ブロッキングオシレーターのしくみ

ブロッキングオシレーターのしくみ

ブロッキングオシレータは、いくつかのパッシブコンポーネントと単一のアクティブコンポーネントを使用するだけで自立した発振を生成できる最も単純な形式のオシレータの1つです。



「ブロッキング」という名前は、BJTの形でのメインデバイスのスイッチングが、発振の過程で実行できるよりも頻繁にブロック(カットオフ)されるために適用されます。したがって、名前ブロッキングオシレータ。





ブロッキングオシレータが通常使用される場所

この発振器は方形波出力を生成します。これはSMPS回路または同様のスイッチング回路の作成に効果的に適用できますが、敏感な電子機器の操作には使用できません。

このオシレーターで生成されたトーンノートは、アラーム、モールス信号練習装置、 ワイヤレスバッテリー充電器 この回路は、フラッシュをクリックする直前によく見られるカメラのストロボライトとしても適用できるようになります。この機能は、悪名高い赤目現象を軽減するのに役立ちます。



シンプルな構成のため、これは 発振回路 は実験キットで広く使用されており、学生はその詳細をすばやく把握する方がはるかに簡単で興味深いと感じています。

ブロッキングオシレーターのしくみ

ブロッキングオシレーターのしくみ

ために ブロッキング発振器を作る 、コンポーネントの選択は非常に重要になるため、最適な効果で動作することができます。

ブロッキングオシレータの概念は実際には非常に柔軟であり、抵抗やトランスなどの関連コンポーネントの特性を変えるだけで、その結果を大幅に変えることができます。

ザ・ 変成器 ここは特に重要な部分になり、出力波形はこのトランスのタイプまたはメーカーに大きく依存します。たとえば、ブロッキング発振回路でパルストランスを使用すると、波形は急速な立ち上がり周期と立ち下がり周期からなる矩形波の形状になります。

この設計からの振動出力は、ランプ、スピーカー、さらにはリレーと効果的に互換性があります。

独身者 抵抗器 ブロッキング発振器の周波数を制御していることがわかります。したがって、この抵抗をポットに置き換えると、周波数は手動で可変になり、ユーザーの要件に応じて調整できます。

ただし、値を指定された制限未満に下げないように注意する必要があります。そうしないと、トランジスタが損傷し、異常に不安定な出力波形特性が生じる可能性があります。この状況を防ぐために、安全な最小値の固定抵抗器をポットと直列に配置することを常にお勧めします。

回路動作

この回路は、2つのスイッチング期間、つまり、スイッチまたはトランジスタが閉じているときのTclosed時間と、トランジスタが開いている(導通していない)ときのTopen時間を関連付けることにより、トランス全体の正のフィードバックの助けを借りて動作します。分析では、次の略語が使用されます。

  • t、時間、変数の1つ
  • Tclosed:クローズドサイクルの終了時の瞬間、オープンサイクルの初期化。また、時間の大きさ デュレーション スイッチが閉じているとき。
  • Topen:オープンサイクルのすべての終わり、またはクローズドサイクルの開始時に瞬時に。 T = 0と同じ。また、時間の大きさ デュレーション スイッチが開いているときはいつでも。
  • Vb、供給電圧(例: Vbattery
  • Vp、電圧 以内に 一次巻線。理想的なスイッチングトランジスタは、一次側に供給電圧Vbを許容するため、理想的な状況では、Vpは= Vbになります。
  • 対、電圧 全体 二次巻線
  • Vz、固定負荷電圧は、たとえばツェナーダイオードの反対の電圧または接続された(LED)の順方向電圧によって。
  • Im、一次側の磁化電流
  • 変圧器の一次側のIpeak、m、highestまたは「peak」磁化電流。テーペンの直前に行われます。
  • Np、一次ターン数
  • Ns、二次ターン数
  • N、巻線の比率はNs / Npとしても定義されます。理想的な条件で動作する完全に構成されたトランスの場合、Is = Ip / N、Vs = N×Vpになります。
  • Lp、一次自己インダクタンス、一次巻数Npによって計算された値 二乗 、および「インダクタンス係数」AL。自己インダクタンスは、Lp = AL×Np2×10-9ヘンリーの式で表されることがよくあります。
  • R、複合スイッチ(トランジスタ)と一次抵抗
  • 上向きに、磁化電流Imで表されるように、巻線を横切る磁場の磁束内に蓄積されたエネルギー。

Tclosed中の動作(スイッチが閉じている時間)

スイッチングトランジスタがアクティブ化またはトリガーされると、トランスの一次巻線にソース電圧Vbが印加されます。

この動作により、Im = Vprimary×t / Lpとして変圧器に磁化電流Imが生成されます。

ここで、t(時間)は時間とともに変化し、0から始まります。指定された磁化電流Imは、逆に生成された2次電流Isに乗って、2次巻線の負荷(たとえば、制御装置)に誘導される可能性があります。スイッチ(トランジスタ)の端子(ベース)に続いて、一次側の二次電流に戻されます= Is / N)。

一次側でのこの変化する電流は、変圧器の巻線内に変化する磁束を生成し、二次巻線の両端で非常に安定した電圧Vs = N×Vbを可能にします。

多くの構成では、スイッチ(トランジスタ)が入っている間、一次側の電圧は約Vbであり、Vs =(N + 1)×Vbであるため、二次側の電圧Vsは供給電圧Vbと加算される場合があります。導通モード。

したがって、スイッチング手順は、その制御電圧または電流の一部をVbから直接取得し、残りはVsを介して取得する傾向がある可能性があります。

これは、スイッチ制御電圧または電流が「同相」になることを意味します

ただし、トランジスタのスイッチングに一次抵抗がなく、抵抗が無視できる状況では、最初の段落の式で表すことができる「線形ランプ」で磁化電流Imが上昇する可能性があります。

逆に、トランジスタまたはその両方にかなりの大きさの一次抵抗があると仮定すると(結合抵抗R、たとえば一次コイル抵抗とエミッタに接続された抵抗、FETチャネル抵抗)、Lp / R時定数は次のようになります。上昇する磁化電流曲線と一貫して低下する勾配。

どちらのシナリオでも、磁化電流Imは、一次電流とトランジスタ電流Ipの組み合わせによって命令効果を発揮します。

これは、制限抵抗が含まれていない場合、効果が無限に増加する可能性があることも意味します。

ただし、最初のケース(低抵抗)で上記で検討したように、トランジスタは最終的に過剰電流を処理できないか、簡単に言えば、デバイスの両端の電圧降下がと等しくなる程度まで抵抗が上昇する傾向があります。デバイスの完全な飽和を引き起こす供給電圧(トランジスタのゲインhfeまたは「ベータ」仕様から評価できます)。

2番目の状況(たとえば、重要な一次抵抗および/またはエミッタ抵抗の包含)では、電流の(ドロップ)スロープが、トランジスタを導通位置に維持するのに二次巻線の誘導電圧が単に十分でないポイントに達する可能性があります。

3番目のシナリオでは、 トランスに使用されるコア 飽和点に達して崩壊する可能性があり、その結果、それ以上の磁化をサポートできなくなり、一次から二次への誘導プロセスが禁止されます。

したがって、上記の3つの状況すべてにおいて、一次電流が上昇する速度、または3番目のケースの変圧器のコア内の磁束の上昇速度は、ゼロに向かって低下する傾向を示す可能性があると結論付けることができます。

そうは言っても、最初の2つのシナリオでは、一次電流が供給を継続しているように見えますが、その値は一定のレベルに達し、Vbで与えられた供給値をの合計で割った値にちょうど等しい可能性があります。一次側の抵抗R。

このような「電流制限」状態では、変圧器の磁束は定常状態を示す傾向があります。変圧器の二次側に電圧を誘導し続ける可能性のある磁束の変化を除いて、これは、安定した磁束が巻線の誘導プロセスの失敗を示し、二次電圧がゼロに低下することを意味します。これにより、スイッチ(トランジスタ)が開きます。

上記の包括的な説明は、ブロッキングオシレータがどのように機能するか、およびこの非常に用途が広く柔軟なオシレータ回路を特定のアプリケーションに使用し、ユーザーが実装したい場合に必要なレベルに微調整する方法を明確に説明しています。




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