Hur blockerande oscillator fungerar

En blockerande oscillator är en av de enklaste formerna av oscillatorer som kan producera självbärande svängningar genom användning av bara några få passiva och en enda aktiv komponent.

Namnet 'blockering' tillämpas på grund av att växlingen av huvudenheten i form av en BJT blockeras (cut-of) oftare än det är tillåtet att utföra under svängningarna, och därav namnspärrningsoscillatorn .

Där en blockerande oscillator vanligtvis används

Denna oscillator kommer att generera en fyrkantvågseffekt som effektivt kan användas för tillverkning av SMPS-kretsar eller liknande omkopplingskretsar, men kan inte användas för drift av känslig elektronisk utrustning.

Tonanteckningarna som genereras med denna oscillator blir perfekt lämpade för larm, övningsapparater för morse, trådlösa batteriladdare etc. Kretsen blir också användbar som stroboskopljus i kameror, vilket ofta kan ses strax innan du klickar på blixt, den här funktionen hjälper till att minska den ökända röda ögoneffekten.

På grund av dess enkla konfiguration, detta oscillatorkrets används i stor utsträckning i experimentella kit, och eleverna tycker att det är mycket lättare och intressant att förstå detaljerna snabbt.

Hur en blockerande oscillator fungerar

För gör en blockerande oscillator blir valet av komponenter ganska kritiskt så att det kan arbeta med optimala effekter.

Konceptet med en blockerande oscillator är faktiskt mycket flexibelt, och resultatet av det kan varieras kraftigt, helt enkelt genom att variera egenskaperna hos de involverade komponenterna, såsom motstånden, transformatorn.

De transformator här blir specifikt en avgörande del och utgångsvågformen beror starkt på typen eller märket på denna transformator. Till exempel när en pulstransformator används i en blockerande oscillatorkrets, uppnår vågformen formen av rektangulära vågor som består av snabba stignings- och fallperioder.

Den oscillerande effekten från denna design blir effektivt kompatibel med lampor, högtalare och till och med reläer.

En enda motstånd kan ses styra frekvensen hos en blockerande oscillator, och om detta motstånd ersätts med en pott blir frekvensen manuellt variabel och kan justeras enligt användarens krav.

Men försiktighet bör iakttas för att inte minska värdet under en specificerad gräns som annars skulle kunna skada transistorn och skapa ovanligt instabila utgångsvågformskarakteristika. Det rekommenderas alltid att placera ett säkert minimivärde fast motstånd i serie med potten för att förhindra denna situation.

Kretsdrift

Kretsen fungerar med hjälp av positiva återkopplingar över transformatorn genom att associera två kopplingstidsperioder, nämligen tiden Tclosed när omkopplaren eller transistorn är stängd och tiden Topen när transistorn är öppen (inte ledande). Följande förkortningar används i analysen:

• t, tid, en av variablerna
• Stängt: omedelbart i slutet av den slutna cykeln, initialisering av den öppna cykeln. Också en storhet av tiden varaktighet när strömbrytaren är stängd.
• Topen: omedelbart i slutet av den öppna cykeln eller början av den slutna cykeln. Samma som T = 0. Också en storhet av tiden varaktighet när strömbrytaren är öppen.
• Vb, matningsspänning t.ex. Vbatteri
• Vp, spänning inom den primära lindningen. En ideal omkopplingstransistor tillåter en matningsspänning Vb över primären, därför är Vp i idealläge = Vb.
• Vs, spänning tvärs över sekundärlindningen
• Vz, fast belastningsspänning som beror på t.ex. med motsatt spänning av en Zener-diod eller framspänningen för en ansluten (LED).
• Jag magnetiserar strömmen över primären
• Ipeak, m, högsta eller 'topp' magnetiseringsström på trafoens primära sida. Tar plats strax före Topen.
• Np, antalet primära varv
• Ns, antalet sekundära varv
• N, förhållandet lindning också definierat som Ns / Np,. För en perfekt konfigurerad transformator som arbetar med idealiska förhållanden har vi Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, primär självinduktans, ett värde beräknat med antalet primära varv Np kvadrat och en 'induktansfaktor' AL. Självinduktans uttrycks ofta med formeln Lp = AL × Np2 × 10−9 henries.
• R, kombinerad omkopplare (transistor) och det primära motståndet
• Upp, energi ackumuleras inom flödet av magnetfältet över lindningarna, uttryckt av magnetiseringsströmmen Im.

Drift under Tclosed (tid när strömbrytaren är stängd)

I det ögonblick som omkopplingstransistorn aktiveras eller utlöser den tillämpar källspänningen Vb över transformatorns primärlindning.

Åtgärden genererar en magnetiserande ström Im på transformatorn som Im = Vprimary × t / Lp

där t (tid) kan förändras med tiden och initieras vid 0. Den angivna magnetiseringsströmmen Im 'rider nu' på omvänd genererad sekundär ström Är det som kan råka inducera i belastningen på sekundärlindningen (till exempel i styrningen terminal (bas) på omkopplaren (transistorn) och återgår därefter till sekundärström i primär = Is / N).

Denna förändringsström vid den primära genererar i sin tur ett förändrat magnetiskt flöde i transformatorns lindningar vilket möjliggör en ganska stabiliserad spänning Vs = N × Vb över sekundärlindningen.

I många av konfigurationerna kan sekundärspänningen Vs komplettera matningsspänningen Vb på grund av det faktum att spänningen på primärsidan är ungefär Vb, Vs = (N + 1) × Vb medan omkopplaren (transistorn) är i ledningsläget.

Således kan omkopplingsförfarandet ha en tendens att erhålla en del av dess styrspänning eller ström direkt från Vb medan den återstår genom Vs.

Detta innebär att strömbrytaren eller strömmen skulle vara 'i fas'

I en situation med frånvaro av primärt motstånd och försumbar resistans vid transistoromkopplingen kan det emellertid leda till en ökning av magnetiseringsströmmen Im med en 'linjär ramp' som kan uttryckas med formeln enligt första stycket.

Omvänt antar att det finns en betydande storlek av primärt motstånd för transistorn eller båda (kombinerat motstånd R, t.ex. primärspolmotstånd tillsammans med ett motstånd anslutet till emittern, FET-kanalresistans), då kan Lp / R-tidskonstanten resultera i en stigande magnetiserande strömkurva med konstant fallande lutning.

I båda scenarierna kommer magnetiseringsströmmen Im att ha en befallande effekt genom den kombinerade primära och transistorströmmen Ip.

Detta innebär också att om ett begränsningsmotstånd inte ingår kan effekten öka oändligt.

Som studerats ovan under det första fallet (lågt motstånd) kan transistorn slutligen misslyckas med att hantera överflödet, eller helt enkelt uttryckt, dess motstånd kan tendera att stiga i en utsträckning där spänningsfallet över enheten kan bli lika med matningsspänning som orsakar fullständig mättnad av enheten (som kan utvärderas från en transistors förstärkning hfe eller 'beta' specifikationer).

I den andra situationen (t.ex. inkludering av en signifikant primär- och / eller emittermotstånd) kan strömens (fallande) lutning nå en punkt där den inducerade spänningen över sekundärlindningen helt enkelt inte är tillräcklig för att hålla transistorn i ledande läge.

I det tredje scenariot, kärna som används för transformatorn kan nå mättnadspunkten och kollapsa vilken tur som skulle hindra den från att stödja ytterligare magnetisering och förbjuda den primära till sekundära induktionsprocessen.

Således kan vi dra slutsatsen att under alla de tre situationerna som diskuterats ovan kan den hastighet med vilken primärströmmen stiger eller flödet i flödet i trafo-kärnan i det tredje fallet visa en fallande tendens mot noll.

Med detta sagt, i de två första scenarierna, finner vi att trots att den primära strömmen verkar fortsätta sin tillförsel, berör dess värde en konstant nivå som kan vara lika med det leveransvärde som ges av Vb dividerat med summan av motstånd R vid primärsidan.

I ett sådant 'strömbegränsat' tillstånd kan transformatorns flöde tenderar att visa ett stabilt tillstånd. Förutom det förändrade flödet, vilket kan hålla inducerande spänning över sekundärsidan av trafo, innebär detta att ett stabilt flöde är indikativt mot ett fel i induktionsprocessen över lindningen vilket resulterar i att sekundärspänningen sjunker till noll. Detta gör att omkopplaren (transistorn) öppnas.

Ovanstående omfattande förklaring förklarar tydligt hur en blockerande oscillator fungerar och hur denna mycket mångsidiga och flexibla oscillatorkrets kan användas för alla specifika applikationer och finjusteras till önskad nivå, som användaren kanske föredrar att implementera.