In de natuurkunde is een oscillator een apparaat dat continu energie van de ene vorm naar de andere omzet. Een slinger is een eenvoudig voorbeeld. Wanneer hij bovenaan zijn swing is, is al zijn energie potentiële energie, terwijl hij onderaan, wanneer hij met maximale snelheid beweegt, alleen kinetische energie heeft. Als je de relatie tussen potentiaal en kinetische energie over de tand zou uitzetten, zou je een zich herhalende golfvorm krijgen. De beweging van een slinger is continu, dus de golf zou een zuivere sinusgolf zijn. De potentiële energie die het cyclische proces op gang brengt, wordt geleverd door het werk dat je doet om de slinger op te tillen. Als je het eenmaal loslaat, zou de slinger voor altijd oscilleren als het niet voor de kracht van luchtwrijving was die zijn beweging weerstaat.
Dit is het principe achter een resonerende elektronische oscillator. De spanning die wordt geleverd door een gelijkstroombron, zoals een batterij, is analoog aan het werk dat u doet wanneer u een slinger, en de elektrische stroom die vrijkomt, die uit de stroombron vloeit, wisselt tussen een condensator en een inductieve spoel. Dit type circuit staat bekend als een LC-oscillator, waarbij L de inductiespoel aangeeft en C de condensator. Dit is niet het enige type oscillator, maar het is een doe-het-zelf-oscillator die je kunt bouwen zonder dat je elektronische componenten op een printplaat hoeft te solderen.
Een eenvoudig oscillatorcircuit - een LC-oscillator
Een typische LC-oscillator bestaat uit een condensator en een inductieve spoel die parallel zijn geschakeld en aangesloten op een gelijkstroombron. De stroom stroomt naar de condensator, een elektronisch apparaat dat bestaat uit twee platen die van elkaar worden gescheiden door een isolerend materiaal dat bekend staat als een diëlektricum. De ingangsplaat laadt op tot zijn maximale waarde en wanneer deze volledig is opgeladen, stroomt er stroom over de isolatie naar de andere plaat en gaat verder naar de spoel. De stroom die door de spoel vloeit, wekt dan een magnetisch veld op in de spoelkern.
Wanneer de condensator volledig is ontladen en de stroom stopt met stromen, begint het magnetische veld in de spoelkern te dissiperen, wat een inductieve stroom genereert die in de tegenovergestelde richting terugvloeit naar de uitgangsplaat van de condensator. Die plaat laadt nu op tot zijn maximale waarde en ontlaadt, waardoor stroom in de tegenovergestelde richting terug naar de inductorspoel wordt gestuurd. Dit proces zou voor altijd doorgaan, ware het niet voor elektrische weerstand en lekkage van de condensator. Als je de huidige stroom zou plotten, zou je een golfvorm krijgen die geleidelijk degenereert tot een horizontale lijn op de x-as.
Componenten maken voor een doe-het-zelf-oscillator
Je kunt de componenten die je nodig hebt voor een DIY-oscillatorcircuit bouwen met materialen in huis. Begin met de condensator. Rol een vel plastic voedselfolie uit van ongeveer 3 voet lang en leg er een vel aluminiumfolie op dat niet zo breed of zo lang is. Bedek dit met een ander vel plastic dat identiek is aan het eerste en leg er vervolgens een tweede vel folie op, identiek aan het eerste vel folie. De folie is het geleidende materiaal dat lading opslaat en het plastic is het diëlektrische materiaal analoog aan de isolatieplaat in een standaardcondensator. Plak een stuk 18-gauge koperdraad op elk vel folie en rol dan alles in een sigaarvorm en wikkel er tape omheen om het bij elkaar te houden.
Om een inductieve spoel te maken, gebruikt u een grote stalen bout, zoals een 1/2- of 3/4-inch slotbout, voor de kern. Wikkel een draad van 18 of 20 gauge er honderden keren omheen - hoe vaker u de draad wikkelt, hoe meer spanning de spoel zal produceren. Wikkel de draad in lagen en laat de twee uiteinden van de draad vrij voor het maken van verbindingen.
Je hebt een gelijkstroombron nodig. U kunt een enkele batterij van 9 volt gebruiken. Je hebt ook iets nodig om de schakeling te testen. Je zou een multimeter kunnen gebruiken, maar een LED-lamp is gemakkelijker (en dramatischer).
Klaar, klaar, oscilleren
Om te beginnen, moet u de condensator en de inductor parallel aansluiten. Doe dit door een draad van de inductor naar een van de condensatordraden te draaien en vervolgens de andere twee draden samen te draaien. Polariteit is niet belangrijk, dus het maakt niet uit welke draden je kiest.
Vervolgens moet u de condensator opladen. Doe dit met een paar draden met krokodillenklemmen aan beide uiteinden of koop een batterijklem die op de bovenkant van een 9-volt batterij past. Klem een draad op een paar in elkaar gedraaide draden en het andere uiteinde op een van de vrije batterijen terminals, gebruik dan de andere draad om het andere paar draden aan te sluiten op de andere batterij terminal.
Het kan 5 of 10 minuten duren voordat de condensator is opgeladen en het circuit begint te oscilleren. Nadat deze tijd is verstreken, koppelt u één kabel los van de batterij en klemt u deze op een van de draden op de LED, koppelt u vervolgens de andere kabel los en klemt u deze op de andere LED-kabel. Zodra u het circuit hebt voltooid, moet de LED beginnen te flikkeren. Dat is het teken dat de oscillator werkt. Laat het circuit aangesloten om te zien hoe lang de LED blijft flikkeren.
Gebruik voor een condensatoroscillator
De oscillator die u kunt bouwen met een foliecondensator en een slotboutinductor is een voorbeeld van een LC-tankcircuit of een afstemoscillator. Het is het type oscillator dat wordt gebruikt voor het verzenden en ontvangen van radiosignalen, het genereren van radiogolven en het mixen van frequenties. Een andere belangrijke condensatoroscillator is er een die condensatoren en weerstanden gebruikt om DC-ingangssignalen om te zetten in pulserende AC-signalen. Dit type oscillator staat bekend als een RC-oscillator (weerstand / condensator) en bevat meestal een of meer transistors in het ontwerp.
RC-oscillatoren hebben meerdere toepassingen. Er zit er één in elke omvormer, een machine die gelijkstroom omzet in wisselstroom. Een omvormer is een belangrijk onderdeel van elk fotovoltaïsch elektrisch systeem. Bovendien zijn RC-oscillatoren gebruikelijk in geluidsapparatuur. Synthesizers gebruiken RC-oscillatoren om de geluiden die ze maken te genereren.
Het is niet zo eenvoudig om met gevonden materialen een RC-oscillator te bouwen. Om er een te maken, moet je meestal werken met echte circuitcomponenten, printplaten en een soldeerbout. U kunt eenvoudig online diagrammen voor een eenvoudig RC-oscillatorcircuit vinden. De golfvorm van een condensatoroscillator hangt af van de capaciteit van de condensatoren, de weerstand van de weerstanden die in het circuit worden gebruikt en de ingangsspanning. De relatie is wiskundig een beetje ingewikkeld, maar eenvoudig experimenteel te testen door oscillatorcircuits te bouwen met een verscheidenheid aan componenten.