ブロッキング発振器徹底解説：仕組み、種類、実用応用

ブロッキング発振器について知りたいプロジェクトをお持ちですか？難しそうと心配していませんか？

ブロッキング発振器、別名パルス発振器回路は、シンプルで取り組みやすく、かつ日常生活の多くの場面で応用されています。私たちはブロッキング発振器の電子回路における重要性を理解し、知識を共有します。本記事では必要なすべてを網羅します。読み進めてください。

ブロッキング発振器とは？

図1：ブロッキング発振器回路図

ブロッキング発振器は、トランス、抵抗、増幅素子を用いて周期的なパルスを生成する離散波形発生器です。一般的な増幅素子にはトランジスタや真空管があります。その増幅素子がデューティサイクルの大部分で「ブロッキング（遮断）」状態になることからこの名が付きました。

ブロッキング発振器の重要パラメータ：

• パルス繰り返し時間
• パルス幅
• パルス繰り返し率

ブロッキング発振器の種類

すべてのブロッキング発振器にパルストランスが不可欠です。単一パルスを生成するならモノステーブル回路、自動的に状態を切り替えるならアステーブル発振器回路です。ブロッキング発振器でバイステーブル動作は実現できません。以下に各クラスを解説します。

モノステーブルブロッキング発振器

3巻線パルストランスとエミッタ抵抗で構成されます。負荷抵抗または負荷を減衰用に使用します。コレクタとベースのトランス巻線比で再生帰還を得ます。第3のトランス脚は任意で、負荷に正または負のパルスを提供します。以下の2タイプがあります。

• ベースタイミング型モノステーブルブロッキング発振器
• エミッタタイミング型モノステーブルブロッキング発振器

ベースタイミング型モノステーブルブロッキング発振器

図2：ベースタイミング型モノステーブル発振器概略図

パルストランス、トランジスタ、抵抗で構成されます。パルストランスが帰還を、抵抗がパルス持続時間を制御します。ベース-コレクタ巻線比はn:1で、コレクタ回路の1次巻線1ターンに対し、ベース回路にはnターンの2次巻線があります。

初期状態ではトランジスタはOFF、ベース電圧VBBは低く無視できます。トランジスタ電圧はコレクタ回路電圧VCCと等しくなります。コレクタに負の入力を導入するとコレクタ電圧VCCが低下し、トランス巻線極性によりベース電圧が実効的に上昇します。ベース-エミッタ間電圧VBEがカットイン電圧を超えると微小電流が流れ、コレクタ電流増加とコレクタ電圧低下、ループゲイン上昇を招き、最終的にトランジスタが飽和します。この状態は不安定で、トランジスタはカットオフへ移行することで安定化します。

エミッタタイミング型モノステーブルブロッキング発振器

図3：エミッタタイミング型モノステーブル発振器概略図

電流利得に依存しないパルス幅を持ち、エミッタ回路のタイミング抵抗でパルス幅を制御します。コレクタとベースには3巻線パルストランスを使用し、1次巻線をコレクタ、2次巻線をベース、第3巻線を負荷抵抗に接続して減衰用とします。この配置により、トランス1次と2次巻線間で電力極性反転が促進されます。エミッタタイミング型では、エミッタ抵抗が出力パルス周期を制御します。

アステーブルブロッキング発振器

2種類存在します。

• ダイオード制御型アステーブルブロッキング発振器
• RC制御型アステーブルブロッキング発振器

ダイオード制御型アステーブルブロッキング発振器

図4：ダイオード制御型アステーブルブロッキング発振器概略図

トランジスタのベースとトランス2次巻線の間にコンデンサ、トランジスタのコレクタとトランス1次巻線の間にダイオードを接続します。動作は、コレクタに初期パルスを与えてから除去することから始まります。この状態でダイオードは逆バイアス。トランス端子の電圧が位相変化なしでベースに誘導されます。やがてベース電流が上昇し、トランジスタにベース-エミッタ電圧VBEが発生。十分なVBEがカットイン電圧を超えてトランジスタをオンにします。コレクタ電流の増加でダイオードが順バイアスになり、トランス巻線に反映されてコンデンサが充電。充電中のコンデンサは放電電流を出さないためオフ状態。ベース電圧が十分低下してトランジスタがオフになります。ダイオード両端の電圧がトランス1次と2次に現れ、コンデンサが放電、ベース電流でトランジスタがオンになり、プロセスが繰り返されます。

RC制御型アステーブルブロッキング発振器

図5：RC制御型アステーブルブロッキング発振器概略図

エミッタにタイミング抵抗とコンデンサ回路を追加し、発振器のパルスタイミングを制御します。動作原理はダイオード制御型とほぼ同じですが、コンデンサ放電がダイオードではなく、抵抗-コンデンサネットワークの時定数で制御されます。

ブロッキング発振器の動作原理

発振器はパルストランスで矩形波を生成し、抵抗で出力周波数を制御します。休止状態ではトランジスタのベース電圧が最小でOFF状態。ベース電圧はゼロでないほうが良く、ノイズによる誤動作を防ぎます。コレクタにパルス信号を印加するとコレクタ電位が下がり、トランス作用でベース電位が上昇。やがてベース-エミッタ間電圧VBEがニ電圧を超え、トランジスタがカットオフから抜け、コレクタ電流が減少。トランス作用による位相反転でベース電位が上昇。ベース電位上昇とトランジスタ利得が1を超えると飽和駆動されます。飽和期間中はコレクタ電流が上昇しコレクタ電圧は一定。エミッタ電流はエミッタ抵抗とトランス帰還で決まります。コレクタ電流上昇でベース電流が一定減少。やがてベース電流が十分低下してトランジスタをカットオフに追い込み、サイクル/パルスが繰り返されます。

ブロッキング発振器の応用

• 電子回路における周期的スイッチとして重要
• デジタル回路の周波数分周器として使用可能
• 大ピーク電力パルス生成に不可欠
• 低インピーダンスシステムでのスイッチとして重要

結論

ブロッキング発振器の重要な側面と実生活への応用について議論しました。ブロッキング発振器やプロジェクトでお困りの際は、いつでもご相談ください。