Oscillerende kredsløb - det er ... Princippet om operationen

Oscillationskredsløb - en indretning til generering af (oprettelse) af elektromagnetiske svingninger. Fra starten til i dag det bruges i mange videnskabelige og teknologiske områder, der spænder fra hverdagen til store fabrikker, der producerer meget forskellige produkter.

Af hvad betyder det bestå?

Svingningskredsen indbefatter en spole og en kondensator. Derudover kan der også være til stede modstand (variabel modstand element). En induktor (eller solenoide, som det undertiden kaldes) er en stang, på hvilken viklinger er viklet flere lag, som generelt er en kobbertråd. Det er dette element skaber svingninger i svingningskredsen. En bar, placeret i midten, ofte kaldet choke eller kerne, og spolen kaldes undertiden en solenoide.

oscillationskredsløb spole skaber svingninger kun hvis Lagret ladning. Ved passage af en strøm gennem det, det akkumulerer en ladning, som giver derefter til kredsløbet, når spændingen falder.

spoletrådene har generelt en meget lav modstand, der altid forbliver konstant. Svingningskredsen kredsløb forekommer ofte ændring i spænding og strømstyrke. Denne ændring er underlagt visse matematiske love:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), hvor
  U - spænding på det tidspunkt t,
  U ₀ - spænding på tidspunkt t _0,
  w - frekvens elektromagnetiske svingninger.

En anden væsentlig bestanddel af kredsløbet er en elektrisk kondensator. Dette element består af to plader, som er adskilt af et dielektrikum. Tykkelsen af laget mellem elektroderne er mindre end deres størrelse. Dette design gør det muligt at samle sig på-isolator elektrisk ladning, som du derefter kan sende til kredsløbet.

Modsætning kondensator batteri er, at der ikke er nogen omdannelse af stoffer ved den elektriske strøm, og der er en direkte akkumulering af ladning i et elektrisk felt. Således via kondensatoren kan være store nok til at akkumulere ladning, som kan gives på én gang. I dette tilfælde er strømmen i kredsløbet stærkt forøget.

Også den svingningskredsen består af en mere element: en modstand. Dette element har en modstand og til at styre strøm og spænding i kredsløbet. Hvis der på en konstant spænding for at øge modstanden af modstanden, vil den nuværende falde med Ohms lov:

• I = U / R, hvor
  I - strøm,
  U - spænding,
  R - modstand.

spole

Lad os tage et nærmere kig på alle detaljerne i spole og jo bedre vil forstå dens funktion i svingningskredsen. Som vi har sagt, modstanden af dette element tendens til nul. Således, når den er forbundet til en DC kredsløb ville forekomme kortslutning. Men hvis spolen er forbundet til AC-kredsløb, det fungerer korrekt. Dette fører til den konklusion, at elementet har en modstand til vekselstrøm.

Men hvorfor er dette sker, og hvordan modstanden opstår, når en vekselstrøm? For at besvare dette spørgsmål, vi har brug for at henvende sig til fænomenet selv-induktans. Med passagen af spolen strøm i det der er en elektromotorisk kraft (EMF), som skaber en hindring for den aktuelle ændring. Størrelsen af denne kraft afhænger af to faktorer: spolen nuværende og den afledede med hensyn til tiden. Matematisk er denne afhængighed ved ligningen:

• E = -L * I '(t), hvor
  E - EMF,
  L - induktans værdi af spolen (for hver spole er forskellige og afhænger af antallet af viklinger af spolerne og deres tykkelse)
  I '(t) - tid afledte af strømmen (strømændringen rate).

DC Power over tid ændres ikke, så dens modstand, når de udsættes for opstår.

Men på AC alle dens parametre er under konstant forandring i en sinusformet eller cosinus lov, der forårsager elektromotorisk kraft, som forhindrer disse ændringer. Sådan modstand kaldes induktion og beregnes efter formlen:

• X _L = w * _L, hvor
  w - frekvens svingningskreds,
  L - induktans af spolen.

Strømstyrken i solenoiden lineært stiger og falder ifølge forskellige love. Det betyder, at hvis du stopper strømmen af strøm i spolen, vil det fortsætte i nogen tid til at give den ladning i kredsløbet. Og hvis det brat afbryde strømmen, der vil blive skudt af, at afgiften vil forsøge at komme ud og blive distribueret spole. Dette er - et alvorligt problem i den industrielle produktion. kan observeres denne virkning (dog ikke udelukkende knyttet til svingningskredsen), for eksempel når tager stikket ud af stikkontakten. I dette tilfælde springer den gnist, der i et sådant omfang ikke kan skade en person. Det skyldes det faktum, at magnetfeltet ikke forsvinder med det samme, men efterhånden spredes, induceres strømme i andre ledere. I industriel målestok strømstyrken er mange gange større end vores sædvanlige 220 volt, så afbrydelsen i produktionskæden kan forårsage gnister sådan en kraft, der vil forårsage en masse skade på både anlægget og manden.

Coil - er grundlaget for den, hvorfra svingningskredsen er. Inductor inkluderet solenoider successivt tilsat. Dernæst tager vi et nærmere kig på alle detaljerne i opbygningen af dette element.

Hvad er det induktans?

Induktans tændspole oscillerende kredsløb - er en enkelt parameter, der er numerisk lig den elektromotoriske kraft (i volt), som forekommer i et kredsløb, når nuværende variation på 1 A i 1 sekund. Hvis solenoiden er forbundet til et DC kredsløb, dens induktans beskriver energien af et magnetfelt, der er skabt af denne strøm ved formlen:

• W = (L * ^I2) / 2, hvor
  W - magnetfeltet energi.

induktans koefficient afhænger af mange faktorer: geometrien af solenoiden, de magnetiske egenskaber af kernen og til antallet af spoler af tråd. En anden funktion i denne indikator er, at det altid er positiv, fordi variablerne, som den afhænger, ikke kan være negativ.

Den induktans kan også defineres som en egenskab ved en leder med en aktuel lagre energi i et magnetfelt. Den måles i Henry (opkaldt efter den amerikanske videnskabsmand Dzhozefa Genri).

Endvidere solenoide svingningskreds består af en kondensator, som vil blive diskuteret i det følgende.

Elektrisk kondensator

Kapacitans bestemmes af oscillatorkredsløb kapacitans elektrisk kondensator. Dens udseende er blevet skrevet ovenfor. Nu Lad os undersøge fysik af de processer, der foregår i det.

Da kondensatorpladerne er fremstillet af en leder, så kan det flyde elektrisk strøm. Men mellem de to plader er forhindring. Insulator (de kan være luft, træ eller andet materiale med høj modstand Da denne afgift ikke kan bevæge sig fra den ene ende af tråden til den anden, er der en akkumulering det til kondensatorpladerne således øger den magnetiske og elektrisk kraft. felter omkring det. således ved afslutningen af ladningen fortsætter al elektricitet akkumuleret på pladerne, begynder at blive transmitteret til kredsløbet.

Hver kondensator har en nominel spænding, optimal for dens drift. Hvis du længe at udnytte elementet ved en højere spænding end den nominelle, er levetiden stærkt reduceret. Kondensatoren af svingningskredsen er konstant påvirket af strømme, og derfor, når de vælges bør være meget forsigtige.

Ud over konventionelle kondensatorer, som blev diskuteret, er der også elektriske dobbeltlagskondensatorer. Dette er en mere kompleks element: det kan beskrives som en krydsning mellem et batteri og en kondensator. Typisk er dielektriske i elektriske dobbeltlagskondensatorer er organiske stoffer, mellem hvilke er en elektrolyt. Sammen skaber de en elektrisk dobbeltlag, som gør det muligt at akkumulere i dette motiv til tider mere energi end en konventionel kondensator.

Hvad er kapaciteten af en kondensator?

Kapaciteten af kondensatoren er forholdet af kondensatoren ladning til en spænding, hvor den er placeret. Beregn denne værdi kan være meget simpelt ved hjælp af en matematisk formel:

• C = (e ₀ * S) / d, hvor
  e ₀ - dielektricitetskonstant af det dielektriske materiale (tabelværdi)
  S - området med kondensatorpladerne,
  d - afstanden mellem pladerne.

Afhængigheden af kapaciteten af kondensatoren af afstanden mellem elektroderne kan forklares ved fænomenet elektrostatisk induktion er mindre end afstanden mellem pladerne, jo mere de påvirker hinanden (coulomb), desto større charge elektroder og mindre stress. Og når spændingsværdien af kapacitetsudvidelser, da det også kan beskrives ved den følgende formel:

• C = k / U, hvor
  q - ladningen i coulomb.

Det er at tale om måleenheder af denne mængde. Kapacitans måles i farad. 1 Farad - tilstrækkelig stor værdi, så eksisterende kondensatorer (ikke superkondensatorer) har en kapacitans målt i picofarad (én trilliondel farad).

modstand

Strømmen i resonanskredsen afhænger også af modstand af kredsløbet. Og udover de to beskrevne elementer, som udgør et oscillerende kredsløb (spole, kondensator), er der en tredje - en modstand. Han er ansvarlig for at skabe træk. Modstand adskiller sig fra de øvrige elementer i at det har en høj modstand, som kan varieres i nogle modeller. Resonanskredsen det udfører effektstyrefunktion af magnetfeltet. Det er muligt at forbinde flere modstande i serie eller parallelt, og derved øge modstanden i kredsløbet.

Modstanden af dette element afhænger også af temperatur, så der skal sørges for sit arbejde i kredsløbet, da den opvarmes under passagen af strøm.

Modstanden måles i ohm, og dens værdi kan beregnes ved hjælp af formlen:

• R = (p * l) / S, hvor
  p - materiale resistivitet modstand (målt i (ohm * ^mm2) / m);
  l - længden af modstande (i meter);
  S - tværsnitsareal (i kvadratmillimeter).

Sådan binde en løkke parametre?

Nu er vi kommet tæt på fysik drift af oscillerende kredsløb. Over tid ladningen på kondensatorpladerne ændrer sig med andenordens differentialligning.

Hvis du løse denne ligning, det indebærer nogle interessante formler beskriver de processer, der foregår i kredsløbet. For eksempel kan en cyklisk frekvens udtrykt i kapacitans og induktans.

Men den mest enkle formel, der gør det muligt at beregne de mange ubekendte, - Thomson ligning (opkaldt efter den britiske fysiker William Thomson, der bragte hende i 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - mellem de elektromagnetiske svingninger,
  L og C - følgelig induktansen af oscillationskredsløb spole og en kapacitans kredsløbselement,
  n - antallet pi.

kvalitetsfaktor

Der er en anden vigtig størrelse, der karakteriserer konturen af arbejdet - kvaliteten faktor. For at forstå, hvad det er, skal du henvise til denne proces som en resonans. Dette fænomen, i hvilket amplituden bliver den maksimale effekt på en konstant værdi, som er en gynge støtte. Resonans kan forklare med et simpelt eksempel: hvis du begynder at skubbe svinge til rytmen af deres frekvens, vil de blive accelereret, og deres "amplitude" vil stige. Men hvis du ikke skubber rytmen, vil de sætte farten ned. Ved resonans ofte spreder en masse energi. For at være i stand til at beregne værdien af tab, vi opfundet en parameter såsom kvaliteten faktor. Det er en koefficient svarende til forholdet mellem energi, der ligger i systemet, til svind under en cyklus i kredsløbet.

kredsløb kvalitetsfaktor beregnes i overensstemmelse med formlen:

• Q = (w ₀ * W) / P, hvor
  w ₀ - resonans vinkelfrekvensen af svingninger;
  W - energien lagret i den vibrerende systemet;
  P - effekttab.

Denne parameter - dimensionsløs siden faktisk viser energi-forhold: Lagret for brugt.

Hvad er den ideelle oscillationskredsløb

For en bedre forståelse af processerne i systemet fysikkens kom op med den såkaldte ideal oscillerende kredsløb. Dette er en matematisk model, der repræsenterer kredsløbet som et system med nul modstand. I det der er udæmpede harmoniske svingninger. Denne model gør det muligt at opnå en tilnærmelsesvis kredsløbsparametre formel beregning. En af disse parametre - den samlede energi:

• W = (L * ^I2) / 2.

En sådan forenkling høj grad at accelerere beregninger og tillade at evaluere kredsløb karakteristika med forudindstillede egenskaber.

Hvordan virker det?

Alle oscillerende kredsløb arbejdscyklus kan opdeles i to dele. Nu vil vi se præcis de processer, der finder sted i alle dele.

• Den første fase pladekondensator, ladet positivt, begynder at aflade, hvilket gør strømmen i kredsløbet. På dette tidspunkt strømmen går fra en positiv til en negativ ladning, mens den passerer gennem spolen. Følgelig forekommer elektromagnetiske svingninger i kredsløbet. Strøm, som passerer gennem spolen, flytter det til en anden plade og oplader det positivt (mens den første elektrode, hvilken strøm er gået, negativt ladet).
• Den anden fase finder sted direkte modsat proces. Den nuværende passerer fra den positive plade (som i begyndelsen var negativ) til negativ, passerer igen gennem spolen. Og alle afgifterne falde på plads.

Cyklussen gentages, så længe kondensatoren er opladet. I en ideel resonanskredsløb denne proces er uendelig, og den reelle effekttab er uundgåelig på grund af forskellige faktorer: varme, der opstår på grund af eksistensen af modstanden i kredsløbet (Joule varme), og lignende.

Udførelsesformer kredsløbsdesign

Ud over simple kredsløb "spolen-kondensator" og "coil-modstand-kondensator", der er andre muligheder, idet der som grundlag svingningskreds. Dette, for eksempel en parallel kredsløb, som er kendetegnet ved, at der er et element kredsløb (fordi som det eksisterer alene, ville det være en serieforbindelse og som blev drøftet i artiklen).

Der er også andre former for byggeri, herunder de forskellige elektriske komponenter. For eksempel er det muligt at oprette forbindelse til netværket transistor som vil åbne og lukke kredsløbet med en frekvens lig med oscillationsfrekvensen af kredsløbet. Således vil systemet installere udæmpede svingninger.

Hvis der anvendes svingningskredsen?

Den mest velkendt for os brugen af komponenter i kredsløbet - det elektromagneter. De til gengæld, anvendes i samtaleanlæg, motorer, sensorer og mange andre mindre konventionelle områder. En anden anvendelse - oscillator. I virkeligheden er det brugen af kredsløbet er meget velkendt for os: i denne form, er det anvendes i mikrobølgeovnen for at skabe bølger i mobil og trådløs kommunikation til at videregive oplysninger over en afstand. Alt dette skyldes det faktum, at svingninger i de elektromagnetiske bølger kan kodes på en sådan måde, at det vil være muligt at transmittere information over lange afstande.

Inductor selv kan anvendes som et element til transformeren, kan to spoler med forskelligt antal viklinger passerer gennem det elektromagnetiske felt deres ladning. Men som solenoider karakteristika adskiller, og aktuelle tal i de to kredsløb, som er forbundet med de to induktans vil variere. Således kan man konvertere spænding til strøm, sige 220 volt i strøm med en spænding på 12 volt.

konklusion

Vi detaljeret princippet om oscillationskredsløb og hver del separat. Vi lært, at det oscillerende kredsløb - en anordning til at generere elektromagnetiske bølger. Men dette er kun det grundlæggende i de komplekse mekanik af disse, tilsyneladende simple elementer. Lær mere om snørklede af kredsløbet og dets komponenter kan være fra specialiserede litteratur.