Ako si vyrobiť jednoduchý oscilátor

Vo fyzike je oscilátor akékoľvek zariadenie, ktoré neustále prevádza energiu z jednej formy na druhú. Kyvadlo je jednoduchým príkladom. Keď je na vrchole svojho švihu, všetka jeho energia je potenciálnou energiou, zatiaľ čo v dolnej časti, keď sa pohybuje maximálnou rýchlosťou, má iba kinetickú energiu. Keby ste graficky vyjadrili vzťah potenciálu a kinetickej energie nad prstami, dostali by ste opakujúci sa priebeh. Pohyb kyvadla je nepretržitý, takže vlna by bola čistá sínusová. Potenciálna energia, ktorá naštartuje cyklický proces, je dodávaná prácou, ktorú robíte pri zdvíhaní kyvadla. Len čo ho uvoľníte, kyvadlo by navždy oscilovalo, nebyť sily vzdušného trenia, ktorá odoláva jeho pohybu.

Toto je princíp rezonančného elektronického oscilátora. Napätie dodávané jednosmerným zdrojom energie, napríklad batériou, je analogické s prácou, ktorú robíte pri zdvíhaní a kyvadlo a uvoľnený elektrický prúd, ktorý prúdi zo zdroja energie, sa cykluje medzi kondenzátorom a an indukčná cievka. Tento typ obvodu je známy ako LC oscilátor, kde L označuje indukčnú cievku a C kondenzátor. Toto nie je jediný typ oscilátora, ale je to DIY oscilátor, ktorý môžete zostrojiť bez potreby spájkovania elektronických komponentov s doskou s plošnými spojmi.

Typický LC oscilátor pozostáva z kondenzátora a indukčnej cievky zapojených paralelne a pripojených k zdroju jednosmerného prúdu. Energia prúdi do kondenzátora, čo je elektronické zariadenie, ktoré sa skladá z dvoch dosiek oddelených izolačným materiálom známym ako dielektrikum. Vstupná doska sa nabíja na svoju maximálnu hodnotu, a keď dosiahne úplné nabitie, prúd preteká cez izoláciu k druhej doske a pokračuje ďalej k cievke. Prúd pretekajúci cievkou potom indukuje magnetické pole v jadre induktora.

Keď sa kondenzátor úplne vybije a prúd prestane tiecť, začne magnetické pole v jadre induktora klesať rozptýliť, ktorý generuje indukčný prúd, ktorý prúdi v opačnom smere späť na výstupnú dosku kondenzátor. Táto doska sa teraz nabíja na svoju maximálnu hodnotu a vybíja sa, pričom prúd sa posiela opačným smerom späť do cievky induktora. Tento proces by pokračoval navždy, nebyť elektrického odporu a úniku z kondenzátora. Ak by ste mali graficky znázorniť tok prúdu, dostali by ste tvar vlny, ktorý sa postupne degeneruje do vodorovnej čiary na osi x.

Súčasti, ktoré potrebujete pre obvod DIY oscilátora, môžete skonštruovať pomocou materiálov okolo domu. Začnite kondenzátorom. Rozviňte fóliu z plastového potravinového obalu s dĺžkou asi 3 stopy a potom na ňu položte fóliu z hliníkovej fólie, ktorá nie je taká široká ani dlhá. Zakryte to ďalšou fóliou z plastu identickou s prvou a potom na ňu položte druhú fóliu, zhodnú s prvou fóliou. Fólia je vodivý materiál, ktorý ukladá náboj, a plast je dielektrický materiál analogický s izolačnou doskou v štandardnom kondenzátore. Na každú fóliu nalepte pásku z medeného drôtu veľkosti 18 a potom všetko zrolujte do tvaru cigary a omotajte okolo nej pásku, aby držala pohromade.

Ak chcete vyrobiť indukčnú cievku, použite na jadro veľkú oceľovú skrutku, napríklad skrutku vozíka s priemerom 1/2 alebo 3/4 palca. Omotajte okolo neho drôt s rozmermi 18 alebo 20 metrov niekoľko stokrát - čím viac drôtu obalíte, tým väčšie napätie cievka vytvorí. Drôt zabaľte do vrstiev a nechajte dva konce drôtu voľné na pripojenie.

Budete potrebovať zdroj jednosmerného prúdu. Môžete použiť jednu 9-voltovú batériu. Potrebujete tiež niečo na otestovanie obvodu. Môžete použiť multimetr, ale LED žiarovka je ľahšia (a dramatickejšia).

Ak chcete začať, musíte paralelne zapojiť kondenzátor a induktor. Urobte to tak, že otočíte jeden vodič z induktora do jedného z vodičov kondenzátora a potom ďalšie dva drôty stočíte dohromady. Polarita nie je dôležitá, takže nezáleží na tom, ktoré vodiče si vyberiete.

Ďalej musíte nabiť kondenzátor. Urobte to pomocou dvojice vodičov, ktoré majú na obidvoch koncoch krokosvorkové spony, alebo si zaobstarajte sponu na batériu, ktorá sa hodí na hornú časť 9-voltovej batérie. Jeden vodič pripnite na jeden pár krútených vodičov a druhý koniec k jednému z voľných akumulátorov pripojte druhý pár vodičov k druhej batérii terminál.

Nabíjanie kondenzátora a začatie kmitania obvodu môže trvať 5 alebo 10 minút. Po uplynutí tejto doby odpojte jeden kábel od batérie a pripevnite ho k jednému z vodičov na LED, potom odpojte druhý kábel a pripevnite ho k druhému LED káblu. Hneď ako dokončíte obvod, LED by mala začať blikať. To je znamenie, že oscilátor funguje. Nechajte zapojený obvod, aby ste videli, ako dlho LED stále bliká.

Oscilátor, ktorý môžete zostaviť s fóliovým kondenzátorom a tlmivkou skrutky vozíka, je príkladom obvodu nádrže LC alebo ladiaceho oscilátora. Je to typ oscilátora, ktorý sa používa na vysielanie a príjem rádiových signálov, generovanie rádiových vĺn a miešacích frekvencií. Ďalším dôležitým kondenzátorovým oscilátorom je ten, ktorý využíva kondenzátory a rezistory na prevod jednosmerných vstupných signálov na pulzujúce striedavé signály. Tento typ oscilátora je známy ako RC (rezistor / kondenzátor) oscilátor a do svojej konštrukcie obvykle obsahuje jeden alebo viac tranzistorov.

RC oscilátory majú rôzne využitie. V každom striedači je jeden, čo je stroj, ktorý prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd. Invertor je dôležitou súčasťou každého fotovoltaického elektrického systému. Okrem toho sú RC oscilátory bežné v zvukových zariadeniach. Syntezátory používajú RC oscilátory na generovanie zvukov, ktoré vydávajú.

Nie je také ľahké zostaviť RC oscilátor z nájdených materiálov. Aby ste ho vytvorili, musíte zvyčajne pracovať so skutočnými komponentmi obvodu, doskami s plošnými spojmi a spájkovačkou. Schémy jednoduchého obvodu RC oscilátora nájdete ľahko online. Tvar vlny z kondenzátorového oscilátora závisí od kapacity kondenzátorov, odporu odporov použitých v obvode a vstupného napätia. Vzťah je matematicky trochu zložitý, ale je možné ho experimentálne ľahko vyskúšať zostavením obvodov oscilátora s rôznymi komponentmi.