Osciliatorius – veikimo principas, tipai, taikymas

Virpesių sistema vadinama osciliatoriumi. Tai yra, osciliatoriai yra sistemos, kuriose periodiškai kartojasi koks nors kintantis indikatorius arba keli rodikliai. Tas pats žodis „osciliatorius“ kilęs iš lotyniško „oscillo“ – sūpynės.

Osciliatoriai atlieka svarbų vaidmenį fizikoje ir technologijose, nes beveik bet kurią linijinę fizinę sistemą galima apibūdinti kaip osciliatorių. Paprasčiausių osciliatorių pavyzdžiai yra svyravimo grandinė ir švytuoklė. Elektriniai osciliatoriai nuolatinę srovę paverčia kintamąja srove ir, naudodami valdymo grandinę, sukuria reikiamo dažnio virpesius.

Naudojant svyruojančios grandinės, susidedančios iš L induktyvumo ritės ir C talpos kondensatoriaus, pavyzdį, galima apibūdinti pagrindinį elektrinio generatoriaus veikimo procesą. Įkrautas kondensatorius, iškart po jo gnybtų prijungimo prie ritės, per jį pradeda išsikrauti, o kondensatoriaus elektrinio lauko energija palaipsniui virsta ritės elektromagnetinio lauko energija.

Kai kondensatorius visiškai išsikrovęs, visa jo energija pateks į ritės energiją, tada įkrovimas ir toliau judės per ritę ir įkraus kondensatorių priešingu poliškumu, nei buvo iš pradžių.

Be to, kondensatorius vėl pradės išsikrauti per ritę, bet priešinga kryptimi ir pan. — kiekvienas grandinės virpesių periodas, procesas kartosis tol, kol svyravimai išnyks dėl energijos išsklaidymo ant laido ritės varžos ir kondensatoriaus dielektrike.

Vienaip ar kitaip, virpesių grandinė šiame pavyzdyje yra paprasčiausias osciliatorius, nes jame periodiškai keičiasi šie rodikliai: įkrova kondensatoriuje, potencialų skirtumas tarp kondensatoriaus plokščių, elektrinio lauko stiprumas. kondensatoriaus dielektrikas, srovė per ritę ir ritės magnetinė indukcija. Tokiu atveju atsiranda laisvi slopinimo svyravimai.

Kad svyruojantys svyravimai būtų neslopinami, būtina papildyti išsklaidytą elektros energiją. Tuo pačiu metu, norint išlaikyti pastovią virpesių amplitudę grandinėje, reikia reguliuoti gaunamą elektros energiją, kad amplitudė nesumažėtų žemiau ir nepadidėtų aukščiau nurodytos vertės. Norint pasiekti šį tikslą, grandinėje įvedama grįžtamojo ryšio kilpa.

Tokiu būdu osciliatorius tampa teigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvo grandine, kur išėjimo signalas dalinai tiekiamas į aktyvųjį valdymo grandinės elementą, ko pasekoje grandinėje palaikomi nuolatiniai pastovios amplitudės ir dažnio sinusiniai virpesiai.Tai reiškia, kad sinusiniai osciliatoriai veikia dėl energijos srauto iš aktyvių elementų į pasyviuosius, palaikydami procesą iš grįžtamojo ryšio kilpos. Vibracijos turi šiek tiek besikeičiančią formą.

Osciliatoriai yra:

• su teigiamais ar neigiamais atsiliepimais;

• su sinusine, trikampe, pjūkleline, stačiakampe bangos forma; žemo dažnio, radijo dažnio, aukšto dažnio ir kt.;

• RC, LC — osciliatoriai, kristaliniai osciliatoriai (kvarcas);

• pastovaus, kintamo arba reguliuojamo dažnio osciliatoriai.

Osciliatorius (generatorius) Royer

Norėdami paversti pastovią įtampą į stačiakampius impulsus arba gauti elektromagnetinius virpesius kokiam nors kitam tikslui, galite naudoti Royer transformatorinį generatorių arba Royer generatorių... Šiame įrenginyje yra dvipolių tranzistorių VT1 ir VT2 pora, rezistorių pora R1 ir Royer generatorius... R2, taip pat pora kondensatorių C1 ir C2 prisotinta magnetinė grandinė su ritėmis - transformatorius T.

Tranzistoriai veikia rakto režimu, o prisotinta magnetinė grandinė leidžia teigiamą grįžtamąjį ryšį ir, jei reikia, galvaniškai izoliuoja antrinę apviją nuo pirminės kilpos.

Pradiniu momentu, kai įjungiamas maitinimas, mažos kolektoriaus srovės pradeda tekėti per tranzistorius iš šaltinio Up. Vienas iš tranzistorių atsidarys anksčiau (tegul VT1), o magnetinis srautas, kertantis apvijas, padidės ir tuo pačiu padidės apvijose sukeltas EMF. EMF bazinėse apvijose 1 ir 4 bus tokia, kad atsidarys tranzistorius, kuris pradėjo atsidaryti pirmas (VT1), o tranzistorius su mažesne paleidimo srove (VT2) užsidarys.

Tranzistoriaus VT1 kolektoriaus srovė ir magnetinis srautas magnetinėje grandinėje toliau didės iki magnetinės grandinės prisotinimo, o prisotinimo momentu EMF apvijose pasidarys iki nulio. Kolektoriaus srovė VT1 pradės mažėti, sumažės magnetinis srautas.

Apvijose sukeltas EMF poliškumas pasikeis, o kadangi pagrindinės apvijos yra simetriškos, tranzistorius VT1 pradeda užsidaryti, o VT2 atsidaryti.

Tranzistoriaus VT2 kolektoriaus srovė pradės didėti, kol nustos didėti magnetinis srautas (dabar priešinga kryptimi), o kai EMF apvijose grįš į nulį, kolektoriaus srovė VT2 pradeda mažėti, magnetinis srautas mažėja, EML keičia poliškumą. Tranzistorius VT2 užsidarys, VT1 atsidarys ir procesas toliau kartosis cikliškai.

Royer generatoriaus virpesių dažnis yra susijęs su maitinimo šaltinio parametrais ir magnetinės grandinės charakteristikomis pagal šią formulę:

Up — maitinimo įtampa; ω – kiekvienos kolektoriaus ritės apsisukimų skaičius; S – magnetinės grandinės skerspjūvio plotas kv.cm; Bn – šerdies soties indukcija.

Kadangi magnetinės grandinės prisotinimo procese EML transformatoriaus apvijose bus pastovus, tada, esant antrinei apvijai, prie jos prijungus apkrovą, EMF bus stačiakampių impulsų pavidalu. Rezistoriai tranzistorių bazinėse grandinėse stabilizuoja keitiklio darbą, o kondensatoriai padeda pagerinti išėjimo įtampos formą.

Royer generatoriai gali veikti nuo vienetų iki šimtų kilohercų dažniais, priklausomai nuo T transformatoriaus šerdies magnetinių savybių.

Suvirinimo osciliatoriai

Siekiant palengvinti suvirinimo lanko užsidegimą ir išlaikyti jo stabilumą, naudojami suvirinimo osciliatoriai. Suvirinimo generatorius yra aukšto dažnio viršįtampių generatorius, skirtas veikti su įprastais kintamosios arba nuolatinės srovės maitinimo šaltiniais. Tai slopintų virpesių kibirkšties generatorius, pagrįstas LF pakopiniu transformatoriumi, kurio antrinė įtampa yra nuo 2 iki 3 kV.

Be transformatoriaus, grandinėje yra ribotuvas, virpesių grandinė, sujungimo ritės ir blokuojantis kondensatorius. Dėl svyruojančios grandinės, kaip pagrindinio komponento, veikia aukšto dažnio transformatorius.

Aukšto dažnio virpesiai praeina per aukšto dažnio transformatorių, o aukšto dažnio įtampa tiekiama per lanko tarpą. Apėjimo kondensatorius neleidžia apeiti lankinio maitinimo šaltinio. Suvirinimo grandinėje taip pat yra droselis, užtikrinantis patikimą osciliatoriaus ritės izoliaciją nuo HF srovių.

Iki 300 W galios suvirinimo osciliatorius duoda keliasdešimties mikrosekundžių trunkančius impulsus, kurių visiškai pakanka šviesos lankui uždegti. Aukšto dažnio, aukštos įtampos srovė tiesiog uždedama ant darbinės suvirinimo grandinės.

Suvirinimo osciliatoriai yra dviejų tipų:

• impulsinis maitinimas;

• nuolatinis veiksmas.

Nepertraukiamo generatoriaus žadintuvai suvirinimo proceso metu veikia nepertraukiamai, smogdami lanką, papildydami aukšto dažnio (150–250 kHz) ir aukštos įtampos (3000–6000 V) pagalbinę srovę.

Ši srovė nepakenks suvirintojui, jei bus laikomasi saugos priemonių. Aukšto dažnio srovės veikiamas lankas dega tolygiai esant žemai suvirinimo srovės vertei.

Veiksmingiausi suvirinimo generatoriai nuosekliai sujungti, nes jiems nereikia įrengti šaltinio aukštos įtampos apsaugos. Veikimo metu iškroviklis skleidžia tylų traškėjimą per iki 2 mm tarpą, kuris prieš pradedant darbą sureguliuojamas specialiu varžtu (šiuo metu kištukas ištraukiamas iš lizdo!).

Kintamos srovės suvirinimui naudojami impulsiniai galios generatoriai, padedantys uždegti lanką, keičiant kintamosios srovės poliškumą.