In fisica, un oscillatore è qualsiasi dispositivo che converte continuamente energia da una forma all'altra. Un pendolo è un semplice esempio. Quando è all'apice della sua oscillazione, tutta la sua energia è energia potenziale, mentre in fondo, quando si muove alla massima velocità, ha solo energia cinetica. Se tracciassi graficamente la relazione tra potenziale ed energia cinetica sui denti, otterresti una forma d'onda ripetuta. Il movimento di un pendolo è continuo, quindi l'onda sarebbe un'onda sinusoidale pura. L'energia potenziale che fa partire il processo ciclico è fornita dal lavoro che fai per sollevare il pendolo. Una volta rilasciato, il pendolo oscillerebbe per sempre se non fosse per la forza di attrito dell'aria che resiste al suo movimento.
Questo è il principio alla base di un oscillatore elettronico risonante. La tensione fornita da una fonte di alimentazione CC, come una batteria, è analoga al lavoro che si fa quando si solleva un pendolo, e la corrente elettrica rilasciata, che fluisce dalla fonte di alimentazione, cicli tra un condensatore e an bobina induttiva. Questo tipo di circuito è noto come oscillatore LC, dove L indica la bobina di induzione e C indica il condensatore. Questo non è l'unico tipo di oscillatore, ma è un oscillatore fai-da-te che puoi costruire senza la necessità di saldare componenti elettronici a un circuito.
Un semplice circuito oscillatore: un oscillatore LC
Un tipico oscillatore LC è costituito da un condensatore e una bobina induttiva cablati in parallelo e collegati a una fonte di alimentazione CC. La potenza fluisce nel condensatore, che è un dispositivo elettronico costituito da due piastre separate da un materiale isolante noto come dielettrico. La piastra di ingresso si carica al suo valore massimo e, quando raggiunge la carica completa, la corrente scorre attraverso l'isolamento verso l'altra piastra e continua verso la bobina. La corrente che scorre attraverso la bobina induce quindi un campo magnetico nel nucleo dell'induttore.
Quando il condensatore si è completamente scaricato e la corrente smette di fluire, il campo magnetico nel nucleo dell'induttore inizia a dissipare, che genera una corrente induttiva che scorre nella direzione opposta alla piastra di uscita del of condensatore. Quella piastra ora si carica al suo valore massimo e si scarica, inviando la corrente nella direzione opposta alla bobina dell'induttore. Questo processo continuerebbe per sempre se non fosse per la resistenza elettrica e le perdite dal condensatore. Se dovessi rappresentare graficamente il flusso di corrente, otterresti una forma d'onda che degenera gradualmente in una linea orizzontale sull'asse x.
Realizzazione di componenti per un oscillatore fai-da-te
Puoi costruire i componenti di cui hai bisogno per un circuito oscillatore fai-da-te utilizzando materiali in giro per casa. Inizia con il condensatore. Srotolare un foglio di plastica per alimenti lungo circa 3 piedi, quindi adagiarvi sopra un foglio di alluminio che non sia largo o lungo. Copri questo con un altro foglio di plastica identico al primo, quindi stendi un secondo foglio di alluminio, identico al primo foglio di alluminio, sopra quello. La lamina è il materiale conduttore che immagazzina la carica e la plastica è il materiale dielettrico analogo alla piastra isolante in un condensatore standard. Attacca una lunghezza di filo di rame calibro 18 a ciascun foglio di alluminio, quindi arrotola tutto a forma di sigaro e avvolgilo intorno con del nastro adesivo per tenerlo insieme.
Per realizzare una bobina induttiva, usa un grosso bullone d'acciaio, come un bullone a testa tonda da 1/2 o 3/4 pollici, per il nucleo. Avvolgi un filo di calibro 18 o 20 attorno ad esso diverse centinaia di volte: più volte avvolgi il filo, più tensione produrrà la bobina. Avvolgere il filo a strati e lasciare libere le due estremità del filo per effettuare i collegamenti.
Avrai bisogno di una fonte di alimentazione CC. Puoi usare una singola batteria da 9 volt. Hai anche bisogno di qualcosa per testare il circuito. Potresti usare un multimetro, ma una lampadina a LED è più semplice (e più drammatica).
Pronto, partenza, oscillazione
Per iniziare, è necessario collegare il condensatore e l'induttore in parallelo. Fai questo attorcigliando un filo dall'induttore a uno dei fili del condensatore e poi attorcigliando gli altri due fili insieme. La polarità non è importante, quindi non importa quali fili scegli.
Successivamente, è necessario caricare il condensatore. Fallo con un paio di cavi con clip a coccodrillo su entrambe le estremità o prendi una clip per batteria che si adatti alla parte superiore di una batteria da 9 volt. Fissare un cavo su una coppia di fili intrecciati e l'altra estremità su una delle batterie libere terminali, quindi utilizzare l'altro filo per collegare l'altra coppia di fili all'altra batteria terminale.
Potrebbero essere necessari 5 o 10 minuti prima che il condensatore si carichi e il circuito inizi a oscillare. Trascorso questo tempo, scollegare un cavo dalla batteria e fissarlo su uno dei cavi del LED, quindi scollegare l'altro cavo e fissarlo sull'altro cavo del LED. Non appena si completa il circuito, il LED dovrebbe iniziare a lampeggiare. Questo è il segno che l'oscillatore sta funzionando. Lascia il circuito collegato per vedere per quanto tempo il LED continua a lampeggiare.
Usi per un oscillatore a condensatore
L'oscillatore che puoi costruire con un condensatore a pellicola e un induttore a bullone a carrello è un esempio di circuito di un serbatoio LC o un oscillatore di sintonia. È il tipo di oscillatore utilizzato per inviare e ricevere segnali radio, generare onde radio e mescolare le frequenze. Un altro importante oscillatore a condensatore è quello che impiega condensatori e resistori per convertire i segnali di ingresso CC in segnali CA pulsanti. Questo tipo di oscillatore è noto come oscillatore RC (resistenza/condensatore) e di solito incorpora uno o più transistor nel suo design.
Gli oscillatori RC hanno molteplici usi. Ce n'è uno in ogni inverter, che è una macchina che converte la corrente continua in corrente alternata domestica. Un inverter è un componente importante di ogni impianto elettrico fotovoltaico. Inoltre, gli oscillatori RC sono comuni nelle apparecchiature audio. I sintetizzatori utilizzano oscillatori RC per generare i suoni che producono.
Non è così facile costruire un oscillatore RC con materiali trovati. Per realizzarne uno, di solito devi lavorare con componenti di circuiti reali, circuiti stampati e un saldatore. Puoi facilmente trovare diagrammi per un semplice circuito oscillatore RC online. La forma d'onda di un oscillatore a condensatore dipende dalla capacità dei condensatori, dalla resistenza dei resistori utilizzati nel circuito e dalla tensione di ingresso. La relazione è un po' complessa dal punto di vista matematico ma facile da testare sperimentalmente costruendo circuiti oscillatori con una varietà di componenti.
