Oscillator - prinsipp for operasjon, typer, applikasjon

Et oscillerende system kalles en oscillator. Det vil si at oscillatorer er systemer der en eller annen skiftende indikator eller flere indikatorer periodisk gjentas. Det samme ordet "oscillator" kommer fra det latinske "oscillo" - swing.

Oscillatorer spiller en viktig rolle i fysikk og teknologi fordi nesten ethvert lineært fysisk system kan beskrives som en oscillator. Eksempler på de enkleste oscillatorene er en oscillerende krets og en pendel. Elektriske oscillatorer konverterer likestrøm til vekselstrøm og skaper oscillasjoner ved den nødvendige frekvensen ved hjelp av en kontrollkrets.

Ved å bruke eksemplet med en oscillerende krets som består av en spole med induktans L og en kondensator med kapasitans C, er det mulig å beskrive den grunnleggende prosessen med drift av en elektrisk oscillator. En ladet kondensator, umiddelbart etter å ha koblet terminalene til spolen, begynner å utlades gjennom den, mens energien til det elektriske feltet til kondensatoren gradvis omdannes til energien til det elektromagnetiske feltet til spolen.

Når kondensatoren er helt utladet, vil all energien gå inn i energien til spolen, så vil ladningen fortsette å bevege seg gjennom spolen og lade kondensatoren på nytt i motsatt polaritet enn den var til å begynne med.

Dessuten vil kondensatoren begynne å utlades igjen gjennom spolen, men i motsatt retning, etc. — hver svingningsperiode i kretsen vil prosessen gjenta seg selv inntil svingningene forsvinner på grunn av spredningen av energi på motstanden til trådspolen og i dielektrikumet til kondensatoren.

På en eller annen måte er oscilleringskretsen i dette eksemplet den enkleste oscillatoren, siden følgende indikatorer i den endres periodisk: ladningen i kondensatoren, potensialforskjellen mellom kondensatorplatene, styrken til det elektriske feltet i kondensatoren. dielektrikum til kondensatoren, strømmen gjennom spolen og magnetisk induksjon av spolen. I dette tilfellet oppstår frie dempende svingninger.

For at de oscillerende svingningene skal bli udempede, er det nødvendig å etterfylle den forsvunne elektriske energien. Samtidig, for å opprettholde en konstant amplitude av oscillasjoner i kretsen, er det nødvendig å kontrollere den innkommende elektrisiteten slik at amplituden ikke synker under og ikke øker over en gitt verdi. For å oppnå dette målet introduseres en tilbakemeldingssløyfe i kretsen.

På denne måten blir oscillatoren en positiv tilbakekoblingsforsterkerkrets, hvor utgangssignalet delvis mates til det aktive elementet i styrekretsen, som et resultat av at kontinuerlige sinusformede oscillasjoner med konstant amplitude og frekvens opprettholdes i kretsen.Det vil si at sinusformede oscillatorer fungerer på grunn av strømmen av energi fra aktive elementer til passive, med støtte av prosessen fra en tilbakemeldingssløyfe. Vibrasjonene har en litt variabel form.

Oscillatorene er:

• med positiv eller negativ tilbakemelding;

• med sinusformet, trekantet, sagtann, rektangulær bølgeform; lav frekvens, radiofrekvens, høy frekvens, etc.;

• RC, LC — oscillatorer, krystalloscillatorer (kvarts);

• konstante, variable eller justerbare frekvensoscillatorer.

Oscillator (generator) Royer

For å konvertere en konstant spenning til rektangulære pulser eller for å oppnå elektromagnetiske oscillasjoner for andre formål, kan du bruke en Royer-transformatoroscillator eller en Royer-generator... Denne enheten inkluderer et par bipolare transistorer VT1 og VT2, et par motstander R1 og R2, et par kondensatorer C1 og C2 også mettet magnetisk krets med spoler - transformator T.

Transistorene fungerer i nøkkelmodus, og den mettede magnetiske kretsen tillater positiv tilbakemelding og om nødvendig isolerer sekundærviklingen galvanisk fra primærsløyfen.

I det første øyeblikket, når strømforsyningen er slått på, begynner små kollektorstrømmer å strømme gjennom transistorene fra kilden opp. En av transistorene vil åpne tidligere (la VT1), og den magnetiske fluksen som krysser viklingene vil øke og EMF indusert i viklingene vil øke samtidig. EMF i basisviklingene 1 og 4 vil være slik at transistoren som begynte å åpne først (VT1) vil åpne og transistoren med lavere startstrøm (VT2) lukkes.

Kollektorstrømmen til transistoren VT1 og den magnetiske fluksen i den magnetiske kretsen vil fortsette å øke til metningen av den magnetiske kretsen, og i metningsøyeblikket vil EMF i viklingene bli null. Kollektorstrømmen VT1 vil begynne å avta, den magnetiske fluksen vil avta.

Polariteten til EMF indusert i viklingene vil reversere og siden basisviklingene er symmetriske, begynner transistoren VT1 å lukke seg og VT2 begynner å åpne.

Kollektorstrømmen til transistoren VT2 vil begynne å øke til økningen i magnetisk fluks stopper (nå i motsatt retning), og når EMF i viklingene går tilbake til null, begynner kollektorstrømmen VT2 å avta, den magnetiske fluksen avtar, EMF endrer polaritet. Transistor VT2 vil lukke, VT1 vil åpne og prosessen vil fortsette å gjenta seg syklisk.

Hyppigheten av svingninger til Royer-generatoren er relatert til parametrene til strømkilden og egenskapene til den magnetiske kretsen i henhold til følgende formel:

Opp — forsyningsspenning; ω er antall omdreininger av hver spole i kollektoren; S er tverrsnittsarealet til den magnetiske kretsen i kvadratcentimeter; Bn — kjernemetningsinduksjon.

Siden i prosessen med metning av den magnetiske kretsen, vil EMF i viklingene til transformatoren være konstant, så i nærvær av en sekundær vikling, med en belastning koblet til den, vil EMF ha form av rektangulære pulser. Motstander i basiskretsene til transistorene stabiliserer driften av omformeren, og kondensatorer bidrar til å forbedre formen på utgangsspenningen.

Royer-oscillatorer kan operere med frekvenser fra enheter til hundrevis av kilohertz, avhengig av de magnetiske egenskapene til kjernen i T-transformatoren.

Sveiseoscillatorer

For å lette tenning av sveisebuen og opprettholde stabiliteten, brukes sveiseoscillatorer. Sveiseoscillatoren er en høyfrekvent overspenningsgenerator designet for å fungere med konvensjonelle AC- eller DC-strømforsyninger... Det er en dempet oscillasjonsgnistgenerator basert på en LF step-up transformator med en sekundærspenning på 2 til 3 kV.

I tillegg til transformatoren inneholder kretsen en begrenser, en oscillerende krets, koblingsspoler og en blokkeringskondensator. Takket være den oscillerende kretsen, som hovedkomponenten, fungerer høyfrekvenstransformatoren.

De høyfrekvente vibrasjonene passerer gjennom høyfrekvente transformatoren og høyfrekvente spenningen påføres gjennom buegapet. En bypass-kondensator forhindrer at lysbuestrømkilden blir forbigått. En choke er også inkludert i sveisekretsen for pålitelig isolasjon av oscillatorspolen fra HF-strømmer.

Med en effekt på opptil 300 W gir sveiseoscillatoren pulser som varer flere titalls mikrosekunder, noe som er nok til å tenne en lysbue. Høyfrekvent høyspenningsstrøm legges ganske enkelt over den fungerende sveisekretsen.

Oscillatorer for sveising er av to typer:

• puls strømforsyning;

• kontinuerlig handling.

Kontinuerlige oscillatorgeneratorer fungerer kontinuerlig under sveiseprosessen, og treffer lysbuen ved å legge en høyfrekvent (150 til 250 kHz) og høyspent (3000 til 6000 V) hjelpestrøm på toppen av strømmen.

Denne strømmen vil ikke skade sveiseren hvis sikkerhetsreglene følges. Buen under påvirkning av høyfrekvent strøm brenner jevnt ved en lav verdi av sveisestrømmen.

De mest effektive sveiseoscillatorene i seriekobling, da de ikke krever installasjon av høyspenningsbeskyttelse for kilden. Under drift avgir avlederen et stille knitring gjennom et gap på opptil 2 mm, som justeres før arbeidet startes med en spesiell skrue (på dette tidspunktet fjernes pluggen fra stikkontakten!).

AC-sveising bruker pulserende kraftoscillatorer for å hjelpe til med å tenne lysbuen mens polariteten til AC-strømmen reverseres.