Oscilator - principiu de funcționare, tipuri, aplicație

Un sistem oscilant se numește oscilator. Adică, oscilatorii sunt sisteme în care se repetă periodic un indicator în schimbare sau mai mulți indicatori. Același cuvânt „oscilator” provine din latinescul „oscillo” – leagăn.

Oscilatorii joacă un rol important în fizică și tehnologie, deoarece aproape orice sistem fizic liniar poate fi descris ca un oscilator. Exemple de oscilatoare cele mai simple sunt un circuit oscilant și un pendul. Oscilatoarele electrice convertesc curentul continuu în curent alternativ și creează oscilații la frecvența necesară folosind un circuit de control.

Folosind exemplul unui circuit oscilator format dintr-o bobină de inductanță L și un condensator de capacitate C, este posibil să descriem procesul de bază de funcționare a unui oscilator electric. Un condensator încărcat, imediat după conectarea bornelor sale la bobină, începe să se descarce prin el, în timp ce energia câmpului electric al condensatorului este convertită treptat în energia câmpului electromagnetic al bobinei.

Când condensatorul este complet descărcat, toată energia sa va intra în energia bobinei, apoi sarcina va continua să se miște prin bobină și va reîncărca condensatorul în polaritatea opusă decât era la început.

De asemenea, condensatorul va începe să se descarce din nou prin bobină, dar în direcția opusă etc. — la fiecare perioadă de oscilație în circuit, procesul se va repeta până când oscilațiile vor dispărea din cauza disipării energiei pe rezistența bobinei de sârmă și în dielectricul condensatorului.

Într-un fel sau altul, circuitul oscilant din acest exemplu este cel mai simplu oscilator, deoarece în el se schimbă periodic următorii indicatori: sarcina condensatorului, diferența de potențial dintre plăcile condensatorului, puterea câmpului electric în dielectricul condensatorului, curentul prin bobină și inducția magnetică a bobinei. În acest caz, apar oscilații libere de amortizare.

Pentru ca oscilațiile oscilatorii să devină neamortizate, este necesar să se reumple energia electrică disipată. În același timp, pentru a menține o amplitudine constantă a oscilațiilor în circuit, este necesar să se controleze energia electrică de intrare, astfel încât amplitudinea să nu scadă sub și să nu crească peste o valoare dată. Pentru a atinge acest obiectiv, în circuit este introdusă o buclă de feedback.

În acest fel, oscilatorul devine un circuit amplificator cu reacție pozitivă, în care semnalul de ieșire este parțial alimentat la elementul activ al circuitului de comandă, în urma căruia se mențin în circuit oscilații sinusoidale continue de amplitudine și frecvență constante.Adică, oscilatoarele sinusoidale funcționează datorită fluxului de energie de la elementele active la cele pasive, cu sprijinul procesului dintr-o buclă de feedback. Vibrațiile au o formă ușor variabilă.

Oscilatorii sunt:

• cu feedback pozitiv sau negativ;

• cu formă de undă sinusoidală, triunghiulară, dinți de ferăstrău, dreptunghiulară; frecvență joasă, frecvență radio, frecvență înaltă etc.;

• RC, LC — oscilatoare, oscilatoare cu cristal (cuarț);

• oscilatoare de frecvență constantă, variabilă sau reglabilă.

Oscilator (generator) Royer

Pentru a converti o tensiune constantă în impulsuri dreptunghiulare sau pentru a obține oscilații electromagnetice în alt scop, puteți utiliza un oscilator transformator Royer sau un generator Royer... Acest dispozitiv include o pereche de tranzistoare bipolare VT1 și VT2, o pereche de rezistențe R1 și R2, o pereche de condensatoare C1 și C2 circuit magnetic saturat cu bobine -transformatorul T.

Tranzistoarele funcționează în modul cheie, iar circuitul magnetic saturat permite feedback pozitiv și, dacă este necesar, izolează galvanic înfășurarea secundară de bucla primară.

În momentul inițial de timp, când sursa de alimentare este pornită, mici curenți de colector încep să curgă prin tranzistori de la sursa Up. Unul dintre tranzistori se va deschide mai devreme (să fie VT1), iar fluxul magnetic care traversează înfășurările va crește și EMF indus în înfășurări va crește în același timp. EMF din înfășurările de bază 1 și 4 va fi astfel încât tranzistorul care a început să se deschidă primul (VT1) se va deschide și tranzistorul cu un curent de pornire mai mic (VT2) se va închide.

Curentul de colector al tranzistorului VT1 și fluxul magnetic din circuitul magnetic vor continua să crească până la saturația circuitului magnetic, iar în momentul saturației EMF din înfășurări se va întoarce la zero. Curentul colectorului VT1 va începe să scadă, fluxul magnetic va scădea.

Polaritatea EMF indusă în înfășurări se va inversa și deoarece înfășurările de bază sunt simetrice, tranzistorul VT1 începe să se închidă și VT2 începe să se deschidă.

Curentul de colector al tranzistorului VT2 va începe să crească până când creșterea fluxului magnetic se oprește (acum în direcția opusă), iar când EMF din înfășurări revine la zero, curentul de colector VT2 începe să scadă, fluxul magnetic scade, EMF schimbă polaritatea. Tranzistorul VT2 se va închide, VT1 se va deschide și procesul va continua să se repete ciclic.

Frecvența oscilațiilor generatorului Royer este legată de parametrii sursei de alimentare și de caracteristicile circuitului magnetic conform următoarei formule:

Up — tensiunea de alimentare; ω este numărul de spire ale fiecărei bobine a colectorului; S este aria secțiunii transversale a circuitului magnetic în cm2; Bn — inducția de saturație a miezului.

Deoarece în procesul de saturare a circuitului magnetic, EMF în înfășurările transformatorului va fi constantă, atunci în prezența unei înfășurări secundare, cu o sarcină conectată la aceasta, EMF va lua forma unor impulsuri dreptunghiulare. Rezistoarele din circuitele de bază ale tranzistoarelor stabilizează funcționarea convertorului, iar condensatoarele ajută la îmbunătățirea formei tensiunii de ieșire.

Oscilatoarele Royer pot funcționa la frecvențe de la unități la sute de kiloherți, în funcție de proprietățile magnetice ale miezului din transformatorul T.

Oscilatoare de sudare

Pentru a facilita aprinderea arcului de sudură și a menține stabilitatea acestuia, se folosesc oscilatoare de sudură. Oscilatorul de sudură este un generator de supratensiune de înaltă frecvență proiectat să funcționeze cu surse de alimentare convenționale AC sau DC... Este un generator de scântei cu oscilație amortizată bazat pe un transformator LF cu o tensiune secundară de 2 până la 3 kV.

Pe lângă transformator, circuitul conține un limitator, un circuit oscilant, bobine de cuplare și un condensator de blocare. Datorită circuitului oscilant, ca componentă principală, transformatorul de înaltă frecvență funcționează.

Vibrațiile de înaltă frecvență trec prin transformatorul de înaltă frecvență, iar tensiunea de înaltă frecvență este aplicată prin întreținerea arcului. Un condensator de bypass previne ocolirea sursei de alimentare cu arc. În circuitul de sudare este inclusă și o bobină de sudură pentru izolarea fiabilă a bobinei oscilatorului de curenții HF.

Cu o putere de până la 300 W, oscilatorul de sudură oferă impulsuri care durează câteva zeci de microsecunde, ceea ce este suficient pentru a aprinde un arc de lumină. Curentul de înaltă frecvență, de înaltă tensiune este pur și simplu suprapus pe circuitul de sudare de lucru.

Oscilatoarele pentru sudare sunt de două tipuri:

• alimentare cu impulsuri;

• acțiune continuă.

Excitatoarele oscilatoare continue funcționează continuu în timpul procesului de sudare, lovind arcul prin suprapunerea unui curent auxiliar de înaltă frecvență (150 până la 250 kHz) și de înaltă tensiune (3000 până la 6000 V) peste curentul său.

Acest curent nu va dăuna sudorului dacă sunt respectate măsurile de siguranță. Arcul sub influența curentului de înaltă frecvență arde uniform la o valoare scăzută a curentului de sudare.

Cele mai eficiente oscilatoare de sudura in conexiune in serie, intrucat nu necesita instalarea protectiei de inalta tensiune pentru sursa. În timpul funcționării, descărcătorul emite un trosnet liniștit printr-un spațiu de până la 2 mm, care este reglat înainte de a începe lucrul cu un șurub special (în acest moment, ștecherul este scos din priză!).

Sudarea AC folosește oscilatoare de putere pulsate pentru a ajuta la aprinderea arcului în timp ce inversează polaritatea curentului AC.