Op-Amp-Wettbewerb: Diese Leuchtturmskulptur flackert im Rhythmus des Chaos

Operationsverstärker werden typischerweise zum Aufbau von Signalverarbeitungsschaltungen wie Verstärkern, Integratoren und Oszillatoren verwendet. Ihre Funktionalität kann durch mathematische Formeln beschrieben werden, die eine einzige, wohldefinierte Lösung haben. Allerdings verhält sich nicht jeder Schaltkreis so gut, wie Leon Chua in den frühen 1980er Jahren berühmt gezeigt hat: Wenn man einen Schaltkreis mit drei reaktiven Elementen und einer nichtlinearen Komponente baut, wird die resultierende Schwingung chaotisch sein. Jeder Zyklus des Ausgangs unterscheidet sich geringfügig von seinen Vorgängern, und die Schaltung wechselt möglicherweise zwischen verschiedenen Frequenzen hin und her.

Ein mit einem chaotischen Signal moduliertes Licht scheint wie eine Kerzenflamme zu flackern, was der Effekt ist, den [MaBe42] suchte, als er eine leuchtturmförmige Schaltungsskulptur baute. Seine fünf verschiedenfarbigen LEDs werden von einem Schaltkreis angesteuert, der als Sprotts chaotischer Ruckschaltkreis bekannt ist. Ein „Ruck“ ist in diesem Zusammenhang die Ableitung einer Variablen dritter Ordnung nach der Zeit – dementsprechend verwendet die Schaltung drei RC-Integratoren zur Umsetzung ihrer Differentialgleichung sowie eine Diode zur Bereitstellung von Nichtlinearität.

Der Leuchtturm verfügt über drei chaotische Oszillatoren, einen in jedem seiner Beine. Ihre Ausgänge werden zum Ansteuern einfacher Pulsweitenmodulatoren verwendet, die die LEDs oben im Turm mit Strom versorgen. [MaBe42] verwendete für die meisten Schaltkreise den klassischen LM358-Operationsverstärker, zusammen mit 1N4148-Dioden, wo möglich, und 1N4004-Dioden, wo nötig – nicht wegen ihrer höheren Nennleistung, sondern wegen ihrer stärkeren Leitungen. Wie bei Schaltungsskulpturen üblich, sind auch die elektronischen Komponenten Teil der Struktur des Turms und er muss für seine Höhe von 46 cm ausreichend stabil sein.

[MaBe42] verwendete 3D-gedruckte Vorrichtungen, um beim Zusammenbau der verschiedenen Segmente zu helfen und jeden Schaltkreis zu testen, bevor er in die Gesamtstruktur integriert wurde. Das Endergebnis ist eine wunderschöne Zierde für jedes Elektroniklabor: eine Drahtgitterstruktur mit frei hängenden elektronischen Bauteilen und zufällig flackernden Lichtern darauf. Möchten Sie mehr über Schaltungsskulpturen erfahren? Schauen Sie sich diesen großartigen Vortrag von der Remoticon 2020 an.