Oszillator - Funktionsprinzip, Typen, Anwendung

Ein schwingendes System wird Oszillator genannt. Das heißt, Oszillatoren sind Systeme, in denen sich ein oder mehrere Indikatoren periodisch wiederholen. Das gleiche Wort „Oszillator“ kommt vom lateinischen „oscillo“ – Schwingen.

Oszillatoren spielen in der Physik und Technik eine wichtige Rolle, da nahezu jedes lineare physikalische System als Oszillator beschrieben werden kann. Beispiele für die einfachsten Oszillatoren sind ein Schwingkreis und ein Pendel. Elektrische Oszillatoren wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um und erzeugen über einen Regelkreis Schwingungen mit der erforderlichen Frequenz.

Am Beispiel eines Schwingkreises, bestehend aus einer Spule der Induktivität L und einem Kondensator der Kapazität C, lässt sich die prinzipielle Funktionsweise eines elektrischen Oszillators beschreiben. Ein geladener Kondensator beginnt sich unmittelbar nach dem Anschließen seiner Anschlüsse an die Spule durch ihn zu entladen, während die Energie des elektrischen Feldes des Kondensators allmählich in die Energie des elektromagnetischen Feldes der Spule umgewandelt wird.

Wenn der Kondensator vollständig entladen ist, seine gesamte Energie geht in die Energie der Spule über, dann bewegt sich die Ladung weiter durch die Spule und lädt den Kondensator mit der entgegengesetzten Polarität auf, als sie ursprünglich war.

Außerdem beginnt sich der Kondensator erneut über die Spule zu entladen, jedoch in die entgegengesetzte Richtung usw. — Bei jeder Schwingungsperiode im Stromkreis wiederholt sich der Vorgang, bis die Schwingungen aufgrund der Energiedissipation am Widerstand der Drahtspule und im Dielektrikum des Kondensators verschwinden.

Auf die eine oder andere Weise ist der Schwingkreis in diesem Beispiel der einfachste Oszillator, da sich darin periodisch die folgenden Indikatoren ändern: die Ladung im Kondensator, die Potentialdifferenz zwischen den Platten des Kondensators, die Stärke des elektrischen Feldes im Dielektrikum des Kondensators, der Strom durch die Spule und die magnetische Induktion der Spule. In diesem Fall treten freie Dämpfungsschwingungen auf.

Damit die Schwingungen ungedämpft werden, ist es notwendig, die verlorene elektrische Energie wieder aufzufüllen. Um gleichzeitig eine konstante Schwingungsamplitude im Stromkreis aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, den eingehenden Strom so zu steuern, dass die Amplitude nicht unter einen bestimmten Wert abfällt und nicht über einen bestimmten Wert ansteigt. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Rückkopplungsschleife in die Schaltung eingeführt.

Auf diese Weise wird der Oszillator zu einer Verstärkerschaltung mit positiver Rückkopplung, bei der das Ausgangssignal teilweise dem aktiven Element der Steuerschaltung zugeführt wird, wodurch kontinuierliche Sinusschwingungen mit konstanter Amplitude und Frequenz in der Schaltung aufrechterhalten werden.Das heißt, Sinusoszillatoren funktionieren aufgrund des Energieflusses von aktiven zu passiven Elementen, mit Unterstützung des Prozesses durch eine Rückkopplungsschleife. Die Schwingungen haben eine leicht variable Form.

Die Oszillatoren sind:

• mit positivem oder negativem Feedback;

• mit sinusförmiger, dreieckiger, sägezahnförmiger, rechteckiger Wellenform; Niederfrequenz, Hochfrequenz, Hochfrequenz usw.;

• RC, LC – Oszillatoren, Quarzoszillatoren;

• Oszillatoren mit konstanter, variabler oder einstellbarer Frequenz.

Oszillator (Generator) Royer

Um eine konstante Spannung in Rechteckimpulse umzuwandeln oder elektromagnetische Schwingungen für einen anderen Zweck zu erhalten, können Sie einen Royer-Transformator-Oszillator oder einen Royer-Generator verwenden... Dieses Gerät enthält ein Paar Bipolartransistoren VT1 und VT2, ein Paar Widerstände R1 und R2, außerdem ein Paar Kondensatoren C1 und C2 gesättigter Magnetkreis mit Spulen — Transformator T.

Die Transistoren arbeiten im Tastmodus und der gesättigte Magnetkreis ermöglicht eine positive Rückkopplung und trennt bei Bedarf die Sekundärwicklung galvanisch von der Primärschleife.

Zu Beginn, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, beginnen kleine Kollektorströme von der Quelle Up durch die Transistoren zu fließen. Einer der Transistoren öffnet früher (lassen Sie VT1), und der magnetische Fluss durch die Wicklungen nimmt zu und gleichzeitig nimmt die in den Wicklungen induzierte EMF zu. Die EMK in den Basiswicklungen 1 und 4 ist so, dass der Transistor, der zuerst zu öffnen begann (VT1), öffnet und der Transistor mit einem niedrigeren Startstrom (VT2) schließt.

Der Kollektorstrom des Transistors VT1 und der Magnetfluss im Magnetkreis nehmen bis zur Sättigung des Magnetkreises weiter zu, und im Moment der Sättigung geht die EMF in den Wicklungen auf Null. Der Kollektorstrom VT1 beginnt abzunehmen, der magnetische Fluss nimmt ab.

Die Polarität der in den Wicklungen induzierten EMK kehrt sich um und da die Basiswicklungen symmetrisch sind, beginnt der Transistor VT1 zu schließen und VT2 zu öffnen.

Der Kollektorstrom des Transistors VT2 beginnt anzusteigen, bis der Anstieg des Magnetflusses aufhört (jetzt in die entgegengesetzte Richtung), und wenn die EMF in den Wicklungen auf Null zurückkehrt, beginnt der Kollektorstrom VT2 abzunehmen, der Magnetfluss nimmt ab, Das EMF ändert die Polarität. Der Transistor VT2 schließt, VT1 öffnet sich und der Vorgang wiederholt sich weiterhin zyklisch.

Die Schwingungsfrequenz des Royer-Generators hängt von den Parametern der Stromquelle und den Eigenschaften des Magnetkreises gemäß der folgenden Formel ab:

Up – Versorgungsspannung; ω ist die Anzahl der Windungen jeder Spule des Kollektors; S ist die Querschnittsfläche des Magnetkreises in cm²; Bn – Kernsättigungsinduktion.

Da im Sättigungsprozess des Magnetkreises die EMF in den Wicklungen des Transformators konstant ist, nimmt die EMF bei Vorhandensein einer Sekundärwicklung mit angeschlossener Last die Form von Rechteckimpulsen an. Widerstände in den Basiskreisen der Transistoren stabilisieren den Betrieb des Wandlers und Kondensatoren helfen, die Form der Ausgangsspannung zu verbessern.

Royer-Oszillatoren können je nach den magnetischen Eigenschaften des Kerns im T-Transformator mit Frequenzen von einigen bis zu Hunderten von Kilohertz betrieben werden.

Schweißoszillatoren

Um die Zündung des Schweißlichtbogens zu erleichtern und seine Stabilität aufrechtzuerhalten, werden Schweißoszillatoren verwendet. Der Schweißoszillator ist ein Hochfrequenz-Stoßgenerator, der für den Betrieb mit herkömmlichen Wechsel- oder Gleichstromquellen ausgelegt ist. Es handelt sich um einen Funkengenerator mit gedämpfter Schwingung, der auf einem NF-Aufwärtstransformator mit einer Sekundärspannung von 2 bis 3 kV basiert.

Die Schaltung enthält neben dem Transformator einen Begrenzer, einen Schwingkreis, Koppelspulen und einen Abblockkondensator. Dank des Schwingkreises als Hauptkomponente funktioniert der Hochfrequenztransformator.

Die hochfrequenten Schwingungen durchlaufen den Hochfrequenztransformator und die hochfrequente Spannung wird über die Lichtbogenstrecke angelegt. Ein Bypass-Kondensator verhindert, dass die Lichtbogenstromquelle umgangen wird. Zur zuverlässigen Trennung der Oszillatorspule von HF-Strömen ist im Schweißkreis zusätzlich eine Drossel enthalten.

Mit einer Leistung von bis zu 300 W gibt der Schweißoszillator Impulse von mehreren zehn Mikrosekunden Dauer ab, was völlig ausreicht, um einen Lichtbogen zu zünden. Hochfrequenz- und Hochspannungsstrom wird einfach dem Arbeitsschweißkreis überlagert.

Es gibt zwei Arten von Oszillatoren zum Schweißen:

• Impulsstromversorgung;

• kontinuierliche Aktion.

Kontinuierliche Schwingerreger arbeiten während des Schweißprozesses kontinuierlich und zünden den Lichtbogen, indem sie seinem Strom einen Hilfsstrom mit hoher Frequenz (150 bis 250 kHz) und hoher Spannung (3000 bis 6000 V) überlagern.

Dieser Strom schadet dem Schweißer nicht, wenn die Sicherheitsvorkehrungen beachtet werden. Der Lichtbogen unter dem Einfluss des Hochfrequenzstroms brennt gleichmäßig bei einem niedrigen Wert des Schweißstroms.

Am effizientesten sind Schweißoszillatoren in Reihenschaltung, da sie keine Installation eines Hochspannungsschutzes für die Quelle erfordern. Während des Betriebs gibt der Ableiter ein leises Knistern durch einen Spalt von bis zu 2 mm ab, der vor Arbeitsbeginn mit einer Spezialschraube eingestellt wird (zu diesem Zeitpunkt ist der Stecker aus der Steckdose gezogen!).

Beim Wechselstromschweißen werden gepulste Leistungsoszillatoren verwendet, um das Zünden des Lichtbogens zu unterstützen und gleichzeitig die Polarität des Wechselstroms umzukehren.