Oscilador - princípio de operação, tipos, aplicação

Um sistema oscilante é chamado de oscilador. Ou seja, os osciladores são sistemas nos quais algum indicador variável ou vários indicadores são repetidos periodicamente. A mesma palavra "oscilador" vem do latim "oscillo" - swing.

Os osciladores desempenham um papel importante na física e na tecnologia porque quase qualquer sistema físico linear pode ser descrito como um oscilador. Exemplos dos osciladores mais simples são um circuito oscilante e um pêndulo. Os osciladores elétricos convertem corrente contínua em corrente alternada e criam oscilações na frequência necessária usando um circuito de controle.

Utilizando o exemplo de um circuito oscilatório constituído por uma bobina de indutância L e um capacitor de capacitância C, é possível descrever o processo básico de funcionamento de um oscilador elétrico. Um capacitor carregado, imediatamente após conectar seus terminais à bobina, começa a descarregar através dela, enquanto a energia do campo elétrico do capacitor é gradativamente convertida em energia do campo eletromagnético da bobina.

Quando o capacitor está totalmente descarregado, toda a sua energia irá para a energia da bobina, então a carga continuará a se mover através da bobina e recarregará o capacitor na polaridade oposta à que estava inicialmente.

Além disso, o capacitor começará a descarregar novamente pela bobina, mas na direção oposta, etc. — a cada período de oscilação no circuito, o processo se repetirá até que as oscilações desapareçam devido à dissipação de energia na resistência da bobina do fio e no dielétrico do capacitor.

De uma forma ou de outra, o circuito oscilante neste exemplo é o oscilador mais simples, pois nele os seguintes indicadores mudam periodicamente: a carga no capacitor, a diferença de potencial entre as placas do capacitor, a força do campo elétrico no dielétrico do capacitor, a corrente através da bobina e a indução magnética da bobina. Neste caso, ocorrem oscilações de amortecimento livre.

Para que as oscilações oscilatórias não sejam amortecidas, é necessário repor a energia elétrica dissipada. Ao mesmo tempo, para manter uma amplitude constante de oscilações no circuito, é necessário controlar a eletricidade de entrada para que a amplitude não diminua abaixo e não aumente acima de um determinado valor. Para atingir esse objetivo, um loop de realimentação é introduzido no circuito.

Desta forma, o oscilador se torna um circuito amplificador de feedback positivo, onde o sinal de saída é parcialmente alimentado ao elemento ativo do circuito de controle, como resultado do qual oscilações senoidais contínuas de amplitude e frequência constantes são mantidas no circuito.Ou seja, os osciladores senoidais funcionam devido ao fluxo de energia dos elementos ativos para os passivos, com o apoio do processo de um loop de realimentação. As vibrações têm uma forma ligeiramente variável.

Os osciladores são:

• com feedback positivo ou negativo;

• com forma de onda senoidal, triangular, dente de serra, retangular; baixa frequência, radiofrequência, alta frequência, etc.;

• RC, LC — osciladores, osciladores de cristal (quartzo);

• osciladores de frequência constante, variável ou ajustável.

Oscilador (gerador) Royer

Para converter uma tensão constante em pulsos retangulares ou obter oscilações eletromagnéticas para algum outro propósito, você pode usar um oscilador de transformador Royer ou um gerador Royer... Este dispositivo inclui um par de transistores bipolares VT1 e VT2, um par de resistores R1 e R2, um par de capacitores C1 e C2 também circuito magnético saturado com bobinas — transformador T.

Os transistores operam no modo chave e o circuito magnético saturado permite feedback positivo e, se necessário, isola galvanicamente o enrolamento secundário do loop primário.

No momento inicial, quando a fonte de alimentação é ligada, pequenas correntes de coletor começam a fluir pelos transistores da fonte Up. Um dos transistores abrirá mais cedo (deixe VT1), e o fluxo magnético que cruza os enrolamentos aumentará e o EMF induzido nos enrolamentos aumentará ao mesmo tempo. A EMF nos enrolamentos de base 1 e 4 será tal que o transistor que começou a abrir primeiro (VT1) abrirá e o transistor com uma corrente de partida menor (VT2) fechará.

A corrente do coletor do transistor VT1 e o fluxo magnético no circuito magnético continuarão a aumentar até a saturação do circuito magnético e, no momento da saturação, o EMF nos enrolamentos passará a zero. A corrente do coletor VT1 começará a diminuir, o fluxo magnético diminuirá.

A polaridade do EMF induzida nos enrolamentos irá inverter e como os enrolamentos de base são simétricos, o transistor VT1 começa a fechar e o VT2 começa a abrir.

A corrente do coletor do transistor VT2 começará a aumentar até que o aumento do fluxo magnético pare (agora na direção oposta), e quando o EMF nos enrolamentos voltar a zero, a corrente do coletor VT2 começa a diminuir, o fluxo magnético diminui, o EMF muda de polaridade. O transistor VT2 fechará, o VT1 abrirá e o processo continuará se repetindo ciclicamente.

A frequência de oscilações do gerador Royer está relacionada aos parâmetros da fonte de energia e às características do circuito magnético de acordo com a seguinte fórmula:

Up — tensão de alimentação; ω é o número de voltas de cada bobina do coletor; S é a área da seção transversal do circuito magnético em sq. Cm; Bn — indução de saturação do núcleo.

Como no processo de saturação do circuito magnético, o EMF nos enrolamentos do transformador será constante, então na presença de um enrolamento secundário, com uma carga conectada a ele, o EMF assumirá a forma de pulsos retangulares. Os resistores nos circuitos básicos dos transistores estabilizam a operação do conversor e os capacitores ajudam a melhorar a forma da tensão de saída.

Os osciladores Royer podem operar em frequências de unidades a centenas de quilohertz, dependendo das propriedades magnéticas do núcleo do transformador T.

Osciladores de soldagem

Para facilitar a ignição do arco de soldagem e manter sua estabilidade, são utilizados osciladores de soldagem. O oscilador de soldagem é um gerador de surto de alta frequência projetado para operar com fontes de alimentação CA ou CC convencionais…. É um gerador de centelha de oscilação amortecida baseado em um transformador elevador LF com uma tensão secundária de 2 a 3 kV.

Além do transformador, o circuito contém um limitador, um circuito oscilante, bobinas de acoplamento e um capacitor de bloqueio. Graças ao circuito oscilante, como componente principal, o transformador de alta frequência funciona.

As vibrações de alta frequência passam pelo transformador de alta frequência e a tensão de alta frequência é aplicada através da abertura do arco. Um capacitor de bypass evita que a fonte de energia de arco seja desviada. Um estrangulamento também está incluído no circuito de soldagem para isolamento confiável da bobina do oscilador das correntes HF.

Com uma potência de até 300 W, o oscilador de soldagem fornece pulsos com duração de várias dezenas de microssegundos, o que é suficiente para acender um arco de luz. A corrente de alta frequência e alta tensão é simplesmente sobreposta no circuito de soldagem de trabalho.

Os osciladores para soldagem são de dois tipos:

• fonte de alimentação de pulso;

• ação contínua.

Os excitadores osciladores contínuos operam continuamente durante o processo de soldagem, ativando o arco pela sobreposição de uma corrente auxiliar de alta frequência (150 a 250 kHz) e alta tensão (3.000 a 6.000 V) sobre sua corrente.

Esta corrente não prejudicará o soldador se as precauções de segurança forem seguidas. O arco sob a influência da corrente de alta frequência queima uniformemente com um baixo valor da corrente de soldagem.

Os osciladores de soldagem mais eficientes em conexão em série, pois não requerem a instalação de proteção de alta tensão para a fonte. Durante a operação, o pára-raios emite um estalo silencioso através de uma folga de até 2 mm, que é ajustada antes de iniciar o trabalho com um parafuso especial (neste momento, o plugue é removido da tomada!).

A soldagem CA usa osciladores de energia pulsada para ajudar a acender o arco enquanto inverte a polaridade da corrente CA.