Oscilators - darbības princips, veidi, pielietojums

Svārstošu sistēmu sauc par oscilatoru. Tas ir, oscilatori ir sistēmas, kurās periodiski atkārtojas kāds mainīgs indikators vai vairāki indikatori. Tas pats vārds "oscilators" nāk no latīņu valodas "oscillo" - šūpoles.

Oscilatoriem ir svarīga loma fizikā un tehnoloģijās, jo gandrīz jebkuru lineāru fizisko sistēmu var raksturot kā oscilatoru. Vienkāršāko oscilatoru piemēri ir svārstību ķēde un svārsts. Elektriskie oscilatori, izmantojot vadības ķēdi, pārvērš līdzstrāvu maiņstrāvā un rada nepieciešamās frekvences svārstības.

Izmantojot oscilācijas ķēdes piemēru, kas sastāv no induktivitātes L spoles un kondensatora ar kapacitāti C, ir iespējams aprakstīt elektriskā oscilatora darbības pamatprocesu. Uzlādēts kondensators tūlīt pēc spaiļu pievienošanas spolei caur to sāk izlādēties, savukārt kondensatora elektriskā lauka enerģija pakāpeniski tiek pārvērsta spoles elektromagnētiskā lauka enerģijā.

Kad kondensators ir pilnībā izlādējies, visa tā enerģija nonāks spoles enerģijā, tad lādiņš turpinās pārvietoties pa spoli un uzlādēs kondensatoru pretējā polaritātē, nekā tas bija sākumā.

Arī kondensators atkal sāks izlādēties caur spoli, bet pretējā virzienā utt. — katrs svārstību periods ķēdē, process atkārtosies, līdz svārstības izzudīs, jo enerģija izkliedējas uz stieples spoles pretestības un kondensatora dielektrikā.

Vienā vai otrā veidā oscilējošā ķēde šajā piemērā ir vienkāršākais oscilators, jo tajā periodiski mainās šādi indikatori: lādiņš kondensatorā, potenciālu starpība starp kondensatora plāksnēm, elektriskā lauka stiprums. kondensatora dielektriķis, strāva caur spoli un spoles magnētiskā indukcija. Šajā gadījumā rodas brīvas slāpēšanas svārstības.

Lai svārstību svārstības kļūtu neslāpētas, ir nepieciešams papildināt izkliedēto elektroenerģiju. Tajā pašā laikā, lai saglabātu nemainīgu svārstību amplitūdu ķēdē, ir nepieciešams kontrolēt ienākošo elektroenerģiju tā, lai amplitūda nesamazinātos zem un nepalielinās virs noteiktās vērtības. Lai sasniegtu šo mērķi, ķēdē tiek ieviesta atgriezeniskā saite.

Tādā veidā oscilators kļūst par pozitīvas atgriezeniskās saites pastiprinātāja ķēdi, kur izejas signāls tiek daļēji padots uz vadības ķēdes aktīvo elementu, kā rezultātā ķēdē tiek uzturētas nepārtrauktas sinusoidālas svārstības ar nemainīgu amplitūdu un frekvenci.Tas ir, sinusoidālie oscilatori darbojas, pateicoties enerģijas plūsmai no aktīvajiem elementiem uz pasīvajiem, ar procesa atbalstu no atgriezeniskās saites cilpas. Vibrācijām ir nedaudz mainīga forma.

Oscilatori ir:

• ar pozitīvām vai negatīvām atsauksmēm;

• ar sinusoidālu, trīsstūrveida, zāģzobu, taisnstūrveida viļņu formu; zemfrekvences, radiofrekvences, augstas frekvences utt.;

• RC, LC — oscilatori, kristāla oscilatori (kvarcs);

• pastāvīgas, mainīgas vai regulējamas frekvences oscilatori.

Oscilators (ģenerators) Royer

Lai konstantu spriegumu pārvērstu taisnstūra impulsos vai iegūtu elektromagnētiskās svārstības kādam citam mērķim, var izmantot Royer transformatora oscilatoru vai Royer ģeneratoru... Šajā ierīcē ir iekļauts pāris bipolāru tranzistoru VT1 un VT2, pāris rezistoru R1 un R2, arī pāris kondensatoru C1 un C2 piesātināta magnētiskā ķēde ar spolēm - transformators T.

Tranzistori darbojas atslēgas režīmā, un piesātinātā magnētiskā ķēde nodrošina pozitīvu atgriezenisko saiti un, ja nepieciešams, galvaniski izolē sekundāro tinumu no primārās cilpas.

Sākotnējā brīdī, kad tiek ieslēgts barošanas avots, caur tranzistoriem no avota Up sāk plūst nelielas kolektora strāvas. Viens no tranzistoriem atvērsies agrāk (ļaujiet VT1), un palielināsies magnētiskā plūsma, kas šķērso tinumus, un tajā pašā laikā palielināsies tinumos inducētais EMF. EMF bāzes tinumos 1 un 4 būs tāds, ka tranzistors, kurš sāka atvērties pirmais (VT1), atvērsies un tranzistors ar zemāku starta strāvu (VT2) aizvērsies.

Tranzistora VT1 kolektora strāva un magnētiskā plūsma magnētiskajā ķēdē turpinās palielināties līdz magnētiskās ķēdes piesātinājumam, un piesātinājuma brīdī EMF tinumos pārvērtīsies uz nulli. Kolektora strāva VT1 sāks samazināties, magnētiskā plūsma samazināsies.

Tinumos inducētā EMF polaritāte mainīsies un, tā kā bāzes tinumi ir simetriski, tranzistors VT1 sāk aizvērties un VT2 sāk atvērties.

Tranzistora VT2 kolektora strāva sāks palielināties, līdz apstāsies magnētiskās plūsmas pieaugums (tagad pretējā virzienā), un, kad EMF tinumos atgriežas līdz nullei, kolektora strāva VT2 sāk samazināties, magnētiskā plūsma samazinās, EML maina polaritāti. Tranzistors VT2 aizvērsies, VT1 atvērsies un process turpinās cikliski atkārtot.

Royer ģeneratora svārstību biežums ir saistīts ar strāvas avota parametriem un magnētiskās ķēdes raksturlielumiem saskaņā ar šādu formulu:

Up — barošanas spriegums; ω ir katras kolektora spoles apgriezienu skaits; S ir magnētiskās ķēdes šķērsgriezuma laukums kv.cm; Bn — serdes piesātinājuma indukcija.

Tā kā magnētiskās ķēdes piesātinājuma procesā EMF transformatora tinumos būs nemainīgs, tad sekundārā tinuma klātbūtnē ar tam pievienotu slodzi EMF būs taisnstūrveida impulsu veidā. Rezistori tranzistoru bāzes ķēdēs stabilizē pārveidotāja darbību, un kondensatori palīdz uzlabot izejas sprieguma formu.

Royer oscilatori var darboties frekvencēs no vienībām līdz simtiem kilohercu atkarībā no T transformatora serdes magnētiskajām īpašībām.

Metināšanas oscilatori

Lai atvieglotu metināšanas loka aizdegšanos un saglabātu tā stabilitāti, tiek izmantoti metināšanas oscilatori. Metināšanas oscilators ir augstas frekvences pārsprieguma ģenerators, kas paredzēts darbam ar parastajiem maiņstrāvas vai līdzstrāvas barošanas avotiem. Tas ir slāpētu svārstību dzirksteļu ģenerators, kura pamatā ir LF pakāpju transformators ar sekundāro spriegumu no 2 līdz 3 kV.

Papildus transformatoram ķēdē ir ierobežotājs, oscilācijas ķēde, savienojuma spoles un bloķēšanas kondensators. Pateicoties oscilējošajai ķēdei, kā galvenajai sastāvdaļai, darbojas augstfrekvences transformators.

Augstas frekvences vibrācijas iziet cauri augstfrekvences transformatoram, un augstfrekvences spriegums tiek pielietots caur loka spraugu. Apvada kondensators neļauj apiet loka strāvas avotu. Metināšanas ķēdē ir iekļauts arī droselis, kas nodrošina drošu oscilatora spoles izolāciju no HF strāvām.

Ar jaudu līdz 300 W metināšanas oscilators dod impulsus, kas ilgst vairākus desmitus mikrosekundes, kas ir pilnīgi pietiekami, lai aizdedzinātu gaismas loku. Augstas frekvences, augstsprieguma strāva tiek vienkārši uzlikta uz darba metināšanas ķēdes.

Metināšanas oscilatori ir divu veidu:

• impulsu barošanas avots;

• nepārtraukta darbība.

Nepārtrauktas oscilatoru ierosinātāji darbojas nepārtraukti metināšanas procesa laikā, izsitot loku, papildus strāvai uzliekot augstas frekvences (150 līdz 250 kHz) un augsta sprieguma (3000 līdz 6000 V) palīgstrāvu.

Šī strāva nekaitēs metinātājam, ja tiek ievēroti drošības pasākumi. Loka augstfrekvences strāvas ietekmē vienmērīgi deg pie zemas metināšanas strāvas vērtības.

Visefektīvākie metināšanas oscilatori sērijveidā, jo tiem nav nepieciešama avota augstsprieguma aizsardzības uzstādīšana. Darbības laikā ierobežotājs izdala klusu sprakšķi caur līdz 2 mm atstarpi, ko pirms darba uzsākšanas noregulē ar speciālu skrūvi (šajā laikā kontaktdakša tiek izņemta no kontaktligzdas!).

Maiņstrāvas metināšanā tiek izmantoti impulsa jaudas oscilatori, lai palīdzētu aizdedzināt loku, vienlaikus mainot maiņstrāvas polaritāti.