I fysik är en oscillator vilken enhet som helst som omvandlar energi från en form till en annan. En pendel är ett enkelt exempel. När den är högst upp i sin svängning är all sin energi potentiell energi, medan den längst ner, när den rör sig med maximal hastighet, bara har kinetisk energi. Om du ritade förhållandet mellan potential och kinetisk energi över pinnar, skulle du få en upprepande vågform. Rörelsen av en pendel är kontinuerlig, så vågen skulle vara en ren sinusvåg. Den potentiella energin som får den cykliska processen igång levereras av det arbete du gör för att lyfta pendeln. När du väl har släppt den skulle pendeln svänga för evigt om det inte vore för luftfriktionskraften som motstår dess rörelse.
Detta är principen bakom en resonans elektronisk oscillator. Spänningen från en likströmskälla, t.ex. ett batteri, är analog med det arbete du utför när du lyfter en och den frigjorda elektriska strömmen, som strömmar från strömkällan, cyklar mellan en kondensator och en induktiv spole. Denna typ av krets är känd som en LC-oscillator, där L betecknar induktionsspolen och C betecknar kondensatorn. Detta är inte den enda typen av oscillator, men det är en DIY-oscillator som du kan konstruera utan att behöva lödda elektroniska komponenter till ett kretskort.
En enkel oscillatorkrets - en LC-oscillator
En typisk LC-oscillator består av en kondensator och induktiv spole kopplad parallellt och ansluten till en likströmskälla. Kraften strömmar in i kondensatorn, som är en elektronisk anordning som består av två plattor åtskilda av ett isolerande material som kallas dielektrikum. Ingångsplattan laddas till sitt maximala värde och när den når full laddning strömmar strömmen över isoleringen till den andra plattan och fortsätter vidare till spolen. Ström som strömmar genom spolen inducerar sedan ett magnetfält i induktorkärnan.
När kondensatorn är helt urladdad och strömmen slutar flöda börjar magnetfältet i induktorkärnan att försvinner, vilket genererar en induktiv ström som flyter i motsatt riktning tillbaka till utgångsplattan på kondensator. Den plattan laddas nu till sitt maximala värde och urladdas och skickar ström i motsatt riktning tillbaka till induktorspolen. Denna process skulle fortsätta för evigt om det inte var för elektriskt motstånd och läckage från kondensatorn. Om du skulle rita det aktuella flödet skulle du få en vågform som gradvis degenererar till en horisontell linje på x-axeln.
Göra komponenter för en DIY-oscillator
Du kan konstruera de komponenter du behöver för en DIY-oscillatorkrets med hjälp av material runt huset. Börja med kondensatorn. Rulla ut ett lakan av matplast av plast ca 3 meter och lägg sedan ett ark aluminiumfolie på det som inte är lika brett eller så långt. Täck över detta med ett annat plastark som är identiskt med det första och lägg sedan ett andra ark folie, identiskt med det första foliearket, ovanpå det. Folien är det ledande materialet som lagrar laddning och plasten är det dielektriska materialet som är analogt med isoleringsplattan i en standardkondensator. Tejpa en längd av 18-gauge koppartråd på varje folieark och rulla sedan allt i en cigarrform och linda tejpen runt den för att hålla ihop den.
För att göra en induktiv spole, använd en stor stålbult, som en 1 / 2- eller 3/4-tums vagnbult, för kärnan. Vik 18- eller 20-gauge ledning runt den flera hundra gånger - ju fler gånger du slår in tråden, desto mer spänning producerar spolen. Slå in ledningen i lager och låt de två ändarna av ledningen vara fria för anslutningar.
Du behöver en likströmskälla. Du kan använda ett enda 9-volts batteri. Du behöver också något för att testa kretsen. Du kan använda en multimeter, men en LED-lampa är enklare (och mer dramatisk).
Ready, Set, Oscillate
För att komma igång måste du ansluta kondensatorn och induktorn parallellt. Gör detta genom att vrida en ledning från induktorn till en av kondensatorledningarna och sedan vrida ihop de andra två ledningarna. Polaritet är inte viktigt, så det spelar ingen roll vilka ledningar du väljer.
Därefter måste du ladda kondensatorn. Gör detta med ett par ledningar som har krokodilklämmor i båda ändar eller få ett batteriklämma som passar toppen på ett 9-volts batteri. Kläm fast en ledning på ett par tvinnade ledningar och den andra änden på ett av det fria batteriet anslut den andra kabeln för att ansluta det andra paret till det andra batteriet terminal.
Det kan ta 5 eller 10 minuter för kondensatorn att laddas och kretsen börjar svänga. När denna tid har gått, koppla bort en ledning från batteriet och kläm fast den på en av ledningarna på lysdioden, koppla sedan bort den andra ledningen och kläm fast den på den andra ledningen. Så snart du har slutfört kretsen bör lysdioden börja blinka. Det är tecknet på att oscillatorn fungerar. Lämna kretsen ansluten för att se hur länge lysdioden fortsätter att blinka.
Används för en kondensatoroscillator
Oscillatorn som du kan bygga med en foliekondensator och en vagnbultinduktor är ett exempel på en LC-tankkrets eller en inställningsoscillator. Det är den typ av oscillator som används för att sända och ta emot radiosignaler, generera radiovågor och blanda frekvenser. En annan viktig kondensatoroscillator är en som använder kondensatorer och motstånd för att omvandla likströmsingångssignaler till pulserande växelsignaler. Denna typ av oscillator är känd som en RC (resistor / kondensator) oscillator, och den innehåller vanligtvis en eller flera transistorer i sin design.
RC-oscillatorer har flera användningsområden. Det finns en i varje växelriktare, vilket är en maskin som omvandlar likström till växelström. En växelriktare är en viktig komponent i varje solcellssystem. Dessutom är RC-oscillatorer vanliga i ljudutrustning. Synthizers använder RC-oscillatorer för att generera de ljud de ger.
Det är inte lika lätt att bygga en RC-oscillator med hittade material. För att göra en måste du vanligtvis arbeta med faktiska kretskomponenter, kretskort och ett lödkolv. Du kan enkelt hitta diagram för en enkel RC-oscillatorkrets online. Vågformen från en kondensatoroscillator beror på kondensatorernas kapacitans, motståndet hos motstånden som används i kretsen och ingångsspänningen. Relationen är lite komplex matematiskt men lätt att testa experimentellt genom att bygga oscillatorkretsar med en mängd olika komponenter.