Oskillaattori - toimintaperiaate, tyypit, sovellus

Värähtelevää järjestelmää kutsutaan oskillaattoriksi. Toisin sanoen oskillaattorit ovat järjestelmiä, joissa jokin muuttuva indikaattori tai useita indikaattoreita toistetaan ajoittain. Sama sana "oskillaattori" tulee latinan sanasta "oscillo" - swing.

Oskillaattorit ovat tärkeässä asemassa fysiikassa ja tekniikassa, koska melkein mitä tahansa lineaarista fyysistä järjestelmää voidaan kuvata oskillaattoriksi. Esimerkkejä yksinkertaisimmista oskillaattorista ovat värähtelypiiri ja heiluri. Sähköoskillaattorit muuttavat tasavirran vaihtovirraksi ja luovat värähtelyjä vaaditulla taajuudella ohjauspiirin avulla.

Käyttämällä esimerkkiä värähtelevästä piiristä, joka koostuu induktanssin L kelasta ja kapasitanssin C kondensaattorista, voidaan kuvata sähköisen oskillaattorin perustoimintaa. Ladattu kondensaattori alkaa purkaa heti sen liittämisen jälkeen käämiin, kun taas kondensaattorin sähkökentän energia muuttuu vähitellen kelan sähkömagneettisen kentän energiaksi.

Kun kondensaattori on täysin tyhjä, kaikki sen energia menee käämin energiaan, sitten varaus jatkaa liikkumista kelan läpi ja lataa kondensaattoria päinvastaisessa polariteetissa kuin alun perin.

Myös kondensaattori alkaa purkautua uudelleen kelan läpi, mutta vastakkaiseen suuntaan jne. — jokainen värähtelyjakso piirissä, prosessi toistaa itseään, kunnes värähtelyt häviävät johtuen energian häviämisestä lankakelan resistanssissa ja kondensaattorin dielektrissä.

Tavalla tai toisella tässä esimerkissä oleva värähtelypiiri on yksinkertaisin oskillaattori, koska siinä seuraavat indikaattorit muuttuvat ajoittain: varaus kondensaattorissa, kondensaattorin levyjen välinen potentiaaliero, sähkökentän voimakkuus kondensaattorin dielektrisyys, kelan läpi kulkeva virta ja kelan magneettinen induktio. Tässä tapauksessa tapahtuu vapaita vaimennusvärähtelyjä.

Jotta värähtelevät värähtelyt eivät vaimenisi, on välttämätöntä täydentää hajallaan olevaa sähköenergiaa. Samanaikaisesti värähtelyjen jatkuvan amplitudin ylläpitämiseksi piirissä on välttämätöntä ohjata tulevaa sähköä siten, että amplitudi ei laske alle eikä nouse tietyn arvon yläpuolelle. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi piiriin otetaan takaisinkytkentäsilmukka.

Tällä tavalla oskillaattorista tulee positiivinen takaisinkytkentävahvistinpiiri, jossa ulostulosignaali syötetään osittain ohjauspiirin aktiiviselle elementille, minkä seurauksena piirissä säilyy jatkuvat sinivärähtelyt vakioamplitudisella ja -taajuudella.Toisin sanoen sinimuotoiset oskillaattorit toimivat energian virtauksen vuoksi aktiivisista elementeistä passiivisiin prosessin tuella takaisinkytkentäsilmukasta. Värähtelyt ovat hieman vaihtelevia.

Oskillaattorit ovat:

• positiivisella tai negatiivisella palautteella;

• sinimuotoisella, kolmiomaisella, sahahampaisella, suorakaiteen muotoisella aaltomuodolla; matala taajuus, radiotaajuus, korkea taajuus jne.;

• RC, LC — oskillaattorit, kideoskillaattorit (kvartsi);

• vakio-, muuttuva- tai säädettävät taajuusoskillaattorit.

Oskillaattori (generaattori) Royer

Vakiojännitteen muuntamiseksi suorakulmaisiksi pulsseiksi tai sähkömagneettisten värähtelyjen saamiseksi johonkin muuhun tarkoitukseen voit käyttää Royerin muuntajaoskillaattoria tai Royer-generaattoria... Tämä laite sisältää kaksinapaisen transistorin parin VT1 ja VT2, vastusparin R1 ja R2, myös kondensaattoripari C1 ja C2 kylläinen magneettipiiri keloilla - muuntaja T.

Transistorit toimivat avaintilassa, ja kyllästetty magneettipiiri mahdollistaa positiivisen takaisinkytkennän ja tarvittaessa eristää galvaanisesti toisiokäämin ensiösilmukasta.

Alkuhetkellä, kun virtalähde kytketään päälle, pienet kollektorivirrat alkavat virrata transistorien läpi lähteestä Up. Yksi transistoreista aukeaa aikaisemmin (olkoon VT1), ja käämien yli kulkeva magneettivuo kasvaa ja käämiin indusoituva EMF kasvaa samalla. Kantakäämien 1 ja 4 EMF tulee olemaan sellainen, että transistori, joka alkoi avautua ensin (VT1) avautuu ja transistori, jolla on pienempi käynnistysvirta (VT2) sulkeutuu.

Transistorin VT1 kollektorivirta ja magneettivuo magneettipiirissä jatkavat kasvuaan magneettipiirin kyllästymiseen asti, ja kyllästymishetkellä käämien EMF muuttuu nollaan. Kollektorivirta VT1 alkaa pienentyä, magneettivuo pienenee.

Käämityksiin indusoituneen EMF:n napaisuus vaihtuu ja koska kantakäämit ovat symmetrisiä, transistori VT1 alkaa sulkeutua ja VT2 alkaa avautua.

Transistorin VT2 kollektorivirta alkaa kasvaa, kunnes magneettivuon kasvu pysähtyy (nyt vastakkaiseen suuntaan), ja kun käämien EMF palaa nollaan, kollektorivirta VT2 alkaa pienentyä, magneettivuo pienenee, EMF muuttaa napaisuutta. Transistori VT2 sulkeutuu, VT1 avautuu ja prosessi toistaa itseään syklisesti.

Royer-generaattorin värähtelytaajuus liittyy virtalähteen parametreihin ja magneettipiirin ominaisuuksiin seuraavan kaavan mukaisesti:

Up — syöttöjännite; ω on kollektorin kunkin kelan kierrosten lukumäärä; S on magneettipiirin poikkileikkauspinta-ala neliöcm; Bn - ytimen saturaatioinduktio.

Koska magneettipiirin kyllästymisprosessissa EMF muuntajan käämissä on vakio, niin toisiokäämin läsnä ollessa, johon on kytketty kuorma, EMF on suorakaiteen muotoisten pulssien muodossa. Transistorien kantapiireissä olevat vastukset vakauttavat muuntimen toimintaa, ja kondensaattorit auttavat parantamaan lähtöjännitteen muotoa.

Royer-oskillaattorit voivat toimia yksiköistä satoihin kilohertseihin taajuuksilla riippuen T-muuntajan sydämen magneettisista ominaisuuksista.

Hitsausoskillaattorit

Hitsauskaaren syttymisen helpottamiseksi ja sen vakauden ylläpitämiseksi käytetään hitsausoskillaattoria. Hitsausoskillaattori on korkeataajuinen ylijännitegeneraattori, joka on suunniteltu toimimaan tavanomaisten AC- tai DC-virtalähteiden kanssa. Se on vaimennettu värähtelykipinägeneraattori, joka perustuu LF-porrasmuuntajaan, jonka toisiojännite on 2–3 kV.

Piiri sisältää muuntajan lisäksi rajoittimen, värähtelypiirin, kytkentäkäämit ja estokondensaattorin. Oskilloivan piirin ansiosta pääkomponenttina korkeataajuinen muuntaja toimii.

Korkeataajuiset värähtelyt kulkevat suurtaajuisen muuntajan läpi ja suurtaajuinen jännite syötetään kaariraon kautta. Ohituskondensaattori estää valokaarivirtalähteen ohituksen. Hitsauspiirissä on myös kuristin oskillaattorikäämin luotettavaa eristämistä varten HF-virroista.

Jopa 300 W:n teholla hitsausoskillaattori antaa useita kymmeniä mikrosekunteja kestäviä pulsseja, mikä riittää valokaaren sytyttämiseen. Korkeataajuinen, suurjännitevirta yksinkertaisesti levitetään toimivan hitsauspiirin päälle.

Hitsausoskillaattorit ovat kahdenlaisia:

• pulssi virtalähde;

• jatkuvaa toimintaa.

Jatkuvat oskillaattoriherättimet toimivat jatkuvasti hitsausprosessin aikana ja iskevät valokaaren päällekkäin korkeataajuisen (150–250 kHz) ja korkeajännitteisen (3000–6000 V) apuvirran sen virran päälle.

Tämä virta ei vahingoita hitsauskonetta, jos turvatoimia noudatetaan. Korkeataajuisen virran vaikutuksen alainen kaari palaa tasaisesti hitsausvirran alhaisella arvolla.

Tehokkaimmat hitsausoskillaattorit sarjakytkennässä, koska ne eivät vaadi suurjännitesuojan asennusta lähteelle. Käytön aikana pysäytin lähettää hiljaista rätintää jopa 2 mm:n raon läpi, joka säädetään ennen työn aloittamista erityisellä ruuvilla (tällä hetkellä pistoke irrotetaan pistorasiasta!).

AC-hitsauksessa käytetään pulssitehooskillaattoria auttamaan valokaaren sytyttämisessä samalla kun vaihtovirran napaisuus vaihdetaan.