I fysik er en oscillator en hvilken som helst enhed, der konstant konverterer energi fra en form til en anden. Et pendul er et simpelt eksempel. Når den øverste del af sin svingning er potentiel energi, mens den i bunden, når den bevæger sig med maksimal hastighed, kun har kinetisk energi. Hvis du tegnede forholdet mellem potentialet og kinetisk energi i forhold til tænderne, ville du få en gentagen bølgeform. Bevægelsen af et pendul er kontinuerlig, så bølgen ville være en ren sinusbølge. Den potentielle energi, der får den cykliske proces i gang, leveres af det arbejde, du udfører for at løfte pendulet. Når du først har frigivet det, ville pendulet svinge for evigt, hvis det ikke var luftfriktionskraften, der modstår dets bevægelse.
Dette er princippet bag en resonerende elektronisk oscillator. Spændingen leveret af en jævnstrømskilde, såsom et batteri, er analog med det arbejde, du udfører, når du løfter en pendulet, og den frigivne elektriske strøm, der strømmer fra strømkilden, cykler mellem en kondensator og en induktiv spole. Denne type kredsløb er kendt som en LC-oscillator, hvor L betegner induktionsspolen og C betegner kondensatoren. Dette er ikke den eneste type oscillator, men det er en DIY-oscillator, du kan konstruere uden behov for at lodde elektroniske komponenter til et printkort.
Et simpelt oscillatorkredsløb - en LC-oscillator
En typisk LC-oscillator består af en kondensator og en induktiv spole kablet parallelt og forbundet til en jævnstrømskilde. Effekten strømmer ind i kondensatoren, som er en elektronisk enhed, der består af to plader adskilt af et isolerende materiale kendt som et dielektrikum. Indgangspladen oplades til sin maksimale værdi, og når den når fuld opladning, strømmer strømmen over isoleringen til den anden plade og fortsætter videre til spolen. Strøm, der strømmer gennem spolen, inducerer derefter et magnetfelt i induktorkernen.
Når kondensatoren er helt afladet, og strømmen holder op med at flyde, begynder magnetfeltet i induktorkernen at spredes, hvilket genererer en induktiv strøm, der flyder i den modsatte retning tilbage til outputpladen på kondensator. Denne plade oplades nu til sin maksimale værdi og aflades og sender strøm i den modsatte retning tilbage til induktorspolen. Denne proces ville fortsætte for evigt, hvis det ikke var for elektrisk modstand og lækage fra kondensatoren. Hvis du skulle tegne den aktuelle strøm, ville du få en bølgeform, der gradvist degenererer til en vandret linje på x-aksen.
Fremstilling af komponenter til en DIY-oscillator
Du kan konstruere de komponenter, du har brug for til et DIY-oscillatorkredsløb ved hjælp af materialer rundt om i huset. Start med kondensatoren. Rul et ark plastikpapir, der er ca. 3 meter langt, og læg derefter et ark aluminiumsfolie på det, der ikke er lige så bredt eller så langt. Dæk dette med et andet ark plast, der er identisk med det første, og læg derefter et andet folieark, der er identisk med det første folieark, oven på det. Folien er det ledende materiale, der opbevarer ladning, og plasten er det dielektriske materiale, der er analogt med isoleringspladen i en standard kondensator. Tape en længde på 18 gauge kobbertråd til hvert folieark, og rul derefter alt i en cigareform, og læg tape rundt om det for at holde det sammen.
For at fremstille en induktiv spole skal du bruge en stor stålbolt, såsom en 1 / 2- eller 3/4-tommer vognbolt, til kernen. Pak 18- eller 20-gauge ledning omkring det flere hundrede gange - jo flere gange du vikler ledningen, jo mere spænding producerer spolen. Pak ledningen i lag og lad de to ender af ledningen være fri til at oprette forbindelser.
Du skal bruge en jævnstrømskilde. Du kan bruge et enkelt 9 volt batteri. Du har også brug for noget for at teste kredsløbet. Du kan bruge et multimeter, men en LED-pære er lettere (og mere dramatisk).
Klar, sæt, sving
For at få tingene i gang skal du tilslutte kondensatoren og induktoren parallelt. Gør dette ved at dreje en ledning fra induktoren til en af kondensatorledningerne og derefter dreje de to andre ledninger sammen. Polaritet er ikke vigtig, så det betyder ikke noget, hvilke ledninger du vælger.
Dernæst skal du oplade kondensatoren. Gør dette med et par ledninger, der har krokodilleklip i begge ender, eller få et batteriklips, der passer til toppen af et 9-volts batteri. Klem den ene ledning fast på et par snoede ledninger og den anden ende på et af det gratis batteri terminaler, og brug derefter den anden ledning til at forbinde det andet par ledninger til det andet batteri terminal.
Det kan tage 5 eller 10 minutter for kondensatoren at oplade, og kredsløbet begynder at svinge. Når denne tid er gået, skal du afbryde den ene ledning fra batteriet og klemme den fast på en af ledningerne på lysdioden, derefter frakoble den anden ledning og klemme den fast på den anden ledning. Så snart du er færdig med kredsløbet, skal LED'en begynde at flimre. Det er tegnet på, at oscillatoren fungerer. Lad kredsløbet være tilsluttet for at se, hvor længe LED'en fortsætter med at flimre.
Anvendes til en kondensatoroscillator
Oscillatoren, du kan bygge med en folieindpakningskondensator og en vognboltspole, er et eksempel på et LC-tankkredsløb eller en tuningoscillator. Det er den type oscillator, der bruges til at sende og modtage radiosignaler, generere radiobølger og blande frekvenser. En anden vigtig kondensatoroscillator er en, der anvender kondensatorer og modstande til at konvertere DC-indgangssignaler til pulserende AC-signaler. Denne type oscillator er kendt som en RC (modstand / kondensator) oscillator, og den inkorporerer normalt en eller flere transistorer i dens design.
RC-oscillatorer har flere anvendelser. Der er en i hver inverter, som er en maskine, der konverterer DC-strøm til AC-husstrøm. En inverter er en vigtig komponent i ethvert solcelleanlæg. Derudover er RC-oscillatorer almindelige i lydudstyr. Synthesizere bruger RC-oscillatorer til at generere de lyde, de laver.
Det er ikke så let at bygge en RC-oscillator med fundne materialer. For at lave en skal du normalt arbejde med faktiske kredsløbskomponenter, kredsløbskort og et loddejern. Du kan nemt finde diagrammer til et simpelt RC-oscillatorkredsløb online. Bølgeformen fra en kondensatoroscillator afhænger af kondensatorernes kapacitans, modstanden til de modstande, der bruges i kredsløbet, og indgangsspændingen. Forholdet er lidt komplekst matematisk, men let at teste eksperimentelt ved at opbygge oscillatorkredsløb med en række komponenter.