Oscilador: principio de funcionamiento, tipos, aplicación.

Un sistema oscilante se llama oscilador. Es decir, los osciladores son sistemas en los que se repite periódicamente algún indicador cambiante o varios indicadores. La misma palabra "oscilador" proviene del latín "oscillo" - columpio.

Los osciladores juegan un papel importante en la física y la tecnología porque casi cualquier sistema físico lineal puede describirse como un oscilador. Ejemplos de los osciladores más simples son un circuito oscilante y un péndulo. Los osciladores eléctricos convierten la corriente continua en corriente alterna y crean oscilaciones a la frecuencia requerida mediante un circuito de control.

Usando el ejemplo de un circuito oscilatorio que consta de una bobina de inductancia L y un capacitor de capacitancia C, es posible describir el proceso básico de operación de un oscilador eléctrico. Un capacitor cargado, inmediatamente después de conectar sus terminales a la bobina, comienza a descargarse a través de ella, mientras que la energía del campo eléctrico del capacitor se convierte gradualmente en la energía del campo electromagnético de la bobina.

Cuando el condensador está completamente descargado, toda su energía irá a la energía de la bobina, luego la carga continuará moviéndose a través de la bobina y recargará el capacitor en la polaridad opuesta a la que tenía al principio.

Además, el capacitor comenzará a descargarse nuevamente a través de la bobina, pero en la dirección opuesta, etc. — cada período de oscilación en el circuito, el proceso se repetirá hasta que las oscilaciones desaparezcan debido a la disipación de energía en la resistencia de la bobina de alambre y en el dieléctrico del capacitor.

De una forma u otra, el circuito oscilante en este ejemplo es el oscilador más simple, ya que en él cambian periódicamente los siguientes indicadores: la carga en el capacitor, la diferencia de potencial entre las placas del capacitor, la fuerza del campo eléctrico en el dieléctrico del capacitor, la corriente a través de la bobina y la inducción magnética de la bobina. En este caso, se producen oscilaciones de amortiguamiento libre.

Para que las oscilaciones oscilatorias no se amortigüen, es necesario reponer la energía eléctrica disipada. Al mismo tiempo, para mantener una amplitud constante de oscilaciones en el circuito, es necesario controlar la electricidad entrante para que la amplitud no disminuya por debajo ni aumente por encima de un valor dado. Para lograr este objetivo, se introduce un circuito de retroalimentación en el circuito.

De esta manera, el oscilador se convierte en un circuito amplificador de retroalimentación positiva, donde la señal de salida se alimenta parcialmente al elemento activo del circuito de control, como resultado de lo cual se mantienen en el circuito oscilaciones sinusoidales continuas de amplitud y frecuencia constantes.Es decir, los osciladores sinusoidales funcionan debido al flujo de energía de los elementos activos a los pasivos, con el apoyo del proceso desde un circuito de retroalimentación. Las vibraciones tienen una forma ligeramente variable.

Los osciladores son:

• con retroalimentación positiva o negativa;

• con forma de onda sinusoidal, triangular, de diente de sierra, rectangular; baja frecuencia, radiofrecuencia, alta frecuencia, etc.;

• RC, LC — osciladores, osciladores de cristal (cuarzo);

• osciladores de frecuencia constante, variable o ajustable.

Oscilador (generador) Royer

Para convertir un voltaje constante en pulsos rectangulares u obtener oscilaciones electromagnéticas para algún otro propósito, puede usar un oscilador de transformador Royer o un generador Royer... Este dispositivo incluye un par de transistores bipolares VT1 y VT2, un par de resistencias R1 y R2, un par de capacitores C1 y C2 también circuito magnético saturado con bobinas — transformador T.

Los transistores funcionan en modo clave y el circuito magnético saturado permite una retroalimentación positiva y, si es necesario, aísla galvánicamente el devanado secundario del bucle primario.

En el momento inicial, cuando se enciende la fuente de alimentación, pequeñas corrientes de colector comienzan a fluir a través de los transistores desde la fuente hacia arriba. Uno de los transistores se abrirá antes (sea VT1), y el flujo magnético que atraviesa los devanados aumentará y la FEM inducida en los devanados aumentará al mismo tiempo. La FEM en los devanados base 1 y 4 será tal que el transistor que comenzó a abrirse primero (VT1) se abrirá y el transistor con una corriente de arranque más baja (VT2) se cerrará.

La corriente del colector del transistor VT1 y el flujo magnético en el circuito magnético continuarán aumentando hasta la saturación del circuito magnético, y en el momento de la saturación, la FEM en los devanados se volverá cero. La corriente de colector VT1 comenzará a disminuir, el flujo magnético disminuirá.

La polaridad de la FEM inducida en los devanados se invertirá y dado que los devanados de la base son simétricos, el transistor VT1 comienza a cerrarse y VT2 comienza a abrirse.

La corriente del colector del transistor VT2 comenzará a aumentar hasta que se detenga el aumento del flujo magnético (ahora en la dirección opuesta), y cuando la FEM en los devanados vuelva a cero, la corriente del colector VT2 comenzará a disminuir, el flujo magnético disminuirá. el EMF cambia de polaridad. El transistor VT2 se cerrará, VT1 se abrirá y el proceso continuará repitiéndose cíclicamente.

La frecuencia de oscilaciones del generador Royer está relacionada con los parámetros de la fuente de alimentación y las características del circuito magnético según la siguiente fórmula:

Up — tensión de alimentación; ω es el número de vueltas de cada bobina del colector; S es el área de la sección transversal del circuito magnético en cm cuadrados; Bn — inducción de saturación del núcleo.

Dado que en el proceso de saturación del circuito magnético, el EMF en los devanados del transformador será constante, entonces, en presencia de un devanado secundario, con una carga conectada, el EMF tomará la forma de pulsos rectangulares. Las resistencias en los circuitos base de los transistores estabilizan el funcionamiento del convertidor y los condensadores ayudan a mejorar la forma del voltaje de salida.

Los osciladores Royer pueden operar a frecuencias desde unidades hasta cientos de kilohercios, dependiendo de las propiedades magnéticas del núcleo en el transformador T.

Osciladores de soldadura

Para facilitar el encendido del arco de soldadura y mantener su estabilidad, se utilizan osciladores de soldadura. El oscilador de soldadura es un generador de picos de alta frecuencia diseñado para operar con fuentes de alimentación convencionales de CA o CC…. Es un generador de chispas de oscilación amortiguada basado en un transformador elevador de baja frecuencia con una tensión secundaria de 2 a 3 kV.

Además del transformador, el circuito contiene un limitador, un circuito oscilante, bobinas de acoplamiento y un condensador de bloqueo. Gracias al circuito oscilante, como componente principal, funciona el transformador de alta frecuencia.

Las vibraciones de alta frecuencia pasan a través del transformador de alta frecuencia y el voltaje de alta frecuencia se aplica a través del espacio de arco. Un condensador de derivación evita que la fuente de alimentación de arco sea desviada. También se incluye un estrangulador en el circuito de soldadura para un aislamiento fiable de la bobina del oscilador de las corrientes de alta frecuencia.

Con una potencia de hasta 300 W, el oscilador de soldadura emite pulsos que duran varias decenas de microsegundos, lo que es suficiente para encender un arco de luz. La corriente de alto voltaje y alta frecuencia simplemente se superpone al circuito de soldadura en funcionamiento.

Los osciladores para soldadura son de dos tipos:

• fuente de alimentación de pulso;

• acción continua

Los excitadores de oscilador continuo operan continuamente durante el proceso de soldadura, iniciando el arco superponiendo una corriente auxiliar de alta frecuencia (150 a 250 kHz) y alto voltaje (3000 a 6000 V) encima de su corriente.

Esta corriente no dañará al soldador si se siguen las precauciones de seguridad. El arco bajo la influencia de la corriente de alta frecuencia se quema uniformemente a un valor bajo de la corriente de soldadura.

Los osciladores de soldadura más eficientes en conexión serie, ya que no requieren la instalación de protección de alta tensión para la fuente. Durante el funcionamiento, el pararrayos emite un crujido silencioso a través de un espacio de hasta 2 mm, que se ajusta antes de comenzar a trabajar con un tornillo especial (¡en este momento, el enchufe se retira del tomacorriente!).

La soldadura de CA utiliza osciladores de potencia pulsada para ayudar a encender el arco mientras se invierte la polaridad de la corriente de CA.