Осцилатор — принцип на действие, видове, приложение

Осцилираща система се нарича осцилатор. Тоест осцилаторите са системи, в които периодично се повтарят някакъв променящ се индикатор или няколко индикатора. Същата дума „осцилатор“ идва от латинското „oscillo“ — люлка.

Осцилаторите играят важна роля във физиката и технологиите, тъй като почти всяка линейна физическа система може да бъде описана като осцилатор. Примери за най -простите осцилатори са колебателна верига и махало. Електрическите осцилатори преобразуват постоянен ток в променлив ток и създават трептения с необходимата честота, използвайки верига за управление.

Използвайки примера на осцилаторна верига, състояща се от бобина с индуктивност L и кондензатор с капацитет С, е възможно да се опише основният процес на функциониране на електрически осцилатор. Зареден кондензатор, веднага след свързването на клемите си с бобината, започва да се разрежда през него, докато енергията на електрическото поле на кондензатора постепенно се преобразува в енергията на електромагнитното поле на бобината.

Когато кондензаторът е напълно разреден, цялата му енергия ще отиде в енергията на намотката, след което зарядът ще продължи да се движи през намотката и ще презареди кондензатора в обратна полярност, отколкото беше в началото.

Освен това кондензаторът ще започне да се разрежда отново през намотката, но в обратна посока и т.н. — всеки период на трептене във веригата, процесът ще се повтаря, докато трептенията изчезнат поради разсейването на енергия върху съпротивлението на бобината проводник и в диелектрика на кондензатора.

По един или друг начин колебателната верига в този пример е най -простият осцилатор, тъй като в него периодично се променят следните показатели: зарядът в кондензатора, потенциалната разлика между плочите на кондензатора, силата на електрическото поле в диелектрика на кондензатора, токът през намотката и магнитната индукция на бобината. В този случай възникват свободни затихващи трептения.

За да могат осцилаторните трептения да станат незатихващи, е необходимо да се попълни разсеяната електрическа енергия. В същото време, за да се поддържа постоянна амплитуда на трептения във веригата, е необходимо да се контролира входящото електричество, така че амплитудата да не намалява под и да не расте над дадена стойност. За да се постигне тази цел, във веригата се въвежда контур за обратна връзка.

По този начин осцилаторът се превръща в усилвателна верига с положителна обратна връзка, където изходният сигнал се подава частично към активния елемент на управляващата верига, в резултат на което във веригата се поддържат непрекъснати синусоидални трептения с постоянна амплитуда и честота. Тоест, синусоидалните осцилатори работят поради потока енергия от активни елементи към пасивни, с подкрепата на процеса от контур за обратна връзка. Трептенията имат леко променлива форма.

Осцилаторите са:

• с положителна или отрицателна обратна връзка;

• със синусоидална, триъгълна, трион, правоъгълна форма на вълната; ниска честота, радиочестота, висока честота и др.;

• RC, LC — осцилатори, кристални осцилатори (кварц);

• осцилатори с постоянна, променлива или регулируема честота.

Осцилатор (генератор) Royer

За да преобразувате постоянно напрежение в правоъгълни импулси или да получите електромагнитни трептения за някаква друга цел, можете да използвате Трансформаторен осцилатор на Ройер или генератор на Ройер… Това устройство включва двойка биполярни транзистори VT1 ​​и VT2, двойка резистори R1 и R2, двойка кондензатори C1 и C2, както и наситена магнитна верига с намотки — трансформатор Т.

Транзисторите работят в ключов режим, а наситената магнитна верига позволява положителна обратна връзка и, ако е необходимо, галванично отделя вторичната намотка от първи контур.

В началния момент от време, когато захранването е включено, малки колекторни токове започват да преминават през транзисторите от източника Uп. Един от транзисторите ще се отвори по -рано (нека VT1), а магнитният поток, пресичащ намотките, ще се увеличи и ЕМП, индуцирана в намотките, ще се увеличи в същото време. ЕМП в базовите намотки 1 и 4 ще бъде такава, че транзисторът, който започна да се отваря първи (VT1), ще се отвори, а транзисторът с по -нисък начален ток (VT2) ще се затвори.

Колекторният ток на транзистора VT1 и магнитният поток в магнитната верига ще продължат да се увеличават до насищането на магнитната верига, а в момента на насищане ЕМП в намотките ще се обърне към нула. Колекторният ток VT1 ще започне да намалява, магнитният поток ще намалява.

Полярността на ЕМП, индуцирана в намотките, ще се промени на обратното и тъй като базовите намотки са симетрични, транзисторът VT1 започва да се затваря и VT2 започва да се отваря.

Колекторният ток на транзистора VT2 ще започне да се увеличава, докато нарастването на магнитния поток не спре (сега в обратна посока), а когато ЕМП в намотките се върне към нула, токът на колектора VT2 започва да намалява, магнитният поток намалява, ЕМП променя полярността. Транзисторът VT2 ще се затвори, VT1 ще се отвори и процесът ще продължи да се повтаря циклично.

Честотата на трептенията на генератора на Ройер е свързана с параметрите на източника на захранване и характеристиките на магнитната верига в съответствие със следната формула:

Uп — захранващо напрежение; ω е броят на завоите на всяка намотка на колектора; S е площта на напречното сечение на магнитната верига в кв. Cm; Bн — индукция на насищане на ядрото.

Тъй като в процеса на насищане на магнитната верига, ЕМП в намотките на трансформатора ще бъде постоянна, тогава при наличието на вторична намотка, с натоварване, свързано към нея, ЕМП ще приеме формата на правоъгълни импулси. Резисторите в базовите схеми на транзисторите стабилизират работата на преобразувателя, а кондензаторите помагат за подобряване на формата на изходното напрежение.

Осцилаторите на Ройер могат да работят на честоти от единици до стотици килохерца, в зависимост от магнитните свойства на сърцевината в трансформатора Т.

Заваръчни осцилатори

За да се улесни запалването на заваръчната дъга и да се поддържа нейната стабилност, се използват заваръчни осцилатори. Заваръчният осцилатор е високочестотен генератор за пренапрежение, проектиран да работи с конвенционални захранвания с променлив или постоянен ток…. Това е генератор на искри на затихващи трептения, базиран на НЧ усилващ трансформатор с вторично напрежение от 2 до 3 kV.

В допълнение към трансформатора, веригата съдържа ограничител, колебателна верига, съединителни намотки и блокиращ кондензатор. Благодарение на трептящата верига, като основен компонент, високочестотният трансформатор работи.

Високочестотните вибрации преминават през високочестотния трансформатор и високочестотното напрежение се прилага през дъговата междина. Байпасен кондензатор предотвратява заобикалянето на дъговия източник на захранване. Във заваръчната верига е включен и дросел за надеждна изолация на намотката на осцилатора от ВЧ токове.

С мощност до 300 W, заваръчният осцилатор дава импулси с продължителност няколко десетки микросекунди, което е напълно достатъчно за запалване на лека дъга. Токът с висока честота и високо напрежение просто се наслагва върху работната заваръчна верига.

Осцилаторите за заваряване са два вида:

• импулсно захранване;

• непрекъснато действие.

Непрекъснатите възбудители с осцилатор работят непрекъснато по време на процеса на заваряване, удряйки дъгата чрез наслагване на спомагателен ток с висока честота (150 до 250 kHz) и високо напрежение (3000 до 6000 V) върху тока му.

Този ток няма да причини вреда на заварчика, ако се спазват мерките за безопасност. Дъгата под въздействието на високочестотния ток гори равномерно при ниска стойност на заваръчния ток.

Най-ефективните заваръчни осцилатори на последователно свързване, тъй като с тях не се изисква инсталиране на защита с високо напрежение за източника. По време на работа разрядникът излъчва тихо пукане през пролука до 2 мм, която се регулира преди започване на работа със специален винт (по това време щепселът се изважда от контакта!).

За заваряване с променлив ток се използват импулсни мощни осцилатори, които спомагат за запалването на дъгата по време на обръщане на полярността на променлив ток.