W fizyce oscylator to dowolne urządzenie, które nieustannie przekształca energię z jednej postaci w drugą. Prostym przykładem jest wahadło. W szczycie jego wymachu cała jego energia jest energią potencjalną, podczas gdy na dole, gdy porusza się z maksymalną prędkością, ma tylko energię kinetyczną. Jeśli wykreślisz na wykresie zależność między energią kinetyczną a potencjałem, uzyskasz powtarzający się przebieg. Ruch wahadła jest ciągły, więc fala byłaby czystą falą sinusoidalną. Energia potencjalna, która uruchamia cykliczny proces, jest dostarczana przez pracę, którą wykonujesz, aby podnieść wahadło. Po zwolnieniu wahadło oscylowałoby w nieskończoność, gdyby nie siła tarcia powietrza, która opiera się jego ruchowi.
To jest zasada rezonującego oscylatora elektronicznego. Napięcie dostarczane przez źródło prądu stałego, takie jak akumulator, jest analogiczne do pracy wykonywanej podczas podnoszenia a wahadła, a uwolniony prąd elektryczny, który płynie ze źródła zasilania, krąży między kondensatorem a cewka indukcyjna. Ten typ obwodu jest znany jako oscylator LC, gdzie L oznacza cewkę indukcyjną, a C oznacza kondensator. Nie jest to jedyny typ oscylatora, ale jest to oscylator DIY, który można zbudować bez konieczności lutowania elementów elektronicznych do płytki drukowanej.
Prosty obwód oscylatora – oscylator LC
Typowy oscylator LC składa się z kondensatora i cewki indukcyjnej połączonych równolegle i podłączonych do źródła prądu stałego. Moc przepływa do kondensatora, który jest urządzeniem elektronicznym składającym się z dwóch płytek oddzielonych materiałem izolacyjnym zwanym dielektrykiem. Płytka wejściowa ładuje się do swojej maksymalnej wartości, a gdy osiągnie pełne naładowanie, prąd przepływa przez izolację do drugiej płytki i przechodzi dalej do cewki. Prąd przepływający przez cewkę indukuje następnie pole magnetyczne w rdzeniu induktora.
Gdy kondensator całkowicie się rozładowuje, a prąd przestaje płynąć, pole magnetyczne w rdzeniu cewki indukcyjnej zaczyna rozpraszać, który generuje prąd indukcyjny, który płynie w przeciwnym kierunku z powrotem do płyty wyjściowej kondensator. Ta płytka ładuje się teraz do swojej maksymalnej wartości i rozładowuje, wysyłając prąd w przeciwnym kierunku z powrotem do cewki indukcyjnej. Proces ten trwałby w nieskończoność, gdyby nie rezystancja elektryczna i wyciek z kondensatora. Jeśli miałbyś wykreślić przepływ prądu, uzyskasz przebieg, który stopniowo przekształci się w poziomą linię na osi x.
Tworzenie komponentów do oscylatora DIY
Możesz zbudować komponenty potrzebne do obwodu oscylatora DIY, używając materiałów w domu. Zacznij od kondensatora. Rozwiń arkusz plastikowego opakowania na żywność o długości około 3 stóp, a następnie połóż na nim arkusz folii aluminiowej, który nie jest tak szeroki ani tak długi. Przykryj to innym arkuszem plastiku, identycznym jak pierwszy, a następnie połóż na nim drugi arkusz folii, identyczny jak pierwszy. Folia jest materiałem przewodzącym, który przechowuje ładunek, a tworzywo sztuczne jest materiałem dielektrycznym analogicznym do płyty izolacyjnej w standardowym kondensatorze. Każdy arkusz folii przyklej taśmą miedzianą o grubości 18 mm, a następnie zwiń wszystko w kształt cygara i owiń taśmą, aby utrzymać je razem.
Aby wykonać cewkę indukcyjną, do rdzenia należy użyć dużej stalowej śruby, takiej jak śruba zamkowa 1/2 lub 3/4 cala. Owiń wokół niego drut o średnicy 18 lub 20 kilkaset razy – im więcej razy owiniesz drut, tym większe napięcie wytworzy cewka. Owiń drut warstwami i pozostaw dwa końce drutu wolne do wykonania połączeń.
Będziesz potrzebował źródła prądu stałego. Możesz użyć jednej baterii 9 V. Potrzebujesz też czegoś do przetestowania obwodu. Możesz użyć multimetru, ale żarówka LED jest łatwiejsza (i bardziej dramatyczna).
Gotowy, ustawiony, oscylujący
Aby zacząć, musisz połączyć kondensator i cewkę równolegle. Zrób to, skręcając jeden przewód z cewki indukcyjnej do jednego z przewodów kondensatora, a następnie skręcając ze sobą pozostałe dwa przewody. Polaryzacja nie jest ważna, więc nie ma znaczenia, które przewody wybierzesz.
Następnie musisz naładować kondensator. Zrób to za pomocą pary przewodów, które mają zaciski krokodylkowe na obu końcach lub uzyskaj zacisk baterii pasujący do górnej części baterii 9-woltowej. Zaciśnij jeden przewód na jednej parze skręconych razem przewodów, a drugi koniec na jednym z wolnych akumulatorów Zaciski, a następnie użyj drugiego przewodu, aby podłączyć drugą parę przewodów do drugiej baterii terminal.
Naładowanie kondensatora i rozpoczęcie oscylacji obwodu może zająć od 5 do 10 minut. Po upływie tego czasu odłącz jeden przewód od akumulatora i zaciśnij go na jednym z przewodów diody LED, a następnie odłącz drugi przewód i zamocuj go na drugim przewodzie diody LED. Jak tylko zakończysz obwód, dioda LED powinna zacząć migotać. To znak, że oscylator działa. Pozostaw obwód podłączony, aby sprawdzić, jak długo dioda LED migocze.
Używa oscylatora kondensatora
Oscylator, który można zbudować z kondensatorem foliowym i cewką indukcyjną śruby karetki, jest przykładem obwodu zbiornika LC lub oscylatora strojenia. Jest to rodzaj oscylatora używanego do wysyłania i odbierania sygnałów radiowych, generowania fal radiowych i mieszania częstotliwości. Innym ważnym oscylatorem kondensatorowym jest taki, który wykorzystuje kondensatory i rezystory do konwersji sygnałów wejściowych prądu stałego na pulsujące sygnały prądu przemiennego. Ten typ oscylatora jest znany jako oscylator RC (rezystor/kondensator) i zwykle zawiera jeden lub więcej tranzystorów w swojej konstrukcji.
Oscylatory RC mają wiele zastosowań. W każdym falowniku jest jeden, czyli maszyna, która przekształca prąd stały na prąd przemienny w domu. Falownik jest ważnym elementem każdego fotowoltaicznego systemu elektrycznego. Ponadto oscylatory RC są powszechne w sprzęcie dźwiękowym. Syntezatory wykorzystują oscylatory RC do generowania dźwięków, które wytwarzają.
Nie jest tak łatwo zbudować oscylator RC ze znalezionych materiałów. Aby go wykonać, zwykle musisz pracować z rzeczywistymi komponentami obwodów, płytkami drukowanymi i lutownicą. Możesz łatwo znaleźć schematy prostego obwodu oscylatora RC w Internecie. Przebieg z oscylatora kondensatora zależy od pojemności kondensatorów, rezystancji rezystorów użytych w obwodzie oraz napięcia wejściowego. Zależność jest nieco skomplikowana matematycznie, ale łatwa do przetestowania eksperymentalnie, budując obwody oscylatorów z różnych komponentów.