Un oscilador de bloqueo (a veces llamado oscilador de pulso ) es una configuración simple de componentes electrónicos discretos que pueden producir una señal de funcionamiento libre , que requiere solo una resistencia , un transformador y un elemento amplificador, como un transistor o un tubo de vacío . El nombre se deriva del hecho de que el elemento amplificador está cortado o "bloqueado" durante la mayor parte del ciclo de trabajo , produciendo pulsos periódicos según el principio de un oscilador de relajación . La salida no sinusoidal no es adecuada para su uso como oscilador local de radiofrecuencia, pero puede servir como generador de sincronización, para alimentar luces, LED , cables EL o pequeños indicadores de neón. Si la salida se utiliza como señal de audio , los tonos simples también son suficientes para aplicaciones como alarmas o un dispositivo de práctica de código Morse . Algunas cámaras utilizan un oscilador de bloqueo para activar el flash antes de disparar y reducir el efecto de ojos rojos .
Debido a la simplicidad del circuito, constituye la base de muchos de los proyectos de aprendizaje en kits electrónicos comerciales. El devanado secundario del transformador se puede alimentar a un altavoz, una lámpara o los devanados de un relé. En lugar de una resistencia, un potenciómetro colocado en paralelo con el condensador de sincronización permite ajustar libremente la frecuencia, pero con resistencias bajas el transistor puede sobreexcitarse y posiblemente dañarse. La señal de salida aumentará de amplitud y se distorsionará mucho.
El circuito funciona debido a la retroalimentación positiva a través del transformador e involucra dos tiempos: el tiempo T cerrado cuando el interruptor está cerrado y el tiempo T abierto cuando el interruptor está abierto. En el análisis se utilizan las siguientes abreviaturas:
Un análisis más detallado requeriría lo siguiente:
Cuando el interruptor (transistor, tubo de vacío) se cierra, coloca el voltaje de la fuente V b a través del primario del transformador. La corriente magnetizante Im del transformador [2] es Im = V primaria ×t/L p ; aquí t (tiempo) es una variable que comienza en 0. Esta corriente magnetizante Im " viajará sobre" cualquier corriente secundaria reflejada I s que fluya hacia una carga secundaria (por ejemplo, hacia el terminal de control del interruptor; corriente secundaria reflejada en la carga primaria). = I s /N). La corriente primaria cambiante provoca un campo magnético cambiante ("flujo") a través de los devanados del transformador; este campo cambiante induce un voltaje secundario (relativamente) estable V s = N×V b . En algunos diseños (como se muestra en los diagramas), el voltaje secundario Vs se suma al voltaje de fuente Vb ; en este caso, debido a que el voltaje en el primario (durante el tiempo que el interruptor está cerrado) es aproximadamente V b , V s = (N+1)×V b . Alternativamente, el interruptor puede obtener parte de su tensión o corriente de control directamente de V b y el resto de la V s inducida . Por lo tanto, el voltaje o la corriente de control del interruptor está "en fase", lo que significa que mantiene el interruptor cerrado y (a través del interruptor) mantiene el voltaje de la fuente en el primario.
En el caso de que haya poca o ninguna resistencia primaria y poca o ninguna resistencia del interruptor, el aumento de la corriente magnetizante Im es una "rampa lineal" definida por la fórmula del primer párrafo. En el caso de que haya una resistencia primaria o una resistencia de conmutación significativas, o ambas (resistencia total R, por ejemplo, resistencia de la bobina primaria más una resistencia en el emisor, resistencia del canal FET), la constante de tiempo L p /R hace que la corriente magnetizante sea una curva ascendente con pendiente continuamente decreciente. En cualquier caso, la corriente magnetizante I m llegará a dominar la corriente primaria (y del interruptor) total I p . Sin un limitador, aumentaría para siempre. Sin embargo, en el primer caso (baja resistencia), el interruptor eventualmente no podrá "soportar" más corriente, lo que significa que su resistencia efectiva aumenta tanto que la caída de voltaje a través del interruptor es igual al voltaje de suministro; en esta condición se dice que el interruptor está "saturado" (por ejemplo, esto está determinado por la ganancia hfe o "beta" del transistor ) . En el segundo caso (por ejemplo, resistencia primaria y/o del emisor dominante), la pendiente (decreciente) de la corriente disminuye hasta un punto tal que el voltaje inducido en el secundario ya no es adecuado para mantener el interruptor cerrado. En un tercer caso, el material del "núcleo" magnético se satura, lo que significa que no puede soportar mayores aumentos en su campo magnético; en esta condición falla la inducción de primario a secundario. En todos los casos, la tasa de aumento de la corriente magnetizante primaria (y por lo tanto el flujo), o la tasa de aumento del flujo directamente en el caso de material del núcleo saturado, cae a cero (o cerca de cero). En los dos primeros casos, aunque la corriente primaria continúa fluyendo, se acerca a un valor constante igual al voltaje de suministro V b dividido por la resistencia total R en el circuito primario. En esta condición de corriente limitada, el flujo del transformador será estable. Sólo el cambio de flujo provoca la inducción de voltaje en el secundario, por lo que un flujo constante representa una falla de la inducción. El voltaje secundario cae a cero. El interruptor se abre.
Ahora que el interruptor se ha abierto en T abierto , la corriente magnetizante en el primario es I pico,m = V p ×T cerrado /L p , y la energía Up se almacena en este campo "magnetizante" creado por I pico, m (energía U m = 1/2×L p ×I pico,m 2 ). Pero ahora no hay voltaje primario (V b ) para sostener mayores aumentos en el campo magnético, o incluso un campo en estado estacionario, por lo que se abre el interruptor y, por lo tanto, se elimina el voltaje primario. El campo magnético (flujo) comienza a colapsar, y el colapso fuerza a que la energía regrese al circuito induciendo corriente y voltaje en las espiras primarias, las espiras secundarias o ambas. La inducción en el primario se realizará a través de las espiras primarias por las que pasa todo el flujo (representadas por la inductancia primaria L p ); el flujo colapsante crea un voltaje primario que obliga a la corriente a continuar fluyendo desde el primario hacia el interruptor (ahora abierto) o hacia una carga primaria como un LED o un diodo Zener, etc. La inducción hacia el secundario se realizará a través del giros secundarios a través de los cuales pasa el flujo mutuo (vinculado); esta inducción hace que aparezca voltaje en el secundario, y si este voltaje no está bloqueado (por ejemplo, por un diodo o por la muy alta impedancia de una puerta FET), la corriente secundaria fluirá hacia el circuito secundario (pero en la dirección opuesta). En cualquier caso, si no hay componentes que absorban la corriente, el voltaje en el interruptor aumenta muy rápidamente. Sin carga primaria o en el caso de una corriente secundaria muy limitada, la tensión estará limitada únicamente por las capacidades distribuidas de los devanados (la llamada capacitancia entre devanados) y esto puede destruir el interruptor. Cuando sólo está presente la capacitancia entre devanados y una pequeña carga secundaria para absorber la energía, se producen oscilaciones de muy alta frecuencia, y estas "oscilaciones parásitas" representan una posible fuente de interferencia electromagnética .
El potencial del voltaje secundario ahora pasa a negativo de la siguiente manera. El flujo colapsante induce que la corriente primaria fluya desde el primario hacia el interruptor ahora abierto, es decir, que fluya en la misma dirección en la que fluía cuando el interruptor estaba cerrado. Para que la corriente fluya desde el extremo del interruptor del primario, el voltaje primario en el extremo del interruptor debe ser positivo en relación con su otro extremo que está en el voltaje de suministro V b . Pero esto representa un voltaje primario de polaridad opuesta a lo que era durante el tiempo en que el interruptor estuvo cerrado: durante T cerrado , el extremo del interruptor del primario era aproximadamente cero y, por lo tanto, negativo en relación con el extremo de suministro; ahora durante T open se ha vuelto positivo en relación con V b .
Debido al "sentido de devanado" del transformador (dirección de sus devanados), el voltaje que aparece en el secundario ahora debe ser negativo . Un voltaje de control negativo mantendrá abierto el interruptor (por ejemplo, transistor bipolar NPN o FET de canal N) , y esta situación persistirá hasta que la energía del flujo colapsante haya sido absorbida (por algo). Cuando el absorbente está en el circuito primario, por ejemplo, un diodo Zener (o LED) con voltaje V z conectado "al revés" a través de los devanados primarios, la forma de onda de la corriente es un triángulo con el tiempo t abierto determinado por la fórmula I p = I pico ,m - V z ×T abierto /L p , aquí tengo un pico, siendo m la corriente primaria en el momento en que se abre el interruptor. Cuando el absorbente es un capacitor, las formas de onda de voltaje y corriente son una onda sinusoidal de 1/2 ciclo, y si el absorbente es un capacitor más resistencia, las formas de onda son una onda sinusoidal amortiguada de 1/2 ciclo.
Cuando finalmente se completa la descarga de energía, el circuito de control se "desbloquea". El voltaje (o corriente) de control al interruptor ahora puede "fluir" libremente hacia la entrada de control y cerrar el interruptor. Esto es más fácil de ver cuando un condensador "conmuta" el voltaje o la corriente de control; la oscilación del timbre transporta el voltaje o corriente de control desde negativo (interruptor abierto) a través de 0 hasta positivo (interruptor cerrado).
En el caso más simple, la duración del ciclo total (T cerrado + T abierto ), y por tanto su tasa de repetición (el recíproco de la duración del ciclo), depende casi por completo de la inductancia magnetizante del transformador L p , la tensión de alimentación y la tensión de carga V z . Cuando se utilizan un condensador y una resistencia para absorber la energía, la tasa de repetición depende de la constante de tiempo RC , o de la constante de tiempo LC cuando R es pequeña o inexistente (L puede ser L p , L s o L p, s ).
De hecho, la única diferencia esencial entre el oscilador sintonizado y el oscilador de bloqueo está en la estanqueidad del acoplamiento entre los devanados del transformador.