Oscilator - princip delovanja, vrste, uporaba

Nihajni sistem imenujemo oscilator. To pomeni, da so oscilatorji sistemi, v katerih se nek spreminjajoči se indikator ali več indikatorjev periodično ponavlja. Ista beseda "oscilator" izvira iz latinskega "oscillo" - gugalnica.

Oscilatorji igrajo pomembno vlogo v fiziki in tehnologiji, saj lahko skoraj vsak linearni fizični sistem opišemo kot oscilator. Primera najpreprostejših oscilatorjev sta nihajni krog in nihalo. Električni oscilatorji pretvarjajo enosmerni tok v izmenični in ustvarjajo nihanja pri zahtevani frekvenci s pomočjo krmilnega vezja.

Na primeru nihajnega kroga, sestavljenega iz tuljave induktivnosti L in kondenzatorja kapacitivnosti C, je mogoče opisati osnovni proces delovanja električnega oscilatorja. Nabit kondenzator se začne takoj po priključitvi sponk na tuljavo skozi njo prazniti, pri tem pa se energija električnega polja kondenzatorja postopoma pretvarja v energijo elektromagnetnega polja tuljave.

Ko je kondenzator popolnoma izpraznjen, bo vsa njegova energija šla v energijo tuljave, nato pa se bo naboj še naprej premikal skozi tuljavo in ponovno napolnil kondenzator v nasprotni polarnosti, kot je bil na začetku.

Prav tako se bo kondenzator ponovno začel prazniti skozi tuljavo, vendar v nasprotni smeri itd. — vsako obdobje nihanja v tokokrogu se bo proces ponavljal, dokler nihanja ne izginejo zaradi disipacije energije na upornost tuljave žice in v dielektriku kondenzatorja.

Na tak ali drugačen način je nihajno vezje v tem primeru najpreprostejši oscilator, saj se v njem periodično spreminjajo naslednji indikatorji: naboj v kondenzatorju, potencialna razlika med ploščama kondenzatorja, jakost električnega polja v dielektrik kondenzatorja, tok skozi tuljavo in magnetna indukcija tuljave. V tem primeru pride do prostih dušilnih nihanj.

Da bi nihajna nihanja postala nedušena, je potrebno dopolniti disipirano električno energijo. Hkrati je za ohranitev konstantne amplitude nihanj v vezju potrebno nadzorovati vhodno električno energijo, tako da se amplituda ne zmanjša pod in ne poveča nad dano vrednostjo. Za dosego tega cilja je v vezju uvedena povratna zanka.

Na ta način oscilator postane ojačevalno vezje s pozitivno povratno zvezo, kjer se izhodni signal delno dovede do aktivnega elementa krmilnega vezja, zaradi česar se v vezju vzdržujejo zvezna sinusna nihanja konstantne amplitude in frekvence.To pomeni, da sinusni oscilatorji delujejo zaradi pretoka energije od aktivnih elementov do pasivnih s podporo procesa iz povratne zanke. Vibracije imajo rahlo spremenljivo obliko.

Oscilatorji so:

• s pozitivnimi ali negativnimi povratnimi informacijami;

• s sinusno, trikotno, žagasto, pravokotno valovno obliko; nizka frekvenca, radijska frekvenca, visoka frekvenca itd.;

• RC, LC — oscilatorji, kristalni oscilatorji (kvarc);

• oscilatorji s konstantno, spremenljivo ali nastavljivo frekvenco.

Oscilator (generator) Royer

Za pretvorbo konstantne napetosti v pravokotne impulze ali pridobivanje elektromagnetnih nihanj za kakšen drug namen lahko uporabite Royerjev transformatorski oscilator ali Royerjev generator... Ta naprava vključuje par bipolarnih tranzistorjev VT1 in VT2, par uporov R1 in R2, tudi par kondenzatorjev C1 in C2 nasičeno magnetno vezje s tuljavami - transformator T.

Tranzistorji delujejo v ključnem načinu, nasičeno magnetno vezje pa omogoča pozitivno povratno zvezo in po potrebi galvansko izolira sekundarno navitje od primarne zanke.

V začetnem trenutku, ko je napajanje vklopljeno, začnejo majhni kolektorski tokovi teči skozi tranzistorje iz vira Up. Eden od tranzistorjev se bo odprl prej (naj VT1), magnetni tok, ki prečka navitja, se bo povečal, hkrati pa se bo povečal EMF, induciran v navitjih. EMF v osnovnih navitjih 1 in 4 bo takšen, da se bo tranzistor, ki se je prvi začel odpirati (VT1), odprl in tranzistor z nižjim začetnim tokom (VT2) zaprl.

Kolektorski tok tranzistorja VT1 in magnetni tok v magnetnem vezju se bosta še povečevala do nasičenja magnetnega vezja, v trenutku nasičenja pa se bo EMF v navitjih spremenil na nič. Kolektorski tok VT1 se bo začel zmanjševati, magnetni tok se bo zmanjšal.

Polariteta EMF, inducirana v navitjih, se bo obrnila in ker so osnovna navitja simetrična, se začne tranzistor VT1 zapirati in VT2 odpirati.

Kolektorski tok tranzistorja VT2 se bo začel povečevati, dokler se povečanje magnetnega pretoka ne ustavi (zdaj v nasprotni smeri), in ko se EMF v navitjih vrne na nič, se kolektorski tok VT2 začne zmanjševati, magnetni tok se zmanjša, EMF spremeni polarnost. Tranzistor VT2 se bo zaprl, VT1 se bo odprl in proces se bo še naprej ciklično ponavljal.

Frekvenca nihanj Royerjevega generatorja je povezana s parametri vira energije in značilnostmi magnetnega vezja po naslednji formuli:

Up - napajalna napetost; ω je število obratov vsake tuljave kolektorja; S je površina prečnega prereza magnetnega vezja v kvadratnih cm; Bn — indukcija nasičenosti jedra.

Ker bo v procesu nasičenja magnetnega vezja EMF v navitjih transformatorja konstanten, bo v prisotnosti sekundarnega navitja z obremenitvijo, ki je nanj priključena, EMF v obliki pravokotnih impulzov. Upori v osnovnih tokokrogih tranzistorjev stabilizirajo delovanje pretvornika, kondenzatorji pa pomagajo izboljšati obliko izhodne napetosti.

Royerjevi oscilatorji lahko delujejo na frekvencah od enot do sto kilohercev, odvisno od magnetnih lastnosti jedra v transformatorju T.

Varilni oscilatorji

Za lažji vžig varilnega obloka in ohranjanje njegove stabilnosti se uporabljajo varilni oscilatorji. Varilni oscilator je visokofrekvenčni prenapetostni generator, zasnovan za delovanje z običajnimi napajalniki AC ali DC…. Gre za generator iskre z dušenim nihanjem na osnovi LF povečevalnega transformatorja s sekundarno napetostjo 2 do 3 kV.

Poleg transformatorja vezje vsebuje omejevalnik, nihajno vezje, spojne tuljave in blokirni kondenzator. Zahvaljujoč oscilacijskemu krogu kot glavni komponenti deluje visokofrekvenčni transformator.

Visokofrekvenčne vibracije prehajajo skozi visokofrekvenčni transformator in visokofrekvenčna napetost se uporablja skozi obločno režo. Obvodni kondenzator preprečuje obvod vira električne energije obloka. V varilni tokokrog je vključena tudi dušilka za zanesljivo izolacijo tuljave oscilatorja od HF tokov.

Varilni oscilator z močjo do 300 W oddaja več deset mikrosekund dolge impulze, kar je povsem dovolj za vžig svetlobnega obloka. Visokofrekvenčni, visokonapetostni tok se preprosto nanese na delujoče varilno vezje.

Oscilatorji za varjenje so dveh vrst:

• impulzno napajanje;

• kontinuirano delovanje.

Kontinuirani oscilatorji med postopkom varjenja delujejo neprekinjeno in sprožijo oblok tako, da poleg njegovega toka dodajo visokofrekvenčni (150 do 250 kHz) in visokonapetostni (3000 do 6000 V) pomožni tok.

Ta tok ne bo poškodoval varilca, če upoštevate varnostne ukrepe. Oblok pod vplivom visokofrekvenčnega toka gori enakomerno pri nizki vrednosti varilnega toka.

Najučinkovitejši varilni oscilatorji v zaporedni vezavi, saj ne zahtevajo vgradnje visokonapetostne zaščite vira. Med delovanjem odvodnik oddaja tiho pokanje skozi režo do 2 mm, ki se pred začetkom dela nastavi s posebnim vijakom (v tem času je vtič izvlečen iz vtičnice!).

Varjenje z izmeničnim tokom uporablja impulzne oscilatorje moči za pomoč pri vžigu obloka, medtem ko obrne polarnost izmeničnega toka.