Ostsillaator - tööpõhimõte, tüübid, rakendus

Võnkuvat süsteemi nimetatakse ostsillaatoriks. See tähendab, et ostsillaatorid on süsteemid, milles mõnda muutuvat indikaatorit või mitut indikaatorit perioodiliselt korratakse. Sama sõna "ostsillaator" pärineb ladinakeelsest sõnast "oscillo" - kiik.

Ostsillaatorid mängivad füüsikas ja tehnoloogias olulist rolli, sest peaaegu iga lineaarset füüsikalist süsteemi saab kirjeldada kui ostsillaatorit. Lihtsaimate ostsillaatorite näideteks on võnkeahel ja pendel. Elektriostsillaatorid muudavad alalisvoolu vahelduvvooluks ja tekitavad juhtahela abil vajaliku sagedusega võnkumisi.

Induktiivsusega L mähisest ja mahtuvusega C kondensaatorist koosneva võnkeahela näitel on võimalik kirjeldada elektrilise ostsillaatori töö põhiprotsessi. Laetud kondensaator hakkab kohe pärast selle klemmide ühendamist pooliga tühjenema, samas kui kondensaatori elektrivälja energia muundatakse järk-järgult mähise elektromagnetvälja energiaks.

Kui kondensaator on täielikult tühjenenud, läheb kogu selle energia mähise energiasse, siis jätkab laeng liikumist läbi mähise ja laadib kondensaatorit vastupidises polaarsuses, kui see oli alguses.

Samuti hakkab kondensaator uuesti tühjenema läbi mähise, kuid vastupidises suunas jne. — iga võnkeperioodi järel ahelas kordub protsess, kuni võnked kaovad energia hajumise tõttu traadi pooli takistusel ja kondensaatori dielektrikus.

Ühel või teisel viisil on selle näite võnkeahel kõige lihtsam ostsillaator, kuna selles muutuvad perioodiliselt järgmised näitajad: kondensaatori laeng, kondensaatori plaatide potentsiaalide erinevus, elektrivälja tugevus elektriväljas. kondensaatori dielektrik, pooli läbiv vool ja pooli magnetiline induktsioon. Sel juhul tekivad vabad summutusvõnked.

Selleks, et võnkuvad võnked muutuksid summutamatuks, on vaja hajunud elektrienergiat täiendada. Samal ajal on ahelas püsiva võnkeamplituudi hoidmiseks vaja sissetulevat elektrit juhtida nii, et amplituud ei langeks etteantud väärtusest allapoole ega tõuseks üle. Selle eesmärgi saavutamiseks viiakse vooluringi sisse tagasisideahel.

Nii saab ostsillaator positiivse tagasisidega võimendi ahelaks, kus väljundsignaal suunatakse osaliselt juhtahela aktiivelemendile, mille tulemusena säilivad ahelas pidevad konstantse amplituudi ja sagedusega siinusvõnked.See tähendab, et sinusoidsed ostsillaatorid töötavad tänu energia voolule aktiivsetelt elementidelt passiivsetesse, protsessi toel tagasisideahelast. Vibratsioonid on veidi muutuva kujuga.

Ostsillaatorid on:

• positiivse või negatiivse tagasisidega;

• sinusoidse, kolmnurkse, saehambalise, ristkülikukujulise lainekujuga; madalsagedus, raadiosagedus, kõrgsagedus jne;

• RC, LC — ostsillaatorid, kristallostsillaatorid (kvarts);

• konstantse, muutuva või reguleeritava sagedusega ostsillaatorid.

Ostsillaator (generaator) Royer

Püsipinge muundamiseks ristkülikukujulisteks impulssideks või elektromagnetiliste võnkumiste saamiseks mõnel muul eesmärgil võib kasutada Royeri trafo ostsillaatorit või Royeri generaatorit... See seade sisaldab paari bipolaarseid transistore VT1 ja VT2, paari takisteid R1 ja R2, paar kondensaatorit C1 ja C2 samuti küllastunud magnetahel koos mähistega - trafo T.

Transistorid töötavad võtmerežiimis ja küllastunud magnetahel võimaldab positiivset tagasisidet ja vajadusel isoleerib galvaaniliselt sekundaarmähise primaarahelast.

Algsel ajahetkel, kui toide on sisse lülitatud, hakkavad allikast Up läbi transistoride voolama väikesed kollektorivoolud. Üks transistoridest avaneb varem (lase VT1) ja mähiseid ristuv magnetvoog suureneb ja mähistes indutseeritud EMF samal ajal suureneb. EMF baasmähistes 1 ja 4 on selline, et esimesena avanema alustanud transistor (VT1) avaneb ja madalama käivitusvooluga transistor (VT2) sulgub.

Transistori VT1 kollektori vool ja magnetvoog magnetahelas jätkavad suurenemist kuni magnetahela küllastumiseni ning küllastumise hetkel muutub EMF mähistes nulliks. Kollektori vool VT1 hakkab vähenema, magnetvoog väheneb.

Mähistes indutseeritud EMF-i polaarsus muutub vastupidiseks ja kuna baasmähised on sümmeetrilised, hakkab transistor VT1 sulguma ja VT2 avanema.

Transistori VT2 kollektori vool hakkab suurenema, kuni magnetvoo suurenemine peatub (nüüd vastupidises suunas) ja kui mähistes olev EMF naaseb nulli, hakkab kollektori vool VT2 vähenema, magnetvoog väheneb, EMF muudab polaarsust. Transistor VT2 sulgub, VT1 avaneb ja protsess kordub tsükliliselt edasi.

Royeri generaatori võnkesagedus on seotud toiteallika parameetrite ja magnetahela omadustega vastavalt järgmisele valemile:

Up — toitepinge; ω on kollektori iga pooli keerdude arv; S on magnetahela ristlõike pindala ruutmeetrites; Bn — tuuma küllastumise induktsioon.

Kuna magnetahela küllastumise protsessis on trafo mähistes olev EMF konstantne, siis sekundaarmähise juuresolekul koos sellega ühendatud koormusega on EMF ristkülikukujuliste impulsside kujul. Transistoride baasahelates olevad takistid stabiliseerivad muunduri tööd ja kondensaatorid aitavad parandada väljundpinge kuju.

Royeri ostsillaatorid võivad töötada sagedustel alates ühikutest kuni sadade kilohertsini, olenevalt T-trafo südamiku magnetilistest omadustest.

Keevitusostsillaatorid

Keevituskaare süttimise hõlbustamiseks ja selle stabiilsuse säilitamiseks kasutatakse keevitusostsillaatoreid. Keevitusostsillaator on kõrgsageduslik liiggeneraator, mis on loodud töötama tavaliste vahelduv- või alalisvooluallikatega…. See on summutatud võnkumise sädegeneraator, mis põhineb LF-i astmelisel trafol, mille sekundaarpinge on 2–3 kV.

Ahel sisaldab lisaks trafole piirajat, võnkeahelat, ühenduspooli ja blokeerivat kondensaatorit. Tänu võnkeahelale kui põhikomponendile töötab kõrgsagedustrafo.

Kõrgsageduslikud vibratsioonid läbivad kõrgsageduslikku trafot ja kõrgsageduslikku pinget rakendatakse läbi kaarepilu. Möödaviikkondensaator takistab kaarevooluallikast möödasõitu. Keevitusahelasse on lisatud ka drossel, mis tagab ostsillaatori pooli usaldusväärse isoleerimise kõrgsagedusvooludest.

Kuni 300 W võimsusega keevitusostsillaator annab mitukümmend mikrosekundit kestvaid impulsse, mis on täiesti piisav valguskaare süütamiseks. Kõrge sagedusega kõrgepinge vool kantakse lihtsalt töötavale keevitusahelale.

Keevitamiseks mõeldud ostsillaatoreid on kahte tüüpi:

• impulss toiteallikas;

• pidev tegevus.

Pidevad ostsillaatori ergutid töötavad keevitusprotsessi ajal pidevalt, tekitades kaare, lisades selle voolule kõrge sagedusega (150–250 kHz) ja kõrgepinge (3000–6000 V) abivoolu.

See vool ei kahjusta keevitajat, kui järgitakse ettevaatusabinõusid. Kõrgsagedusliku voolu mõjul olev kaar põleb ühtlaselt keevitusvoolu madalal väärtusel.

Kõige tõhusamad jadaühenduses keevitusostsillaatorid, kuna need ei nõua allikale kõrgepingekaitse paigaldamist. Töötamise ajal kostab piirik vaikset praginat läbi kuni 2 mm vahe, mida reguleeritakse enne töö alustamist spetsiaalse kruviga (sel ajal eemaldatakse pistik pistikupesast!).

Vahelduvvoolu keevitamisel kasutatakse impulss-võimsuse ostsillaatoreid, mis aitavad kaare süüdata, muutes vahelduvvoolu polaarsust.