차단 발진기

Blocking oscillator
고체 차단 발진기의 기초
이 회로에서 생성되는 파형
차단 발진기인 이 줄 도둑 회로는 밝기를 트레이드오프하면서 1.5V 배터리에서 발광 다이오드에 비교적 장시간 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.

차단 발진기(일명 펄스 발진기)는 저항기, 변압기 및 트랜지스터 또는 진공관 등의 증폭 소자만 필요로 하는 자유 주행 신호를 생성할 수 있는 개별 전자 부품의 단순한 구성입니다.이 이름은 증폭 소자가 듀티 사이클의 대부분 동안 차단되거나 차단되어 완화 발진기의 원리에 따라 주기적인 펄스를 생성한다는 사실에서 유래되었습니다.비 사인파 출력은 무선 주파수 로컬 오실레이터로 사용하기에는 적합하지 않지만, 전원 조명, LED, Elwire 또는 소형 네온 표시기의 타이밍 발생기 역할을 할 수 있습니다.출력을 오디오 신호로서 사용하는 경우는, 알람이나 모스 부호 연습 장치등의 애플리케이션에서도 심플한 톤으로 충분하다.일부 카메라는 적목현상을 줄이기 위해 촬영 전에 차단 발진기를 사용하여 플래시를 촬영합니다.

회로의 단순성으로 인해, 상용 전자 키트의 많은 학습 프로젝트의 기반이 됩니다.변압기의 2차 권선은 스피커, 램프 또는 릴레이 권선에 공급될 수 있습니다.저항 대신 타이밍 캐패시터와 병렬로 배치된 전위차계를 통해 주파수를 자유롭게 조정할 수 있지만, 낮은 저항에서는 트랜지스터가 과다 구동되어 손상될 수 있습니다.출력 신호가 진폭에서 점프하여 크게 왜곡됩니다.

회로 동작

이 회선은 변압기를 통한 양의 피드백에 의해 동작하며 스위치가 닫힐 때의closed 시간T와 스위치가 열릴 때의open 시간T의 2회입니다.분석에는 다음과 같은 약어가 사용됩니다.

  • t, 시간, 변수
  • Tclosed: 닫힌 사이클이 끝나는 순간, 열린 사이클이 시작되는 순간.또, 스위치가 닫힐 때의 시간 간격도 나타냅니다.
  • Topen: 오픈 사이클 종료 시 순간, 클로즈드 사이클 시작 시.T=0과 동일.또, 스위치가 열려 있는 시간의 측정치입니다.
  • Vb, 소스 전압.브이battery
  • Vp, 1차 권선을 가로지르는 전압이상적인 스위치는 기본 스위치 전체에 공급 전압b V를 나타내므로 이상적인 경우p V = V입니다b.
  • Vs, 2차 권선의 전압
  • Vz, 예를 들어 제너 다이오드의 역전압 또는 발광 다이오드(LED)의 순방향 전압에 의해 발생하는 고정 부하 전압.
  • Im, 프라이머리 전류 자화
  • 프라이머리에서의peak,m I, 최대 또는 "피크" 자화 전류.T 직전에open 발생합니다.
  • Np, 1차 턴 수
  • Ns, 2차 턴 수
  • N은 N/N으로p 정의된s 회전비입니다. 이상적인 조건에서 작동하는 이상적인 변압기의 경우 I = I/Nps, V = N×V입니다sp.
  • Lp, 1차(자기) 일관성, 1차 턴 수p N 제곱 및 "유도 계수" A. 자기L 유도는 종종L L = A×Np2×10−9 [1]henrys로 표기된다p.
  • R, 복합 스위치 및 프라이머리 저항
  • Up, 권선의 자기장 플럭스에 저장된 에너지로, 자화 전류m I로 나타납니다.

보다 자세한 분석을 위해서는 다음이 필요합니다.

  • M = 상호 인덕턴스. 1차에서 생성된 자기장이 2차에서 결합(공유)되는 정도에 따라 결정되며, 그 반대도 마찬가지입니다.커플링커플링은 절대 완벽하지 않습니다. 항상 소위 1차 및 2차 "누출 플럭스"가 있습니다.일반적으로 단락 2차 및 단락 1차 측정에서 계산됩니다.
    • Lp,leak = 1차 권선에 의해 생성되고 1차 권선에만 결합되는 자기장을 나타내는 자기장
    • Ls,leak = 2차 권선에 의해 생성되고 2차 권선에만 결합되는 자기장을 나타내는 자기장
  • Cwindings = 권선간 캐패시턴스.값은 프라이머리 턴, 세컨더리 턴 및 프라이머리-세컨더리 권선에 대해서만 존재합니다.보통 단일 값으로 결합됩니다.

T 중의closed 동작(스위치가 닫혀 있는 시간)

스위치(트랜지스터, 진공 튜브)가 닫히면 소스 전압b V가 변압기 1차 전체에 걸쳐 배치됩니다.변압기의[2] 자화 전류m I는 I = Vprimary×t/L입니다mp. 여기서 t(시간)는 0에서 시작하는 변수입니다.이 자화 전류는m 2차 부하로 흐르는 반사 2차 전류s I(예: 스위치의 컨트롤 단자로 유입되고 1차 = Is/N에서 반사 2차 전류)에 "승차"합니다.변화하는 1차 전류는 변압기의 권선을 통해 변화하는 자기장("변화")을 유발하며, 이 변화장은 (매우) 안정된 2차 전압s V = N×V를b 유도합니다.일부 설계(그림에 표시된 것처럼)에서는 2차 전압s V가 소스 전압b V에 추가됩니다. 이 경우 1차 전압(스위치가 닫힌 시간 동안)이 약 V이기b 때문에s V = (N+1b)×V입니다.또는 스위치는 제어 전압 또는 전류의 일부를 V에서 직접b 얻고 나머지는 유도s V에서 얻을 수 있습니다.따라서 스위치 제어 전압 또는 전류는 '동상'으로 스위치가 닫힌 상태로 유지되며 스위치를 통해 프라이머리 전체에서 소스 전압이 유지됩니다.

1차 저항이 거의 또는 전혀 없고 스위치 저항이 거의 또는 전혀 없는 경우, 자화 전류m I의 증가는 제1항의 공식에 의해 정의된 '선형 램프'이다.상당한 1차 저항 또는 스위치 저항 또는 둘 다(예를 들어 1차 코일 저항과 이미터 내 저항, FET 채널 저항 등)가 있는 경우, L/R 시간 상수는p 자화 전류를 지속적으로 기울기가 감소하는 상승 곡선으로 한다.어느 경우든 자화 전류가m 전체 1차(및 스위치) 전류p I을 지배하게 됩니다.리미터가 없다면 그것은 영원히 증가할 것이다.단, 첫 번째 경우(저저항)에서는 스위치가 더 많은 전류를 "지원"할 수 없기 때문에 유효 저항이 너무 증가하여 스위치 전체의 전압 강하가 공급 전압과 같아집니다. 이 상태에서는 스위치가 "포화"(예를 들어 트랜지스터의 게인fe h 또는 "베타")라고 불립니다.제2의 경우(예를 들어 1차 저항 및/또는 이미터 저항 우위)에서는 전류의 (감소) 기울기가 감소하여 2차로의 유도전압이 스위치를 닫힌 상태로 유지하기에 더 이상 적절하지 않다.세 번째 경우, 자성 "핵심" 물질은 포화됩니다. 즉, 이 경우 1차에서 2차로의 유도가 실패합니다.모든 경우에 1차 자화 전류(및 플럭스)의 상승률 또는 포화 코어 재료의 경우 플럭스의 직접 상승률은 0(또는 거의 0)으로 떨어집니다.처음 2개의 경우 1차 전류가 계속 흐르지만 1차 회로의 공급전압b V를 총저항 R로 나눈 정상값에 근접한다.이 전류 제한 조건에서는 변압기의 유속이 안정적입니다.플럭스를 변경하는 것만이 2차 전압 유도를 일으키기 때문에, 안정된 플럭스는 유도의 실패를 나타냅니다.세컨더리 전압이 0으로 떨어집니다.스위치가 열립니다.

T 중의open 동작(스위치가 열려 있는 시간)

스위치가 T에서open 열렸으므로 1차 자화 전류는peak,m I = Vp×Tclosed/L이며p, 에너지p U는 I(에너지m U = 1/2×Lp×Ipeak,m2)에 의해 생성된peak,m 이 "자화" 필드에 저장됩니다.그러나 이제 스위치가 열리면서 1차 전압이 제거되는 자기장 또는 정상 상태 자기장의 추가 증가를 유지할 수 있는 1차b 전압(V)이 없습니다.자기장(flux)이 붕괴하기 시작하고, 붕괴는 전류와 전압을 1차 회전, 2차 회전 또는 둘 다로 유도하여 에너지를 회로로 되돌립니다.프라이머리 유도는 프라이머리 회전을 통해 모든 플럭스(프라이머리 인덕턴스p L로 표시됨)가 통과합니다.붕괴 플럭스는 프라이머리 전압을 생성하여 프라이머리 스위치에서 (현재 개방된) 스위치로 전류를 계속 흐르거나 LED나 제너 다이오드 등의 프라이머리 부하로 흐르게 합니다.2차 유도는 상호(링크된) 플럭스가 통과하는 2차 회전을 통해 이루어집니다. 이 유도는 2차에서 전압을 나타내며, 이 전압이 차단되지 않으면(예: FET 게이트의 매우 높은 임피던스에 의해) 2차 회로로 2차 전류가 흐릅니다(단, 반대 방향).어떤 경우에도 전류를 흡수하는 부품이 없으면 스위치의 전압이 매우 빠르게 상승합니다.1차 부하가 없거나 매우 제한된 2차 전류의 경우 전압은 권선의 분산 캐패시턴스(일명 권선간 캐패시턴스)에 의해서만 제한되며 스위치가 파괴될 수 있습니다.에너지를 흡수하기 위해 2차 부하가 작은 인터윈딩 캐패시턴스만 존재할 경우 매우 고주파 진동이 발생하며, 이러한 "기생 진동"은 전자파 간섭의 가능한 원천을 나타냅니다.

이제 보조 전압의 전위는 다음과 같은 방식으로 음으로 바뀝니다.플럭스의 붕괴에 의해 프라이머리로부터 현재 열려 있는 스위치로 1차 전류가 흐르도록 유도합니다.즉, 스위치가 닫혔을 때와 같은 방향으로 흐르도록 유도됩니다.프라이머리 스위치엔드에서 전류가 흐르려면 스위치엔드의 프라이머리 전압이 공급전압b V의 다른 쪽 끝에 대해 양의 전압이 되어야 합니다.단, 이는 스위치가 닫혔을 때의 1차 전압과는 극성이 반대되는 것을 나타냅니다.T에서는closed 프라이머리 스위치엔드가 약 0이었고, 따라서 전원엔드에 대해 음이 되었습니다.T에서는open V에 대해b 음이 되었습니다.

변압기의 "권선 감지"(권선 방향) 때문에 2차 전압에서 나타나는 전압은 음이 되어야 합니다.음의 제어 전압은 스위치(예: NPN 바이폴라 트랜지스터 또는 N 채널 FET)를 개방 상태로 유지하며, 이 상황은 붕괴 플럭스의 에너지가 (뭔가에 의해) 흡수될 때까지 지속됩니다.흡수기가 1차 회로(예z: 전압 V가 1차 권선에 "접속"되어 있는 제너 다이오드(또는 LED))에 있는 경우, 전류 파형은 I = Ipeak,m - Vz×Topenp/L 공식에p 의해 결정되는 시간open t의 삼각형이며, 여기서peak,m I는 스위치가 열리는 시점에 1차 전류입니다.업소버가 캐패시터일 경우 전압 및 전류 파형은 1/2 사이클 사인파이며, 업소버가 캐패시터 + 저항인 경우 파형은 1/2 사이클 감쇠 사인파입니다.

마지막으로 에너지 방전이 완료되면 제어 회로가 "차단 해제"됩니다.이제 스위치에 대한 제어 전압(또는 전류)이 제어 입력으로 "유동"되어 스위치를 닫습니다.이는 캐패시터가 제어 전압 또는 전류를 "정류"할 때 보다 쉽게 확인할 수 있습니다. 링잉 발진은 제어 전압 또는 전류를 음(스위치 개방)에서 0(스위치 폐쇄)까지 전달합니다.

반복률 1/(Tclosed + Topen)

가장 간단한 경우, 전체 사이클의 지속시간(Tclosed + Topen)과 그 반복속도(사이클 지속시간의 역수)는 거의 전적으로 변압기의 자화 인덕턴스p L, 공급전압 및 부하전압z V에 의존합니다.캐패시터와 저항을 사용하여 에너지를 흡수하는 경우 반복률은 R-C 시간 상수 또는 R이 작거나 존재하지 않는 경우 L-C 시간 상수에 따라 달라집니다(L은p L, Ls 또는p,s L일 수 있음).

특허

  • 1937년에 출원된 미국 특허 2211852.[3] "발진기 차단 장치" (진공관 주변).
  • 1951년에 출원된 미국 특허 2745012,[4] "발진기 차단 트랜지스터"
  • 1955년에 출원된 미국 특허 [5]2780767 "저전압을 고전압으로 변환하기 위한 회로 배치"
  • 1956년에 출원된 미국 특허 2881380,[6] "전압 변환기"

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ A는L 코일의 형상(길이, 면적 및 분리 등), 자성 재료를 통과하는 자기 경로의 형상(있는 경우), 면적 및 길이, 자성 재료(있는 경우) 및 기본 물리 상수를 나타냅니다.연속 자성 재료의 미개봉 "코어"는L 1000~10,000 범위의 A를 가지며, 갭 코어는 100L~1000 범위의 A를 갖습니다.로드, "플러그", 하프코어 등은 10~100 범위의 A를 가진다L.2차 인덕턴스s L에도 같은 공식이 존재합니다.자세한 내용은 2008년 9월 1일자 Ferroxcube "빅 카탈로그" 7-13페이지를 참조하십시오.자성 물질이 없는 코일의 인덕턴스를 결정하는 방법은 10장 "Langford-Smith 1953:429-449의 인덕턴스 계산"을 참조하십시오.
  2. ^ 이는 인덕턴스의 전압 강하에 대해 기본 및 스위치 저항이 작을 때 정확합니다(L×dIprmary/dt. di/dt는 시간에 따른 전류 변화).
  3. ^ 미국 특허 2211852: 1937년 1월 22일 출원된 '차단 발진기 장치' 2016년 8월 16일 취득
  4. ^ 미국 특허 2745012:1951년 8월 18일에 제출된 "트랜지스터 차단 발진기"는 2016년 8월 16일에 회수되었습니다.
  5. ^ 미국 특허 2780767: "저전압을 고압직접전압으로 변환하기 위한 회로 배치"(1955년 출원), 2016년 8월 16일 취득
  6. ^ 미국 특허 2881380: 1956년 10월 15일 출원된 "전압 변환기"는 2016년 8월 16일을 취득했다.

레퍼런스

  • Jacob Millman and Herbert Taub, 1965, 펄스, 디지털 및 스위칭 파형: 생성 및 처리를 위한 장치 및 회로, McGrow-Hill Book Company, NY, LCCN 64-66293.16장 "블로킹-오실레이터 회로" 597-621페이지 및 문제 페이지 924-929를 참조하십시오.Millman과 Taub는 "사실 동조 발진기와 차단 발진기 사이의 유일한 본질적인 차이는 변압기 권선 사이의 결합의 견고성에 있다."(616페이지)고 관찰했다.
  • Joseph Petit and Malcolm McWhotter, 1970, Electronic Switching, Timing, and Pulse Circuits: 제2판, McGraw-Hill Book Company, NY, LCCN: 78-114292.특히 7장 "인덕터 또는 변압기를 포함하는 회로" 페이지 180-218, "단일 고정 차단 발진기" 페이지 203ff 및 7-14 "안정 차단 발진기" 페이지 206ff를 참조하십시오.
  • Jacob Millman and Christos Halkias, 1967, 맥그로-힐 북 컴퍼니, 뉴욕, 전자 기기 및 회로, ISBN0-07-042380-6.차단 오실레이터의 튜닝된 버전, 즉 적절히 설계되면 예쁜 사인파를 만드는 회로는 17-17 "공진 회로 오실레이터" 페이지 530–532를 참조하십시오.
  • F. Langford-Smith, 1953년, Radiotron Designer's Handbook, 제4판, 무선 프레스(Wireless Valve Company Pty., Sydney, Australia)와 Radio Corporation of America, Electron Tube Division, Harrison NJ(1957년).

외부 링크