Кіріспе

Блоктаушы осциллятор (кейде импульстік осциллятор деп аталады) – резистор, трансформатор және транзистор немесе вакуумдық түтік сияқты бір күшейткіш элементті қана талап ететін, еркін жұмыс істейтін сигналды тудыратын дискретті электрондық компоненттердің қарапайым құрылымы. Атауының себебі – күшейткіш элемент жұмыс циклының көп бөлігінде тоқтатылады немесе "блокталады", соның нәтижесінде релаксациялық осциллятор принципі бойынша периодтық импульстар пайда болады. Синусоидты емес шығыс сигнал радиожиілікті жергілікті осциллятор ретінде қолдануға қолайлы емес, бірақ ол уақыт генераторы ретінде электр шамдарын, жарықдиодтарды (LED), EL сымдарын немесе кішкентай неондық индикаторларды қуаттауға қолданылуы мүмкін. Егер шығыс сигнал аудио ретінде қолданылса, қарапайым үндік сигналдар дабылдық сигнализация немесе Морзе кодымен жаттығу құрылғысы сияқты қолданулар үшін жеткілікті. Кейбір камералар фотосурет түсіру алдында қызыл көз эффектісін азайту үшін блоктаушы осцилляторды қолданады. Схеманың қарапайымдылығы коммерциялық электрондық жинақтардағы көптеген оқу жобаларының негізін құрайды. Трансформатордың екінші орамы динамикке, шамға немесе реле орамына қосылуы мүмкін. Резистордың орнына, уақыт конденсаторымен параллель қосылған потенциометр жиілікті еркін реттеуге мүмкіндік береді, бірақ төмен кедергілерде транзистордың жүктемесі артығын тауып, зақымдануы мүмкін. Шығыс сигналы амплитудасы бойынша секіріп, айқын бұрмалануға ұшырайды.

Tжабық кезінде жұмыс істеу (бұғат жабық болған уақыт)

Қосылманы (транзистор, вакуум түтігі) жапқанда, ол Vb бастапқы кернеуді трансформатордың біріншілік орамасына қосады. Трансформатордың магниттеу тогы Im = Vprimary×t/Lp; мұнда t (уақыт) 0-ден басталатын өзгермелі шама. Бұл магниттеу тогы Im, екіншілік жүктемеге (мысалы, қосқыштың басқару терминалына; біріншілік орамаға екіншілік орамадан шағылысқан ток = Is/N) ағып келетін кез келген екіншілік тоқпен бірге жүреді. Біріншілік токтың өзгеруі трансформатор орамалары арқылы магнит өрісінің (ағынының) өзгеруіне алып келеді; бұл өзгеретін өріс (салыстырмалы түрде) тұрақты екіншілік кернеуді Vs = N × Vb тудырады. Кейбір конструкцияларда (суреттерде көрсетілгендей) екіншілік кернеу Vs бастапқы кернеу Vb-қа қосылады; бұл жағдайда, қосқыш жабық тұрғанда біріншілік орамадағы кернеу шамамен Vb болғандықтан, Vs = (N + 1) × Vb теңдігі орындалады. Балама ретінде, қосқыш өзінің басқару кернеуінің немесе тогының бір бөлігін тікелей Vb-дан, ал қалғанын индукцияланған Vs-дан алуы мүмкін. Осылайша, қосқыштың басқару кернеуі немесе тогы "фазада" болады, яғни ол қосқышты жабық күйде ұстайды және (қосқыш арқылы) бастапқы орамадағы кернеуді сақтайды. Егер біріншілік кедергісі және қосқыш кедергісі аз немесе жоқ болса, магниттеу тогының өсуі Im, бірінші абзацтағы формуламен сипатталатын "сызықтық қисық" болады. Егер біріншілік кедергісі, қосқыш кедергісі немесе екеуі де болса (жалпы кедергі R, мысалы, біріншілік ораманың кедергісі плюс эмиттердегі кедергі, FET арнасының кедергісі), Lp/R уақыт тұрақтысы магниттеу тогының өсу қисығының еңісінің үнемі төмендеуіне себеп болады. Екі жағдайда да магниттеу тогы Im, жалпы біріншілік (және қосқыш) тогы Ip-ден үлкен болады. Егер шектеуші болмаса, ол шексіз өсе береді. Алайда, бірінші жағдайда (кедергісі төмен) қосқыш ақырында тоқты "көтере алмайды", яғни оның тиімді кедергісі соншалықты артады, біріншілік орамадағы кернеудің төмендеуі қоректендіру кернеуіне тең болады; мұндай жағдайда қосқыш "қаныққан" деп есептеледі (мысалы, бұл транзистордың күшейту коэффициенті hfe немесе "бета" арқылы анықталады). Екінші жағдайда (мысалы, біріншілік және/немесе эмиттерлік кедергісі басым) токтың өсу қисығының еңісі соншалықты төмендейді, екіншілік орамаға индукцияланатын кернеу қосқышты жабық ұстау үшін жеткіліксіз болады. Үшінші жағдайда магниттік "қақпақ" материалы қанығады, яғни ол магнит өрісінің одан әрі өсуін қолдауға қабілетсіз болады; мұндай жағдайда біріншілік орамадан екіншілік орамаға индукция сәтсіз аяқталады. Барлық жағдайларда, біріншілік магниттеу тогының өсу жылдамдығы (осылайша ағыны) немесе қаныққан қақпақ материалының жағдайында ағынның өсу жылдамдығы тікелей нөлге (немесе нөлге жуық) төмендейді. Бірінші екі жағдайда, біріншілік ток ағып жатса да, ол біріншілік тізбегіндегі жалпы кедергіге R бөлінген Vb қоректендіру кернеуіне тең тұрақты мәнге жақындайды. Мұндай ток шектеулі жағдайда трансформатордың ағыны тұрақты болады. Тек өзгеретін ағын ғана екіншілік орамаға кернеуді индукциялайды, сондықтан тұрақты ағын индукцияның болмауына сәйкес келеді. Екіншілік кернеу нөлге дейін төмендейді. Қосқыш ашылады.

Topen кезінде жұмыс істеу (бұлақ ашық болған уақыт)

Енді Топендегі коммутатор ашылғаннан кейін, бастапқы магнетизация тогы Ipeak,m = Vp × Tclosed / Lp, ал энергия Up осы “магнетизациялау” өрісінде Ipeak,m арқылы сақталады (энергия Um = 1/2 × Lp × Ipeak,m2). Бірақ енді магнит өрісінің одан әрі өсуін қамтамасыз ететін бастапқы кернеу (Vb) немесе тұрақты өріс жоқ, себебі коммутатор ашылып, бастапқы кернеуді жойды. Магнит өрісі (ағын) құлауға бастайды, ал құлау энергияны ток пен кернеуді бастапқы бұрылыстарға, екінші бұрылыстарға немесе екеуіне де индукциялау арқылы схемаға қайтарады. Бастапқы индукция барлық ағыннан өтетін бастапқы бұрылыстар арқылы жүзеге асады (бастапқы индуктивтілік Lp арқылы көрсетіледі); құлаушы ағын бастапқы кернеуді тудырады, ол токтың ашық коммутатордан немесе бастапқы жүктемеден (мысалы, LED немесе Зенер диоды) ағуына себеп болады. Екіншілікке индукция өзара (байланысқан) ағыннан өтетін екіншілік бұрылыстар арқылы жүзеге асады; бұл индукция екіншілікте кернеудің пайда болуына әкеледі, және егер бұл кернеу бұғатталмаса (мысалы, диодпен немесе FET шлюзінің өте жоғары кедергісімен), екіншілік ток екіншілік схемаға (бірақ кері бағытта) ағады. Қалай болғанда да, егер ток сіңіретін компоненттер болмаса, коммутатордағы кернеу өте жылдам өседі. Бастапқы жүктеме болмаса немесе екіншілік тогы өте шектеулі болса, кернеу тек орамдардың таратылған сыйымдылықтарымен (орамдар арасындағы сыйымдылық) шектеледі және коммутаторды бұзуы мүмкін. Энергияны сіңіретін тек орамдардың сыйымдылығы мен кішкентай екіншілік жүктеме болған кезде өте жоғары жиілікті тербелістер пайда болады, және бұл “паразиттік тербелістер” электромагниттік кедергілердің мүмкін көзі болып табылады. Екіншілік кернеудің потенциалы келесідей теріске қарай өзгереді. Құлаушы ағын бастапқы токтың бастапқыдан ашық коммутаторға қарай ағуына себеп болады, яғни коммутатор жабылған кезде ағып жатқан бағытта ағады. Токтың коммутатордың соңынан ағуы үшін, коммутатордың соңындағы бастапқы кернеу, Vb қоректендіру кернеуіне қатысты оң болуы керек. Бірақ бұл бастапқы кернеудің полярлығы коммутатор жабылған кездегіден кері: Tclosed кезінде бастапқы ажыратудың соңы шамамен нөлге тең болды және сондықтан қоректендіруге қатысты теріс болды; енді Тоpen кезінде ол Vb-ге қатысты оңға айналды. Трансформатордың “орамдар бағыты” (оның орамдарының бағыты) салдарынан, екіншілікте пайда болатын кернеу енді теріс болуы керек. Теріс басқару кернеуі коммутаторды (мысалы, NPN биполярлық транзистор немесе N-арналы FET) ашық күйде ұстайды, және бұл жағдай құлаушы ағын энергиясы сіңірілгенге дейін сақталады. Егер сіңіргіш бастапқы схемада болса, мысалы, бастапқы орамдарға кері қосылған Vz кернеуі бар Зенер диоды (немесе LED), ток толқынының пішіні үшбұрышты болады, ал уақыт Тоpen Ip = Ipeak,m Vz×Topen/Lp формуласымен анықталады, мұнда Ipeak,m коммутатор ашылған кездегі бастапқы ток. Егер сіңіргіш конденсатор болса, кернеу мен ток толқынының пішіні 1/2 циклдық синусоида, ал сіңіргіш конденсатор плюс резистор болса, толқын пішіні 1/2 циклдық сөндірілген синусоида болады. Энергия толық босатылғаннан кейін басқару схемасы “бұғатталмайды”. Коммутаторға басқару кернеуі (немесе тогы) енді басқару кірісіне “ағып” кіріп, коммутаторды жаба алады. Бұл конденсатор басқару кернеуін немесе токты “коммутациялағанда” жақсы көрінеді; тербеліс басқару кернеуін немесе токты теріс (коммутатор ашық) күйден 0 арқылы оң (коммутатор жабық) күйге жеткізеді.

Қайталану көрсеткіші 1/ ((Tжабық + Топен)

Ең қарапайым жағдайда, жалпы циклдің ұзақтығы (Tclosed + Topen), демек оның қайталану жиілігі (цикл ұзақтығының кері шамасы) трансформатордың магниттеу индуктивтігі Lp, желілік кернеу және жүктеме кернеуі Vz-ге дерлік толығымен байланысты. Энергияны жұту үшін конденсатор мен резистор қолданылғанда, қайталану жиілігі R C уақыт тұрақтысына, немесе R шағын немесе болмаған жағдайда L C уақыт тұрақтысына тәуелді болады (L, Lp, Ls немесе Lp,s болуы мүмкін).

Патенттер

1937 жылы тіркелген 2211852 АҚШ патенті, "Блоктаушы осциллятор аппараты". (вакуумдық түтік негізінде). 1951 жылы тіркелген 2745012 АҚШ патенті, "Транзисторлық блоктаушы осцилляторлар". 1955 жылы тіркелген 2780767 АҚШ патенті, "Төмен кернеуді жоғары тұрақты кернеуге түрлендіруге арналған схемалық құрылым". 1956 жылы тіркелген 2881380 АҚШ патенті, "Кернеу түрлендіргіш".