Πώς να φτιάξετε έναν απλό ταλαντωτή

Στη φυσική, ένας ταλαντωτής είναι οποιαδήποτε συσκευή που μετατρέπει συνεχώς την ενέργεια από τη μία μορφή στην άλλη. Ένα εκκρεμές είναι ένα απλό παράδειγμα. Όταν βρίσκεται στην κορυφή της ταλάντευσης, όλη η ενέργειά της είναι πιθανή ενέργεια, ενώ στο κάτω μέρος, όταν κινείται με τη μέγιστη ταχύτητα, έχει μόνο κινητική ενέργεια. Εάν καταγράψατε τη σχέση δυναμικού με κινητική ενέργεια πάνω από τα δόντια, θα έχετε μια επαναλαμβανόμενη κυματομορφή. Η κίνηση ενός εκκρεμούς είναι συνεχής, έτσι το κύμα θα ήταν ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα. Η πιθανή ενέργεια που ξεκινά την κυκλική διαδικασία παρέχεται από την εργασία που κάνετε για την ανύψωση του εκκρεμούς. Μόλις το απελευθερώσετε, το εκκρεμές θα ταλαντευόταν για πάντα αν δεν ήταν η δύναμη της τριβής του αέρα που αντιστέκεται στην κίνησή του.

Αυτή είναι η αρχή πίσω από έναν ηχητικό ηλεκτρονικό ταλαντωτή. Η τάση που παρέχεται από μια πηγή ισχύος DC, όπως μια μπαταρία, είναι ανάλογη με την εργασία που κάνετε όταν σηκώνετε ένα εκκρεμές και το ηλεκτρικό ρεύμα που απελευθερώνεται, το οποίο ρέει από την πηγή ισχύος, περιστρέφεται μεταξύ ενός πυκνωτή και ενός επαγωγικό πηνίο. Αυτός ο τύπος κυκλώματος είναι γνωστός ως ταλαντωτής LC, όπου το L υποδηλώνει το πηνίο επαγωγής και το C υποδηλώνει τον πυκνωτή. Αυτός δεν είναι ο μόνος τύπος ταλαντωτή, αλλά είναι ένας ταλαντωτής DIY που μπορείτε να κατασκευάσετε χωρίς να χρειάζεται να κολλήσετε ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε μια πλακέτα κυκλώματος.

Ένας τυπικός ταλαντωτής LC αποτελείται από έναν πυκνωτή και ένα επαγωγικό πηνίο που συνδέονται παράλληλα και συνδέονται με μια πηγή ισχύος DC. Η ισχύς ρέει στον πυκνωτή, που είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που αποτελείται από δύο πλάκες διαχωρισμένες από ένα μονωτικό υλικό γνωστό ως διηλεκτρικό. Η πλάκα εισόδου φορτίζει στη μέγιστη τιμή της, και όταν φτάσει σε πλήρη φόρτιση, το ρεύμα ρέει πέρα ​​από τη μόνωση στην άλλη πλάκα και συνεχίζει στο πηνίο. Το ρεύμα που ρέει μέσω του πηνίου στη συνέχεια προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα του επαγωγέα.

Όταν ο πυκνωτής έχει αποφορτιστεί πλήρως και το ρεύμα σταματά να ρέει, αρχίζει να αρχίζει το μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα του πηνίου dissipate, το οποίο δημιουργεί ένα επαγωγικό ρεύμα που ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση πίσω στην πλάκα εξόδου του πυκνωτής. Αυτή η πλάκα φορτίζει τώρα στη μέγιστη τιμή της και εκφορτώνει, στέλνοντας ρεύμα στην αντίθετη κατεύθυνση πίσω στο πηνίο επαγωγής. Αυτή η διαδικασία θα συνεχιζόταν για πάντα αν δεν υπήρχε ηλεκτρική αντίσταση και διαρροή από τον πυκνωτή. Εάν σχεδιάζετε την τρέχουσα ροή, θα έχετε μια κυματομορφή που σταδιακά εκφυλίζεται σε μια οριζόντια γραμμή στον άξονα x.

Μπορείτε να κατασκευάσετε τα εξαρτήματα που χρειάζεστε για ένα κύκλωμα ταλαντωτή DIY χρησιμοποιώντας υλικά γύρω από το σπίτι. Ξεκινήστε με τον πυκνωτή. Ξετυλίξτε ένα φύλλο πλαστικού περιτυλίγματος τροφίμων μήκους περίπου 3 ποδιών και, στη συνέχεια, τοποθετήστε ένα φύλλο αλουμινόχαρτου πάνω του που δεν είναι τόσο πλατύ ή τόσο μεγάλο. Καλύψτε το με ένα άλλο φύλλο πλαστικού πανομοιότυπου με το πρώτο και στη συνέχεια τοποθετήστε ένα δεύτερο φύλλο αλουμινίου, όμοιο με το πρώτο φύλλο αλουμινίου, πάνω από αυτό. Το φύλλο είναι το αγώγιμο υλικό που αποθηκεύει φορτίο και το πλαστικό είναι το διηλεκτρικό υλικό ανάλογο με τη μονωτική πλάκα σε έναν τυπικό πυκνωτή. Κολλήστε ένα χάλκινο σύρμα μήκους 18 gauge σε κάθε φύλλο αλουμινόχαρτου και, στη συνέχεια, τυλίξτε τα πάντα σε σχήμα πούρου και τυλίξτε την ταινία γύρω από το για να το κρατήσετε μαζί.

Για να δημιουργήσετε ένα επαγωγικό πηνίο, χρησιμοποιήστε ένα μεγάλο ατσάλινο μπουλόνι, όπως ένα μπουλόνι μεταφοράς 1 / 2- ή 3/4-ιντσών, για τον πυρήνα. Τυλίξτε το καλώδιο 18 ή 20 gauge γύρω του αρκετές εκατοντάδες φορές - όσο περισσότερες φορές τυλίγετε το καλώδιο, τόσο περισσότερη τάση θα παράγει το πηνίο. Τυλίξτε το σύρμα σε στρώσεις και αφήστε τα δύο άκρα του καλωδίου ελεύθερα για σύνδεση.

Θα χρειαστείτε μια πηγή ισχύος DC. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μία μπαταρία 9 volt. Χρειάζεστε επίσης κάτι για να δοκιμάσετε το κύκλωμα. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο, αλλά ένας λαμπτήρας LED είναι ευκολότερος (και πιο δραματικός).

Για να ξεκινήσετε τα πράγματα, πρέπει να συνδέσετε τον πυκνωτή και τον επαγωγέα παράλληλα. Κάνετε αυτό περιστρέφοντας ένα καλώδιο από τον επαγωγέα σε ένα από τα καλώδια του πυκνωτή και έπειτα στρίβοντας τα άλλα δύο καλώδια. Η πολικότητα δεν είναι σημαντική, επομένως δεν έχει σημασία ποια καλώδια επιλέγετε.

Στη συνέχεια, πρέπει να φορτίσετε τον πυκνωτή. Κάνετε αυτό με ένα ζευγάρι καλωδίων που έχουν κλιπ αλιγάτορα και στα δύο άκρα ή πάρτε ένα κλιπ μπαταρίας που ταιριάζει στην κορυφή μιας μπαταρίας 9 volt. Σφίξτε το ένα καλώδιο σε ένα ζεύγος συρμένων συρμάτων και το άλλο άκρο σε ένα από τα δωρεάν μπαταρία ακροδέκτες και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε το άλλο καλώδιο για να συνδέσετε το άλλο ζεύγος καλωδίων με την άλλη μπαταρία τερματικό.

Μπορεί να χρειαστούν 5 ή 10 λεπτά για να φορτιστεί ο πυκνωτής και το κύκλωμα να αρχίσει να ταλαντεύεται. Αφού παρέλθει αυτός ο χρόνος, αποσυνδέστε ένα καλώδιο από την μπαταρία και στερεώστε το σε ένα από τα καλώδια της λυχνίας LED, στη συνέχεια αποσυνδέστε το άλλο καλώδιο και στερεώστε το στο άλλο καλώδιο LED. Μόλις ολοκληρώσετε το κύκλωμα, το LED θα αρχίσει να τρεμοπαίζει. Αυτό είναι το σημάδι ότι ο ταλαντωτής λειτουργεί. Αφήστε το κύκλωμα συνδεδεμένο για να δείτε πόσο καιρό το LED συνεχίζει να τρεμοπαίζει.

Ο ταλαντωτής που μπορείτε να κατασκευάσετε με έναν πυκνωτή μεμβράνης αλουμινίου και έναν επαγωγέα μπουλονιών μεταφοράς είναι ένα παράδειγμα κυκλώματος δεξαμενής LC ή ταλαντωτή συντονισμού. Είναι ο τύπος του ταλαντωτή που χρησιμοποιείται για την αποστολή και λήψη ραδιοφωνικών σημάτων, την παραγωγή ραδιοκυμάτων και τη συχνότητα ανάμειξης. Ένας άλλος σημαντικός ταλαντωτής πυκνωτών είναι αυτός που χρησιμοποιεί πυκνωτές και αντιστάσεις για τη μετατροπή σημάτων εισόδου DC σε παλμικά σήματα AC. Αυτός ο τύπος ταλαντωτή είναι γνωστός ως ταλαντωτής RC (αντίσταση / πυκνωτής) και συνήθως ενσωματώνει ένα ή περισσότερα τρανζίστορ στο σχεδιασμό του.

Οι ταλαντωτές RC έχουν πολλαπλές χρήσεις. Υπάρχει ένας σε κάθε μετατροπέα, ο οποίος είναι μια μηχανή που μετατρέπει το ρεύμα DC σε ρεύμα οικιακού ρεύματος. Ένας μετατροπέας είναι ένα σημαντικό συστατικό κάθε φωτοβολταϊκού ηλεκτρικού συστήματος. Επιπλέον, οι ταλαντωτές RC είναι κοινές στον εξοπλισμό ήχου. Οι συνθεσάιζερ χρησιμοποιούν ταλαντωτές RC για να παράγουν τους ήχους που κάνουν.

Δεν είναι τόσο εύκολο να φτιάξετε έναν ταλαντωτή RC με υλικά που βρέθηκαν. Για να φτιάξετε ένα, συνήθως πρέπει να εργαστείτε με πραγματικά εξαρτήματα κυκλώματος, πλακέτες κυκλώματος και κολλητήρι. Μπορείτε εύκολα να βρείτε διαγράμματα για ένα απλό κύκλωμα ταλαντωτή RC στο διαδίκτυο. Η κυματομορφή από έναν ταλαντωτή πυκνωτή εξαρτάται από την χωρητικότητα των πυκνωτών, την αντίσταση των αντιστάσεων που χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα και την τάση εισόδου. Η σχέση είναι λίγο περίπλοκη μαθηματικά αλλά είναι εύκολο να δοκιμαστεί πειραματικά δημιουργώντας κυκλώματα ταλαντωτών με μια ποικιλία συστατικών.