Oscil·lador: principi de funcionament, tipus, aplicació

Un sistema oscil·lant s'anomena oscil·lador. És a dir, els oscil·ladors són sistemes en els quals es repeteixen periòdicament algun indicador canviant o diversos indicadors. La mateixa paraula "oscil·lador" prové del llatí "oscillo" - swing.

Els oscil·ladors tenen un paper important en la física i la tecnologia perquè gairebé qualsevol sistema físic lineal es pot descriure com un oscil·lador. Exemples dels oscil·ladors més simples són un circuit oscil·lant i un pèndol. Els oscil·ladors elèctrics converteixen el corrent continu en corrent altern i creen oscil·lacions a la freqüència requerida mitjançant un circuit de control.

Utilitzant l'exemple d'un circuit oscil·latori format per una bobina d'inductància L i un condensador de capacitat C, és possible descriure el procés bàsic de funcionament d'un oscil·lador elèctric. Un condensador carregat, immediatament després de connectar els seus terminals a la bobina, comença a descarregar-se a través d'ell, mentre que l'energia del camp elèctric del condensador es converteix gradualment en l'energia del camp electromagnètic de la bobina.

Quan el condensador està completament descarregat, tota la seva energia anirà a l'energia de la bobina, aleshores la càrrega continuarà movent-se per la bobina i recarregarà el condensador en la polaritat oposada a la que era al principi.

A més, el condensador començarà a descarregar-se de nou a través de la bobina, però en sentit contrari, etc. — cada període d'oscil·lació en el circuit, el procés es repetirà fins que les oscil·lacions desapareixen a causa de la dissipació d'energia sobre la resistència de la bobina de filferro i en el dielèctric del condensador.

D'una manera o altra, el circuit oscil·lant d'aquest exemple és l'oscil·lador més simple, ja que en ell els següents indicadors canvien periòdicament: la càrrega del condensador, la diferència de potencial entre les plaques del condensador, la força del camp elèctric en el dielèctric del condensador, el corrent a través de la bobina i la inducció magnètica de la bobina. En aquest cas, es produeixen oscil·lacions d'amortiment lliure.

Per tal que les oscil·lacions oscil·latòries quedin sense amortiment, és necessari reposar l'energia elèctrica dissipada. Al mateix temps, per mantenir una amplitud constant de les oscil·lacions al circuit, cal controlar l'electricitat entrant perquè l'amplitud no disminueixi per sota i no augmenti per sobre d'un valor determinat. Per aconseguir aquest objectiu, s'introdueix un bucle de retroalimentació al circuit.

D'aquesta manera, l'oscil·lador es converteix en un circuit amplificador de retroalimentació positiva, on el senyal de sortida s'alimenta parcialment a l'element actiu del circuit de control, com a resultat del qual es mantenen oscil·lacions sinusoïdals contínues d'amplitud i freqüència constants al circuit.És a dir, els oscil·ladors sinusoïdals funcionen a causa del flux d'energia dels elements actius als passius, amb el suport del procés des d'un bucle de retroalimentació. Les vibracions tenen una forma lleugerament variable.

Els oscil·ladors són:

• amb retroalimentació positiva o negativa;

• amb forma d'ona sinusoïdal, triangular, dent de serra, rectangular; baixa freqüència, ràdio freqüència, alta freqüència, etc.;

• RC, LC — oscil·ladors, oscil·ladors de cristall (quars);

• oscil·ladors de freqüència constant, variable o ajustable.

Oscil·lador (generador) Royer

Per convertir una tensió constant en polsos rectangulars o per obtenir oscil·lacions electromagnètiques amb algun altre propòsit, podeu utilitzar un oscil·lador transformador Royer o un generador Royer... Aquest dispositiu inclou un parell de transistors bipolars VT1 i VT2, un parell de resistències R1 i R2, un parell de condensadors C1 i C2 també circuit magnètic saturat amb bobines - transformador T.

Els transistors funcionen en mode clau i el circuit magnètic saturat permet una retroalimentació positiva i, si cal, aïlla galvànicament el bobinatge secundari del bucle primari.

En el moment inicial, quan s'encén la font d'alimentació, petits corrents de col·lector comencen a fluir pels transistors des de la font Up. Un dels transistors s'obrirà abans (deixar VT1) i augmentarà el flux magnètic que travessa els bobinatges i augmentarà al mateix temps l'EMF induït als bobinats. L'EMF als bobinatges de la base 1 i 4 serà tal que el transistor que va començar a obrir-se primer (VT1) s'obrirà i el transistor amb un corrent d'arrencada inferior (VT2) es tancarà.

El corrent del col·lector del transistor VT1 i el flux magnètic en el circuit magnètic continuaran augmentant fins a la saturació del circuit magnètic, i en el moment de la saturació l'EMF dels bobinatges es tornarà a zero. El corrent del col·lector VT1 començarà a disminuir, el flux magnètic disminuirà.

La polaritat de l'EMF induïda als bobinatges s'invertirà i com que els bobinatges de la base són simètrics, el transistor VT1 comença a tancar-se i VT2 comença a obrir-se.

El corrent del col·lector del transistor VT2 començarà a augmentar fins que s'atura l'augment del flux magnètic (ara en la direcció oposada), i quan l'EMF dels bobinatges torna a zero, el corrent del col·lector VT2 comença a disminuir, el flux magnètic disminueix, l'EMF canvia de polaritat. El transistor VT2 es tancarà, el VT1 s'obrirà i el procés continuarà repetint-se cíclicament.

La freqüència d'oscil·lacions del generador Royer està relacionada amb els paràmetres de la font d'alimentació i les característiques del circuit magnètic segons la fórmula següent:

Up — tensió d'alimentació; ω és el nombre de voltes de cada bobina del col·lector; S és l'àrea de la secció transversal del circuit magnètic en cm²; Bn: inducció de saturació del nucli.

Com que en el procés de saturació del circuit magnètic, l'EMF als bobinatges del transformador serà constant, aleshores, en presència d'un bobinatge secundari, amb una càrrega connectada, l'EMF prendrà la forma de polsos rectangulars. Les resistències dels circuits base dels transistors estabilitzen el funcionament del convertidor i els condensadors ajuden a millorar la forma de la tensió de sortida.

Els oscil·ladors Royer poden funcionar a freqüències des d'unitats fins a centenars de kilohertz, depenent de les propietats magnètiques del nucli del transformador T.

Oscil·ladors de soldadura

Per facilitar l'encesa de l'arc de soldadura i mantenir la seva estabilitat, s'utilitzen oscil·ladors de soldadura. L'oscil·lador de soldadura és un generador de sobretensió d'alta freqüència dissenyat per funcionar amb fonts d'alimentació convencionals de CA o CC... Es tracta d'un generador d'espurnes d'oscil·lació amortida basat en un transformador augmentador LF amb una tensió secundària de 2 a 3 kV.

A més del transformador, el circuit conté un limitador, un circuit oscil·lant, bobines d'acoblament i un condensador de bloqueig. Gràcies al circuit oscil·lant, com a component principal, el transformador d'alta freqüència funciona.

Les vibracions d'alta freqüència passen pel transformador d'alta freqüència i la tensió d'alta freqüència s'aplica a través del buit de l'arc. Un condensador de derivació impedeix que la font d'alimentació d'arc es passi per alt. També s'inclou un estrany al circuit de soldadura per aïllar de manera fiable la bobina de l'oscil·lador dels corrents HF.

Amb una potència de fins a 300 W, l'oscil·lador de soldadura dóna polsos de diverses desenes de microsegons, prou suficient per encendre un arc de llum. El corrent d'alta freqüència i tensió es superposa simplement al circuit de soldadura de treball.

Els oscil·ladors per a la soldadura són de dos tipus:

• font d'alimentació de pols;

• acció contínua.

Els excitadors d'oscil·ladors continus funcionen de manera contínua durant el procés de soldadura, colpejant l'arc superposant un corrent auxiliar d'alta freqüència (150 a 250 kHz) i d'alta tensió (3000 a 6000 V) sobre el seu corrent.

Aquest corrent no perjudicarà el soldador si es segueixen les precaucions de seguretat. L'arc sota la influència del corrent d'alta freqüència es crema uniformement a un valor baix del corrent de soldadura.

Els oscil·ladors de soldadura més eficients en connexió en sèrie, ja que no requereixen la instal·lació de protecció d'alta tensió per a la font. Durant el funcionament, el paral·lel emet un soroll silenciós a través d'un buit de fins a 2 mm, que s'ajusta abans de començar a treballar amb un cargol especial (en aquest moment, l'endoll s'elimina de la presa!).

La soldadura de CA utilitza oscil·ladors de potència polsada per ajudar a encendre l'arc mentre inverteix la polaritat del corrent CA.