I fysikk er en oscillator en hvilken som helst enhet som kontinuerlig omdanner energi fra en form til en annen. En pendel er et enkelt eksempel. Når den er på toppen av svingen, er all sin energi potensiell energi, mens den i bunnen, når den beveger seg med maksimal hastighet, bare har kinetisk energi. Hvis du tegnet diagram over forholdet mellom potensial og kinetisk energi over tindene, ville du få en gjentatt bølgeform. Bevegelsen til et pendel er kontinuerlig, så bølgen vil være en ren sinusbølge. Den potensielle energien som får den sykliske prosessen i gang, tilføres arbeidet du gjør for å løfte pendelen. Når du har sluppet den, ville pendelen svinge for alltid hvis det ikke var luftfriksjonskraften som motstår bevegelse.
Dette er prinsippet bak en resonans elektronisk oscillator. Spenningen som tilføres av en likestrømskilde, for eksempel et batteri, er analog med arbeidet du gjør når du løfter en pendelen, og den frigitte elektriske strømmen, som strømmer fra strømkilden, går mellom en kondensator og en induktiv spole. Denne typen krets er kjent som en LC-oscillator, hvor L betegner induksjonsspolen og C betegner kondensatoren. Dette er ikke den eneste typen oscillator, men det er en DIY-oscillator du kan konstruere uten å måtte lodde elektroniske komponenter til et kretskort.
En enkel oscillatorkrets - en LC-oscillator
En typisk LC-oscillator består av en kondensator og induktiv spole kablet parallelt og koblet til en likestrømskilde. Effekten strømmer inn i kondensatoren, som er en elektronisk enhet som består av to plater skilt av et isolasjonsmateriale kjent som et dielektrikum. Inngangsplaten lades til sin maksimale verdi, og når den når full ladning, strømmer strømmen over isolasjonen til den andre platen og fortsetter videre til spolen. Strøm som strømmer gjennom spolen induserer deretter et magnetfelt i induktorkjernen.
Når kondensatoren er helt utladet og strømmen slutter å strømme, begynner magnetfeltet i induktorkjernen å spres, som genererer en induktiv strøm som flyter i motsatt retning tilbake til utgangsplaten til kondensator. Den platen lades nå til sin maksimale verdi og utlades, og sender strøm i motsatt retning tilbake til induktorspolen. Denne prosessen ville fortsette for alltid hvis det ikke var for elektrisk motstand og lekkasje fra kondensatoren. Hvis du skulle tegne en graf for strømmen, ville du få en bølgeform som gradvis degenererer til en horisontal linje på x-aksen.
Lage komponenter for en DIY-oscillator
Du kan konstruere komponentene du trenger for en DIY-oscillatorkrets ved å bruke materialer rundt huset. Start med kondensatoren. Rull ut et ark matpapir av plast som er ca 3 meter langt, og legg deretter et ark aluminiumsfolie på det som ikke er så bredt eller så langt. Dekk dette med et annet ark plast som er identisk med det første, og legg deretter et andre ark folie, identisk med det første foliearket, på toppen av det. Folien er det ledende materialet som lagrer ladning, og plasten er det dielektriske materialet analogt med isolasjonsplaten i en standard kondensator. Tape en lengde på 18 gauge kobbertråd til hvert ark folie, og rull deretter alt inn i en sigarform og vikle tape rundt det for å holde det sammen.
For å lage en induktiv spole, bruk en stor stålbolt, for eksempel en 1 / 2- eller 3/4-tommers vognbolt, til kjernen. Pakk 18- eller 20-gauge ledning rundt det flere hundre ganger - jo flere ganger du vikler ledningen, desto mer spenning vil spolen produsere. Pakk ledningen i lag og la de to endene av ledningen være fri for tilkobling.
Du trenger en likestrømskilde. Du kan bruke et enkelt 9-volts batteri. Du trenger også noe for å teste kretsen. Du kan bruke et multimeter, men en LED-pære er lettere (og mer dramatisk).
Klar, klar, svingende
For å få ting i gang, må du koble kondensatoren og induktoren parallelt. Gjør dette ved å vri en ledning fra induktoren til den ene kondensatorledningen og deretter vri de to andre ledningene sammen. Polaritet er ikke viktig, så det spiller ingen rolle hvilke ledninger du velger.
Deretter må du lade kondensatoren. Gjør dette med et par ledninger som har krokodilleklips i begge ender, eller få et batteriklips som passer til toppen av et 9-volts batteri. Fest den ene ledningen på ett par sammenkledde ledninger og den andre enden på et av ledig batteri terminaler, og bruk deretter den andre ledningen til å koble det andre ledningsparet til det andre batteriet terminal.
Det kan ta 5 eller 10 minutter før kondensatoren lades og kretsen begynner å svinge. Etter at denne tiden har gått, koble den ene ledningen fra batteriet og klem den på en av ledningene på LED-en, koble deretter den andre ledningen og klem den på den andre LED-ledningen. Så snart du har fullført kretsen, skal LED-lampen begynne å flimre. Det er tegnet på at oscillatoren fungerer. La kretsen være tilkoblet for å se hvor lenge lysdioden fortsetter å flimre.
Bruker for en kondensatoroscillator
Oscillatoren du kan bygge med en folie-wrap kondensator og en vognboltspole er et eksempel på en LC-tankkrets eller en tuningoscillator. Det er typen oscillator som brukes til å sende og motta radiosignaler, generere radiobølger og blande frekvenser. En annen viktig kondensatoroscillator er en som benytter kondensatorer og motstander for å konvertere DC-inngangssignaler til pulserende AC-signaler. Denne typen oscillator er kjent som en RC (motstand / kondensator) oscillator, og den inneholder vanligvis en eller flere transistorer i utformingen.
RC-oscillatorer har flere bruksområder. Det er en i hver inverter, som er en maskin som konverterer likestrøm til vekselstrømhusstrøm. En omformer er en viktig komponent i alle solcelleanlegg. I tillegg er RC-oscillatorer vanlige i lydutstyr. Synthesizere bruker RC-oscillatorer for å generere lydene de lager.
Det er ikke like enkelt å bygge en RC-oscillator med funnet materialer. For å lage en, må du vanligvis jobbe med faktiske kretskomponenter, kretskort og et loddejern. Du kan enkelt finne diagrammer for en enkel RC-oscillatorkrets online. Bølgeformen fra en kondensatoroscillator avhenger av kondensatorens kapasitans, motstanden til motstandene som brukes i kretsen og inngangsspenningen. Forholdet er litt komplekst matematisk, men enkelt å teste eksperimentelt ved å bygge oscillatorkretser med en rekke komponenter.