ブロッキングオシレーター

Blocking_oscillator
ブロッキング発振器（とも呼ばれるパルス発振器）を生成することができる個別電子部品の簡単な構成で自走信号を唯一の必要、抵抗器、変圧器など、一個の増幅素子がトランジスタ又は真空管。この名前は、増幅素子がほとんどのデューティサイクルでカットオフまたは「ブロック」され、緩和発振器の原理に基づいて周期的なパルスを生成するという事実に由来しています。非正弦波出力は、無線周波数局部発振器としての使用には適していませんが、照明に電力を供給するためのタイミングジェネレータとして機能することができます。LED、Elwire、または小さなネオンインジケーター。出力を音声信号として使用する場合は、アラームやモールス信号の練習用デバイスなどのアプリケーションにもシンプルなトーンで十分です。一部のカメラは、赤目現象を軽減するために、ショットの前にブロッキングオシレーターを使用してフラッシュをストロボします。
ソリッドステートブロッキング発振器の基礎
この回路によって生成された波形 ジュール泥棒回路、ブロッキング発振器は、1.5Vバッテリーから発光ダイオードに比較的長期間電力を供給するために使用できますが、明るさはトレードオフです。
回路は単純であるため、市販の電子キットの多くの学習プロジェクトの基礎を形成します。トランスの二次巻線は、スピーカー、ランプ、またはリレーの巻線に供給することができます。抵抗の代わりに、タイミングコンデンサと並列に配置されたポテンショメータにより、周波数を自由に調整できますが、抵抗が低いと、トランジスタがオーバードライブされ、損傷する可能性が出力信号は振幅がジャンプし、大きく歪んでしまいます。

コンテンツ
1 回路動作
1.1 T閉時動作（スイッチ閉時） 1.2 Tオープン時の動作（スイッチオープン時） 1.3 繰り返し率1 /（Tクローズ+ Tオープン）
2 特許
3 も参照してください
4 脚注
5 参考文献
6 外部リンク

回路動作
回路は、トランスを介して正のフィードバックに起因動作し、Tが2回、時間を伴う閉鎖スイッチが閉じているときに、時間Tオープンスイッチが開いているとき。分析では、次の略語が使用されます。
t、時間、変数
Tクローズ：クローズドサイクルの終了時、オープンサイクルの開始時。また、スイッチが閉じている時間の測定値。
Tオープン：オープンサイクルの終了時、クローズドサイクルの開始時。T = 0と同じです。また、スイッチが開いている時間の測定。
V b、ソース電圧（例：Vバッテリー）
VのP、電圧を横切る一次巻線。理想的なスイッチは、電源電圧V提示するBのように、理想的なケースのVに、プライマリ横切っP = V B。
V S、電圧横切って二次巻線
V z、ツェナーダイオードの逆電圧または発光ダイオード（LED）の順電圧などによって引き起こされる固定負荷電圧。
I m、一次側の磁化電流
Iピーク、M一次側の電流を磁化、最大または「ピーク」。Tが開く直前に発生します。
N p、一次ターン数
N s、二次ターン数
N、N s / N p、として定義される巻数比。理想的な条件下で動作する理想的なトランスの場合、I s = I p / N、V s = N× Vp。
L p、一次（自己）インダクタンス、一次巻数N pの 二乗によって決定される値、および「インダクタンス係数」AL。自己インダクタンスは、多くの場合、Lのように書かれているP = A L ×NのP 2 ×10 -9ヘンリー。
R、スイッチと一次抵抗の組み合わせ
U p、磁化電流I mで表される、巻線の磁場の磁束に蓄積されたエネルギー。
より詳細な分析には、以下が必要です。
M =相互インダクタンス、その値は、一次側によって生成された磁場が二次側に結合する（共有される）程度によって決定され、その逆も同様です。カップリング。カップリングは決して完璧ではありません。いわゆる一次および二次「漏れフラックス」が常に通常、短絡二次測定値と短絡一次測定値から計算されます。
L p、leak =一次巻線によってのみ生成され、一次巻線に結合される磁場を表す自己インダクタンス
L s、leak =二次巻線によってのみ生成され、二次巻線に結合される磁場を表す自己インダクタンス
C巻線=巻線間容量。値は、一次ターンのみ、二次ターンのみ、および一次から二次への巻線に存在します。通常、単一の値に結合されます。

T閉時動作（スイッチ閉時）
スイッチ（トランジスタ、チューブ）は、電源電圧V場所閉じたときにBをトランスの一次横切っ。磁化電流I Mトランスの Iはmは= Vプライマリ×T / LのP。ここで（時間）Tは0から始まりこの磁化電流Iする変数であり、mは任意の「時の乗り」は二次電流I反射ますSスイッチの制御端子に二次負荷に流れる（例えば、一次、二次電流を反映します= I s / N）。変更一次電流が引き起こす変化変圧器の巻線磁界（「フラックス」）。この変更フィールドは（比較的）誘導定常二次電圧V S = N×VのBを。（図に示されているように）いくつかの設計では、二次電圧V Sは、電源電圧Vに追加B。この場合、一次側の両端の電圧（スイッチが閉じている間）は約V bであるため、V s =（N + 1）× Vbです。交互にスイッチは、その制御電圧の一部またはVから直接、現在入手可能B誘発Vから、残り秒。したがって、スイッチ制御の電圧または電流は「同相」であり、スイッチを閉じたままにし、（スイッチを介して）一次側のソース電圧を維持することを意味します。
一次抵抗がほとんどまたはまったくなく、スイッチ抵抗がほとんどまたはまったくない場合、磁化電流I mの増加は、最初の段落の式で定義される「線形ランプ」です。一次抵抗またはスイッチ抵抗、あるいはその両方が大きい場合（全抵抗R、たとえば一次コイル抵抗とエミッタ内の抵抗、FETチャネル抵抗）、L p / R時定数により磁化電流は傾斜が継続的に減少する上昇曲線。いずれの場合においても磁化電流I Mは、総一次（スイッチ）電流Iを支配するように来るPを。リミッターがないと、永久に増加します。ただし、最初のケース（低抵抗）では、スイッチは最終的にそれ以上の電流を「サポート」できなくなります。つまり、スイッチの両端の電圧降下が電源電圧に等しくなるほど、実効抵抗が増加します。この状態では、スイッチは「飽和」していると言われます（たとえば、これはトランジスタのゲインh feまたは「ベータ」によって決定されます）。2番目のケース（たとえば、一次抵抗および/またはエミッタ抵抗が支配的）では、電流の（減少する）傾きが減少し、二次への誘導電圧がスイッチを閉じたままにするのに十分ではなくなります。3番目のケースでは、磁性の「コア」材料が飽和します。これは、磁場のそれ以上の増加をサポートできないことを意味します。この状態では、一次から二次への誘導は失敗します。全ての場合において、上昇率の一次励磁電流（ひいてはフラックス）の、または飽和コア材料の場合には直接フラックスの上昇率は、ゼロ（またはゼロに近い）に低下します。一次電流が流れ続けるが最初の2つのケースでは、それは電源電圧Vに等しい一定値に近づくB一次回路における総抵抗Rで割った値です。この電流制限状態では、変圧器の磁束は安定します。磁束が変化するだけで二次側に電圧が誘導されるため、磁束が安定していると誘導が失敗します。二次電圧はゼロに低下します。スイッチが開きます。

Tオープン時の動作（スイッチオープン時）
今、スイッチがTに開設したことを開いた、一次に励磁電流IのあるM、ピーク= VのP ×Tは閉鎖/ L 、P、およびエネルギーUのPはIとによって作成され、この「磁化」フィールドに格納され、ピークm（エネルギーU m = 1/2× Lp ×Iピーク、m 2）。しかし、現在、磁場、または定常状態の磁場のさらなる増加を維持するための一次電圧（V b）はなく、スイッチが開かれ、それによって一次電圧が除去されます。磁場（磁束）が崩壊し始め、崩壊は、一次ターン、二次ターン、またはその両方に電流と電圧を誘導することにより、エネルギーを回路に押し戻します。一次側への誘導は、すべての磁束が通過する一次側ターンを介して行われます（一次インダクタンスL pで表されます）。崩壊する磁束は一次電圧を生成し、電流を一次から（現在開いている）スイッチに向かって、またはLEDやツェナーダイオードなどの一次負荷に流し続けます。二次への誘導は、相互（リンク）磁束が通過する二次ターン。この誘導により二次側に電圧が発生し、この電圧がブロックされていない場合（たとえば、ダイオードまたはFETゲートの非常に高いインピーダンスによって）、二次電流が二次回路に流れます（ただし反対方向）。いずれにせよ、電流を吸収するコンポーネントがない場合、スイッチの電圧は非常に速く上昇します。一次負荷がない場合、または二次電流が非常に限られている場合、電圧は巻線の分布容量（いわゆる巻線間容量）によってのみ制限され、スイッチを破壊する可能性がエネルギーを吸収するために巻線間容量と小さな二次負荷のみが存在する場合、非常に高い周波数の振動が発生し、これらの「寄生振動」は電磁干渉の原因となる可能性が
二次電圧の電位は、次のように負に反転します。崩壊する磁束は、一次電流が一次電流から現在開いているスイッチに向かって流れるように誘導します。つまり、スイッチが閉じたときに流れていたのと同じ方向に流れます。流れる電流のうち、一次のスイッチ端を、スイッチ端の一次電圧である必要があり、正の供給電圧Vであり、その他端に対してB。しかし、これは一次電圧表し反対それはスイッチが閉じた時間の間にあったものに極性を：Tは時閉じ、一次側のスイッチ端部がほぼゼロ、したがって供給端に対して負でした。今Tの間に開いて、それがVに対して正となっているB。
トランスの「巻線センス」（巻線の方向）のため、2次側に現れる電圧は負になっている必要が負の制御電圧はスイッチ（例えば、NPNバイポーラトランジスタまたはNチャネルFET）を開いたままにし、この状況は崩壊する磁束のエネルギーが（何かによって）吸収されるまで続きます。吸収体が一次回路にある場合、たとえば、電圧V zが一次巻線の両端に「逆方向」に接続されたツェナーダイオード（またはLED）の場合、電流波形は、式I p = Iピークによって決定される時間tが開いた三角形になります。、M – VのZ ×Tオープン/ LがPここで、Iピーク、Mスイッチが開く時に一次電流です。吸収器がコンデンサの場合、電圧と電流の波形は1/2サイクルの正弦波であり、吸収器がコンデンサと抵抗の場合、波形は1/2サイクルの減衰正弦波です。
ついにエネルギー放電が完了すると、制御回路は「ブロック解除」されます。これで、スイッチへの制御電圧（または電流）が自由に制御入力に「流れ」、スイッチが閉じます。これは、コンデンサが制御電圧または電流を「転流」するときに見やすくなります。リンギング発振は、制御電圧または電流を負（スイッチが開いている）から0を経て正（スイッチが閉じている）まで運びます。

繰り返し率1 /（Tクローズ+ Tオープン）
最も単純なケースでは、全サイクルの持続時間（Tクローズ+ Tオープン）、したがってその繰り返し率（サイクル持続時間の逆数）は、トランスの磁化インダクタンスL p、供給電圧、およびにほぼ完全に依存します。負荷電圧Vz。コンデンサと抵抗を使用してエネルギーを吸収する場合、繰り返し率はRC時定数、またはRが小さいか存在しない場合のLC時定数に依存します（LはL p、L s、またはL p、 s）。

特許
1937年に出願された米国特許2211852 「ブロッキング発振器装置」。（真空管をベースにしています）。
1951年に出願された米国特許2745012 「トランジスタブロッキング発振器」。
1955年に出願された米国特許第2780767号「低電圧を高直流電圧に変換するための回路構成」。
1956年に出願された米国特許2881380 「電圧変換器」。

も参照してください
フライバックコンバーター
フォワードコンバーター
ジュール泥棒

脚注
^ A Lは、コイルの形状（長さ、面積、間隔など）、磁性材料を通る磁路の形状（存在する場合）-その面積と長さ-磁性材料（存在する場合）、および基本的な物理定数。連続磁性材料でギャップなし「コア」は持っているL千〜10，000を、ギャップコアが有するL「プラグ」、半コア等が有していて、100〜1000の範囲の棒をL 10〜100の範囲です。同様の式は、二次インダクタンスLのために存在するS。参考までに、2008年9月1日付けのFerroxcubeの「ビッグカタログ」ページ7-13を参照して磁性材料なしのコイルのインダクタンスを決定する方法は、第10章Langford-Smith 1953：429-449のインダクタンスの計算に記載されています。
^ これは、一次抵抗とスイッチ抵抗がインダクタンスの両端の電圧降下に対して小さい場合に正確です（L×dI prmary / dt; di / dtは時間に対する電流の変化です）
^ 米国特許2211852。：「ブロッキング発振器装置」、1937年1月22日出願、2016年8月16日検索 ^ 米国特許2745012。：「トランジスタブロッキング発振器」、1951年8月18日出願、2016年8月16日検索 ^ 米国特許2780767。：「低電圧を高直流電圧に変換するための回路配置」、1955年に出願、
^ 米国特許2881380。：「電圧変換器」、1956年10月15日出願、2016年8月16日検索

参考文献
Jacob Millman and Herbert Taub、1965年、パルス、デジタル、およびスイッチング波形：生成と処理のためのデバイスと回路、McGraw-Hill Book Company、NY、LCCCN64-66293。第16章「ブロッキング発振器回路」の597〜621ページおよび問題の924〜929ページを参照してMillmanとTaubは、「実際のところ、調整された発振器とブロッキング発振器の唯一の本質的な違いは、変圧器の巻線間の結合の緊密さです」と述べています。（p。616）
Joseph Petit and Malcolm McWhorter、1970、Electronic Switching、Timing、and Pulse Circuits：2nd Edition、McGraw-Hill Book Company、NY、LCCCN：78-114292。第7章「インダクタまたはトランスを含む回路」の180〜218ページ、特に第7〜13章の「単安定ブロッキング発振器」を参照して203ffおよび7-14「非安定ブロッキング発振器」p。206ff。
ジェイコブ・ミルマンとクリストスHalkias、1967、電子デバイスや回路、マグローヒルブックカンパニー、NY、ISBN  0-07-042380-6。ブロッキング発振器の調整されたバージョン、つまり適切に設計された場合にかなりの正弦波を生成する回路については、17-17「共振回路発振器」の530〜532ページを参照して
F. Langford-Smith、1953年、Radiotron Designer’s Handbook、第4版、Wireless Press（Wireless Valve Company Pty。、シドニー、オーストラリア）とRadio Corporation of America、Electron Tube Division、Harrison NJ（1957）。

外部リンク
ブロッキング発振器、 James B.CalvertによるWebページ。BJTとTriodesを使用した、さまざまなブロッキング発振回路の基本（数学なし）および有益な説明。
発振器ブロッキングナノ秒のスイッチング性能を予測するための回路モデル、J.マクドナルド、 IEEEの 回路とシステム上のトランザクションのスイッチング性能を予測するために、いくつかの回路モデルを導出する、1964、第11巻、第4号、442- 448 A紙BJTのブロッキング発振器。