ब्लॉकिंग ऑसिलेटर

सॉलिड-स्टेट ब्लॉकिंग ऑसिलेटर का आधार

इस परिपथ द्वारा उत्पन्न तरंग

यह जौल चोर परिपथ , एक अवरुद्ध ऑसीलेटर, का उपयोग 1.5V बैटरी से प्रकाश उत्सर्जक डायोड को अपेक्षाकृत लंबी अवधि के लिए विद्युत् देने के लिए किया जा सकता है, जिसमें चमक एक ट्रेडऑफ़ है।

एक ब्लॉकिंग ऑसिलेटर (कभी-कभी पल्स ऑसिलेटर कहा जाता है) असतत इलेक्ट्रॉनिक घटकों का एक सरल विन्यास है जो एक इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला मुक्त चलने वाला संकेत उत्पन्न कर सकता है, जिसके लिए केवल एक अवरोधक, एक ट्रांसफार्मर और एक ट्रांजिस्टर या वेक्यूम - ट्यूब जैसे एक प्रवर्धक तत्व की आवश्यकता होती है। यह नाम इस तथ्य से लिया गया है कि प्रवर्धक तत्व अधिकांश कार्य चक्र के लिए कट-ऑफ या अवरुद्ध है, एक विश्राम दोलक के सिद्धांत पर आवधिक दालों का उत्पादन करता है। गैर-साइनसोइडल आउटपुट रेडियो-आवृत्ति लोकल ऑसिलेटर के रूप में उपयोग करने के लिए उपयुक्त नहीं है, किंतु यह विद्युत् का प्रकाश , एलईडी, एलवायर, या छोटे नियॉन संकेतकों के लिए टाइमिंग जनरेटर के रूप में काम कर सकता है। यदि आउटपुट का उपयोग ऑडियो संकेत के रूप में किया जाता है, तो साधारण स्वर भी अलार्म या मोर्स कोड अभ्यास उपकरण जैसे अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त होते हैं। कुछ कैमरे रेड-आई प्रभाव को कम करने के लिए शॉट से पहले फ्लैश को स्ट्रोब करने के लिए ब्लॉकिंग ऑसिलेटर का उपयोग करते हैं।

परिपथ की सरलता के कारण, यह वाणिज्यिक इलेक्ट्रॉनिक किटों में कई शिक्षण परियोजनाओं का आधार बनता है। ट्रांसफॉर्मर की सेकेंडरी वाइंडिंग को स्पीकर, लैंप या रिले की वाइंडिंग में फीड किया जा सकता है। प्रतिरोधक के अतिरिक्त, टाइमिंग कैपेसिटर के समानांतर रखा गया एक तनाव नापने का यंत्र आवृत्ति को स्वतंत्र रूप से समायोजित करने की अनुमति देता है, किंतु कम प्रतिरोध पर ट्रांजिस्टर अतिप्रवाहित हो सकता है, और संभवतः क्षतिग्रस्त हो सकता है। आउटपुट संकेत आयाम में कूद जाएगा और बहुत विकृत हो जाएगा।

परिपथ ऑपरेशन

परिपथ ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से सकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण काम करता है और इसमें दो बार समय T_closed सम्मिलित होता है जब स्विच बंद होता है, और समय T_open जब स्विच विवर्त हो। विश्लेषण में निम्नलिखित संक्षिप्त रूपों का उपयोग किया जाता है:

• T, समय, एक चर
• T_closed: बंद चक्र के अंत में तत्काल, विवर्त चक्र की प्रारंभ । स्विच बंद होने पर समय अवधि का भी एक उपाय है ।
• T_open: विवर्त चक्र के अंत में तत्काल, बंद चक्र की प्रारंभ । T = 0 के समान। स्विच के विवर्त रहने की समय अवधि का भी एक माप।
• V_b, स्रोत वोल्टेज उदा। V_battery
• V_p, प्राथमिक वाइंडिंग में वोल्टेज। एक आदर्श स्विच आपूर्ति वोल्टेज V_b प्रस्तुत करेगा प्राथमिक में, इसलिए आदर्श स्थिति में V_p = V_b
• V_s, द्वितीयक वाइंडिंग में वोल्टेज
• V_z, निश्चित लोड वोल्टेज जैसे की वजह से ज़ेनर डायोड के उत्क्रम वोल्टेज या प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के फॉरवर्ड वोल्टेज द्वारा।
• I_m, प्राथमिक में चुम्बकीय धारा
• I_peak,m, प्राथमिक में अधिकतम या शिखर चुम्बकीय धारा। T_open के ठीक पहले आता है.
• N_p, प्राथमिक घुमावों की संख्या
• N_s, द्वितीयक घुमावों की संख्या
• N, घुमावों का अनुपात N_s/N_p के रूप में परिभाषित किया गया है, आदर्श परिस्थितियों में काम करने वाले एक आदर्श ट्रांसफार्मर के लिए, I_s = I_p/N, V_s = N×V_p
• L_p, प्राथमिक (स्वयं) अधिष्ठापन, प्राथमिक की संख्या द्वारा निर्धारित मान N_p चुकता, और एक अधिष्ठापन कारक A_L स्व-अधिष्ठापन को अधिकांशतः L_p = A_L×N_p²×10⁻⁹ हेनरी के रूप में लिखा जाता है।
• R, संयुक्त स्विच और प्राथमिक प्रतिरोध
• U_p, घुमावदार में चुंबकीय क्षेत्र के प्रवाह में संग्रहीत ऊर्जा, जैसा कि चुंबकीयकरण वर्तमान I_m द्वारा दर्शाया गया है

अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए निम्नलिखित की आवश्यकता होगी:

• M = पारस्परिक अधिष्ठापन, इसका मान उस डिग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है जिस पर प्राथमिक जोड़े द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र को (द्वितीयक द्वारा साझा किया जाता है), और इसके विपरीत। युग्मन। युग्मन कभी भी पूर्ण नहीं होता है; वहाँ सदैव तथाकथित प्राथमिक और माध्यमिक रिसाव प्रवाह होता है। सामान्यतः शॉर्ट-परिपथ माध्यमिक और शॉर्ट-परिपथ प्राथमिक माप से गणना की जाती है।
  • L_p,leak = स्व-अधिष्ठापन जो केवल प्राथमिक वाइंडिंग द्वारा निर्मित और युग्मित चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है
  • L_s,leak = स्व-अधिष्ठापन जो केवल द्वितीयक वाइंडिंग्स द्वारा निर्मित और युग्मित चुंबकीय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है
• C_windings = इंटरवाइंडिंग कैपेसिटेंस मान केवल प्राथमिक घुमावों के लिए उपस्थित होते हैं, द्वितीयक केवल मुड़ते हैं, और प्राथमिक-से-द्वितीयक घुमाव। सामान्यतः एक ही मान में संयुक्त होते है।

T_closed के समय ऑपरेशन (समय जब स्विच बंद हो जाता है)

जब स्विच (ट्रांजिस्टर, वैक्यूम ट्यूब) बंद हो जाता है तो यह स्रोत वोल्टेज V_b रखता है ट्रांसफॉर्मर प्राथमिक भर में चुम्बकीय धारा I_m I_m = V_primary×t/L_p; है यहाँ t (समय) एक चर है जो 0 से प्रारंभ होता है। यह चुंबकित धारा I_m है किसी परावर्तित द्वितीयक धारा I_s पर सवारी करेगा जो एक द्वितीयक भार में प्रवाहित होता है (उदाहरण के लिए स्विच के नियंत्रण टर्मिनल में; प्राथमिक = I_s/N में परावर्तित द्वितीयक धारा) ट्रांसफॉर्मर की वाइंडिंग के माध्यम से बदलते प्राथमिक धारा के कारण एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र (फ्लक्स) का कारण बनता है; यह बदलता क्षेत्र एक (अपेक्षाकृत) स्थिर माध्यमिक वोल्टेज V_s = N×V_b को प्रेरित करता है कुछ डिज़ाइनों में (जैसा कि चित्र में दिखाया गया है) द्वितीयक वोल्टेज V_s स्रोत वोल्टेज V_b में जोड़ता है; इस स्थिति में क्योंकि प्राथमिक (स्विच बंद होने के समय ) वोल्टेज लगभग V_bहै, V_s = (N+1)×V_b वैकल्पिक रूप से स्विच अपने कुछ नियंत्रण वोल्टेज या धारा को सीधे V_b से प्राप्त कर सकता है और बाकी प्रेरित V_s से इस प्रकार स्विच-नियंत्रण वोल्टेज या धारा चरण में है जिसका अर्थ है कि यह स्विच को बंद रखता है, और यह (स्विच के माध्यम से) स्रोत वोल्टेज को प्राथमिक भर में बनाए रखता है।

इस स्थिति में जब कोई प्राथमिक प्रतिरोध नहीं होता है और बहुत कम या कोई स्विच प्रतिरोध नहीं होता है, तो चुंबकीयकरण वर्तमान I_m में वृद्धि होती है पहले पैराग्राफ में सूत्र द्वारा परिभाषित एक रेखीय रैंप है। स्थिति में जब महत्वपूर्ण प्राथमिक प्रतिरोध या स्विच प्रतिरोध या दोनों (कुल प्रतिरोध आर, जैसे प्राथमिक-कॉइल प्रतिरोध और उत्सर्जक में एक अवरोधक, एफईटी चैनल प्रतिरोध), L_p/R समय स्थिरांक के कारण चुम्बकीय धारा लगातार घटती ढलान के साथ बढ़ती हुई वक्र होती है। किसी भी स्थिति में चुंबकीयकरण धारा I_m कुल प्राथमिक (और स्विच) वर्तमान I_p पर हावी हो जाएगा बिना किसी सीमांकन के यह सदैव के लिए बढ़ जाएगा। चूँकि पहले स्थिति में (कम प्रतिरोध), स्विच अंततः अधिक वर्तमान का समर्थन करने में असमर्थ होगा जिसका अर्थ है कि इसका प्रभावी प्रतिरोध इतना बढ़ जाता है कि स्विच भर में वोल्टेज ड्रॉप आपूर्ति वोल्टेज के समान हो जाता है; इस स्थिति में स्विच को संतृप्त कहा जाता है (उदाहरण के लिए यह ट्रांजिस्टर के लाभ h_fe द्वारा निर्धारित किया जाता है या बीटा)। दूसरे स्थिति में (उदाहरण के लिए प्राथमिक और/या उत्सर्जक प्रतिरोध प्रमुख) वर्तमान की (घटती) ढलान एक बिंदु तक कम हो जाती है जैसे माध्यमिक में प्रेरित वोल्टेज स्विच को बंद रखने के लिए पर्याप्त नहीं रह जाता है। तीसरे स्थिति में, चुंबकीय कोर पदार्थ संतृप्त होती है, जिसका अर्थ है कि यह अपने चुंबकीय क्षेत्र में और वृद्धि का समर्थन नहीं कर सकती है; इस स्थिति में प्राथमिक से माध्यमिक में प्रवेश विफल हो जाता है। सभी स्थतियो में, प्राथमिक चुंबकीयकरण वर्तमान (और इसलिए प्रवाह) की वृद्धि की दर, या सीधे संतृप्त कोर पदार्थ के स्थिति में प्रवाह की वृद्धि की दर, शून्य (या शून्य के समीप ) तक गिर जाती है। पहले दो स्थतियो में, चूँकि प्राथमिक धारा प्रवाहित होती रहती है, यह आपूर्ति वोल्टेज V के समान स्थिर मान तक पहुंचती है_b प्राथमिक परिपथ में कुल प्रतिरोध आर द्वारा विभाजित। इस वर्तमान-सीमित स्थिति में ट्रांसफार्मर का फ्लक्स स्थिर रहेगा। केवल फ्लक्स बदलने से द्वितीयक में वोल्टेज का समावेश होता है, इसलिए एक स्थिर प्रवाह प्रेरण की विफलता का प्रतिनिधित्व करता है। द्वितीयक वोल्टेज शून्य हो जाता है। स्विच विवर्त जाता है।

T_open के समय ऑपरेशन (समय जब स्विच विवर्त है)

अब जबकि स्विच T_open पर विवर्त है, प्राथमिक में चुम्बकीय धारा I_peak,m = V_p×T_closed/L_p, है, और ऊर्जा U_p I_peak,m (energy U_m = 1/2×L_p×I_peak,m²) द्वारा बनाए गए इस चुम्बकीय क्षेत्र में संग्रहीत है किंतु अब कोई प्राथमिक वोल्टेज नहीं है (V_b) चुंबकीय क्षेत्र, या यहां तक ​​कि एक स्थिर-अवस्था क्षेत्र में और वृद्धि को बनाए रखने के लिए, स्विच को खोला जा रहा है और इस तरह प्राथमिक वोल्टेज को हटाया जा रहा है। चुंबकीय क्षेत्र (फ्लक्स) गिरना प्रारंभ हो जाता है, और पतन प्राथमिक घुमावों, द्वितीयक घुमावों, या दोनों में धारा और वोल्टेज को प्रेरित करके ऊर्जा को परिपथ में वापस लाता है। प्राथमिक में प्रेरण प्राथमिक घुमावों के माध्यम से होगा जिसके माध्यम से सभी प्रवाह गुजरता है (प्राथमिक अधिष्ठापन L_p द्वारा दर्शाया गया है); कोलैप्सिंग फ्लक्स प्राथमिक वोल्टेज बनाता है जो धारा को या तो प्राइमरी से बाहर (अब-ओपन) स्विच की ओर या प्राथमिक लोड जैसे कि एलईडी या जेनर डायोड, आदि में प्रवाहित होने के लिए विवश करता है। सेकेंडरी में इंडक्शन के माध्यम से होगा द्वितीयक घुमाव जिसके माध्यम से पारस्परिक (जुड़ा हुआ) प्रवाह गुजरता है; इस प्रेरण के कारण वोल्टेज द्वितीयक पर दिखाई देता है, और यदि यह वोल्टेज अवरुद्ध नहीं होता है (जैसे डायोड द्वारा या एफईटी गेट के बहुत उच्च प्रतिबाधा द्वारा), द्वितीयक धारा द्वितीयक परिपथ में प्रवाहित होगी (किंतु विपरीत दिशा में)। किसी भी स्थिति में, यदि वर्तमान को अवशोषित करने के लिए कोई घटक नहीं हैं, तो स्विच पर वोल्टेज बहुत तेजी से बढ़ता है। प्राथमिक भार के बिना या बहुत सीमित द्वितीयक धारा के स्थिति में वोल्टेज केवल वाइंडिंग के वितरित कैपेसिटेंस (तथाकथित इंटरवाइंडिंग कैपेसिटेंस) द्वारा सीमित होगा, और यह स्विच को नष्ट कर सकता है। जब ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए केवल इंटरवाइंडिंग कैपेसिटेंस और एक छोटा माध्यमिक भार उपस्थित होता है, तो बहुत उच्च आवृत्ति दोलन होते हैं, और ये परजीवी दोलन विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के संभावित स्रोत का प्रतिनिधित्व करते हैं।

द्वितीयक वोल्टेज की क्षमता अब निम्नलिखित विधि से नकारात्मक हो जाती है। ढहने वाला प्रवाह प्राथमिक प्रवाह को प्राथमिक से अब-विवर्त स्विच की ओर प्रवाहित करने के लिए प्रेरित करता है अर्थात उसी दिशा में प्रवाहित होता है जब स्विच बंद था। प्राथमिक के स्विच-एंड से धारा प्रवाहित होने के लिए, स्विच एंड पर प्राथमिक वोल्टेज इसके दूसरे सिरे के सापेक्ष धनात्मक होना चाहिए जो कि आपूर्ति वोल्टेज V_b पर है किंतु यह ध्रुवीयता के विपरीत एक प्राथमिक वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है जो उस समय के समय था जब स्विच बंद था: T_closed के समय, प्राथमिक का स्विच-एंड लगभग शून्य था और इसलिए आपूर्ति अंत के सापेक्ष नकारात्मक था; अब T_open के समय यह V_b के सापेक्ष धनात्मक हो गया है

ट्रांसफॉर्मर की वाइंडिंग सेंस (इसकी वाइंडिंग की दिशा) के कारण, द्वितीयक पर दिखाई देने वाला वोल्टेज अब ऋणात्मक होना चाहिए। एक नकारात्मक नियंत्रण वोल्टेज स्विच (जैसे एनपीएन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर या एन-चैनल एफईटी) को विवर्त बनाए रखेगा, और यह स्थिति तब तक बनी रहेगी जब तक कि ढहने वाले प्रवाह की ऊर्जा अवशोषित नहीं हो जाती (कुछ द्वारा)। जब अवशोषक प्राथमिक परिपथ में होता है, उदा। वोल्टेज वी के साथ एक जेनर डायोड (या एलईडी)।_z प्राथमिक वाइंडिंग्स में पीछे की ओर जुड़ा हुआ है, वर्तमान वेवशेप समय T_open के साथ एक त्रिकोण है सूत्र I_p = I_peak,m - V_z×T_open/L_p, द्वारा निर्धारित, यहां I_peak,m स्विच के खुलने के समय प्राथमिक धारा होना। जब अवशोषक एक संधारित्र होता है तो वोल्टेज और वर्तमान तरंगें एक 1/2 चक्र साइनवेव होती हैं, और यदि अवशोषक एक संधारित्र प्लस अवरोधक होता है, तो तरंगें एक 1/2 चक्र नम साइनवेव होती हैं।

अंत में जब ऊर्जा निर्वहन पूरा हो जाता है, नियंत्रण परिपथ अनब्लॉक हो जाता है। स्विच पर नियंत्रण वोल्टेज (या धारा ) अब नियंत्रण इनपुट में प्रवाहित होने और स्विच को बंद करने के लिए स्वतंत्र है। यह देखना आसान है जब एक संधारित्र नियंत्रण वोल्टेज या धारा को कम्यूट करता है; रिंगिंग ऑसीलेशन नियंत्रण वोल्टेज या वर्तमान को नकारात्मक (स्विच ओपन) से 0 से सकारात्मक (स्विच बंद) तक ले जाता है।

पुनरावृत्ति दर 1/(T_closed + T_open)

सबसे सरल स्थिति में, कुल चक्र की अवधि (T_closed + T_open), और इसलिए इसकी पुनरावृत्ति दर (चक्र अवधि का व्युत्क्रम), लगभग पूरी तरह से ट्रांसफार्मर के चुंबकीय प्रेरण L_p पर निर्भर है, आपूर्ति वोल्टेज, और लोड वोल्टेज V_z जब ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए एक संधारित्र और प्रतिरोधक का उपयोग किया जाता है, तो पुनरावृत्ति दर आरसी समय स्थिरक पर निर्भर होती है। आर-सी समय-स्थिर, या एल-सी समय स्थिर जब आर छोटा या गैर-उपस्थित होता है L L_p, L_s or L_p,s हो सकता है

नपीएन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर या एन-चैनल एफईटी) को विवर्त बनाए रखेगा, और यह स्थिति तब तक बनी रहेगी जब तक कि ढहने वाले प्रवाह की ऊर्जा अवशोषित नहीं हो जाती (कुछ द्वारा)। जब अवशो

पेटेंट

• यूएस पेटेंट 2211852, 1937 में अंकित, ऑसिलेटर तंत्र को अवरुद्ध करना। (एक वैक्यूम ट्यूब के आसपास आधारित)।
• यूएस पेटेंट 2745012, 1951 में अंकित, ट्रांजिस्टर ब्लॉकिंग ऑसिलेटर्स।
• यूएस पेटेंट 2780767, 1955 में अंकित, कम वोल्टेज को उच्च प्रत्यक्ष वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए परिपथ व्यवस्था।
• यूएस पेटेंट 2881380, 1956 में अंकित, वोल्टेज कनवर्टर।

यह भी देखें

• फ्लाईबैक कन्वर्टर
• आगे कनवर्टर
• जूल चोर

संदर्भ

• Millman, Jacob; Taub, Herbert (1965). "16. Blocking-Oscillator Circuits". Pulse, Digital, and switching Waveforms: Devices and circuits for their generation and processing. McGraw-Hill. pp. 597–621, See p. 616. problems 924–9. Bibcode:1965pdsw.book.....M. LCCN 64-66293. OCLC 896642528. As a matter of fact, the only essential difference between the tuned oscillator and the blocking oscillator is in the tightness of coupling between the transformer windings.
• Petit, Joseph; McWhorter, Malcolm (1970). "7. Circuits Containing Inductors or Transformers". Electronic Switching, Timing, and Pulse Circuits (2nd ed.). McGraw-Hill. pp. 180–218. LCCN 78-114292. In particular §7-13 The monostable blocking oscillator" p. 203ff and §7-14 The astable blocking oscillator p. 206ff.
• Millman, Jacob; Halkias, Christos (1967). Electronic Devices and Circuits. McGraw-Hill. ISBN 0-07-042380-6. For a tuned version of the blocking oscillator, i.e. a circuit that will make pretty sinewaves if properly designed, see 17-17 "Resonant-Circuit Oscillators" pp. 530–2.
• Langford-Smith, F. (1968) [1953]. Radiotron Designer's Handbook (4th ed.). Wireless Press (Wireless Valve Company Pty., Sydney, Australia) together with Radio Corporation of America. OCLC 705976463.

बाहरी संबंध

• Calvert, James B. (2002). "The blocking oscillator". Electronics Index. Denver University. An elementary (no mathematics) and informative description of various blocking oscillator circuits, employing BJTs and Triodes.
• McDonald, J. (1964). "Circuit models to predict switching performance of nanosecond blocking oscillators". Transactions on Circuits and Systems. 11 (4): 442–8. doi:10.1109/TCT.1964.1082353. A paper deriving some circuit models in order to predict the switching performance of BJT blocking oscillators.