Innehåll
- En enkel oscillatorkrets - en LC-oscillator
- Tillverka komponenter för en DIY-oscillator
- Klar, ställ in, sväng
- Användningar för en kondensatoroscillator
I fysiken är en oscillator vilken enhet som hela tiden konverterar energi från en form till en annan. En pendel är ett enkelt exempel. När den är på toppen av sin svängning, är all sin energi potentiell energi, medan den i botten, när den rör sig med maximal hastighet, bara har kinetisk energi. Om du graferade förhållandet potential till kinetisk energi över tine, 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 att börja levereras av arbetet du gör för att lyfta pendeln. När du släppt den skulle pendeln svänga för evigt om den inte verkade för den friktionskraft som motstår dess rörelse.
Detta är principen bakom en resonans elektronisk oscillator. Spänningen som tillförs av en likströmskälla, till exempel ett batteri, är analog med det arbete du gör när du lyfter en pendel, och den elektriska ström som frigörs, som strömmar från strömkällan, går 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 lodda elektroniska komponenter till ett kretskort.
En enkel oscillatorkrets - en LC-oscillator
En typisk LC-oscillator består av en kondensator och en induktiv spole parallellkopplad och ansluten till en likströmskälla. Kraften strömmar in i kondensatorn, som är en elektronisk anordning som består av två plattor separerade av ett isolerande material som kallas dielektrik. Ingångsplattan laddar till sitt maximala värde, och när den når full laddning flyter ström över isoleringen till den andra plattan och fortsätter till spolen. Ström som strömmar genom spolen inducerar sedan ett magnetfält i induktorkärnan.
När kondensatorn har helt urladdat och strömmen slutar flöda börjar magnetfältet i induktorkärnan att spridas, vilket genererar en induktiv ström som flyter i motsatt riktning tillbaka till kondensatorns utgångsplatta. Den plattan laddar nu sitt maximala värde och tappar ut ström i motsatt riktning tillbaka till induktionsspolen. Denna process skulle fortsätta för alltid om det inte var för elektriskt motstånd och läckage från kondensatorn. Om du skulle diagram det nuvarande flödet, skulle du få en vågform som gradvis degenereras till en horisontell linje på x-axeln.
Tillverka komponenter för en DIY-oscillator
Du kan konstruera de komponenter du behöver för en DIY-oscillatorkrets med material runt huset. Börja med kondensatorn. Rulla upp ett ark av plastmatfolie som är cirka 3 meter långt och lägg sedan ett ark aluminiumfolie på det som inte är lika brett eller så långt. Täck detta med ett annat plastark som är identiskt med det första, och lägg sedan ett andra folieark, identiskt med det första folien, 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 på 18-gauge koppartråd på varje folieark och rulla sedan allt till en cigarrform och linda tejpen runt den för att hålla den ihop.
För att skapa en induktiv spole, använd en stor stålbult, som en 1 / 2- eller 3/4-tums vagnbult, för kärnan. Linda 18- eller 20-gauge tråd runt den flera hundra gånger - ju fler gånger du lindar tråden, desto mer spänning kommer spolen att producera. Packa in tråden i lager och lämna trådens två ändar fria för anslutningar.
Du behöver en likströmskälla. Du kan använda ett enda 9-voltsbatteri. Du behöver också något för att testa kretsen. Du kan använda en multimeter, men en LED-lampa är enklare (och mer dramatisk).
Klar, ställ in, sväng
För att komma igång måste du ansluta kondensatorn och induktorn parallellt. Gör detta genom att vrida en tråd från induktorn till en av kondensatortrådarna och sedan vrida de andra två trådarna tillsammans. Polaritet är inte viktigt, så det spelar ingen roll vilka ledningar du väljer.
Därefter måste du ladda kondensatorn. Gör detta med ett par trådar som har alligatorklämmor i båda ändarna eller få ett batteriklips som passar toppen av ett 9-volts batteri. Kläm fast en ledare på ett par tvinnade kablar och den andra änden på en av de fria batteripolarna, använd sedan den andra kabeln för att ansluta det andra paret av kablar till den andra batteriterminalen.
Det kan ta 5 eller 10 minuter innan kondensatorn laddas och kretsen börjar svänga. När denna tid har gått, koppla bort den ena ledningen 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 LED-ledningen. Så snart du har slutfört kretsen bör lysdioden börja flimra. Det är tecknet på att oscillatorn fungerar. Låt kretsen vara ansluten för att se hur länge lysdioden fortsätter att flimra.
Användningar för en kondensatoroscillator
Oscillatorn som du kan bygga med en folieomslagskondensator och en vagnbultinduktor är ett exempel på en LC-tankkrets eller en inställningsoscillator. Det är den typ av oscillator som används för att ta in och ta emot radiosignaler, generera radiovågor och blanda frekvenser. En annan viktig kondensatoroscillator är en som använder kondensatorer och motstånd för att konvertera likströmsingångssignaler till pulserande AC-signaler. Denna typ av oscillator är känd som en RC (motstånd / kondensator) oscillator, och den innehåller vanligtvis en eller flera transistorer i sin design.
RC-oscillatorer har flera användningsområden. Det finns en i varje växelriktare, som är en maskin som konverterar likström till växelström. En växelriktare är en viktig komponent i varje fotovoltaiskt elektriskt system. Dessutom är RC-oscillatorer vanliga i ljudutrustning. Synthesizers använder RC-oscillatorer för att generera ljuden de gör.
Det är inte lika enkelt att bygga en RC-oscillator med hittade material. För att göra en måste du vanligtvis arbeta med faktiska kretskomponenter, kretskort och lödkolv. Du kan enkelt hitta diagram för en enkel RC-oscillatorkrets online. Vågformen från en kondensatoroscillator beror på kondensatorernas kapacitet, motståndet hos de motstånd som används i kretsen och ingångsspänningen. Förhållandet är lite komplex matematiskt men lätt att testa experimentellt genom att bygga oscillatorkretsar med en mängd olika komponenter.