Como funciona o oscilador de bloqueio

Um oscilador de bloqueio é uma das formas mais simples de osciladores, capaz de produzir oscilações autossustentáveis ​​por meio do uso de apenas alguns componentes passivos e um único componente ativo.

O nome 'bloqueio' é aplicado devido ao fato de que a comutação do dispositivo principal na forma de um BJT é bloqueada (corte) com mais freqüência do que é permitido conduzir durante o curso das oscilações, e daí o nome oscilador de bloqueio .

Onde um oscilador de bloqueio é normalmente usado

Este oscilador irá gerar uma saída de onda quadrada que pode ser aplicada com eficácia para fazer circuitos SMPS ou quaisquer circuitos de comutação semelhantes, mas não pode ser usada para operar equipamentos eletrônicos sensíveis.

As notas de tom geradas com este oscilador tornam-se perfeitamente adequadas para alarmes, dispositivos de prática de código Morse, carregadores de bateria sem fio etc. O circuito também se torna aplicável como luz estroboscópica em câmeras, que muitas vezes pode ser vista antes de clicar no flash, esse recurso ajuda a reduzir o efeito de olhos vermelhos infame.

Devido à sua configuração simples, este circuito oscilador é amplamente utilizado em kits experimentais, e os alunos acham muito mais fácil e interessante compreender os detalhes rapidamente.

Como funciona um oscilador de bloqueio

Pra fazendo um oscilador de bloqueio , a seleção dos componentes torna-se bastante crítica para que seja capaz de trabalhar com os melhores efeitos.

O conceito de um oscilador de bloqueio é na verdade muito flexível e o resultado dele pode ser amplamente variado, simplesmente variando as características dos componentes envolvidos, como os resistores, o transformador.

O transformador aqui se torna especificamente uma parte crucial e a forma de onda de saída depende muito do tipo ou marca deste transformador. Por exemplo, quando um transformador de pulso é usado em um circuito de oscilador de bloqueio, a forma de onda atinge a forma de ondas retangulares consistindo em períodos rápidos de subida e descida.

A saída oscilante deste design torna-se efetivamente compatível com lâmpadas, alto-falantes e até mesmo relés.

Um único resistor pode ser visto controlando a frequência de um oscilador de bloqueio e, portanto, se esse resistor for substituído por um potenciômetro, a frequência se torna manualmente variável e pode ser ajustada de acordo com a necessidade do usuário.

No entanto, deve-se tomar cuidado para não reduzir o valor abaixo de um limite especificado, o que poderia danificar o transistor e criar características de forma de onda de saída invulgarmente instáveis. É sempre recomendável posicionar um resistor fixo de valor mínimo seguro em série com o potenciômetro para evitar essa situação.

Operação do circuito

O circuito funciona com a ajuda de feedbacks positivos através do transformador, associando dois períodos de tempo de comutação, a saber, o tempo T fechado quando a chave ou o transistor é fechado, e o tempo Topen quando o transistor está aberto (não conduzindo). As seguintes abreviaturas são usadas na análise:

• t, tempo, uma das variáveis
• Tclosed: instante no final do ciclo fechado, inicialização do ciclo aberto. Também uma magnitude do tempo duração quando o interruptor está fechado.
• Topen: instante em todas as extremidades do ciclo aberto ou no início do ciclo fechado. O mesmo que T = 0. Também uma magnitude do tempo duração sempre que a chave estiver aberta.
• Vb, tensão de alimentação, por exemplo Vbattery
• Vp, voltagem dentro de o enrolamento primário. Um transistor de chaveamento ideal permitirá uma tensão de alimentação Vb no primário, portanto, em uma situação ideal, Vp será = Vb.
• Vs, voltagem entre o enrolamento secundário
• Vz, tensão de carga fixa resultante devido a por ex. pela tensão oposta de um diodo Zener ou pela tensão direta de um conectado (LED).
• Im, magnetizando a corrente através do primário
• Ipeak, m, mais alto ou a corrente de magnetização de 'pico' no lado primário do trafo. Ocorre pouco antes de Topen.
• Np, o número de voltas primárias
• Ns, o número de voltas secundárias
• N, a relação de enrolamento também definida como Ns / Np,. Para um transformador perfeitamente configurado funcionando com condições ideais, temos Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, auto-indutância primária, um valor calculado pelo número de espiras primárias Np quadrado , e um 'fator de indutância' AL. A auto-indutância é freqüentemente expressa com a fórmula Lp = AL × Np2 × 10−9 Henry.
• R, interruptor combinado (transistor) e a resistência primária
• Acima, a energia acumulada dentro do fluxo do campo magnético através dos enrolamentos, expressa pela corrente de magnetização Im.

Operação durante Tclosed (tempo em que a chave é fechada)

No momento em que o transistor de chaveamento é ativado ou disparado, ele aplica a tensão da fonte Vb sobre o enrolamento primário do transformador.

A ação gera uma corrente magnetizante Im no transformador como Im = Vprimary × t / Lp

onde t (tempo) pode ser uma mudança com o tempo e inicia em 0. A corrente de magnetização especificada Im agora 'monta sobre' qualquer corrente secundária gerada reversamente É que pode induzir a carga no enrolamento secundário (por exemplo, no controle terminal (base) da chave (transistor) e posteriormente revertido para corrente secundária no primário = Is / N).

Essa alteração da corrente no primário, por sua vez, gera um fluxo magnético alterado dentro dos enrolamentos do transformador, que permite uma tensão bastante estabilizada Vs = N × Vb através do enrolamento secundário.

Em muitas das configurações, a tensão do lado secundário Vs pode somar com a tensão de alimentação Vb devido ao fato de que a tensão no lado primário é de aproximadamente Vb, Vs = (N + 1) × Vb enquanto a chave (transistor) está em o modo de condução.

Assim, o procedimento de chaveamento pode ter a tendência de adquirir uma parte de sua tensão ou corrente de controle diretamente de Vb enquanto o restante através de Vs.

Isso implica que a tensão de controle do interruptor ou a corrente estaria 'em fase'

No entanto, em uma situação de ausência de resistência primária e resistência desprezível na comutação do transistor, pode resultar em um aumento na corrente de magnetização Im com uma 'rampa linear' que pode ser expressa pela fórmula dada no primeiro parágrafo.

Por outro lado, suponha que haja uma magnitude significativa de resistência primária para o transistor ou ambos (resistência combinada R, por exemplo, resistência da bobina primária junto com um resistor conectado com o emissor, resistência do canal FET), então a constante de tempo Lp / R pode resultar em um curva de corrente de magnetização crescente com declive de queda consistente.

Em ambos os cenários, a corrente de magnetização Im terá um efeito de comando por meio do primário combinado e da corrente do transistor Ip.

Isso também implica que, se um resistor limitador não for incluído, o efeito pode aumentar infinitamente.

No entanto, conforme estudado acima durante o primeiro caso (baixa resistência), o transistor pode acabar falhando em lidar com o excesso de corrente, ou simplesmente, sua resistência pode tender a aumentar a um ponto onde a queda de tensão através do dispositivo pode se tornar igual ao tensão de alimentação causando saturação completa do dispositivo (que pode ser avaliada a partir do ganho de um transistor hfe ou especificações 'beta').

Na segunda situação (por exemplo, inclusão de uma resistência primária e / ou de emissor significativa), a inclinação (queda) da corrente pode chegar a um ponto em que a tensão induzida sobre o enrolamento secundário simplesmente não é suficiente para manter o transistor na posição de condução.

No terceiro cenário, o núcleo usado para o transformador pode atingir o ponto de saturação e entrar em colapso, que por sua vez o impediria de suportar qualquer magnetização adicional e proibiria o processo de indução primário para secundário.

Assim, podemos concluir que durante todas as três situações discutidas acima, a taxa de aumento da corrente primária ou a taxa de aumento do fluxo no núcleo do trafo no terceiro caso, podem apresentar uma tendência de queda para zero.

Dito isso, nos dois primeiros cenários, descobrimos que, apesar do fato de a corrente primária parecer continuar seu fornecimento, seu valor atinge um nível constante que pode ser exatamente igual ao valor de fornecimento dado por Vb dividido pela soma de resistências R no lado primário.

Em tal condição 'limitada por corrente', o fluxo do transformador pode tender a mostrar um estado estável. Exceto pela mudança de fluxo, que pode continuar induzindo voltagem através do lado secundário do trafo, isso implica que um fluxo constante é indicativo de uma falha no processo de indução através do enrolamento, resultando na voltagem secundária caindo para zero. Isso faz com que a chave (transistor) abra.

A explicação abrangente acima explica claramente como funciona um oscilador de bloqueio e como este circuito oscilador altamente versátil e flexível pode ser usado para qualquer aplicação especificada e ajustado para o nível desejado, como o usuário pode preferir implementar.