Come funziona l'oscillatore di blocco

Un oscillatore bloccante è una delle forme più semplici di oscillatori in grado di produrre oscillazioni autosufficienti attraverso l'uso di pochi componenti passivi e di un unico componente attivo.

Il nome 'blocco' viene applicato perché la commutazione del dispositivo principale sotto forma di BJT è bloccata (interruzione) più spesso di quanto sia consentito condurre durante il corso delle oscillazioni, e da qui il nome oscillatore di blocco .

Dove viene tipicamente utilizzato un oscillatore di blocco

Questo oscillatore genererà un'uscita a onda quadra che può essere efficacemente applicata per realizzare circuiti SMPS o circuiti di commutazione simili, ma non può essere utilizzata per il funzionamento di apparecchiature elettroniche sensibili.

Le note di tono generate con questo oscillatore diventano perfettamente adatte per allarmi, dispositivi di pratica in codice morse, caricabatterie wireless ecc. Il circuito diventa anche applicabile come luce stroboscopica nelle fotocamere, che può essere visto spesso appena prima di fare clic sul flash, questa caratteristica aiuta a ridurre il famigerato effetto occhi rossi.

Grazie alla sua semplice configurazione, questo file circuito dell'oscillatore è ampiamente utilizzato nei kit sperimentali e gli studenti trovano molto più facile e interessante comprenderne rapidamente i dettagli.

Come funziona un oscillatore bloccante

Per creare un oscillatore bloccante , la selezione dei componenti diventa piuttosto critica in modo che sia in grado di lavorare con effetti ottimali.

Il concetto di oscillatore bloccante è in realtà molto flessibile e il risultato da esso può essere ampiamente variato, semplicemente variando le caratteristiche dei componenti coinvolti come le resistenze, il trasformatore.

Il trasformatore qui diventa specificamente una parte cruciale e la forma d'onda in uscita dipende fortemente dal tipo o dalla marca di questo trasformatore. Ad esempio, quando un trasformatore di impulsi viene utilizzato in un circuito oscillatore di blocco, la forma d'onda assume la forma di onde rettangolari costituite da periodi di salita e discesa rapidi.

L'uscita oscillante di questo design diventa effettivamente compatibile con lampade, altoparlanti e persino relè.

Una sola resistore può essere visto controllare la frequenza di un oscillatore di blocco, e quindi se questo resistore viene sostituito con un potenziometro, la frequenza diventa variabile manualmente e può essere modificata secondo le esigenze degli utenti.

Tuttavia, è necessario prestare attenzione a non ridurre il valore al di sotto di un limite specificato che potrebbe altrimenti danneggiare il transistor e creare caratteristiche della forma d'onda di uscita insolitamente instabili. Si consiglia sempre di posizionare una resistenza fissa di valore minimo sicuro in serie con il potenziometro per evitare questa situazione.

Funzionamento del circuito

Il circuito funziona con l'aiuto di feedback positivi attraverso il trasformatore associando due periodi di tempo di commutazione vale a dire, il tempo Tchiuso quando l'interruttore o il transistor è chiuso e il tempo Topen quando il transistor è aperto (non conduttivo). Le seguenti abbreviazioni vengono utilizzate nell'analisi:

• t, time, una delle variabili
• Tclosed: istante alla fine del ciclo chiuso, inizializzazione del ciclo aperto. Anche una grandezza del tempo durata quando l'interruttore è chiuso.
• Topen: istante a ogni fine del ciclo aperto, o all'inizio del ciclo chiuso. Uguale a T = 0. Anche una grandezza del tempo durata ogni volta che l'interruttore è aperto.
• Vb, tensione di alimentazione ad es. Vbattery
• Vp, tensione entro l'avvolgimento primario. Un transistor di commutazione ideale consentirà una tensione di alimentazione Vb ai capi del primario, quindi in una situazione ideale Vp sarà = Vb.
• Vs, tensione attraverso l'avvolgimento secondario
• Vz, tensione di carico fissa risultante dovuta ad es. dalla tensione opposta di un diodo Zener o dalla tensione diretta di un collegato (LED).
• Im, magnetizzando la corrente attraverso il primario
• Corrente magnetizzante Ipeak, m, la più alta o 'peak' sul lato primario del trafo. Si svolge poco prima di Topen.
• Np, il numero di turni primari
• Ns, il numero di turni secondari
• N, il rapporto di avvolgimento definito anche come Ns / Np,. Per un trasformatore perfettamente configurato che lavora in condizioni ideali, abbiamo Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, autoinduttanza primaria, valore calcolato dal numero di spire primarie Np squadrato e un 'fattore di induttanza' AL. L'autoinduttanza è spesso espressa con la formula Lp = AL × Np2 × 10-9 henries.
• R, interruttore combinato (transistor) e resistenza primaria
• Up, energia accumulata nel flusso del campo magnetico attraverso gli avvolgimenti, espressa dalla corrente magnetizzante Im.

Funzionamento durante T chiuso (tempo in cui l'interruttore è chiuso)

Nel momento in cui il transistor di commutazione si attiva o innesca, applica la tensione di source Vb sull'avvolgimento primario del trasformatore.

L'azione genera una corrente magnetizzante Im sul trasformatore come Im = Vprimario × t / Lp

dove t (tempo) può essere un cambiamento nel tempo e inizia a 0. La corrente magnetizzante specificata Im ora 'cavalca' qualsiasi corrente secondaria generata inversa È che può capitare di indurre nel carico sull'avvolgimento secondario (ad esempio nel controllo terminale (base) dell'interruttore (transistor) e successivamente ripristinato alla corrente secondaria in primario = Is / N).

Questa corrente alterante al primario a sua volta genera un flusso magnetico alterante all'interno degli avvolgimenti del trasformatore che consente una tensione piuttosto stabilizzata Vs = N × Vb attraverso l'avvolgimento secondario.

In molte delle configurazioni la tensione del lato secondario Vs può sommarsi con la tensione di alimentazione Vb poiché la tensione sul lato primario è approssimativamente Vb, Vs = (N + 1) × Vb mentre l'interruttore (transistor) è in la modalità di conduzione.

Pertanto, la procedura di commutazione può tendere ad acquisire una parte della sua tensione o corrente di controllo direttamente da Vb mentre la restante tramite Vs.

Ciò implica che la tensione di controllo dell'interruttore o la corrente sarebbero 'in fase'

Tuttavia in una situazione di assenza di una resistenza primaria e di una resistenza trascurabile sulla commutazione del transistor, potrebbe comportare un aumento della corrente magnetizzante Im con una 'rampa lineare' che può essere espressa dalla formula di cui al primo paragrafo.

Al contrario, supponiamo che ci sia un'entità significativa della resistenza primaria per il transistor o entrambi (resistenza combinata R, ad esempio resistenza della bobina primaria insieme a un resistore collegato all'emettitore, resistenza del canale FET), quindi la costante di tempo Lp / R potrebbe risultare in un curva di corrente magnetizzante crescente con pendenza in costante calo.

In entrambi gli scenari la corrente magnetizzante Im avrà un effetto dominante attraverso la corrente combinata del primario e del transistor Ip.

Ciò implica anche che se un resistore limitatore non è incluso l'effetto potrebbe aumentare all'infinito.

Tuttavia, come studiato sopra durante il primo caso (bassa resistenza), il transistor potrebbe alla fine non riuscire a gestire la corrente in eccesso, o semplicemente, la sua resistenza potrebbe tendere a salire a un punto in cui la caduta di tensione attraverso il dispositivo potrebbe diventare uguale al tensione di alimentazione che causa la saturazione completa del dispositivo (che può essere valutata dalle specifiche hfe o 'beta' di guadagno di un transistor).

Nella seconda situazione (ad esempio inclusione di una significativa resistenza primaria e / o emettitore) la pendenza (caduta) della corrente potrebbe raggiungere un punto in cui la tensione indotta sull'avvolgimento secondario semplicemente non è sufficiente per mantenere il transistor in posizione di conduzione.

Nel terzo scenario, il nucleo utilizzato per il trasformatore potrebbe raggiungere il punto di saturazione e collassare, il che a sua volta gli impedirebbe di supportare qualsiasi ulteriore magnetizzazione e impedirebbe il processo di induzione da primario a secondario.

Quindi, possiamo concludere che durante tutte e tre le situazioni come discusso sopra, la velocità con cui la corrente primaria aumenta o la velocità di aumento del flusso nel nucleo del trafo nel terzo caso, potrebbe mostrare una tendenza al ribasso verso lo zero.

Detto questo, nei primi due scenari, troviamo che nonostante la corrente primaria sembri continuare ad erogare, il suo valore tocca un livello costante che potrebbe essere proprio uguale al valore di fornitura dato da Vb diviso per la somma dei resistenze R sul lato primario.

In una tale condizione di 'corrente limitata' il flusso del trasformatore potrebbe tendere a mostrare uno stato stazionario. Tranne il flusso variabile, che potrebbe continuare a indurre la tensione sul lato secondario del trafo, ciò implica che un flusso costante è indicativo di un guasto del processo di induzione attraverso l'avvolgimento con conseguente caduta della tensione secondaria a zero. Ciò causa l'apertura dell'interruttore (transistor).

La spiegazione completa di cui sopra spiega chiaramente come funziona un oscillatore di blocco e come questo circuito oscillatore altamente versatile e flessibile può essere utilizzato per qualsiasi applicazione specificata e sintonizzato al livello desiderato, come l'utente può preferire implementare.