Почему работает генератор электрических колебаний?

Question

[R0bur]

В опубликованной на Хабре статье "Как быстро проверить все конденсаторы на плате. Пр..." приводится электрическая схема, основу которой составляет блокинг-генератор:



Собранный по предложенной схеме прибор работает. Но попытка объяснить на качественном уровне принцип работы генератора наталкивается на противоречие, которое говорит о том, что эта схема работать не должна. Прошу помочь найти ошибку в рассуждениях.

Предположение 1. Ток в базовой катушке ограничен резистором, он много меньше тока в коллекторной катушке, и влиянием его изменения на электромагнитные процессы можно пренебречь.
Предположение 2. Катушка на сердечнике выполнена намоткой сверху вниз по часовой стрелке. Будем называть верхнюю половину катушки "базовой", а нижнюю - "коллекторной".



Тогда работа генератора представляется следующим образом.

1. После замыкания ключа через базовую катушку начинает течь ток, который открывает транзистор.
   
2. Через коллекторную катушку и открывшийся транзистор начинает течь ток I₁, создавая в общем сердечнике магнитный поток Ф, вектор магнитной индукции B₁ которого направлен вниз (по правилу буравчика).
   
3. С увеличением тока I₁ магнитный поток Ф также увеличивается, что приводит к возникновению ЭДС индукции в базовой катушке (по закону ЭМ-индукции Фарадея).
   

По правилу Ленца, индуцированная ЭДС такова, что создаваемый ею ток I₂ должен противодействовать изменению электромагнитного поля, которым вызвана индукция. Поэтому направление тока I₂ должно быть таким, чтобы вектор индукции B₂ создаваемого им магнитного поля был направлен противоположно вектору B₁, то есть вверх. Такое направление возникает при течении тока от среднего вывода катушки к базе транзистора, против часовой стрелки относительно сердечника, если смотреть сверху.

Получается, что индуцированная в базовой катушке ЭДС способствует поддержанию базового тока транзистора, и транзистор остаётся открытым. Но для генерации колебаний транзистор должен переключаться из открытого состояния в закрытое и обратно. Для этого что-то должно периодически противодействовать базовому току, останавливать его, чтобы транзистор закрылся. Таким фактором могла бы быть электромагнитная индукция, вызываемая изменением тока в коллекторной катушке, но изложенные выше рассуждения не подтверждают это предположение.

Изменение направления намотки катушки (сверху вниз против часовой стрелки) приводит к изменению направлений векторов магнитной индукции B₁ и B₂ на противоположные, но направление индуцированного тока I₂ всё равно совпадает с базовым током.



Так почему же генератор, собранный по опубликованной схеме, всё-таки работает?

Comments

[Виктор]

схема, основу которой составляет блокинг-генератор

Нет, эта схема не является блокинг-генератором. Классический БГ включает в себя ещё и конденсатор, которого на этой схеме нет.
А этот генератор по старой терминологии, ещё совецких времён, именовался L-генератор, и работает он на совсем других принципах, чем блокинг.

Answer 1

[VT100]

Состояние переключается, когда транзистор не может поддерживать нарастание тока коллектора ввиду ограниченного тока базы и малого активного сопротивления коллекторной катушки (плюс - возможное падение индуктивности коллекторной обмотки из-за насыщения сердечника).
Как только рост тока коллекторной катушки уменьшается - уменьшается рост тока базовой и ПОС зарывает транзистор.

Comments

[R0bur]

То есть, ход рассуждений был правильный, их надо было только продолжить... Просто изначально я предполагал, что увеличение тока через коллекторную катушку должно противодействовать току через базовую катушку (то есть, что между ними не ПОС, а ООС), и остановился, когда увидел, из рассуждений это не следует. Спасибо за помощь!

Answer 2

[Виктор]

Эта штука - совсем не блокинг-генератор. Это L-генератор, который для генерации умеет обходиться без конденсатора. Сейчас термин "L-генератор" практически исчез из употребления, во всяком случае Гугл его не знает, знают только старики вроде меня.
В классическом блокинге индуктивность определяет только длительность импульса, а его период задаётся именно конденсатором (точнее, постоянной времени RC в базовой цепи). А в L-генераторе и период, и длительность определяются только параметрами катушки индуктивности. Из-за этого он гораздо чувствительнее к этим параметрам, т.е. сильно капризнее в настройке. Заставить его устойчиво работать куда труднее, чем блокинг.

Comments

[R0bur]

Интересные сведения, спасибо! Видимо, в описываемом приборе L-генератор применён именно из-за простоты его изготовления и минимума деталей. Для простого ESR-индикатора не важна точность частоты и форма импульсов - главное запустить колебания в диапазоне 20 - 150 кГц. А с этим он на удивление неплохо справляется - проверено на разных видах сердечников, разными намоточными проводами и даже с разным числом витков.

[Виктор]

R0bur, я был неправ, когда утверждал, что L-генератор забыт. Гугл действительно не в курсе, но стоило мне поискать с помощью Яндекса, лучше ориентирующегося в Рунете, как дополнительные сведения про L-генератор нашлись.
Ну и ещё, вот вам полезная для практики схема 2-тактного L-генератора:

Она была придумана для питания 9-вольтового мультиметра от элемента АА и стала очень популярна после опубликования в журнале "Радио" (кажется, в давние 90-е). Хитрая особенность - базовые переходы транзисторов одновременно выпрямляют выходной ток. Из-за этого сюда годятся не любые транзисторы. Из-за этой же особенности этот генератор практически не потребляет тока от АА при отключении нагрузки, что приводит к ненужности отдельного выключателя питания.

Answer 3

[pfg21]

почитать статью по работе блокинг генератора. там все расписано. и помню книжку с математическим описанием всех стадий работы

Comments

[Виктор]

описанием всех стадий работы

Половина этих стадий касается формирования периода колебаний БГ, который задаётся постоянной времени RC в базовой цепи (вторая половина - это формирование длительности самого импульса).
А в том генераторе, который подсунул нам автор вопроса, нет ни R, ни C, и принцип работы совсем другой, чем у БГ.
Так что ваш ответ неверный, читать статью про БГ в данном конкретном случае бесполезно.