Oscilátor - princíp činnosti, typy, použitie

Oscilačný systém sa nazýva oscilátor. To znamená, že oscilátory sú systémy, v ktorých sa periodicky opakuje nejaký meniaci sa indikátor alebo niekoľko indikátorov. Rovnaké slovo "oscilátor" pochádza z latinského "oscillo" - hojdačka.

Oscilátory hrajú dôležitú úlohu vo fyzike a technike, pretože takmer každý lineárny fyzikálny systém možno opísať ako oscilátor. Príklady najjednoduchších oscilátorov sú oscilačný obvod a kyvadlo. Elektrické oscilátory premieňajú jednosmerný prúd na striedavý a pomocou riadiaceho obvodu vytvárajú oscilácie na požadovanej frekvencii.

Na príklade oscilačného obvodu pozostávajúceho z cievky s indukčnosťou L a kondenzátora s kapacitou C je možné opísať základný proces činnosti elektrického oscilátora. Nabitý kondenzátor sa ihneď po pripojení svojich svoriek k cievke začne cez ňu vybíjať, pričom energia elektrického poľa kondenzátora sa postupne premieňa na energiu elektromagnetického poľa cievky.

Keď je kondenzátor úplne vybitý, všetka jeho energia prejde do energie cievky, potom bude náboj pokračovať v pohybe cez cievku a bude dobíjať kondenzátor v opačnej polarite ako na začiatku.

Tiež kondenzátor sa začne znova vybíjať cez cievku, ale v opačnom smere atď. — pri každej perióde kmitania v obvode sa proces bude opakovať, kým oscilácie nezmiznú v dôsledku straty energie na odpore cievky drôtu a v dielektriku kondenzátora.

Tak či onak je oscilačný obvod v tomto príklade najjednoduchším oscilátorom, pretože sa v ňom periodicky menia nasledujúce indikátory: náboj v kondenzátore, potenciálny rozdiel medzi doskami kondenzátora, sila elektrického poľa v dielektrikum kondenzátora, prúd cez cievku a magnetickú indukciu cievky. V tomto prípade dochádza k voľným osciláciám tlmenia.

Aby sa oscilačné kmity utlmili, je potrebné doplniť rozptýlenú elektrickú energiu. Zároveň, aby sa udržala konštantná amplitúda kmitov v obvode, je potrebné riadiť prichádzajúcu elektrinu tak, aby amplitúda neklesla pod a nezvyšovala nad danú hodnotu. Na dosiahnutie tohto cieľa je v obvode zavedená spätná väzba.

Takto sa z oscilátora stáva zosilňovací obvod s kladnou spätnou väzbou, kde je výstupný signál čiastočne privádzaný do aktívneho prvku riadiaceho obvodu, v dôsledku čoho sú v obvode udržiavané spojité sínusové kmity konštantnej amplitúdy a frekvencie.To znamená, že sínusové oscilátory pracujú vďaka toku energie z aktívnych prvkov na pasívne, s podporou procesu zo spätnej väzby. Vibrácie majú mierne premenlivý tvar.

Oscilátory sú:

• s pozitívnou alebo negatívnou spätnou väzbou;

• so sínusovým, trojuholníkovým, pílovým, pravouhlým priebehom; nízka frekvencia, rádiová frekvencia, vysoká frekvencia atď.;

• RC, LC — oscilátory, kryštálové oscilátory (quartz);

• oscilátory s konštantnou, premenlivou alebo nastaviteľnou frekvenciou.

Oscilátor (generátor) Royer

Na premenu konštantného napätia na pravouhlé impulzy alebo na získanie elektromagnetických kmitov na nejaký iný účel môžete použiť Royerov transformátorový oscilátor alebo Royerov generátor... Toto zariadenie obsahuje dvojicu bipolárnych tranzistorov VT1 a VT2, dvojicu rezistorov R1 a R2, pár kondenzátorov C1 a C2 tiež nasýtený magnetický obvod s cievkami - transformátor T.

Tranzistory pracujú v kľúčovom režime a nasýtený magnetický obvod umožňuje kladnú spätnú väzbu a v prípade potreby galvanicky izoluje sekundárne vinutie od primárnej slučky.

V počiatočnom okamihu, keď je napájanie zapnuté, začnú cez tranzistory pretekať malé kolektorové prúdy zo zdroja Up. Jeden z tranzistorov sa otvorí skôr (nech VT1) a magnetický tok prechádzajúci vinutiami sa zvýši a súčasne sa zvýši EMF indukovaný vo vinutiach. EMF vo vinutí bázy 1 a 4 bude také, že tranzistor, ktorý sa začal otvárať ako prvý (VT1), sa otvorí a tranzistor s nižším štartovacím prúdom (VT2) sa zatvorí.

Kolektorový prúd tranzistora VT1 a magnetický tok v magnetickom obvode sa budú naďalej zvyšovať až do nasýtenia magnetického obvodu a v okamihu nasýtenia sa EMF vo vinutí zmení na nulu. Kolektorový prúd VT1 začne klesať, magnetický tok sa zníži.

Polarita EMF indukovaného vo vinutiach sa obráti a keďže základné vinutia sú symetrické, tranzistor VT1 sa začne zatvárať a VT2 sa otvára.

Kolektorový prúd tranzistora VT2 sa začne zvyšovať, kým sa nárast magnetického toku nezastaví (teraz v opačnom smere), a keď sa EMF vo vinutí vráti na nulu, kolektorový prúd VT2 začne klesať, magnetický tok sa zníži, EMF mení polaritu. Tranzistor VT2 sa zatvorí, VT1 sa otvorí a proces sa bude ďalej cyklicky opakovať.

Frekvencia kmitov Royerovho generátora súvisí s parametrami zdroja energie a charakteristikami magnetického obvodu podľa nasledujúceho vzorca:

Up — napájacie napätie; ω je počet závitov každej cievky kolektora; S je plocha prierezu magnetického obvodu v cm2; Bn - indukcia nasýtenia jadra.

Pretože v procese nasýtenia magnetického obvodu bude EMF vo vinutiach transformátora konštantný, potom v prítomnosti sekundárneho vinutia, s pripojenou záťažou, bude EMF mať formu pravouhlých impulzov. Rezistory v základných obvodoch tranzistorov stabilizujú činnosť meniča a kondenzátory pomáhajú zlepšiť tvar výstupného napätia.

Royerove oscilátory môžu pracovať pri frekvenciách od jednotiek do stoviek kilohertzov, v závislosti od magnetických vlastností jadra v T transformátore.

Zváracie oscilátory

Na uľahčenie zapálenia zváracieho oblúka a udržanie jeho stability sa používajú zváracie oscilátory. Zvárací oscilátor je vysokofrekvenčný rázový generátor navrhnutý na prevádzku s konvenčnými AC alebo DC zdrojmi…. Ide o generátor iskier s tlmenou osciláciou na báze NF stupňovitého transformátora so sekundárnym napätím 2 až 3 kV.

Obvod obsahuje okrem transformátora obmedzovač, oscilačný obvod, väzbové cievky a blokovací kondenzátor. Vďaka oscilačnému obvodu, ako hlavnému komponentu, pracuje vysokofrekvenčný transformátor.

Vysokofrekvenčné vibrácie prechádzajú cez vysokofrekvenčný transformátor a vysokofrekvenčné napätie sa aplikuje cez oblúkovú medzeru. Obtokový kondenzátor zabraňuje obídeniu zdroja elektrického oblúka. Súčasťou zváracieho obvodu je aj tlmivka pre spoľahlivú izoláciu cievky oscilátora od vysokofrekvenčných prúdov.

Zvárací oscilátor s výkonom až 300 W vydáva impulzy v trvaní niekoľkých desiatok mikrosekúnd, čo úplne stačí na zapálenie svetelného oblúka. Vysokofrekvenčný prúd vysokého napätia je jednoducho superponovaný na pracovný zvárací obvod.

Oscilátory na zváranie sú dvoch typov:

• impulzné napájanie;

• nepretržité pôsobenie.

Budiče kontinuálnych oscilátorov pracujú nepretržite počas procesu zvárania a zapália oblúk superponovaním vysokofrekvenčného (150 až 250 kHz) a vysokého napätia (3 000 až 6 000 V) pomocného prúdu nad jeho prúd.

Tento prúd nepoškodí zvárač, ak budú dodržané bezpečnostné opatrenia. Oblúk pod vplyvom vysokofrekvenčného prúdu horí rovnomerne pri nízkej hodnote zváracieho prúdu.

Najúčinnejšie zváracie oscilátory v sériovom zapojení, keďže nevyžadujú inštaláciu vysokonapäťovej ochrany zdroja. Počas prevádzky zvodič vydáva tiché praskanie cez medzeru do 2 mm, ktorá sa pred začatím práce nastavuje špeciálnou skrutkou (v tomto okamihu je zástrčka vytiahnutá zo zásuvky!).

Zváranie striedavým prúdom využíva pulzné výkonové oscilátory, ktoré pomáhajú zapáliť oblúk pri obrátení polarity striedavého prúdu.