Cách hoạt động của Bộ tạo dao động chặn

Bộ dao động chặn là một trong những dạng bộ dao động đơn giản nhất có thể tạo ra các dao động tự duy trì thông qua việc sử dụng chỉ một vài bộ phận thụ động và một bộ phận tích cực duy nhất.

Tên 'chặn' được áp dụng do thực tế là việc chuyển mạch của thiết bị chính dưới dạng BJT bị chặn (cắt) thường xuyên hơn nó được phép thực hiện trong quá trình dao động, và do đó có tên chặn dao động .

Nơi thường sử dụng bộ tạo dao động chặn

Bộ dao động này sẽ tạo ra một đầu ra sóng vuông có thể được ứng dụng hiệu quả để tạo mạch SMPS hoặc bất kỳ mạch chuyển mạch tương tự nào, nhưng không thể được sử dụng để vận hành thiết bị điện tử nhạy cảm.

Các nốt âm được tạo ra bằng bộ tạo dao động này trở nên hoàn toàn phù hợp với báo thức, thiết bị thực hành mã morse, bộ sạc pin không dây v.v ... Mạch cũng có thể áp dụng như ánh sáng nhấp nháy trong máy ảnh, thường có thể được nhìn thấy ngay trước khi nhấp vào đèn flash, tính năng này giúp giảm hiệu ứng mắt đỏ khét tiếng.

Do cấu hình đơn giản, điều này mạch dao động được sử dụng rộng rãi trong các bộ dụng cụ thí nghiệm, và học sinh cảm thấy dễ dàng và thú vị khi nắm bắt các chi tiết một cách nhanh chóng.

Cách hoạt động của bộ tạo dao động chặn

Đối với tạo dao động chặn , việc lựa chọn các thành phần trở nên khá quan trọng để nó có thể hoạt động với hiệu quả tối ưu.

Khái niệm về bộ dao động chặn thực sự rất linh hoạt, và kết quả từ nó có thể rất đa dạng, chỉ đơn giản bằng cách thay đổi đặc tính của các thành phần liên quan như điện trở, máy biến áp.

Các máy biến áp ở đây đặc biệt trở thành một phần quan trọng và dạng sóng đầu ra phụ thuộc rất nhiều vào loại hoặc cấu tạo của máy biến áp này. Ví dụ khi một máy biến áp xung được sử dụng trong một mạch dao động chặn, dạng sóng đạt được hình dạng của các sóng hình chữ nhật bao gồm các chu kỳ tăng và giảm nhanh.

Đầu ra dao động từ thiết kế này trở nên tương thích hiệu quả với đèn, loa và thậm chí cả rơ le.

Một đơn điện trở có thể thấy việc điều khiển tần số của một bộ dao động chặn, và do đó nếu điện trở này được thay thế bằng một cái nồi, tần số sẽ trở nên thay đổi bằng tay và có thể được điều chỉnh theo yêu cầu của người dùng.

Tuy nhiên, cần chú ý không giảm giá trị dưới một giới hạn quy định, nếu không có thể làm hỏng bóng bán dẫn và tạo ra các đặc tính dạng sóng đầu ra không ổn định bất thường. Luôn luôn nên đặt một điện trở cố định giá trị tối thiểu an toàn mắc nối tiếp với nồi để ngăn ngừa tình trạng này.

Hoạt động mạch

Mạch hoạt động với sự trợ giúp của phản hồi tích cực qua máy biến áp bằng cách kết hợp hai khoảng thời gian chuyển mạch viz, thời gian Tc đóng lại khi công tắc hoặc bóng bán dẫn đóng và thời gian Topen khi bóng bán dẫn mở (không dẫn điện). Các từ viết tắt sau được sử dụng trong phân tích:

• t, thời gian, một trong các biến
• Tc kín: tức thì khi kết thúc chu trình đóng, khởi tạo chu trình mở. Cũng là một cường độ thời gian thời hạn khi công tắc đóng.
• Topen: tức thời vào mỗi cuối chu kỳ mở hoặc đầu chu kỳ đóng. Tương tự như T = 0. Cũng là một cường độ thời gian thời hạn bất cứ khi nào công tắc mở.
• Vb, điện áp cung cấp, ví dụ: Vbattery
• Vp, điện áp trong cuộn sơ cấp. Một bóng bán dẫn chuyển mạch lý tưởng sẽ cho phép cung cấp điện áp Vb qua sơ cấp, do đó trong tình huống lý tưởng Vp sẽ là = Vb.
• Vs, điện áp băng qua cuộn dây thứ cấp
• Vz, điện áp tải cố định do ví dụ: bằng điện áp ngược lại của một điốt Zener hoặc điện áp thuận của một đèn (LED) được kết nối.
• Im, dòng điện từ hóa qua sơ cấp
• Ipeak, m, dòng điện từ hóa cao nhất hoặc 'đỉnh' ở mặt chính của trafo. Diễn ra ngay trước Topen.
• Np, số lượt chính
• Ns, số lượt phụ
• N, tỷ số của cuộn dây cũng được xác định là Ns / Np ,. Đối với một máy biến áp có cấu hình hoàn hảo làm việc với điều kiện lý tưởng, chúng ta có Is = Ip / N, Vs = N × Vp.
• Lp, độ tự cảm sơ cấp, một giá trị được tính bằng số vòng dây chính Np bình phương và một 'hệ số tự cảm' AL. Hiện tượng tự cảm thường được biểu thị với công thức Lp = AL × Np2 × 10−9 henries.
• R, công tắc kết hợp (bóng bán dẫn) và điện trở chính
• Năng lượng tích lũy trong từ thông của từ trường trên các cuộn dây, được biểu thị bằng dòng từ hóa Im.

Hoạt động trong suốt thời gian đóng (thời gian khi công tắc đóng)

Thời điểm bóng bán dẫn chuyển mạch kích hoạt hoặc kích hoạt, nó áp dụng điện áp nguồn Vb trên cuộn sơ cấp của máy biến áp.

Hành động tạo ra dòng điện từ hóa Im trên máy biến áp là Im = Vprimary × t / Lp

trong đó t (thời gian) có thể thay đổi theo thời gian và bắt đầu bằng 0. Dòng điện từ hóa được chỉ định Im bây giờ 'chạy theo' bất kỳ dòng điện thứ cấp được tạo ngược nào Có thể xảy ra gây ra tải trên cuộn dây thứ cấp (ví dụ như vào bộ điều khiển đầu cuối (cơ sở) của công tắc (bóng bán dẫn) và sau đó được hoàn nguyên về dòng điện thứ cấp trong sơ cấp = Is / N).

Đến lượt nó, dòng điện thay đổi ở cuộn sơ cấp tạo ra một từ thông thay đổi trong các cuộn dây của máy biến áp tạo ra điện áp khá ổn định Vs = N × Vb trên cuộn thứ cấp.

Trong nhiều cấu hình, điện áp phía thứ cấp Vs có thể cộng với điện áp nguồn Vb do thực tế là điện áp phía sơ cấp xấp xỉ Vb, Vs = (N + 1) × Vb trong khi công tắc (bóng bán dẫn) ở chế độ tiến hành.

Do đó, quy trình chuyển mạch có thể có xu hướng thu được một phần điện áp hoặc dòng điện điều khiển của nó trực tiếp từ Vb trong khi phần còn lại thông qua Vs.

Điều này ngụ ý rằng điện áp điều khiển công tắc hoặc dòng điện sẽ 'trong pha'

Tuy nhiên, trong tình huống không có điện trở sơ cấp và điện trở không đáng kể trên chuyển mạch bóng bán dẫn, có thể dẫn đến sự gia tăng dòng điện từ hóa Im với 'đường nối tuyến tính' có thể được biểu thị bằng công thức như đã cho ở đoạn đầu tiên.

Ngược lại, giả sử có độ lớn đáng kể của điện trở sơ cấp đối với bóng bán dẫn hoặc cả hai (điện trở kết hợp R, ví dụ điện trở cuộn sơ cấp cùng với điện trở được gắn với bộ phát, điện trở kênh FET), thì hằng số thời gian Lp / R có thể dẫn đến đường cong dòng điện từ hóa tăng với độ dốc giảm liên tục.

Trong cả hai trường hợp, dòng điện từ hóa Im sẽ có tác động chỉ huy thông qua Ip dòng điện sơ cấp và bóng bán dẫn kết hợp.

Điều này cũng ngụ ý rằng nếu không có điện trở giới hạn thì hiệu ứng có thể tăng lên vô hạn.

Tuy nhiên, như đã nghiên cứu ở trên trong trường hợp đầu tiên (điện trở thấp), bóng bán dẫn cuối cùng có thể không xử lý được dòng điện quá mức, hoặc nói một cách đơn giản, điện trở của nó có thể có xu hướng tăng đến mức điện áp giảm trên thiết bị có thể bằng điện áp cung cấp gây ra bão hòa hoàn toàn của thiết bị (có thể được đánh giá từ thông số kỹ thuật hfe hoặc 'beta' của bóng bán dẫn).

Trong tình huống thứ hai (ví dụ bao gồm điện trở sơ cấp và / hoặc điện trở cực phát đáng kể), độ dốc (giảm) của dòng điện có thể đạt đến điểm mà điện áp cảm ứng trên cuộn thứ cấp chỉ đơn giản là không đủ để giữ bóng bán dẫn ở vị trí dẫn.

Trong kịch bản thứ ba, lõi được sử dụng cho máy biến áp có thể đạt đến điểm bão hòa và sụp đổ mà lần lượt int sẽ ngăn nó hỗ trợ bất kỳ sự từ hóa nào nữa và cấm quá trình cảm ứng sơ cấp sang thứ cấp.

Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng trong cả ba tình huống như đã thảo luận ở trên, tốc độ dòng điện sơ cấp tăng lên hoặc tốc độ tăng của từ thông trong lõi của trafo trong trường hợp thứ ba, có thể cho thấy xu hướng giảm xuống bằng không.

Khi nói điều này, trong hai trường hợp đầu tiên, chúng tôi thấy rằng mặc dù thực tế là dòng điện sơ cấp dường như vẫn tiếp tục cung cấp, nhưng giá trị của nó chạm vào một mức không đổi có thể chỉ bằng giá trị nguồn cung cấp bởi Vb chia cho tổng của điện trở R ở phía sơ cấp.

Trong điều kiện 'giới hạn dòng điện' như vậy, từ thông của máy biến áp có thể có xu hướng hiển thị trạng thái ổn định. Ngoại trừ từ thông thay đổi, có thể tiếp tục tạo ra điện áp trên mặt thứ cấp của trafo, điều này ngụ ý rằng một từ thông ổn định là dấu hiệu cho sự thất bại của quá trình cảm ứng trên cuộn dây dẫn đến điện áp thứ cấp giảm xuống bằng không. Điều này làm cho công tắc (bóng bán dẫn) mở.

Phần giải thích toàn diện ở trên giải thích rõ ràng cách hoạt động của bộ tạo dao động chặn và cách mạch dao động linh hoạt và rất linh hoạt này có thể được sử dụng cho bất kỳ ứng dụng cụ thể nào và được tinh chỉnh đến mức mong muốn, khi người dùng có thể thích thực hiện.