeling, kan dit echter resulteren in een stijging van de magnetiseringsstroom Im met een 'lineaire helling' die kan worden uitgedrukt door de formule zoals gegeven in de eerste alinea.

Stel daarentegen dat er een aanzienlijke omvang van de primaire weerstand is voor de transistor of beide (gecombineerde weerstand R, bijv. Primaire spoelweerstand samen met een weerstand bevestigd aan de emitter, FET-kanaalweerstand), dan kan de Lp / R-tijdconstante resulteren in een stijgende magnetiserende stroomcurve met constant dalende helling.

In beide scenario's zal de magnetiserende stroom Im een ​​bevelend effect hebben via de gecombineerde primaire en transistorstroom Ip.

Dit houdt ook in dat als er geen beperkende weerstand wordt opgenomen, het effect oneindig kan toenemen.

Zoals hierboven echter is bestudeerd tijdens het eerste geval (lage weerstand), kan de transistor uiteindelijk de overtollige stroom niet aan, of simpel gezegd, zijn weerstand kan de neiging hebben om te stijgen tot een mate waarin de spanningsval over het apparaat gelijk kan worden aan de voedingsspanning veroorzaakt volledige verzadiging van het apparaat (wat kan worden geëvalueerd op basis van de hfe- of 'beta'-specificaties van een transistor).

In de tweede situatie (bijv. Opname van een significante primaire en / of emitterweerstand) kan de (dalende) helling van de stroom een ​​punt bereiken waarop de geïnduceerde spanning over de secundaire wikkeling simpelweg niet voldoende is om de transistor in de geleidende positie te houden.

In het derde scenario is het kern gebruikt voor de transformator zou het verzadigingspunt kunnen bereiken en ineenstorten, waardoor het op zijn beurt geen verdere magnetisatie meer ondersteunt en het primaire naar secundaire inductieproces verhindert.

We kunnen dus concluderen dat tijdens alle drie de situaties zoals hierboven besproken, de snelheid waarmee de primaire stroom stijgt of de snelheid waarmee de flux in de kern van de trafo stijgt in het derde geval, een dalende tendens naar nul zou kunnen vertonen.

Dit gezegd hebbende, zien we in de eerste twee scenario's dat ondanks het feit dat de primaire stroom zijn toevoer lijkt voort te zetten, de waarde ervan een constant niveau raakt dat misschien net gelijk is aan de leveringswaarde gegeven door Vb gedeeld door de som van de weerstanden R aan de primaire zijde.

In een dergelijke 'stroombeperkte' toestand kan de flux van de transformator de neiging hebben om een ​​stabiele toestand te vertonen. Behalve de veranderende flux, die mogelijk spanning over de secundaire zijde van de trafo zou kunnen induceren, impliceert dit dat een constante flux indicatief is voor een mislukking van het inductieproces over de wikkeling, waardoor de secundaire spanning tot nul daalt. Hierdoor gaat de schakelaar (transistor) open.

De bovenstaande uitgebreide uitleg legt duidelijk uit hoe een blokkerende oscillator werkt en hoe dit zeer veelzijdige en flexibele oscillatorcircuit kan worden gebruikt voor elke gespecificeerde toepassing en nauwkeurig kan worden afgestemd op het gewenste niveau, zoals de gebruiker misschien liever implementeert.