Oscillatore - principio di funzionamento, tipi, applicazione

Un sistema oscillante è chiamato oscillatore. Cioè, gli oscillatori sono sistemi in cui alcuni indicatori che cambiano o più indicatori vengono ripetuti periodicamente. La stessa parola "oscillatore" deriva dal latino "oscillo" - swing.

Gli oscillatori svolgono un ruolo importante nella fisica e nella tecnologia perché quasi tutti i sistemi fisici lineari possono essere descritti come oscillatori. Esempi degli oscillatori più semplici sono un circuito oscillante e un pendolo. Gli oscillatori elettrici convertono la corrente continua in corrente alternata e creano oscillazioni alla frequenza richiesta utilizzando un circuito di controllo.

Utilizzando l'esempio di un circuito oscillatorio costituito da una bobina di induttanza L e un condensatore di capacità C, è possibile descrivere il processo di funzionamento di base di un oscillatore elettrico. Un condensatore carico, subito dopo aver collegato i suoi terminali alla bobina, inizia a scaricarsi attraverso di essa, mentre l'energia del campo elettrico del condensatore viene gradualmente convertita nell'energia del campo elettromagnetico della bobina.

Quando il condensatore è completamente scarico, tutta la sua energia andrà nell'energia della bobina, quindi la carica continuerà a muoversi attraverso la bobina e ricaricherà il condensatore nella polarità opposta a quella iniziale.

Inoltre, il condensatore ricomincerà a scaricarsi attraverso la bobina, ma nella direzione opposta, ecc. — ogni periodo di oscillazione nel circuito, il processo si ripeterà fino a quando le oscillazioni scompaiono a causa della dissipazione di energia sulla resistenza della bobina di filo e nel dielettrico del condensatore.

In un modo o nell'altro, il circuito oscillante in questo esempio è l'oscillatore più semplice, poiché in esso cambiano periodicamente i seguenti indicatori: la carica nel condensatore, la differenza di potenziale tra le piastre del condensatore, l'intensità del campo elettrico nel dielettrico del condensatore, la corrente attraverso la bobina e l'induzione magnetica della bobina. In questo caso si verificano oscillazioni di smorzamento libere.

Affinché le oscillazioni oscillatorie non siano smorzate, è necessario reintegrare l'energia elettrica dissipata. Allo stesso tempo, per mantenere un'ampiezza costante delle oscillazioni nel circuito, è necessario controllare l'elettricità in ingresso in modo che l'ampiezza non diminuisca al di sotto e non aumenti al di sopra di un dato valore. Per raggiungere questo obiettivo, nel circuito viene introdotto un ciclo di feedback.

In questo modo l'oscillatore diventa un circuito amplificatore a retroazione positiva, dove il segnale di uscita viene parzialmente alimentato all'elemento attivo del circuito di controllo, per cui vengono mantenute nel circuito continue oscillazioni sinusoidali di ampiezza e frequenza costanti.Cioè, gli oscillatori sinusoidali funzionano grazie al flusso di energia dagli elementi attivi a quelli passivi, con il supporto del processo da un anello di feedback. Le vibrazioni hanno una forma leggermente variabile.

Gli oscillatori sono:

• con feedback positivo o negativo;

• con forma d'onda sinusoidale, triangolare, a dente di sega, rettangolare; bassa frequenza, radiofrequenza, alta frequenza, ecc.;

• RC, LC — oscillatori, oscillatori a cristallo (quarzo);

• oscillatori a frequenza costante, variabile o regolabile.

Oscillatore (generatore) Royer

Per convertire una tensione costante in impulsi rettangolari o per ottenere oscillazioni elettromagnetiche per qualche altro scopo, è possibile utilizzare un oscillatore trasformatore Royer o un generatore Royer... Questo dispositivo include una coppia di transistor bipolari VT1 e VT2, una coppia di resistori R1 e R2, anche una coppia di condensatori C1 e C2 circuito magnetico saturo con bobine — trasformatore T.

I transistor funzionano in modalità chiave e il circuito magnetico saturo consente un feedback positivo e, se necessario, isola galvanicamente l'avvolgimento secondario dall'anello primario.

Nel momento iniziale, quando l'alimentazione è accesa, piccole correnti di collettore iniziano a fluire attraverso i transistor dalla sorgente Su. Uno dei transistor si aprirà prima (lascia VT1) e il flusso magnetico che attraversa gli avvolgimenti aumenterà e allo stesso tempo aumenterà l'EMF indotto negli avvolgimenti. L'EMF negli avvolgimenti di base 1 e 4 sarà tale che il transistor che ha iniziato ad aprirsi per primo (VT1) si aprirà e il transistor con una corrente di avviamento inferiore (VT2) si chiuderà.

La corrente di collettore del transistor VT1 e il flusso magnetico nel circuito magnetico continueranno ad aumentare fino alla saturazione del circuito magnetico, e al momento della saturazione l'EMF negli avvolgimenti si azzererà. La corrente del collettore VT1 inizierà a diminuire, il flusso magnetico diminuirà.

La polarità dell'EMF indotta negli avvolgimenti si invertirà e poiché gli avvolgimenti di base sono simmetrici, il transistor VT1 inizia a chiudersi e VT2 inizia ad aprirsi.

La corrente di collettore del transistor VT2 inizierà ad aumentare fino a quando l'aumento del flusso magnetico non si interrompe (ora nella direzione opposta), e quando l'EMF negli avvolgimenti torna a zero, la corrente di collettore VT2 inizia a diminuire, il flusso magnetico diminuisce, l'EMF cambia polarità. Il transistor VT2 si chiuderà, VT1 si aprirà e il processo continuerà a ripetersi ciclicamente.

La frequenza delle oscillazioni del generatore Royer è correlata ai parametri della fonte di alimentazione e alle caratteristiche del circuito magnetico secondo la seguente formula:

Su - tensione di alimentazione; ω è il numero di spire di ogni bobina del collettore; S è l'area della sezione trasversale del circuito magnetico in cmq; Bn - induzione della saturazione del nucleo.

Poiché nel processo di saturazione del circuito magnetico, l'EMF negli avvolgimenti del trasformatore sarà costante, quindi in presenza di un avvolgimento secondario, con un carico ad esso collegato, l'EMF assumerà la forma di impulsi rettangolari. I resistori nei circuiti di base dei transistor stabilizzano il funzionamento del convertitore e i condensatori aiutano a migliorare la forma della tensione di uscita.

Gli oscillatori Royer possono funzionare a frequenze da unità a centinaia di kilohertz, a seconda delle proprietà magnetiche del nucleo nel trasformatore T.

Oscillatori di saldatura

Per facilitare l'accensione dell'arco di saldatura e mantenerne la stabilità, vengono utilizzati oscillatori di saldatura. L'oscillatore di saldatura è un generatore di picchi ad alta frequenza progettato per funzionare con alimentatori CA o CC convenzionali…. Si tratta di un generatore di scintille ad oscillazione smorzata basato su un trasformatore elevatore LF con una tensione secondaria da 2 a 3 kV.

Oltre al trasformatore, il circuito contiene un limitatore, un circuito oscillante, bobine di accoppiamento e un condensatore di blocco. Grazie al circuito oscillante, come componente principale, funziona il trasformatore ad alta frequenza.

Le vibrazioni ad alta frequenza passano attraverso il trasformatore ad alta frequenza e la tensione ad alta frequenza viene applicata attraverso il traferro. Un condensatore di bypass impedisce che la fonte di alimentazione dell'arco venga bypassata. Nel circuito di saldatura è inclusa anche una bobina per l'isolamento affidabile della bobina dell'oscillatore dalle correnti ad alta frequenza.

Con una potenza fino a 300 W, l'oscillatore di saldatura emette impulsi della durata di diverse decine di microsecondi, il che è abbastanza per accendere un arco luminoso. La corrente ad alta frequenza e ad alta tensione viene semplicemente sovrapposta al circuito di saldatura funzionante.

Gli oscillatori per la saldatura sono di due tipi:

• alimentazione a impulsi;

• azione continua.

Gli eccitatori a oscillazione continua funzionano continuamente durante il processo di saldatura, innescando l'arco sovrapponendo una corrente ausiliaria ad alta frequenza (da 150 a 250 kHz) e ad alta tensione (da 3000 a 6000 V) alla sua corrente.

Questa corrente non danneggerà il saldatore se vengono seguite le precauzioni di sicurezza. L'arco sotto l'influenza della corrente ad alta frequenza brucia in modo uniforme a un valore basso della corrente di saldatura.

Gli oscillatori di saldatura più efficienti in collegamento in serie, in quanto non richiedono l'installazione di protezione ad alta tensione per la sorgente. Durante il funzionamento, lo scaricatore emette un crepitio silenzioso attraverso uno spazio fino a 2 mm, che viene regolato prima di iniziare il lavoro con una vite speciale (in questo momento, la spina viene rimossa dalla presa!).

La saldatura CA utilizza oscillatori di potenza pulsata per favorire l'accensione dell'arco mentre si inverte la polarità della corrente CA.