Oscilátor - princip činnosti, typy, použití

Oscilační systém se nazývá oscilátor. To znamená, že oscilátory jsou systémy, ve kterých se periodicky opakuje nějaký měnící se indikátor nebo několik indikátorů. Totéž slovo „oscilátor“ pochází z latinského „oscillo“ – houpačka.

Oscilátory hrají důležitou roli ve fyzice a technologii, protože téměř každý lineární fyzikální systém lze popsat jako oscilátor. Příklady nejjednodušších oscilátorů jsou oscilační obvod a kyvadlo. Elektrické oscilátory převádějí stejnosměrný proud na střídavý a pomocí řídicího obvodu vytvářejí oscilace na požadované frekvenci.

Na příkladu oscilačního obvodu složeného z cívky o indukčnosti L a kondenzátoru o kapacitě C lze popsat základní proces činnosti elektrického oscilátoru. Nabitý kondenzátor se přes něj ihned po připojení jeho vývodů k cívce začne vybíjet, přičemž energie elektrického pole kondenzátoru se postupně přeměňuje na energii elektromagnetického pole cívky.

Když je kondenzátor zcela vybitý, veškerá jeho energie přejde do energie cívky, pak se náboj bude dále pohybovat cívkou a dobíjet kondenzátor v opačné polaritě, než se kterou bylo na začátku.

Také se kondenzátor začne znovu vybíjet přes cívku, ale v opačném směru atd. — při každé periodě oscilace v obvodu se bude proces opakovat, dokud oscilace nezmizí v důsledku ztráty energie na odporu cívky drátu a v dielektriku kondenzátoru.

Tak či onak je oscilační obvod v tomto příkladu nejjednodušším oscilátorem, protože se v něm periodicky mění následující indikátory: náboj v kondenzátoru, potenciální rozdíl mezi deskami kondenzátoru, síla elektrického pole v dielektrikum kondenzátoru, proud cívkou a magnetická indukce cívky. V tomto případě dochází k volným oscilacím tlumení.

Aby se oscilační kmity netlumily, je nutné doplnit ztracenou elektrickou energii. Zároveň je pro udržení konstantní amplitudy kmitů v obvodu nutné řídit příchozí elektřinu tak, aby amplituda neklesala pod a nerostla nad danou hodnotu. K dosažení tohoto cíle je v obvodu zavedena zpětná vazba.

Tímto způsobem se z oscilátoru stává zesilovací obvod s kladnou zpětnou vazbou, kde je výstupní signál částečně přiváděn k aktivnímu prvku řídicího obvodu, v důsledku čehož jsou v obvodu udržovány spojité sinusové kmity konstantní amplitudy a frekvence.To znamená, že sinusové oscilátory pracují díky toku energie od aktivních prvků k pasivním, s podporou procesu ze zpětné vazby. Vibrace mají mírně proměnlivý tvar.

Oscilátory jsou:

• s pozitivní nebo negativní zpětnou vazbou;

• se sinusovým, trojúhelníkovým, pilovým, obdélníkovým průběhem; nízká frekvence, rádiová frekvence, vysoká frekvence atd.;

• RC, LC — oscilátory, krystalové oscilátory (quartz);

• oscilátory s konstantní, proměnnou nebo nastavitelnou frekvencí.

Oscilátor (generátor) Royer

Pro přeměnu konstantního napětí na pravoúhlé impulsy nebo pro získání elektromagnetických kmitů pro nějaký jiný účel můžete použít Royerův transformátorový oscilátor nebo Royerův generátor... Toto zařízení obsahuje dvojici bipolárních tranzistorů VT1 a VT2, dvojici rezistorů R1 a R2, dvojice kondenzátorů C1 a C2 také nasycený magnetický obvod s cívkami - transformátor T.

Tranzistory pracují v klíčovém režimu a saturovaný magnetický obvod umožňuje kladnou zpětnou vazbu a v případě potřeby galvanicky izoluje sekundární vinutí od primární smyčky.

V počátečním okamžiku při zapnutí napájení začnou tranzistory ze zdroje Up protékat malé kolektorové proudy. Jeden z tranzistorů se otevře dříve (nechť VT1) a magnetický tok procházející vinutím se zvýší a současně se zvýší EMF indukovaný ve vinutí. EMF ve vinutí báze 1 a 4 bude takové, že tranzistor, který se začal otevírat jako první (VT1), se otevře a tranzistor s nižším rozběhovým proudem (VT2) se uzavře.

Kolektorový proud tranzistoru VT1 a magnetický tok v magnetickém obvodu se budou dále zvyšovat až do nasycení magnetického obvodu a v okamžiku nasycení se EMF ve vinutí změní na nulu. Kolektorový proud VT1 začne klesat, magnetický tok se sníží.

Polarita EMF indukovaného ve vinutí se obrátí a protože vinutí báze jsou symetrická, tranzistor VT1 se začne zavírat a VT2 se začne otevírat.

Kolektorový proud tranzistoru VT2 se začne zvyšovat, dokud se nárůst magnetického toku nezastaví (nyní v opačném směru), a když se EMF ve vinutí vrátí na nulu, kolektorový proud VT2 začne klesat, magnetický tok se sníží, EMF změní polaritu. Tranzistor VT2 se uzavře, VT1 se otevře a proces se bude dále cyklicky opakovat.

Frekvence kmitů Royerova generátoru souvisí s parametry zdroje energie a charakteristikami magnetického obvodu podle následujícího vzorce:

Up — napájecí napětí; ω je počet závitů každé cívky kolektoru; S je plocha průřezu magnetického obvodu v cm2; Bn — indukce nasycení jádra.

Protože v procesu nasycení magnetického obvodu bude EMF ve vinutí transformátoru konstantní, pak v přítomnosti sekundárního vinutí, se zátěží, která je k němu připojena, bude EMF mít formu obdélníkových impulsů. Rezistory v základních obvodech tranzistorů stabilizují činnost měniče a kondenzátory pomáhají zlepšit tvar výstupního napětí.

Royerovy oscilátory mohou pracovat na frekvencích od jednotek do stovek kilohertzů, v závislosti na magnetických vlastnostech jádra v T transformátoru.

Svařovací oscilátory

Pro usnadnění zapálení svařovacího oblouku a udržení jeho stability se používají svařovací oscilátory. Svařovací oscilátor je vysokofrekvenční rázový generátor navržený pro provoz s konvenčními AC nebo DC napájecími zdroji…. Jedná se o generátor jisker tlumených kmitů na bázi NF stupňovitého transformátoru se sekundárním napětím 2 až 3 kV.

Obvod obsahuje kromě transformátoru omezovač, oscilační obvod, vazební cívky a blokovací kondenzátor. Díky oscilačnímu obvodu jako hlavní součásti pracuje vysokofrekvenční transformátor.

Vysokofrekvenční vibrace procházejí vysokofrekvenčním transformátorem a vysokofrekvenční napětí je přiváděno přes obloukovou mezeru. Obtokový kondenzátor zabraňuje přemostění zdroje elektrického oblouku. Součástí svařovacího obvodu je také tlumivka pro spolehlivé oddělení cívky oscilátoru od vysokofrekvenčních proudů.

Svařovací oscilátor s výkonem až 300 W vydává pulzy v délce několika desítek mikrosekund, což je zcela dostačující k zapálení světelného oblouku. Vysokofrekvenční vysokonapěťový proud je jednoduše superponován na pracovní svařovací obvod.

Oscilátory pro svařování jsou dvou typů:

• pulzní napájení;

• nepřetržité působení.

Budiče kontinuálního oscilátoru pracují nepřetržitě během procesu svařování a zapalují oblouk superponováním vysokofrekvenčního (150 až 250 kHz) a vysokonapěťového (3000 až 6000 V) pomocného proudu nad jeho proud.

Tento proud nepoškodí svářeče, pokud budou dodržována bezpečnostní opatření. Oblouk pod vlivem vysokofrekvenčního proudu hoří rovnoměrně při nízké hodnotě svařovacího proudu.

Nejúčinnější svařovací oscilátory v sériovém zapojení, protože nevyžadují instalaci vysokonapěťové ochrany zdroje. Svodič během provozu vydává tiché praskání mezerou až 2 mm, která se před zahájením práce upraví speciálním šroubem (v tomto okamžiku je zástrčka vyjmuta ze zásuvky!).

Svařování střídavým proudem využívá pulsní výkonové oscilátory, které pomáhají zapálit oblouk při obrácení polarity střídavého proudu.