Πώς λειτουργεί το Blocking Oscillator

Ένας ταλαντωτής αποκλεισμού είναι μια από τις απλούστερες μορφές ταλαντωτών που είναι σε θέση να παράγει αυτοσυντηρούμενες ταλαντώσεις μέσω της χρήσης λίγων παθητικών και ενός μόνο ενεργού συστατικού.

Το όνομα «αποκλεισμός» εφαρμόζεται λόγω του γεγονότος ότι η αλλαγή της κύριας συσκευής με τη μορφή BJT είναι αποκλεισμένη (cut-of) πιο συχνά από ό, τι επιτρέπεται να διεξαχθεί κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων, και ως εκ τούτου ο ταλαντωτής αποκλεισμού ονόματος .

Όταν χρησιμοποιείται συνήθως ένας ταλαντωτής αποκλεισμού

Αυτός ο ταλαντωτής θα παράγει έξοδο τετραγωνικού κύματος που μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά για την κατασκευή κυκλωμάτων SMPS ή παρόμοιων κυκλωμάτων μεταγωγής, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού.

Οι νότες τόνου που δημιουργούνται με αυτόν τον ταλαντωτή γίνονται απόλυτα κατάλληλες για συναγερμούς, συσκευές πρακτικής κώδικα morse, ασύρματοι φορτιστές μπαταριών κ.λπ. Το κύκλωμα καθίσταται επίσης εφαρμόσιμο ως στροβοσκοπικό φως στις κάμερες, το οποίο μπορεί να φανεί συχνά λίγο πριν κάνετε κλικ στο φλας, αυτή η λειτουργία βοηθά στη μείωση του περίφημου φαινομένου των κόκκινων ματιών.

Λόγω της απλής διαμόρφωσής του, αυτό κύκλωμα ταλαντωτή χρησιμοποιείται ευρέως σε πειραματικά κιτ και οι μαθητές το βρίσκουν πολύ πιο εύκολο και ενδιαφέρον να κατανοήσουν γρήγορα τις λεπτομέρειες.

Πώς λειτουργεί ένας ταλαντωτής αποκλεισμού

Για δημιουργία ταλαντωτή μπλοκαρίσματος , η επιλογή των εξαρτημάτων γίνεται αρκετά κρίσιμη, ώστε να μπορεί να λειτουργεί με βέλτιστα αποτελέσματα.

Η έννοια του ταλαντωτή μπλοκαρίσματος είναι στην πραγματικότητα πολύ ευέλικτη, και το αποτέλεσμα από αυτό μπορεί να ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό, απλώς μεταβάλλοντας τα χαρακτηριστικά των εμπλεκόμενων εξαρτημάτων, όπως οι αντιστάσεις, ο μετασχηματιστής.

ο μετασχηματιστής Εδώ γίνεται ειδικά ένα κρίσιμο μέρος και η κυματομορφή εξόδου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο ή την κατασκευή αυτού του μετασχηματιστή. Για παράδειγμα, όταν ένας μετασχηματιστής παλμού χρησιμοποιείται σε ένα κύκλωμα ταλαντωτή αποκλεισμού, η κυματομορφή επιτυγχάνει το σχήμα των ορθογώνιων κυμάτων που αποτελούνται από γρήγορες περιόδους ανόδου και πτώσης.

Η ταλαντούμενη έξοδος από αυτόν τον σχεδιασμό καθίσταται αποτελεσματικά συμβατή με λαμπτήρες, μεγάφωνα και ακόμη και ρελέ.

Ενα μονό αντίσταση μπορεί να φανεί ότι ελέγχει τη συχνότητα ενός ταλαντωτή μπλοκαρίσματος, και επομένως εάν αυτή η αντίσταση αντικατασταθεί με ένα δοχείο, η συχνότητα μεταβάλλεται χειροκίνητα και μπορεί να τροποποιηθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις των χρηστών.

Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε να μην μειωθεί η τιμή κάτω από ένα καθορισμένο όριο που διαφορετικά θα μπορούσε να βλάψει το τρανζίστορ και να δημιουργήσει ασυνήθιστα ασταθή χαρακτηριστικά κυματομορφής εξόδου. Συνιστάται πάντα να τοποθετείτε μια ασφαλή σταθερή αντίσταση ελάχιστης τιμής σε σειρά με το δοχείο για την αποφυγή αυτής της κατάστασης.

Λειτουργία κυκλώματος

Το κύκλωμα λειτουργεί με τη βοήθεια θετικών ανατροφοδοτήσεων σε ολόκληρο τον μετασχηματιστή συσχετίζοντας δύο χρονικές περιόδους μεταγωγής, δηλαδή το χρόνο κλειστό όταν ο διακόπτης ή το τρανζίστορ είναι κλειστό και ο χρόνος συμπλήρωσης όταν το τρανζίστορ είναι ανοιχτό (δεν διεξάγεται). Στην ανάλυση χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες συντομογραφίες:

• t, time, μία από τις μεταβλητές
• Κλειστό: στιγμιαίο στο τέλος του κλειστού κύκλου, αρχικοποίηση του ανοικτού κύκλου. Επίσης το μέγεθος του χρόνου διάρκεια όταν ο διακόπτης είναι κλειστός.
• Topen: στιγμιαία σε κάθε τέλος του ανοικτού κύκλου ή στην αρχή του κλειστού κύκλου. Ίδιο με T = 0. Επίσης το μέγεθος του χρόνου διάρκεια όποτε ο διακόπτης είναι ανοιχτός.
• Vb, τάση τροφοδοσίας π.χ. Vbattery
• Vp, τάση στα πλαίσια η πρωτεύουσα περιέλιξη. Ένα ιδανικό τρανζίστορ μεταγωγής θα επιτρέψει την τάση τροφοδοσίας Vb κατά μήκος του πρωτεύοντος, επομένως σε ιδανική περίπτωση το Vp θα είναι = Vb.
• Vs, τάση απέναντι το δευτερεύον τύλιγμα
• Vz, σταθερή τάση φορτίου που προκύπτει λόγω π.χ. από την αντίθετη τάση μιας δίοδος Zener ή την προς τα εμπρός τάση ενός συνδεδεμένου (LED).
• Είμαι μαγνητίζοντας ρεύμα σε όλη την πρωτεύουσα
• Ipeak, m, υψηλότερο ή το μαγνητικό ρεύμα «αιχμής» στην πρωτεύουσα πλευρά του trafo. Πραγματοποιείται λίγο πριν από το Topen.
• Np, ο αριθμός των κύριων στροφών
• Ns, ο αριθμός των δευτερευουσών στροφών
• N, η αναλογία περιέλιξης ορίζεται επίσης ως Ns / Np,. Για έναν τέλεια διαμορφωμένο μετασχηματιστή που λειτουργεί με ιδανικές συνθήκες, έχουμε Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, πρωτογενής αυτοεπαγωγή, μια τιμή που υπολογίζεται από τον αριθμό των πρωτογενών στροφών Np εις το τετραγωνο , και ένας «παράγοντας επαγωγής» AL. Η αυτεπαγωγή εκφράζεται συχνά με τον τύπο Lp = AL × Np2 × 10−9 henries.
• R, συνδυασμένος διακόπτης (τρανζίστορ) και η κύρια αντίσταση
• Πάνω, ενέργεια που συσσωρεύεται μέσα στη ροή του μαγνητικού πεδίου κατά μήκος των περιελίξεων, όπως εκφράζεται από το μαγνητικό ρεύμα Im.

Λειτουργία κατά τη διάρκεια κλειστού (χρόνος όταν ο διακόπτης είναι κλειστός)

Τη στιγμή που ενεργοποιείται ή ενεργοποιείται το τρανζίστορ μεταγωγής εφαρμόζει την τάση πηγής Vb πάνω από την πρωτεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή.

Η ενέργεια δημιουργεί ένα μαγνητικό ρεύμα Im στον μετασχηματιστή ως Im = Vprimary × t / Lp

όπου t (ώρα) μπορεί να αλλάζει με το χρόνο και ξεκινάει στο 0. Το καθορισμένο ρεύμα μαγνητισμού Im τώρα «οδηγεί» σε οποιοδήποτε αντίστροφο παραγόμενο δευτερεύον ρεύμα Is που μπορεί να συμβεί να προκαλέσει στο φορτίο στη δευτερεύουσα περιέλιξη (για παράδειγμα στο χειριστήριο τερματικό (βάση) του διακόπτη (τρανζίστορ) και στη συνέχεια επανήλθε σε δευτερεύον ρεύμα στο πρωτεύον = Is / N).

Αυτό το μεταβαλλόμενο ρεύμα στο πρωτεύον με τη σειρά του παράγει μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή εντός των περιελίξεων του μετασχηματιστή που επιτρέπει αρκετά σταθερή τάση Vs = N × Vb κατά μήκος της δευτερεύουσας περιέλιξης.

Σε πολλές από τις διαμορφώσεις, η δευτερεύουσα πλευρική τάση Vs μπορεί να προστεθεί με την τάση τροφοδοσίας Vb λόγω του γεγονότος ότι η τάση στην κύρια πλευρά είναι περίπου Vb, Vs = (N + 1) × Vb ενώ ο διακόπτης (τρανζίστορ) είναι τον αγώγιμο τρόπο.

Έτσι, η διαδικασία μεταγωγής μπορεί να έχει την τάση να αποκτά ένα μέρος της τάσης ελέγχου ή του ρεύματος απευθείας από το Vb ενώ το υπόλοιπο μέσω Vs.

Αυτό σημαίνει ότι η τάση του διακόπτη-ελέγχου ή το ρεύμα θα είναι «σε φάση»

Ωστόσο, σε περίπτωση απουσίας πρωτεύουσας αντίστασης και αμελητέας αντίστασης στη μεταγωγή τρανζίστορ, μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση του μαγνητικού ρεύματος Im με μια «γραμμική ράμπα» που μπορεί να εκφραστεί από τον τύπο όπως δίνεται στην πρώτη παράγραφο.

Αντίθετα, ας υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα σημαντικό μέγεθος πρωτογενούς αντίστασης για το τρανζίστορ ή και τα δύο (συνδυασμένη αντίσταση R, π.χ. αντίσταση πρωτογενούς πηνίου μαζί με μια αντίσταση συνδεδεμένη με τον πομπό, αντίσταση καναλιού FET), τότε η σταθερά χρόνου Lp / R θα μπορούσε να οδηγήσει σε αυξανόμενη καμπύλη ρεύματος μαγνητισμού με σταθερή πτώση κλίσης.

Και στα δύο σενάρια το μαγνητικό ρεύμα Im θα έχει επιβλητικό αποτέλεσμα μέσω του συνδυασμένου πρωτογενούς και του τρανζίστορ ρεύματος Ip.

Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι εάν δεν περιλαμβάνεται μια περιοριστική αντίσταση, το αποτέλεσμα θα μπορούσε να αυξηθεί απεριόριστα.

Ωστόσο, όπως μελετήθηκε παραπάνω κατά την πρώτη περίπτωση (χαμηλή αντίσταση), το τρανζίστορ ενδέχεται τελικά να αποτύχει να χειριστεί το υπερβολικό ρεύμα ή απλά να το θέσει, η αντίστασή του ενδέχεται να τείνει να αυξάνεται σε βαθμό που η πτώση τάσης σε όλη τη συσκευή μπορεί να γίνει ίση με την τάση τροφοδοσίας προκαλώντας πλήρη κορεσμό της συσκευής (η οποία μπορεί να αξιολογηθεί από τις προδιαγραφές κέρδους τρανζίστορ ή «beta»).

Στη δεύτερη περίπτωση (π.χ. συμπερίληψη μιας σημαντικής πρωτογενούς και / ή αντίστασης εκπομπού) η (πτώση) κλίση του ρεύματος μπορεί να φθάσει σε ένα σημείο όπου η επαγόμενη τάση πάνω από τη δευτερεύουσα περιέλιξη απλά δεν επαρκεί για να διατηρήσει το τρανζίστορ στην αγώγιμη θέση.

Στο τρίτο σενάριο, το πυρήνας που χρησιμοποιείται για τον μετασχηματιστή θα μπορούσε να φθάσει στο σημείο κορεσμού και να καταρρεύσει, η οποία με τη σειρά της θα το εμπόδιζε να υποστηρίζει περαιτέρω μαγνητισμό και θα απαγόρευε την πρωτογενή έως τη δευτερογενή διαδικασία επαγωγής.

Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι και στις τρεις καταστάσεις όπως συζητήθηκε παραπάνω, ο ρυθμός με τον οποίο αυξάνεται το πρωτογενές ρεύμα ή ο ρυθμός αύξησης της ροής στον πυρήνα του trafo στην τρίτη περίπτωση, μπορεί να παρουσιάσει μια τάση πτώσης προς το μηδέν.

Τούτου λεχθέντος, στα δύο πρώτα σενάρια, διαπιστώνουμε ότι παρά το γεγονός ότι το πρωτεύον ρεύμα φαίνεται να συνεχίζει την προσφορά του, η τιμή του αγγίζει ένα σταθερό επίπεδο που μπορεί να είναι ακριβώς ίσο με την τιμή προσφοράς που δίδεται από τη Vb διαιρεμένη με το άθροισμα του αντιστάσεις R στην πρωτεύουσα πλευρά.

Σε μια τέτοια κατάσταση «περιορισμένου ρεύματος», η ροή του μετασχηματιστή μπορεί να τείνει να δείχνει σταθερή κατάσταση. Εκτός από την μεταβαλλόμενη ροή, η οποία μπορεί να συνεχίσει να προκαλεί τάση στη δευτερεύουσα πλευρά του trafo, αυτό υπονοεί ότι μια σταθερή ροή είναι ενδεικτική για αποτυχία της διαδικασίας επαγωγής κατά μήκος της περιέλιξης με αποτέλεσμα τη δευτερογενή τάση να πέσει στο μηδέν. Αυτό προκαλεί το άνοιγμα του διακόπτη (τρανζίστορ).

Η παραπάνω αναλυτική εξήγηση εξηγεί με σαφήνεια πώς λειτουργεί ένας ταλαντωτής αποκλεισμού και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτό το εξαιρετικά ευέλικτο και ευέλικτο κύκλωμα ταλαντωτή για οποιαδήποτε συγκεκριμένη εφαρμογή και συντονιστεί στο επιθυμητό επίπεδο, καθώς ο χρήστης μπορεί να προτιμά να εφαρμόσει.