Войти
Основа твердотельного блокирующего генератора 
Форма волны, генерируемая этой схемой 
Этот Джоулевый вор схема, блокирующий генератор, может использоваться для питания светодиода от батареи 1,5 В в течение относительно длительного периода времени, при этом яркость является компромиссом. A блокирующий генератор (иногда называемый импульсный генератор) представляет собой простую конфигурацию дискретных электронных компонентов, которые могут генерировать сигнал холостого хода, требующий только резистор, трансформатор и один усилительный такой элемент, как транзистор или электронная лампа. Название происходит от того факта, что усилительный элемент отключен или «заблокирован» на протяжении большей части рабочего цикла, производя периодические импульсы по принципу генератора релаксации. Несинусоидальный выход не подходит для использования в качестве радиочастотного гетеродина, но он может служить в качестве генератора синхронизации, для питания света, светодиодов, Elwire или небольшого неона. индикаторы. Если выходной сигнал используется как аудиосигнал , простых тонов также достаточно для таких приложений, как сигнализация или тренировочное устройство кода Морзе. В некоторых камерах используется блокирующий генератор для срабатывания вспышки перед съемкой, чтобы уменьшить эффект красных глаз.
Когда дело доходит до компонентов, включенных в эту схему, необходимы определенные типы каждого компонента, чтобы он работал. весь его потенциал. Трансформатор - жизненно важный компонент. Например, импульсный трансформатор создает прямоугольные импульсы, которые характеризуются быстрым нарастанием и спадом с плоской вершиной. Существует бесконечное количество комбинаций напряжений, трансформаторов, конденсаторов, транзисторов и резисторов, которые можно использовать для изменения и моделирования схемы.
Благодаря простоте схемы она составляет основу многих обучающих проектов в коммерческих электронных наборах. Вторичную обмотку трансформатора можно подавать на динамик, лампу или обмотки реле. Вместо резистора потенциометр, размещенный параллельно с конденсатором синхронизации, позволяет свободно регулировать частоту, но при низком сопротивлении транзистор может быть перегружен и, возможно, поврежден. Выходной сигнал будет скачкообразным по амплитуде и будет сильно искажен.
Схема работает за счет положительной обратной связи через трансформатор и включает два времени: время T закрыто, когда переключатель закрыт, и время T открыто, когда переключатель разомкнут. При анализе используются следующие сокращения:
Для более подробного анализа потребуется следующее:
Когда переключатель (транзистор, лампа) закрывается, возникает напряжение источника V b через первичную обмотку трансформатора. Ток намагничивания I m трансформатора равен I m = V первичный × t / L p ; здесь t (время) - это переменная, которая начинается с 0. Этот ток намагничивания I m будет "ездить" на любом отраженном вторичном токе I s, который течет во вторичную нагрузку (например, в клемма управления переключателя; отраженный вторичный ток в первичной обмотке = I с / N). Изменяющийся первичный ток вызывает изменение магнитного поля («потока») через обмотки трансформатора; это изменяющееся поле индуцирует (относительно) устойчивое вторичное напряжение V s = N × V b. В некоторых конструкциях (как показано на схемах) вторичное напряжение V s складывается с напряжением источника V b ; в этом случае, поскольку напряжение на первичной обмотке (в то время как переключатель замкнут) приблизительно равно V b, V s = (N + 1) × V b. В качестве альтернативы переключатель может получать часть своего управляющего напряжения или тока непосредственно от V b, а остальную часть - от индуцированного V s. Таким образом, напряжение или ток управления переключателем находится «в фазе», что означает, что он удерживает переключатель в замкнутом состоянии и (через переключатель) поддерживает напряжение источника на первичной обмотке.
В случае, когда первичное сопротивление мало или отсутствует, а сопротивление переключателя мало или отсутствует, увеличение тока намагничивания I m представляет собой «линейную кривую», определяемую формулой в первый параграф. В случае значительного сопротивления первичной обмотки или сопротивления переключателя или обоих (общее сопротивление R, например, сопротивление первичной обмотки плюс резистор в эмиттере, сопротивление канала полевого транзистора), постоянная времени L p / R вызывает ток намагничивания должен быть восходящей кривой с постоянно уменьшающимся наклоном. В любом случае ток намагничивания I m будет преобладать над общим первичным (и коммутируемым) током I p. Без ограничителя он увеличивался бы вечно. Однако в первом случае (низкое сопротивление) переключатель в конечном итоге не сможет «поддерживать» больший ток, что означает, что его эффективное сопротивление возрастает настолько, что падение напряжения на переключателе равно напряжению питания; в этом состоянии переключатель называется «насыщенным» (например, это определяется коэффициентом усиления транзистора h fe или «бета»). Во втором случае (например, преобладающее сопротивление первичной обмотки и / или эмиттера) (убывающий) наклон тока уменьшается до такой степени, что индуцированное напряжение во вторичной обмотке больше не является достаточным для удержания переключателя в замкнутом состоянии. В третьем случае материал магнитного «сердечника» насыщается, что означает, что он не может поддерживать дальнейшее увеличение своего магнитного поля; в этом состоянии индукция от первичной обмотки к вторичной не выполняется. Во всех случаях скорость нарастания первичного тока намагничивания (и, следовательно, потока), или скорость нарастания потока непосредственно в случае насыщенного материала сердечника, падает до нуля (или близко к нулю). В первых двух случаях, хотя первичный ток продолжает течь, он приближается к установившемуся значению, равному напряжению питания V b, деленному на полное сопротивление R в первичной цепи. В этом состоянии ограниченного тока поток трансформатора будет постоянным. Только изменение магнитного потока вызывает индукцию напряжения во вторичной обмотке, поэтому устойчивый поток представляет собой сбой индукции. Вторичное напряжение падает до нуля. Выключатель открывается.
Теперь, когда переключатель разомкнут при T open, ток намагничивания в первичным является пик I, m = V p×Tзакрыто /Lp, и энергия U p сохраняется в этом «намагничивающем» поле, создаваемое пиком I, m (энергия U m = 1/2 × L p×Iпик, m). Но теперь нет первичного напряжения (V b) для поддержания дальнейшего увеличения магнитного поля или даже установившегося поля, при размыкании переключателя и, таким образом, снятии первичного напряжения. Магнитное поле (поток) начинает схлопываться, и коллапс заставляет энергию возвращаться в цепь, наводя ток и напряжение на первичные витки, вторичные витки или и то, и другое. Индукция в первичную обмотку будет осуществляться через витки первичной обмотки, через которые проходит весь магнитный поток (представлен индуктивностью первичной обмотки L p); коллапсирующий поток создает первичное напряжение, которое заставляет ток продолжать течь либо из первичной обмотки к (теперь разомкнутому) переключателю, либо к первичной нагрузке, такой как светодиод или стабилитрон и т. д. вторичные витки, по которым проходит взаимный (связанный) поток; эта индукция вызывает появление напряжения на вторичной обмотке, и если это напряжение не заблокировано (например, диодом или очень высоким импедансом затвора полевого транзистора), вторичный ток будет течь во вторичную цепь (но в противоположном направлении). В любом случае, если нет компонентов, поглощающих ток, напряжение на переключателе очень быстро растет. Без первичной нагрузки или в случае очень ограниченного вторичного тока напряжение будет ограничиваться только распределенными емкостями обмоток (так называемая межобмоточная емкость), что может привести к выходу из строя переключателя. Когда присутствует только межобмоточная емкость и крошечная вторичная нагрузка для поглощения энергии, возникают очень высокочастотные колебания, и эти «паразитные колебания» представляют собой возможный источник электромагнитных помех.
Теперь потенциал вторичного напряжения меняется к отрицательному следующим образом. Коллапсирующий поток заставляет первичный ток течь из первичной обмотки к теперь разомкнутому переключателю, то есть течь в том же направлении, в котором он протекал, когда переключатель был замкнут. Для протекания тока из конца переключателя первичной обмотки первичное напряжение на конце переключателя должно быть положительным по отношению к его другому концу, который находится при напряжении питания V b. Но это представляет собой первичное напряжение, противоположное по полярности тому, что было в то время, когда переключатель был замкнут: во время T закрыто конец переключателя первичной обмотки был приблизительно равен нулю и, следовательно, отрицателен относительно конца источника питания. ; теперь во время T open оно стало положительным по отношению к V b.
. Из-за «чувства обмотки» трансформатора (направления его обмоток) напряжение, которое появляется на вторичной обмотке, теперь должно быть отрицательным. Отрицательное управляющее напряжение будет поддерживать переключатель (например, биполярный транзистор NPN или N-канальный полевой транзистор) открытым, и эта ситуация будет сохраняться до тех пор, пока энергия схлопывающегося потока не будет поглощена (чем-то). Когда поглотитель находится в первичном контуре, например стабилитрон (или светодиод) с напряжением V z, подключенный "назад" через первичные обмотки, форма волны тока представляет собой треугольник с временем t разомкнут, определяемым по формуле I p = I пик, m - V z×Tразомкнут /Lp, здесь I пик, m - первичный ток в момент размыкания переключателя. Когда поглотитель представляет собой конденсатор, формы волны напряжения и тока представляют собой синусоиду 1/2 периода, а если поглотитель представляет собой конденсатор плюс резистор, формы волны представляют собой синусоиду с затуханием 1/2 цикла.
Когда, наконец, разряд энергии завершен, схема управления становится «разблокированной». Управляющее напряжение (или ток) к переключателю теперь свободно «течет» на управляющий вход и замыкает переключатель. Это легче увидеть, когда конденсатор «коммутирует» управляющее напряжение или ток; вызывные колебания переносят управляющее напряжение или ток от отрицательного (переключатель разомкнут) через 0 к положительному (переключатель замкнут).
В простейшем случае продолжительность всего цикла (T закрыто + T открыт), и, следовательно, его частота повторения (обратная длительности цикла) почти полностью зависит от намагничивающей индуктивности трансформатора L p, напряжения питания и напряжения нагрузки V z. Когда для поглощения энергии используются конденсатор и резистор, частота повторения зависит от постоянной времени RC или постоянной времени LC, когда R мало или не- существует (L может быть L p, L s или L p, s).
