מתנד - עקרון הפעולה, סוגים, יישום

מערכת מתנדנדת נקראת מתנד. כלומר, מתנדים הם מערכות שבהן מחוון משתנה כלשהו או מספר אינדיקטורים חוזרים על עצמם מעת לעת. אותה מילה "מתנד" באה מהלטינית "אוסצילו" - נדנדה.

מתנדים ממלאים תפקיד חשוב בפיזיקה ובטכנולוגיה מכיוון שניתן לתאר כמעט כל מערכת פיזיקלית ליניארית כמתנד. דוגמאות למתנדים הפשוטים ביותר הם מעגל נדנוד ומטוטלת. מתנדים חשמליים ממירים זרם ישר לזרם חילופין ויוצרים תנודות בתדר הנדרש באמצעות מעגל בקרה.

באמצעות הדוגמה של מעגל נדנוד המורכב מסליל של השראות L וקבל עם קיבול C, ניתן לתאר את תהליך הפעולה הבסיסי של מתנד חשמלי. קבל טעון, מיד לאחר חיבור הטרמינלים שלו לסליל, מתחיל להיפרק דרכו, בעוד האנרגיה של השדה החשמלי של הקבל מומרת בהדרגה לאנרגיה של השדה האלקטרומגנטי של הסליל.

כאשר הקבל פרוק לחלוטין, כל האנרגיה שלו תיכנס לאנרגיית הסליל, ואז המטען ימשיך לנוע דרך הסליל ולהטעין מחדש את הקבל בקוטביות הפוכה ממה שהיה מלכתחילה.

כמו כן, הקבל יתחיל להיפרק שוב דרך הסליל, אך בכיוון ההפוך וכו'. - בכל תקופה של תנודה במעגל, התהליך יחזור על עצמו עד שהתנודות ייעלמו עקב פיזור האנרגיה על ההתנגדות של סליל החוט ובדיאלקטרי של הקבל.

בדרך זו או אחרת, המעגל המתנודד בדוגמה זו הוא המתנד הפשוט ביותר, שכן בו משתנים מעת לעת האינדיקטורים הבאים: המטען בקבל, הפרש הפוטנציאל בין הלוחות של הקבל, עוצמת השדה החשמלי ב- דיאלקטרי של הקבל, הזרם דרך הסליל והאינדוקציה המגנטית של הסליל. במקרה זה, מתרחשות תנודות שיכוך חופשיות.

על מנת שהתנודות התנודות לא יהיו מופחתות, יש צורך לחדש את האנרגיה החשמלית המתפזרת. יחד עם זאת, על מנת לשמור על משרעת קבועה של תנודות במעגל, יש צורך לשלוט על החשמל הנכנס כך שהמשרעת לא תרד מתחת ולא תגדל מעל ערך נתון. כדי להשיג מטרה זו, לולאת משוב מוצגת במעגל.

באופן זה, המתנד הופך למעגל מגבר משוב חיובי, כאשר אות המוצא מוזן חלקית לאלמנט הפעיל של מעגל הבקרה, וכתוצאה מכך נשמרות במעגל תנודות סינוסואידאליות מתמשכות של משרעת ותדר קבועים.כלומר, מתנדים סינוסואידים פועלים עקב זרימת אנרגיה מאלמנטים פעילים לפסיביים, בתמיכה של התהליך מלולאת משוב. לרעידות יש צורה מעט משתנה.

המתנדים הם:

• עם משוב חיובי או שלילי;

• עם צורת גל סינוסואידית, משולשת, שן מסור, מלבנית; תדר נמוך, תדר רדיו, תדר גבוה וכו';

• RC, LC - מתנדים, מתנדים קריסטל (קוורץ);

• מתנדים בתדר קבוע, משתנה או מתכוונן.

מתנד (מחולל) רויר

כדי להמיר מתח קבוע לפולסים מלבניים או כדי להשיג תנודות אלקטרומגנטיות למטרה אחרת, ניתן להשתמש במתנד שנאי Royer או מחולל Royer... מכשיר זה כולל זוג טרנזיסטורים דו-קוטביים VT1 ו-VT2, זוג נגדים R1 ו R2, גם זוג קבלים C1 ו-C2 מעגל מגנטי רווי עם סלילים - שנאי T.

הטרנזיסטורים פועלים במצב מפתח, והמעגל המגנטי הרווי מאפשר משוב חיובי ובמידת הצורך מבודד באופן גלווני את הפיתול המשני מהלולאה הראשונית.

ברגע הזמן הראשוני, כאשר ספק הכוח מופעל, זרמי אספן קטנים מתחילים לזרום דרך הטרנזיסטורים מהמקור למעלה. אחד הטרנזיסטורים ייפתח מוקדם יותר (תנו ל-VT1), והשטף המגנטי שחוצה את הפיתולים יגדל וה-EMF המושרה בפיתולים יגדל במקביל. ה-EMF בפיתולי הבסיס 1 ו-4 יהיה כזה שהטרנזיסטור שהתחיל להיפתח ראשון (VT1) ייפתח והטרנזיסטור עם זרם התחלה נמוך יותר (VT2) ייסגר.

זרם הקולטור של הטרנזיסטור VT1 והשטף המגנטי במעגל המגנטי ימשיכו לעלות עד לרוויה של המעגל המגנטי, וברגע הרוויה ה-EMF בפיתולים יהפוך לאפס. זרם האספן VT1 יתחיל לרדת, השטף המגנטי יקטן.

הקוטביות של ה-EMF המושרה בפיתולים תתהפך ומכיוון שפיתולי הבסיס הם סימטריים, הטרנזיסטור VT1 מתחיל להיסגר ו-VT2 מתחיל להיפתח.

זרם הקולטור של הטרנזיסטור VT2 יתחיל לעלות עד שהעלייה בשטף המגנטי תיפסק (עכשיו בכיוון ההפוך), וכאשר ה-EMF בפיתולים חוזר לאפס, זרם הקולטור VT2 מתחיל לרדת, השטף המגנטי יורד, ה-EMF משנה קוטביות. טרנזיסטור VT2 ייסגר, VT1 ייפתח והתהליך ימשיך לחזור על עצמו באופן מחזורי.

תדירות התנודות של מחולל Royer קשורה לפרמטרים של מקור הכוח ולמאפייני המעגל המגנטי לפי הנוסחה הבאה:

למעלה - מתח אספקה; ω הוא מספר הסיבובים של כל סליל של האספן; S הוא שטח החתך של המעגל המגנטי במ"ר ס"מ; Bn - אינדוקציה לרווית הליבה.

מכיוון שבתהליך הרוויה של המעגל המגנטי, ה-EMF בפיתולי השנאי יהיה קבוע, אז בנוכחות סלילה משנית, עם עומס המחובר אליו, ה-EMF יקבל צורה של פולסים מלבניים. נגדים במעגלי הבסיס של הטרנזיסטורים מייצבים את פעולת הממיר, וקבלים עוזרים לשפר את צורת מתח המוצא.

מתנדים של רויר יכולים לפעול בתדרים מיחידות ועד מאות קילו-הרץ, בהתאם לתכונות המגנטיות של הליבה בשנאי T.

ריתוך מתנדים

כדי להקל על ההצתה של קשת הריתוך ולשמור על יציבותה, משתמשים במתנדים לריתוך. מתנד הריתוך הוא מחולל נחשולים בתדר גבוה המיועד לפעול עם ספקי כוח קונבנציונליים AC או DC... זהו מחולל ניצוצות תנודה דחוס המבוסס על שנאי LF step-up עם מתח משני של 2 עד 3 קילו וולט.

בנוסף לשנאי, המעגל מכיל מגביל, מעגל מתנודד, סלילי צימוד וקבל חוסם. הודות למעגל המתנודד, כמרכיב העיקרי, השנאי בתדר גבוה פועל.

הרעידות בתדר גבוה עוברות דרך השנאי בתדר גבוה והמתח בתדר גבוה מופעל דרך מרווח הקשת. קבל מעקף מונע מעקוף מקור הכוח הקשתי. משנק כלול גם במעגל הריתוך לבידוד אמין של סליל המתנד מזרמי HF.

בהספק של עד 300 W, מתנד הריתוך נותן פולסים הנמשכים כמה עשרות מיקרו-שניות, וזה מספיק כדי להצית קשת קלה. זרם מתח גבוה בתדר גבוה פשוט מושפע על מעגל הריתוך הפועל.

מתנדים לריתוך הם משני סוגים:

• ספק כוח דופק;

• פעולה מתמשכת.

מתנדים רציפים פועלים ברציפות במהלך תהליך הריתוך, פוגעים בקשת על ידי הצבת זרם עזר בתדר גבוה (150 עד 250 קילוהרץ) ומתח גבוה (3000 עד 6000 וולט) על גבי הזרם שלו.

זרם זה לא יזיק לרתך אם יינקטו אמצעי זהירות. הקשת בהשפעת הזרם בתדירות גבוהה נשרפת באופן שווה בערך נמוך של זרם הריתוך.

מתנדי הריתוך היעילים ביותר בחיבור סדרתי, מכיוון שהם אינם דורשים התקנת הגנת מתח גבוה עבור המקור. במהלך הפעולה, המעצר פולט פצפוץ שקט דרך מרווח של עד 2 מ"מ, אשר מותאם לפני תחילת העבודה עם בורג מיוחד (בשלב זה, הפקק מוסר מהשקע!).

ריתוך זרם חילופין משתמש במתנדים מפולסים כדי לסייע בהצתת הקשת תוך היפוך הקוטביות של זרם ה-AC.