Salınım devresi ne işe yarar? Salınım devresi ve çalışması

Salınım devresi, bir indüktör ve bir kapasitörden oluşan basit bir elektrik devresidir. Böyle bir devrede akım veya gerilim dalgalanmaları meydana gelebilir. Bu tür salınımların rezonans frekansı Thomson formülü ile belirlenir.

Bu tür bir LC salınım devresi (CC), bir rezonans salınım devresinin en basit örneğidir. Seri bağlı bir indüktör ve kapasitanstan oluşur. Böyle bir devreden bir alternatif akım geçtiğinde, değeri şu şekilde belirlenir: ben \u003d U / X Σ, nerede X Σ- indüktör ve kapasitansın reaktanslarının toplamı.

Kapasitans ve endüktansın reaktansının voltaj frekansına bağımlılığını hatırlatmama izin verin, formülleri şöyle görünür:

Artan frekansla endüktansın reaktansının arttığı formüllerden açıkça görülmektedir. Kondansatörlü bir bobinin aksine, frekans arttıkça reaktans azalır. Aşağıdaki şekil, indüktörün reaktanslarının grafiksel bağımlılıklarını göstermektedir. XL ve kaplar XC döngüsel frekans omegadan ω ve bağımlılık grafiği ω onların cebirsel toplamından X Σ. Grafik, bir kondansatör ve bir indüktörden oluşan bir seri salınım devresinin toplam reaktansının frekans bağımlılığını göstermektedir.

Belli bir frekansta olduğu grafikten açıkça görülmektedir. ω=ω p, endüktans ve kapasitansın reaktansları değer olarak aynıdır, ancak işaret olarak zıttır ve devrenin toplam direnci sıfırdır. Bu frekansta, yalnızca endüktanstaki (yani bobinin aktif direnci) ve akım kaynağının dahili aktif direncindeki omik kayıplarla sınırlandırılan, mümkün olan maksimum akım devrede akacaktır. Bu fenomenin meydana geldiği bu frekansa rezonans frekansı denir. Ek olarak, grafikten şu sonuç çıkarılabilir: rezonans frekansının altındaki frekanslarda, QC serisinin reaktansı kapasitif bir faktöre sahiptir ve daha yüksek frekanslarda endüktiftir. Rezonans frekansı, QC'nin her iki bileşeninin reaktansları için formüllerden kolayca türetilen ve reaktanslarını eşitleyen Thomson formülü kullanılarak bulunabilir:

Aşağıdaki şekilde, aktif omik kayıpları hesaba katarak bir seri rezonans devresinin eşdeğer devresini gösteriyoruz. r, belirli bir genliğe sahip ideal bir harmonik voltaj kaynağı ile sen. Empedans veya devrenin empedansı olarak da adlandırılır, hesaplanır: Z = √(R 2 + X Σ 2), nerede X Σ = ω L-1/ωC. Her iki reaktans da rezonans frekansında XL = ωL Ve X С = 1/ωС modülde eşittir, X Σ sıfıra eğilimlidir ve sadece aktiftir ve devredeki akım, Ohm yasasına göre akım kaynağının voltaj genliğinin kayıp direncine oranıyla hesaplanır: ben=U/R. Aynı zamanda, reaktif enerji bileşenlerinin bir rezervinin bulunduğu bobin ve kapasiteye aynı voltaj değeri düşer, yani. U L \u003d U C \u003d IX L \u003d IX C.

Rezonans hariç herhangi bir frekansta, endüktans ve kapasitans üzerindeki voltajlar farklıdır - bunlar devredeki akımın genliğine ve reaktans modüllerinin değerlerine bağlıdır. XL Ve XC.Bu nedenle, bir seri salınım devresinde rezonansa denir. voltaj rezonansı.

QC'nin çok önemli özellikleri aynı zamanda dalga empedansıdır. ρ ve kalite faktörü QC Q. dalga direnci ρ rezonans frekansında her iki bileşenin (L, C) reaktansının değerini düşünün: ρ = X L = X C de ω =ω p. Dalga empedansı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir: ρ = √(L/C). dalga empedansı ρ enerji tahmininin nicel bir ölçüsü olarak kabul edilir, devrenin depolanmış reaktif bileşenleri - WL = (LI 2)/2 Ve WC =(CU 2)/2. QC'nin reaktif elemanları tarafından depolanan enerjinin, periyot başına dirençli kayıpların enerjisine oranına kalite faktörü denir. Q kalite kontrol Salınım devresinin kalite faktörü- rezonansın genlik-frekans karakteristiğinin genliğini ve genişliğini belirleyen ve CC'de depolanan enerjinin, salınımın birim periyodu başına enerji kaybından kaç kat daha büyük olduğunu gösteren bir değer. Kalite faktörü ayrıca aktif direnci de hesaba katar r. Üç pasif bileşenin hepsinin seri olarak bağlandığı RLC devrelerindeki seri QC için kalite faktörü şu ifadeyle hesaplanır:

nerede r, L Ve C- rezonans devresi KK'nin direnci, endüktansı ve kapasitansı.

Kalite faktörünün karşılığı d = 1 / S fizikçiler QC sönümlemesi olarak adlandırdı. Kalite faktörünü belirlemek için genellikle ifade kullanılır. S = ρ / R, nerede r-Ohmik kayıpların direnci QC, aktif kayıpların QC gücünü karakterize eder P \u003d I 2 R. Çoğu salınımlı devrenin kalite faktörü birkaç birimden yüz veya daha fazla birimle değişir. Piezoelektrik gibi salınımlı sistemlerin kalite faktörü veya birkaç bin veya daha fazla olabilir.

QC'lerin frekans özellikleri genellikle frekans yanıtı kullanılarak değerlendirilirken, devrelerin kendileri dört terminalli ağlar olarak kabul edilir. Aşağıdaki şekiller, bir seri QC ve bu devrelerin frekans tepkisini içeren temel dört kutupluları göstermektedir. Grafiklerin X ekseni, K devresinin voltaj transfer katsayısını veya çıkış voltajının girişe oranını gösterir.

Pasif devreler için (yükseltici elemanlar ve enerji kaynakları olmadan), değer İLE asla birden yüksek değildir. AC direnci rezonans frekansında minimum olacaktır. Daha sonra iletim katsayısı birlik eğilimindedir. Rezonans dışındaki frekanslarda AC'nin AC direnci yüksektir ve transfer katsayısı sıfıra yakın olacaktır.

Rezonansta, giriş sinyali kaynağı, düşük QC direnci tarafından pratik olarak kısa devre edilir, bu nedenle kazanç neredeyse sıfıra düşer. Aksine, rezonant olandan uzak olan girdi eyleminin frekanslarında, katsayı birlik eğilimindedir. QC'nin rezonans frekansına yakın frekanslarda iletim katsayısını değiştirme özelliği, amatör radyo uygulamasında, bir dizi benzer frekanstan gerekli frekansa sahip bir sinyalin seçilmesi gerektiğinde, ancak diğer frekanslarda yaygın olarak kullanılır. Böylece, herhangi bir radyo alıcısında, QC yardımıyla, gerekli radyo istasyonunun frekansına ayar yapılır. Bir kümeden yalnızca bir frekansı seçme özelliğine seçicilik denir. Bu durumda, rezonansa maruz kalma frekansını ayarlarken iletim katsayısındaki değişikliğin yoğunluğu bant genişliği ile tanımlanır. Rezonans frekansındaki değerine göre iletim katsayısındaki azalmanın (artmanın) 0,7'den (dB) yüksek olmadığı aralıklarda frekans aralığını alır.

Şekillerdeki noktalı çizgiler, QC'leri aynı rezonanslara sahip olan ancak daha düşük bir kalite faktörüne sahip olan benzer devrelerin frekans tepkisini göstermektedir. Grafiklerden gördüğümüz gibi, bu bant genişliğini arttırır ve seçiciliğini azaltır.

Bu devrede, farklı reaktivite seviyelerine sahip iki reaktif eleman paralel olarak bağlanır. Aşağıdaki şekil, endüktansın reaktif iletkenliklerinin grafiksel bağımlılıklarını göstermektedir. B L = 1/ωL ve kapasitör kapasitansı C=-ωC'de toplam iletkenliğin yanı sıra içinde Σ. Ve bu salınım devresinde, her iki bileşenin reaktanslarının aynı olduğu bir rezonans frekansı vardır. Bu, bu frekansta paralel QC'nin alternatif akıma karşı büyük bir dirence sahip olduğunu gösterir.

Gerçek bir paralel QC'nin (kayıplarla) direnci, elbette, sonsuzluğa eğilimli değildir - devredeki kayıpların omik direnci ne kadar düşükse, o kadar yüksek, yani, azalmayla doğru orantılı olarak azalır. kalite faktörü.

Bir harmonik salınım kaynağından ve paralel bir QC'den oluşan en basit devreyi düşünün. Jeneratörün (voltaj kaynağı) doğal salınım frekansı devrenin rezonans frekansı ile çakışıyorsa, endüktif ve kapasitif dallar alternatif akıma karşı aynı dirence sahiptir ve dallardaki akımlar tamamen aynı olacaktır. Bu nedenle, güvenle söylüyoruz ki bu şemada mevcut rezonans. Her iki bileşenin reaktivitesi birbirini oldukça başarılı bir şekilde telafi eder ve QC'nin akan akıma direnci tamamen aktif hale gelir (sadece dirençli bir bileşene sahiptir). Bu direncin değeri, kalite faktörü QC ile karakteristik direncin çarpımı ile hesaplanır. R eq = Q ρ. Diğer frekanslarda, paralel QC'nin direnci düşer ve daha düşük frekanslarda - endüktif ve daha yüksek frekanslarda - kapasitif olarak reaktif hale gelir.

Bu durumda kuadripollerin iletim katsayılarının frekansa bağımlılığını ele alalım.

Rezonans frekansında bir dört kutuplu, akan alternatif akıma karşı yeterince büyük bir dirençtir, bu nedenle, ω=ω p iletim katsayısı sıfır olma eğilimindedir (ve bu gerçek omik kayıpları bile hesaba katmaktadır). Rezonans dışındaki diğer frekanslarda, QC'nin direnci düşecek ve dört kutuplunun transfer katsayısı artacaktır. İkinci seçeneğin dörtlü için durum taban tabana zıt olacaktır - rezonans frekansında, QC çok büyük bir dirence sahip olacaktır, yani. transfer katsayısı maksimum olacak ve birlik eğilimi gösterecektir). Rezonant olandan önemli bir frekans farkı ile, sinyal kaynağı pratik olarak şant edilecek ve iletim katsayısı sıfır olma eğiliminde olacaktır.

1 MHz rezonans frekansıyla paralel bir QC yapmamız gerektiğini varsayalım. Böyle bir QC'nin basitleştirilmiş bir ön hesaplamasını yapalım. Yani, gerekli kapasitans ve endüktans değerlerini hesaplıyoruz. Basitleştirilmiş bir formül kullanalım:

L=(159.1/K) 2 / C nerede:

LµH cinsinden bobin endüktansı; İTİBAREN pF cinsinden kapasitör kapasitansı; F MHz cinsinden rezonans frekansı

1 MHz frekans ve 1000 pF kapasitans ayarlayalım. Alırız:

L \u003d (159.1 / 1) 2 / 1000 \u003d 25 μH

Bu nedenle, ev yapımı radyo amatörümüz 1 MHz frekansında QC kullanıyorsa, 1000 pF kapasitans ve 25 μH endüktans almamız gerekir. Kondansatörün alınması yeterince kolaydır, ancak IMHO endüktansını kendi başınıza yapmak daha kolaydır.

Bunu yapmak için, çekirdeksiz bir bobinin dönüş sayısını hesaplıyoruz.

N=32 *v(L/D) nerede:

N gerekli dönüş sayısı; L, µH cinsinden belirtilen endüktanstır; Bobin çerçevesinin D çapı.

Çerçeve çapının 5 mm olduğunu varsayalım, o zaman:

N=32*v(25/5) = 72 dönüş

Bu formül yaklaşık olarak kabul edilir, endüktansın kendi dönüşler arası kapasitansını hiç hesaba katmaz. Formül, daha sonra cihazdaki devreyi ayarlarken ayarlanan bobin parametrelerini önceden hesaplamak için kullanılır.

Amatör radyo pratiğinde, genellikle 12-14 mm uzunluğa ve 2,5 - 3 mm çapa sahip ferrit ayar göbeğine sahip bobinler kullanılır. Bu tür çekirdekler, alıcıların salınım devrelerinde aktif olarak kullanılır.

USE kodlayıcının konuları: serbest elektromanyetik salınımlar, salınım devresi, zorlanmış elektromanyetik salınımlar, rezonans, harmonik elektromanyetik salınımlar.

elektromanyetik titreşimler- Bir elektrik devresinde periyodik olarak meydana gelen şarj, akım ve voltaj değişiklikleridir. Elektromanyetik salınımları gözlemlemek için en basit sistem bir salınım devresidir.

salınım devresi

salınım devresi Seri bağlı bir kondansatör ve bir bobinden oluşan kapalı bir devredir.

Kondansatörü şarj ediyoruz, ona bir bobin bağlayıp devreyi kapatıyoruz. olmaya başlayacak serbest elektromanyetik salınımlar- kondansatördeki yükte ve bobindeki akımda periyodik değişiklikler. Bu salınımların, herhangi bir dış etki olmadan meydana geldikleri için serbest olarak adlandırıldığını hatırlıyoruz - sadece devrede depolanan enerji nedeniyle.

Devredeki salınımların periyodunu her zaman olduğu gibi . Bobinin direnci sıfıra eşit kabul edilecektir.

Salınım sürecinin tüm önemli aşamalarını ayrıntılı olarak ele alalım. Daha fazla netlik için, yatay bir yaylı sarkacın salınımlarıyla bir benzetme yapacağız.

Başlangıç ​​anı: . Kondansatörün yükü eşittir, bobinden akım geçmez (Şekil 1). Kondansatör şimdi boşalmaya başlayacaktır.

Pirinç. 1.

Bobinin direnci sıfır olmasına rağmen akım anında artmaz. Akım artmaya başlar başlamaz, bobinde akımın artmasını önleyen bir kendi kendine endüksiyon EMF'si görünecektir.

analoji. Sarkaç bir değerle sağa çekilir ve ilk anda serbest bırakılır. Sarkaçın ilk hızı sıfırdır.

Dönemin ilk çeyreği: . Kondansatör boşalıyor, mevcut şarjı . Bobinden geçen akım artar (Şekil 2).

Pirinç. 2.

Akımdaki artış kademeli olarak gerçekleşir: Bobinin girdap elektrik alanı, akımdaki artışı engeller ve akıma karşı yönlendirilir.

analoji. Sarkaç denge konumuna doğru sola hareket eder; sarkacın hızı yavaş yavaş artar. Yayın deformasyonu (aynı zamanda sarkacın koordinatıdır) azalır.

İlk çeyreğin sonu: . Kondansatör tamamen boşalmıştır. Mevcut güç maksimum değerine ulaştı (Şekil 3). Kondansatör şimdi şarj olmaya başlayacaktır.

Pirinç. 3.

Bobin üzerindeki voltaj sıfırdır, ancak akım anında kaybolmaz. Akım azalmaya başlar başlamaz, bobinde akımın azalmasını önleyen bir kendi kendine endüksiyon EMF'si görünecektir.

analoji. Sarkaç denge konumunu geçer. Hızı maksimum değerine ulaşır. Yay sapması sıfırdır.

İkinci çeyrek: . Kondansatör yeniden şarj edilir - plakalarında başlangıçtaki ile karşılaştırıldığında zıt işaretin bir yükü görünür ( şekil 4).

Pirinç. 4.

Akım gücü kademeli olarak azalır: azalan akımı destekleyen bobinin girdap elektrik alanı akımla birlikte yönlendirilir.

analoji. Sarkaç, denge konumundan sağ uç noktaya kadar sola doğru hareket etmeye devam eder. Hızı giderek azalır, yayın deformasyonu artar.

İkinci çeyreğin sonu. Kondansatör tamamen şarj olmuştur, şarjı tekrar eşittir (ancak polarite farklıdır). Mevcut güç sıfırdır (Şekil 5). Şimdi kapasitörün ters şarjı başlayacaktır.

Pirinç. beş.

analoji. Sarkaç en sağ noktasına ulaştı. Sarkaçın hızı sıfırdır. Yayın deformasyonu maksimum ve eşittir.

üçüncü çeyrek: . Salınım döneminin ikinci yarısı başladı; süreçler ters yönde ilerledi. Kondansatör boşaldı ( şekil 6).

Pirinç. 6.

analoji. Sarkaç geri hareket eder: sağ uç noktadan denge konumuna.

Üçüncü çeyreğin sonu: . Kondansatör tamamen boşalmıştır. Akım maksimumdur ve yine eşittir, ancak bu sefer farklı bir yönü vardır (Şekil 7).

Pirinç. 7.

analoji. Sarkaç yine maksimum hızla denge konumunu geçer, ancak bu sefer ters yönde.

dördüncü çeyrek: . Akım azalır, kapasitör şarj olur ( şek. 8).

Pirinç. 8.

analoji. Sarkaç, denge konumundan en soldaki noktaya - sağa doğru hareket etmeye devam eder.

Dördüncü çeyreğin sonu ve tüm periyot: . Kondansatörün ters şarjı tamamlanmıştır, akım sıfırdır (Şekil 9).

Pirinç. dokuz.

Bu an, o anın aynısıdır ve bu resim resim 1'dir. Tam bir yalpalama oldu. Şimdi, süreçlerin yukarıda açıklandığı gibi tamamen aynı şekilde gerçekleşeceği bir sonraki salınım başlayacak.

analoji. Sarkaç orijinal konumuna geri döndü.

Ele alınan elektromanyetik salınımlar sönümsüz- süresiz olarak devam edecekler. Sonuçta, bobinin direncinin sıfır olduğunu varsaydık!

Aynı şekilde, yaylı sarkacın salınımları sürtünme olmadığında sönümlenmeyecektir.

Gerçekte, bobinin bir miktar direnci vardır. Bu nedenle, gerçek bir salınım devresindeki salınımlar sönümlenecektir. Bu nedenle, tam bir salınımdan sonra kapasitör üzerindeki yük, başlangıç ​​değerinden daha az olacaktır. Zamanla, salınımlar tamamen ortadan kalkacaktır: başlangıçta devrede depolanan tüm enerji, bobinin ve bağlantı tellerinin direncinde ısı şeklinde salınacaktır.

Aynı şekilde, gerçek bir yaylı sarkacın titreşimleri sönümlenecektir: sarkacın tüm enerjisi, kaçınılmaz sürtünme varlığından dolayı yavaş yavaş ısıya dönüşecektir.

Bir salınım devresinde enerji dönüşümleri

Bobinin direncinin sıfır olduğunu varsayarak devredeki sönümsüz salınımları dikkate almaya devam ediyoruz. Kapasitörün bir kapasitansı vardır, bobinin endüktansı eşittir.

Isı kaybı olmadığı için enerji devreyi terk etmez: kondansatör ve bobin arasında sürekli olarak yeniden dağıtılır.

Kondansatörün yükünün maksimum ve eşit olduğu ve akımın olmadığı anları alalım. Bu anda bobinin manyetik alanının enerjisi sıfırdır. Devrenin tüm enerjisi kapasitörde yoğunlaşmıştır:

Şimdi, tam tersine, akımın maksimum ve eşit olduğu ve kapasitörün boşaldığı anı düşünün. Kondansatörün enerjisi sıfırdır. Devrenin tüm enerjisi bobinde depolanır:

Herhangi bir zamanda, kapasitörün yükü eşit olduğunda ve bobinden akım geçtiğinde, devrenin enerjisi şuna eşittir:

Böylece,

(1)

İlişki (1) birçok problemin çözümünde kullanılır.

elektromekanik analojiler

Kendi kendine indüksiyonla ilgili önceki broşürde, endüktans ve kütle arasındaki analojiyi not etmiştik. Şimdi elektrodinamik ve mekanik nicelikler arasında birkaç tane daha denklik kurabiliriz.

Bir yay sarkaç için (1)'e benzer bir bağıntımız var:

(2)

Burada, zaten anladığınız gibi, yayın sertliği, sarkacın kütlesi ve sarkacın koordinat ve hızının mevcut değerleri ve bunların maksimum değerleridir.

(1) ve (2) numaralı eşitlikleri birbirleriyle karşılaştırdığımızda aşağıdaki yazışmaları görüyoruz:

(3)

(4)

(5)

(6)

Bu elektromekanik analojilere dayanarak, bir salınım devresindeki elektromanyetik salınımların periyodu için bir formül öngörebiliriz.

Gerçekten de, bildiğimiz gibi, bir yaylı sarkacın salınım periyodu şuna eşittir:

(5) ve (6) numaralı analojilere uygun olarak, burada kütleyi endüktans ile ve sertliği ters kapasitans ile değiştiriyoruz. Alırız:

(7)

Elektromekanik analojiler başarısız olmaz: formül (7), salınım devresindeki salınım periyodu için doğru ifadeyi verir. denir Thomson'ın formülü. Daha titiz türevini birazdan sunacağız.

Devredeki salınımların harmonik yasası

Salınımların çağrıldığını hatırlayın harmonik, dalgalı değer sinüs veya kosinüs yasasına göre zamanla değişiyorsa. Bunları unutmayı başardıysanız, “Mekanik titreşimler” sayfasını tekrarladığınızdan emin olun.

Kondansatör üzerindeki yükün salınımları ve devredeki akım gücü harmonik olur. Şimdi kanıtlayacağız. Ancak önce, kapasitörün yükü ve mevcut güç için bir işaret seçme kurallarını belirlememiz gerekir - sonuçta, dalgalanmalar sırasında bu miktarlar hem pozitif hem de negatif değerler alacaktır.

İlk biz seçiyoruz pozitif baypas yönü kontur. Seçim bir rol oynamaz; yön bu olsun saat yönünün tersine(Şek. 10).

Pirinç. 10. Pozitif baypas yönü

Mevcut güç pozitif olarak kabul edilir class="tex" alt="(!LANG:(I > 0)"> , если ток течёт в положительном направлении. В противном случае сила тока будет отрицательной .!}

Bir kapasitörün yükü o plakanın yüküdür. neye pozitif bir akım akar (yani, baypas yön okuyla gösterilen plaka). Bu durumda şarj ayrıldı kapasitör plakaları.

Böyle bir akım ve yük işareti seçimiyle, ilişki doğrudur: (farklı bir işaret seçimi ile bu olabilir). Aslında, her iki parçanın işaretleri aynıdır: if class="tex" alt="(!LANG:I > 0"> , то заряд левой пластины возрастает, и потому !} class="tex" alt="(!LANG:\dot(q) > 0"> !}.

Değerler ve zamanla değişir, ancak devrenin enerjisi değişmeden kalır:

(8)

Bu nedenle, enerjinin zamana göre türevi ortadan kalkar: . İlişkinin her iki bölümünün zamana göre türevini alırız (8) ; Karmaşık fonksiyonların solda türevli olduğunu unutmayın (Eğer bir fonksiyon ise, o zaman karmaşık bir fonksiyonun türevi kuralına göre, fonksiyonumuzun karesinin türevi şuna eşit olacaktır: ):

Burada ve yerine koyarak şunu elde ederiz:

Ancak akımın gücü, sıfıra eşit bir fonksiyon değildir; bu yüzden

Bunu şu şekilde yeniden yazalım:

(9)

Formun harmonik salınımlarının diferansiyel denklemini elde ettik, burada . Bu, bir kapasitörün yükünün harmonik bir yasaya göre (yani sinüs veya kosinüs yasasına göre) salınım yaptığını kanıtlar. Bu salınımların döngüsel frekansı şuna eşittir:

(10)

Bu değere de denir doğal frekans kontur; bu sıklıkta özgürdür (veya dedikleri gibi, sahip olmak dalgalanmalar). Salınım periyodu:

Yine Thomson formülüne geldik.

Genel durumda yükün zamana harmonik bağımlılığı şu şekildedir:

(11)

Döngüsel frekans, formül (10) ile bulunur; genlik ve başlangıç ​​fazı başlangıç ​​koşullarından belirlenir.

Bu broşürün başında ayrıntılı olarak tartışılan durumu ele alacağız. Kondansatörün yükünün maksimum ve eşit olmasına izin verin (Şekil 1'deki gibi); döngüde akım yok. O halde ilk faz , öyle ki yük genlikli kosinüs yasasına göre değişir :

(12)

Mevcut gücün değişim yasasını bulalım. Bunu yapmak için, (12) bağıntısını zamana göre türevlendiririz, yine karmaşık bir fonksiyonun türevini bulma kuralını unutmadan:

Akım kuvvetinin de harmonik kanuna göre değiştiğini görüyoruz, bu sefer sinüs kanununa göre:

(13)

Akım gücünün genliği:

Mevcut değişim yasasında (13) bir "eksi"nin varlığını anlamak zor değildir. Örneğin zaman aralığını ele alalım (Şekil 2).

Akım negatif yönde akar: . Çünkü salınım aşaması ilk çeyrekte: . İlk çeyrekteki sinüs pozitif; bu nedenle, (13)'teki sinüs, dikkate alınan zaman aralığında pozitif olacaktır. Bu nedenle akımın negatifliğini sağlamak için formül (13)'teki eksi işareti gerçekten gereklidir.

Şimdi şek. 8 . Akım pozitif yönde akar. Bu durumda "eksi"miz nasıl çalışır? Burada neler olduğunu öğrenin!

Yük ve akım dalgalanmalarının grafiklerini gösterelim, yani. (12) ve (13) fonksiyonlarının grafikleri . Anlaşılır olması için bu grafikleri aynı koordinat eksenlerinde sunuyoruz (Şekil 11).

Pirinç. 11. Şarj ve akımdaki dalgalanmaların grafikleri

Yük sıfırlarının mevcut yüksek veya düşük seviyelerde oluştuğuna dikkat edin; tersine, mevcut sıfırlar, maksimum veya minimum yüke karşılık gelir.

Döküm formülünü kullanma

mevcut değişim yasasını (13) şu şekilde yazıyoruz:

Bu ifadeyi yük değişimi kanunu ile karşılaştırdığımızda, akımın fazına eşit olan fazının, ile yük fazından daha büyük olduğunu görüyoruz. Bu durumda akım denir fazda lider yükleme ; veya faz değişimi akım ve şarj arasındaki eşittir; veya Faz farkı akım ve şarj arasındaki eşittir.

Şarj akımını fazda yönlendirmek, akım grafiğinin kaydırılması gerçeğinde grafiksel olarak kendini gösterir. Solaşarj grafiğine göre. Mevcut güç, örneğin, maksimum değerine, şarjın maksimum değerine ulaşmasından dörtte bir daha önce ulaşır (ve periyodun dörtte biri, faz farkına tekabül eder).

Zorlanmış elektromanyetik salınımlar

Hatırladığın gibi, zorlanmış titreşimler periyodik bir itici gücün etkisi altında sistemde meydana gelir. Zorlanmış salınımların frekansı, itici gücün frekansı ile çakışmaktadır.

Sinüzoidal bir voltaj kaynağına bağlı bir devrede zorunlu elektromanyetik salınımlar gerçekleştirilecektir (Şekil 12).

Pirinç. 12. Zorlanmış titreşimler

Kaynak gerilimi kanuna göre değişirse:

daha sonra devrede döngüsel bir frekansla (ve sırasıyla bir periyotla) şarj ve akım dalgalanır. Alternatif voltaj kaynağı, olduğu gibi, salınım frekansını devreye “empoze eder” ve sizi doğal frekansı unutmaya zorlar.

Yükün ve akımın zorunlu salınımlarının genliği frekansa bağlıdır: genlik daha büyük, devrenin doğal frekansına daha yakın. rezonans- salınımların genliğinde keskin bir artış. AC ile ilgili bir sonraki broşürde rezonans hakkında daha ayrıntılı konuşacağız.

Makalede size bir salınım devresinin ne olduğunu anlatacağız. Seri ve paralel salınım devresi.

salınım devresi - elektromanyetik salınımlar oluşturmak için gerekli radyo-elektronik elemanları içeren bir cihaz veya elektrik devresi. Elemanların bağlantısına bağlı olarak iki türe ayrılır: tutarlı Ve paralel.

Salınım devresinin ana radyoelement tabanı: Kondansatör, güç kaynağı ve indüktör.

Seri salınımlı devre, en basit rezonans (salınımlı) devredir. Seri bağlı indüktörler ve kapasitörlerden oluşan bir seri salınım devresinden oluşur. Böyle bir devreye alternatif (harmonik) bir voltaj uygulandığında, değeri Ohm yasasına göre hesaplanan bobin ve kapasitörden alternatif bir akım akacaktır:ben \u003d U / X Σ, nerede X Σ- seri bağlı bobin ve kapasitörün reaktanslarının toplamı (toplam modülü kullanılır).

Belleğimizi tazelemek için, kondansatör ve indüktörün reaktanslarının uygulanan alternatif voltajın frekansına nasıl bağlı olduğunu hatırlayalım. Bir indüktör için bu bağımlılık şöyle görünecektir:

Frekans arttıkça indüktörün reaktansının arttığı formülden görülebilir. Bir kapasitör için, reaktansının frekansa bağımlılığı şöyle görünecektir:

Bir indüktörden farklı olarak, bir kapasitör tersini yapar - frekans arttıkça reaktans azalır. Aşağıdaki şekil, bobinin reaktanslarının bağımlılıklarını grafiksel olarak göstermektedir. XL ve kapasitör XC döngüsel (dairesel) frekanstan ω , ayrıca frekansa bağımlılığın bir grafiği ω onların cebirsel toplamı X Σ. Grafik, aslında, bir seri salınım devresinin toplam reaktansının frekansına bağımlılığı gösterir.

Grafikten görülebilir ki, belirli bir frekansta ω=ω p bobinin ve kapasitörün reaktif dirençlerinin mutlak değerde eşit olduğu (değerde eşit, ancak işarette zıt), devrenin toplam direnci kaybolur. Bu frekansta, devrede yalnızca indüktördeki omik kayıplar (yani bobin sargı telinin aktif direnci) ve akım kaynağının (jeneratör) iç direnci ile sınırlanan maksimum bir akım gözlenir. Fizikte rezonans olarak adlandırılan, dikkate alınan fenomenin gözlemlendiği böyle bir frekansa, devre salınımlarının rezonans frekansı veya doğal frekansı denir. Grafikten, rezonans frekansının altındaki frekanslarda, seri salınım devresinin reaktansının doğası gereği kapasitif olduğu ve daha yüksek frekanslarda endüktif olduğu da görülebilir. Rezonans frekansının kendisine gelince, indüktör ve kapasitörün reaktansları için formüllerden türetebileceğimiz Thomson formülü kullanılarak, reaktanslarını birbirine eşitleyerek hesaplanabilir:

Sağdaki şekil, omik kayıpları hesaba katan bir seri rezonans devresinin eşdeğer devresini göstermektedir. r genlikli ideal bir harmonik voltaj üretecine bağlı sen. Böyle bir devrenin toplam direnci (empedans) şu şekilde belirlenir: Z = √(R 2 + X Σ 2), nerede X Σ = ω L-1/ωC. Rezonans frekansında, bobinin reaktans değerleri XL = ωL ve kapasitör X С = 1/ωС mutlak değerde eşittir, değer X Σ kaybolur (dolayısıyla devre direnci tamamen aktiftir) ve devredeki akım, jeneratör voltaj genliğinin omik kayıpların direncine oranı ile belirlenir: ben=U/R. Aynı zamanda reaktif elektrik enerjisinin depolandığı bobin ve kondansatör üzerinde aynı voltaj düşer. U L \u003d U C \u003d IX L \u003d IX C.

Rezonans dışındaki herhangi bir frekansta, bobin ve kapasitör üzerindeki voltajlar aynı değildir - devredeki akımın genliği ve reaktans modüllerinin değerleri ile belirlenirler. XL Ve XC.Bu nedenle, bir seri salınım devresindeki rezonansa genellikle voltaj rezonansı denir. Devrenin rezonans frekansı, devrenin direncinin tamamen aktif (dirençli) bir karaktere sahip olduğu frekanstır. Rezonans koşulu, indüktör ve kapasitansın reaktanslarının eşitliğidir.

Salınım devresinin en önemli parametrelerinden biri (tabii ki rezonans frekansı hariç) karakteristik (veya dalga) direncidir. ρ ve devrenin kalite faktörü Q. Devrenin karakteristik (dalga) direnci ρ rezonans frekansında devrenin kapasitansının ve endüktansının reaktansının değeri denir: ρ = X L = X C de ω =ω p. Karakteristik empedans aşağıdaki gibi hesaplanabilir: ρ = √(L/C). karakteristik direnç ρ devrenin reaktif elemanları tarafından depolanan enerjiyi tahmin etmek için nicel bir ölçüdür - bobin (manyetik alanın enerjisi) WL = (LI 2)/2 ve bir kapasitör (elektrik alan enerjisi) WC =(CU 2)/2. Devrenin reaktif elemanları tarafından depolanan enerjinin, periyot boyunca omik (dirençli) kayıpların enerjisine oranına genellikle kalite faktörü denir. Qİngilizce'den tam anlamıyla tercüme edilen kontur, "kalite" anlamına gelir.

Salınım devresinin kalite faktörü- rezonansın frekans yanıtının genliğini ve genişliğini belirleyen ve devredeki enerji rezervlerinin bir salınım periyodundaki enerji kaybından kaç kat daha büyük olduğunu gösteren bir özellik. Kalite faktörü, aktif yük direncinin varlığını hesaba katar r.

Üç elemanın hepsinin seri olarak bağlandığı RLC devrelerindeki bir seri salınım devresi için kalite faktörü hesaplanır:

nerede r, L Ve C

Kalite faktörünün karşılığı d = 1 / S döngü sönümlemesi denir. Kalite faktörünü belirlemek için genellikle formül kullanılır. S = ρ / R, nerede r-devrenin dirençli (aktif kayıplar) gücünü karakterize eden devrenin omik kayıplarının direnci P \u003d I 2 R. Ayrık indüktörler ve kapasitörler üzerinde yapılan gerçek salınımlı devrelerin kalite faktörü, birkaç birimden yüzlerce veya daha fazlasına kadar değişir. Piezoelektrik ve diğer etkiler (örneğin kuvars rezonatörleri) ilkesine dayanan çeşitli salınım sistemlerinin kalite faktörü birkaç bin veya daha fazlasına ulaşabilir.

Teknolojideki çeşitli devrelerin frekans özellikleri genellikle genlik-frekans özellikleri (AFC) kullanılarak değerlendirilirken, devrelerin kendileri dört uçlu ağlar olarak kabul edilir. Aşağıdaki şekiller, bir seri salınım devresi içeren en basit iki dört kutupluyu ve bu devrelerin gösterilen frekans yanıtını göstermektedir (düz çizgilerle gösterilmiştir). Frekans yanıtı grafiklerinin dikey ekseninde, devrenin çıkış voltajının girişe oranını gösteren, devrenin voltaj transfer katsayısının büyüklüğü K çizilir.

Pasif devreler için (yani yükseltici elemanlar ve enerji kaynakları içermeyen), değer İLE birini asla geçmez. Şekilde gösterilen devrenin alternatif akıma direnci, devrenin rezonans frekansına eşit bir darbe frekansında minimum olacaktır. Bu durumda devrenin transfer katsayısı bire yakındır (devredeki omik kayıplarla belirlenir). Rezonant olandan çok farklı frekanslarda, devrenin alternatif akıma direnci oldukça büyüktür ve sonuç olarak devrenin transfer katsayısı neredeyse sıfıra düşecektir.

Bu devredeki rezonansta, giriş sinyali kaynağı aslında düşük bir döngü direnci ile kısa devre edilir, çünkü böyle bir devrenin rezonans frekansındaki kazancı neredeyse sıfıra düşer (yine, sonlu bir kayıp direncinin varlığından dolayı). ). Aksine, giriş eyleminin rezonant olandan önemli ölçüde farklı olan frekanslarında, devrenin transfer katsayısının bire yakın olduğu ortaya çıkar. Bir salınım devresinin rezonansa yakın frekanslarda iletim katsayısını önemli ölçüde değiştirme özelliği, belirli bir frekansa sahip bir sinyali diğer frekanslarda bulunan çok sayıda gereksiz sinyalden izole etmek gerektiğinde pratikte yaygın olarak kullanılır. Böylece, herhangi bir radyo alıcısında, salınım devreleri yardımıyla, istenen radyo istasyonunun frekansına ayarlanması sağlanır. Bir salınım devresinin bir kümeden bir frekansı ayırma özelliğine genel olarak seçicilik veya seçicilik denir. Bu durumda, darbe frekansı rezonanstan kesildiğinde devrenin iletim katsayısındaki değişimin yoğunluğu genellikle bant genişliği adı verilen bir parametre kullanılarak tahmin edilir. Bant genişliği, iletim katsayısının rezonans frekansındaki değerine göre azalmasının (veya devrenin tipine bağlı olarak artmasının) 0,7'yi (3 dB) aşmadığı frekans aralığı olarak alınır.

Grafiklerdeki noktalı çizgiler, salınım devreleri yukarıda tartışılan durumda olduğu gibi aynı rezonans frekanslarına sahip olan, ancak daha düşük bir kalite faktörüne sahip olan (örneğin, bir indüktör bir tel ile sarılmış) tam olarak aynı devrelerin frekans tepkisini göstermektedir. doğru akıma karşı yüksek dirençli). Şekillerden de anlaşılacağı gibi bu durumda devrenin bant genişliği genişler ve seçici (seçici) özellikleri bozulur. Buna dayanarak, salınım devrelerini hesaplarken ve tasarlarken, kalite faktörlerini arttırmaya çalışmak gerekir. Bununla birlikte, bazı durumlarda, tersine, devrenin kalite faktörünün hafife alınması gerekir (örneğin, indüktöre seri olarak küçük bir direnç direnci ekleyerek), bu da geniş bant sinyallerinin bozulmasını önlemeyi mümkün kılar. Pratikte yeterince geniş bantlı bir sinyali izole etmek gerekli olsa da, seçici devreler kural olarak tek salınım devreleri üzerine değil, daha karmaşık eşleştirilmiş (çok devreli) salınım sistemleri, dahil. çok katmanlı filtreler

Paralel salınım devresi

Çeşitli radyo mühendisliği cihazlarında, seri salınım devreleri ile birlikte, paralel salınım devreleri sıklıkla (seriden daha sık olarak) kullanılır.Şekil paralel bir salınım devresinin şematik bir diyagramını göstermektedir. Burada, farklı reaktivite doğasına sahip iki reaktif eleman paralel olarak bağlanır.Bilindiği gibi, elemanlar paralel bağlandığında dirençlerini eklemek imkansızdır - sadece iletkenlikleri ekleyebilirsiniz. Şekil, indüktörün reaktif iletkenliklerinin grafiksel bağımlılıklarını göstermektedir. B L = 1/ωL, yoğunlaştırıcı C=-ωC'de toplam iletkenliğin yanı sıra içinde Σ, paralel bir salınım devresinin reaktif iletimi olan bu iki eleman. Benzer şekilde, bir seri salınım devresinde olduğu gibi, bobin ve kapasitörün reaktanslarının (ve dolayısıyla iletkenliklerinin) aynı olduğu, rezonans adı verilen belirli bir frekans vardır. Bu frekansta, paralel salınım devresinin toplam iletkenliği kayıp olmadan kaybolur. Bu, bu frekansta salınım devresinin alternatif akıma karşı sonsuz büyük bir dirence sahip olduğu anlamına gelir.

Devrenin reaktansının frekansa bağımlılığını kurarsak X Σ = 1/B Σ, aşağıdaki şekilde gösterilen bu eğri, noktada ω = ω p ikinci türden bir süreksizlik olacaktır. Gerçek bir paralel salınım devresinin direnci (yani, kayıplarla), elbette, sonsuza eşit değildir - daha küçük, devredeki kayıpların omik direnci ne kadar büyükse, yani doğrudan orantılı olarak azalır. devrenin kalite faktöründeki azalma. Genel olarak, bir salınım devresinin kalite faktörü, karakteristik empedans ve rezonans frekansı kavramlarının yanı sıra hesaplama formüllerinin fiziksel anlamı, hem seri hem de paralel salınım devreleri için geçerlidir.

Endüktans, kapasitans ve direncin paralel bağlandığı paralel bir rezonans devresi için kalite faktörü hesaplanır:

nerede r, L Ve C- sırasıyla rezonans devresinin direnci, endüktansı ve kapasitansı.

Bir harmonik salınım üreteci ve bir paralel salınım devresinden oluşan bir devre düşünün. Jeneratörün salınım frekansının devrenin rezonans frekansı ile çakışması durumunda, endüktif ve kapasitif dalları alternatif akıma eşit direnç sağlar, bunun sonucunda devre kollarındaki akımlar aynı olur. Bu durumda devredeki akımların rezonans halinde olduğu söylenir. Seri salınımlı devre durumunda olduğu gibi, bobin ve kapasitörün reaktansları birbirini iptal eder ve devrenin içinden geçen akıma direnci tamamen aktif (dirençli) hale gelir. Genellikle teknolojide eşdeğer olarak adlandırılan bu direncin değeri, devrenin kalite faktörü ve karakteristik direncinin ürünü ile belirlenir. R eq = Q ρ. Rezonans dışındaki frekanslarda, devrenin direnci azalır ve daha düşük frekanslarda - endüktif (endüktansın reaktansı azalan frekansla azaldığından) ve daha yüksek frekanslarda, aksine, kapasitif (yani, reaktans) kapasitans artan frekansla azalır) .

Seri salınım devreleri değil, paralel devreler içerdiğinde, kuadripollerin iletim katsayılarının frekansa nasıl bağlı olduğunu düşünelim.

Şekilde gösterilen kuadripol, devrenin rezonans frekansında çok büyük bir akım direncidir, bu nedenle, ω=ω p transfer katsayısı sıfıra yakın olacaktır (omik kayıplar dahil). Rezonans dışındaki frekanslarda devrenin direnci düşecek ve kuadripolün transfer katsayısı artacaktır.

Yukarıdaki şekilde gösterilen dört kutuplu için durum tam tersi olacaktır - rezonans frekansında devre çok büyük bir direnç olacak ve giriş voltajının neredeyse tamamı çıkış terminallerine gidecektir (yani transfer katsayısı maksimum ve birliğe yakın olacaktır). Devrenin rezonans frekansından giriş eyleminin frekansında önemli bir farkla, dört kutuplu giriş terminallerine bağlı sinyal kaynağı pratik olarak kısa devre yapacak ve transfer katsayısı sıfıra yakın olacaktır.

Sorunun ifadesi: Mekanik titreşimler hakkında zaten çok şey biliyoruz: serbest ve zorlanmış titreşimler, kendi kendine salınımlar, rezonans, vb. Elektriksel salınımları incelemeye devam ediyoruz. Bugünkü dersin konusu: serbest elektromanyetik salınımların elde edilmesi.

Önce bir hatırlayalım: Bir salınım sistemine, serbest titreşimlerin meydana gelebileceği bir sisteme hangi koşullar karşılık gelmelidir. Cevap: Bir salınım sisteminde, bir geri getirme kuvveti ortaya çıkmalı ve enerji bir biçimden diğerine dönüştürülmelidir.

(Yeni sunum materyalinin tüm süreçlerin ayrıntılı bir açıklaması ile analizi ve dönemin ilk iki çeyreğinin bir deftere yazılması, modele göre evde 3. ve 4. çeyreği tanımlayın).

Salınım devresi, serbest elektromanyetik salınımların elde edilebildiği bir elektrik devresidir. KK sadece iki cihazdan oluşur: endüktans L olan bir bobin ve elektrik kapasitesi C olan bir kapasitör. İdeal bir salınım devresinin direnci yoktur.

Enerjiyi K.K.'ye iletmek için, yani. denge konumundan çıkarmak için devresini geçici olarak açmanız ve anahtarı iki konumlu olarak koymanız gerekir. Anahtar akım kaynağına kapatıldığında, kapasitör maksimum şarja şarj olur. Bu K.K.'da servis edilir. elektrik alan enerjisi şeklinde enerji. Anahtar doğru konuma kapatıldığında, mevcut kaynak kapatılır, K.K. kendisine verilmiştir.

Böyle bir K.K. matematiksel sarkacın dinlenme durumundan çıkarıldığında en sağdaki konumuna karşılık gelir. Salınım devresi denge konumundan çıkarılır.Kapasitörün yükü maksimumdur ve yüklü kapasitörün enerjisi - elektrik alanının enerjisi maksimumdur. İçinde meydana gelen tüm süreci dönemin çeyreklerinde ele alacağız.

İlk anda, kapasitör maksimum yüke yüklenir (alt plaka pozitif olarak yüklenir), içindeki enerji elektrik alanının enerjisi şeklinde yoğunlaşır. Kondansatör kendi üzerine kapanır ve boşalmaya başlar. Coulomb yasasına göre, pozitif yükler negatif olanlara çekilir ve saat yönünün tersine yönlendirilen bir deşarj akımı oluşur. Akım yolunda indüktör olmasaydı, her şey anında gerçekleşirdi: kapasitör boşalırdı. Biriken yükler birbirini dengeleyecek, elektrik enerjisi ısıya dönüşecekti. Ancak bobinde, yönü gimlet kuralı - “yukarı” ile belirlenebilen bir manyetik alan ortaya çıkar. Manyetik alan büyüyor ve içindeki akımın büyümesini önleyen kendi kendine indüksiyon olgusu meydana geliyor. Akım, dönemin ilk çeyreği boyunca anında değil, kademeli olarak artar. Bu süre zarfında, kondansatör tarafından desteklendiği sürece akım artacaktır. Kondansatör boşalır boşalmaz akım artmaz, bu andan itibaren maksimum değerine ulaşacaktır. Kondansatör boşalır, yük 0'dır, bu da elektrik alanın enerjisinin 0 olduğu anlamına gelir. Ancak bobinde maksimum akım akar, bobinin etrafında bir manyetik alan vardır, bu da elektrik alanının enerjisinin olduğu anlamına gelir. manyetik alan enerjisine dönüştürülmüştür. K.K.'de dönemin 1. çeyreğinin sonunda, akım maksimumdur, enerji bobinde manyetik alan enerjisi şeklinde yoğunlaşır. Bu, sarkacın denge konumunu geçtiği andaki konumuna karşılık gelir.

Periyodun 2. çeyreğinin başında kondansatör boşalır ve akım maksimum değerine ulaşmıştır ve kondansatör desteklemediği için anında kaybolması gerekir. Ve akım gerçekten keskin bir şekilde azalmaya başlar, ancak bobinden akar ve içinde kendi kendine indüksiyon fenomeni meydana gelir, bu da bu fenomene neden olan manyetik alanda herhangi bir değişikliği önler. Kendi kendine endüksiyon emk, kaybolan bir manyetik alanı korur, endüksiyon akımı mevcut olanla aynı yöne sahiptir. K.K.'da Akım saat yönünün tersine boş bir kapasitöre akar. Kondansatörde - üst plakada - bir pozitif yük bir elektrik yükü birikir. Akım, manyetik alan tarafından desteklendiği sürece, dönemin 2. çeyreğinin sonuna kadar akar. Kondansatör maksimum şarjına kadar (enerji sızıntısı olmazsa), ancak ters yönde şarj olacaktır. Kondansatörün şarj olduğunu söylüyorlar. Periyodun 2. çeyreğinin sonunda akım kaybolur, bu da manyetik alanın enerjisinin 0 olduğu anlamına gelir. Kondansatör yeniden şarj edilir, şarjı (- maksimum) olur. Enerji, elektrik alan enerjisi şeklinde yoğunlaşmıştır. Bu çeyrekte, manyetik alanın enerjisinin elektrik alanının enerjisine dönüşümü oldu. Salınım devresinin durumu, sarkacın aşırı sol konuma saptığı böyle bir konumuna karşılık gelir.

Periyodun 3. çeyreğinde, her şey 1. çeyrekte olduğu gibi, sadece ters yönde gerçekleşir. Kondansatör boşalmaya başlar. Deşarj akımı, tüm çeyrek boyunca kademeli olarak artar, çünkü. hızlı büyümesi kendi kendine indüksiyon fenomeni tarafından engellenir. Kondansatör boşalana kadar akım maksimum değere yükselir. 3. çeyreğin sonunda, herhangi bir kaçak yoksa elektrik alan enerjisi tamamen manyetik alan enerjisine dönüşecektir. Bu, sarkacın tekrar denge konumunu geçtiğinde, ancak ters yönde böyle bir konumuna karşılık gelir.

Periyodun 4. çeyreğinde, her şey 2. çeyrekte olduğu gibi, sadece ters yönde gerçekleşir. Manyetik alan tarafından desteklenen akım, kendi kendine endüksiyonlu EMF tarafından desteklenen yavaş yavaş azalır ve kapasitörü yeniden şarj eder, yani. orijinal konumuna geri döndürür. Manyetik alanın enerjisi, elektrik alanın enerjisine dönüştürülür. Bu, matematiksel sarkacın orijinal konumuna geri dönüşüne karşılık gelir.

Dikkate alınan malzemenin analizi:

1. Bir salınım devresi bir salınım sistemi olarak kabul edilebilir mi? Cevap: 1. Salınım devresinde, elektrik alanın enerjisi manyetik alanın enerjisine dönüştürülür ve bunun tersi de geçerlidir. 2. Kendi kendine indüksiyon fenomeni, bir geri yükleme kuvvetinin rolünü oynar. Bu nedenle, salınım devresi bir salınım sistemi olarak kabul edilir. 3. K.K.'deki Dalgalanmalar ücretsiz sayılabilir.

2. K.K.'de dalgalanma olabilir mi? harmonik olarak kabul edilir? Kondansatör plakalarındaki yükün büyüklüğündeki ve işaretindeki değişimi ve akımın anlık değerini ve devredeki yönünü analiz ediyoruz.

Grafik şunları gösterir:

3. Salınım devresinde ne salınır? Hangi fiziksel bedenler salınım yapar? Cevap: elektronlar salınım yapar, serbest titreşimler yaparlar.

4. Salınım devresinin çalışması sırasında hangi fiziksel nicelikler değişir? Cevap: Devredeki akım şiddeti, kondansatördeki yük, kondansatör plakalarındaki voltaj, elektrik alanın enerjisi ve manyetik alanın enerjisi değişir.

5. Salınım devresindeki salınım süresi, yalnızca bobin L'nin endüktansına ve C kondansatörünün kapasitansına bağlıdır. Thomson formülü: T \u003d 2π ayrıca mekanik salınım formülleriyle karşılaştırılabilir.

Elektrikli bir salınım devresi, karmaşıklığı ne olursa olsun, herhangi bir radyo alıcısının vazgeçilmez bir unsurudur. Salınım devresi olmadan radyo istasyonu sinyallerinin alınması genellikle imkansızdır.

En basit elektriksel salınım devresi (Şekil 20), bir indüktörden oluşan kapalı bir devredir. L ve kondansatör C. Belirli koşullar altında, elektriksel salınımlar meydana gelebilir ve içinde muhafaza edilebilir.

Bu fenomenin özünü anlamak için önce bir iplik sarkaç ile birkaç deney yapın (Şekil 21). 100 cm uzunluğundaki bir ipe, hamuru kalıplanmış bir top veya 20 ... 40 g ağırlığındaki başka bir ağırlık asın Sarkacı dengeden çıkarın ve ikinci el ile bir saat kullanarak, bir harekette kaç tam salınım yaptığını sayın. dakika. Yaklaşık 30. Bu nedenle, bu sarkacın doğal salınım frekansı 0,5 Hz'dir ve periyot (bir tam salınım süresi) 2 s'dir. Periyot boyunca sarkacın potansiyel enerjisi iki kez kinetik, kinetik de potansiyele geçer.

Sarkaç ipliğini ortadan ikiye kesin. Sarkaç salınımlarının doğal frekansı bir buçuk kat artacak ve salınım periyodu da aynı oranda azalacaktır. Sonuç: Sarkaç uzunluğundaki bir azalma ile doğal salınımlarının sıklığı artar ve periyot orantılı olarak azalır.

Sarkaç süspansiyonunun uzunluğunu değiştirerek, doğal salınım frekansının 1 Hz (saniyede bir tam salınım) olduğundan emin olun. Bu, yaklaşık 25 cm iplik uzunluğunda olmalıdır, bu durumda sarkacın salınım süresi 1 s olacaktır.

İplik sarkacın salınımları sönümlenir. Herhangi bir cismin serbest titreşimleri her zaman sönümlenir. Ancak sarkaç salınımlarıyla zamanla hafifçe itilirse sönümsüz hale gelebilirler, böylece hava ve sürtünmenin uyguladığı direncin üstesinden gelmek için harcadığı enerjiyi telafi edebilirler.

Sarkaçın doğal frekansı, kütlesine ve süspansiyonun uzunluğuna bağlıdır.

Şimdi yatay olarak ince bir ip veya sicim gerdirin. Aynı sarkacı sedyeye bağlayın (Şek. 22). İpin üzerine benzer bir sarkaç atın, ancak daha uzun bir iplikle. Bu sarkacın askı uzunluğu, ipliğin serbest ucunu elle çekerek değiştirilebilir. Salınım hareketine getirin. Bu durumda, ilk sarkaç da salınmaya başlayacaktır, ancak daha küçük bir ölçekte (genlik). İkinci sarkacın salınımlarını durdurmadan, süspansiyonunun uzunluğunu kademeli olarak azaltın - ilk sarkacın salınımlarının genliği artacaktır.

Salınımların rezonansını gösteren bu deneyde, birinci sarkaç, ikinci sarkaç tarafından uyarılan mekanik salınımların alıcısıdır - bu salınımların vericisi. Birinci sarkacın salınım yapmaya zorlamasının nedeni, ikinci sarkacın salınım frekansına eşit frekansta uzamanın periyodik salınımlarıdır. Birinci sarkacın zorunlu salınımları, yalnızca doğal frekansı ikinci sarkacın salınım frekansıyla çakıştığında maksimum bir genliğe sahip olacaktır.

Bu deneylerde gözlemlediğiniz doğal frekans, zorunlu salınımlar ve rezonans, aynı zamanda bir elektrik salınım devresinin karakteristiği olan olaylardır.

Devredeki elektriksel salınımlar. Devredeki salınımları uyarmak için, kapasitörünü sabit bir voltaj kaynağından şarj etmek ve ardından kaynağı kapatıp devre devresini kapatmak gerekir (Şekil 23). Bu andan itibaren, kondansatör indüktörden boşalmaya başlayacak ve devre devresinde gücü artan bir akım yaratacaktır; ve indüktörün etrafında - akımın manyetik alanı. Kondansatör tamamen boşaldığında ve devredeki akım sıfıra eşitlendiğinde, bobin etrafındaki manyetik alan en güçlü olacaktır - kapasitörün elektrik yükü bobinin manyetik alanına dönüştürülmüştür. Devredeki akım bir süre aynı yönde gidecek, ancak zaten bobin tarafından biriken manyetik alanın azalan enerjisi nedeniyle ve kapasitör şarj olmaya başlayacaktır. Bobinin manyetik alanı kaybolur kaybolmaz devredeki akım bir an için duracaktır. Ancak bu andan itibaren, kondensat-fop yeniden şarj edilecek, bu nedenle akım tekrar devrenin devresinde, ancak ters yönde akacaktır. Sonuç olarak, devrede, kondansatör tarafından depolanan enerji devre iletkenlerinin direncini aşmak için harcanana kadar devam eden elektrik akımı dalgalanmaları meydana gelir.

Kondansatörün yükü tarafından devrede uyarılan elektriksel salınımlar serbesttir ve bu nedenle sönümlenir. Kondansatörü yeniden şarj ederek devrede yeni bir dizi sönümlü salınım uyarılabilir.

Elektromanyetik kulaklıkları 3336L pile bağlayın. Devre kapatıldığı anda telefonlarda klik sesine benzer bir ses gelecektir. Telefonlar bataryadan ayrıldığında da aynı klik sesi duyuluyor. Bu pilden mümkün olan en yüksek kapasiteye sahip bir kağıt kapasitör şarj edin ve ardından pili çıkararak aynı telefonları ona bağlayın. Telefonlarda kısa, alçak bir ton duyarsınız. Ancak telefonların kondansatörle bağlantısı kesildiği anda böyle bir ses olmayacaktır.

Bu deneylerin ilkinde, telefonlardaki tıklamalar, telefonların elektromanyetik sistemlerinin bobinlerinin manyetik alanlarının gücü, içlerindeki akımın ortaya çıktığı ve kaybolduğu anlarda değiştiğinde, zarlarının tek salınımlarının sonucudur. İkinci deneyde, telefonlardaki ses, telefon bobinlerinin alternatif manyetik alanlarının etkisi altındaki zarlarının titreşimleridir. Çok düşük frekanslı, kısa süreli sönümlü salınımlar tarafından uyarılarak yaratılırlar. şarjlı bir kondansatör bağladıktan sonra bu devre.

Devredeki elektriksel salınımların doğal frekansı, bobininin endüktansına ve kapasitörün kapasitansına bağlıdır. Ne kadar büyüklerse, devredeki salınım frekansı o kadar düşük ve tersine, ne kadar küçüklerse, devredeki salınım frekansı o kadar yüksek olur. Bobinin endüktansını (dönüş sayısını) ve kapasitörün kapasitansını değiştirerek, devredeki doğal elektriksel salınımların frekansını geniş bir aralıkta değiştirmek mümkündür.

Devredeki cebri salınımların sönümlenebilmesi için devrenin içindeki salınımlar ile zamanla ek enerji ile doldurulması gerekir. Alıcı devre için, bu enerjinin kaynağı, radyo alıcısının antenindeki radyo dalgalarının neden olduğu yüksek frekanslı elektrik salınımları olabilir.

Radyo alıcısındaki devre. Salınım devresine bir anten, topraklama ve dedektör ve telefon görevi gören bir diyottan oluşan bir devre bağlarsanız, en basit radyo alıcısını alırsınız - bir dedektör (Şekil 24).

Böyle bir alıcının salınım devresi için üçüncü atölyede sardığınız indüktör bobini kullanın. değişken kondansatör (G2) pürüzsüz için ve Devreyi radyo istasyonunun frekansına göre ayarlamak için, iletkenleri lehimleyerek iki teneke levhadan yapın. Plakaların arasına, kapanmamaları için bir sayfa kuru yazı veya gazete kağıdı koyun. Böyle bir kapasitörün kapasitansı, plakaların karşılıklı örtüşme alanı ne kadar büyük olursa ve aralarındaki mesafe o kadar küçük olur. 150X250 mm plaka boyutları ve aralarında kağıdın kalınlığına eşit bir mesafe ile, böyle bir kapasitörün en büyük kapasitansı 400 ... 450 pF olabilir, bu size uyacak ve en küçüğü birkaç pikofarad. geçici anten (W1) 10 ... 15 m uzunluğunda, 10 ... 12 m yükseklikte asılı bir tel parçası, zeminden ve binanın duvarlarından iyi yalıtılır, genellikle iyi zemin teması.

dedektörün rolü (VI) örneğin herhangi bir harf indeksi ile D9 veya D2 serisi gibi bir nokta diyotu gerçekleştirebilir. 1 İÇİNDE- elektromanyetik kafa telefonları, yüksek ohm (1500 ... 2200 Ohm DC direncine sahip elektromıknatıs bobinleri ile), örneğin, TON-1 tipi. Telefonlara paralel bir kapasitör bağlayın (KB) 3300 ... 6200 pF kapasiteli.

Tüm bağlantılar elektriksel olarak güvenilir olmalıdır. Lehimlenirlerse daha iyi. Herhangi bir bağlantıdaki zayıf temas nedeniyle alıcı çalışmayacaktır. Devrelerinde kısa devre veya yanlış bağlantılar olsa dahi alıcı çalışmayacaktır.

Alıcı devresinin radyo istasyonunun frekansına ayarlanması gerçekleştirilir: kaba - devreye dahil olan bobinin dönüş sayısında ani bir değişiklikle (Şekil 24'te oklu kesikli bir çizgi ile gösterilmiştir); pürüzsüz ve doğru - plakalarından birini diğerine göre kaydırarak kapasitörün kapasitansını değiştirerek. Yaşadığınız şehirde, bölgede veya bölgede, uzun dalgalı bir radyo istasyonu (735.3 ... 2000 m, bu da 408 ... frekanslarına karşılık gelir (186.9 ... 571.4 m, 1.608 MHz frekanslarına karşılık gelir) „525 kHz), daha sonra dönüşlerinin sadece bir kısmı.

İki radyo istasyonunun yayınlarının eşzamanlı duyulabilirliği ile, anten ve devre arasında 62 ... 82 pF kapasitanslı bir kapasitör açın (Şekil 24 - kesikli çizgilerle gösterilen kapasitör C1). Bundan, telefon sesinin seviyesi biraz düşecek, ancak alıcının seçiciliği (seçiciliği), yani parazit yapan istasyonlardan çıkma yeteneği artacaktır.

Böyle bir alıcı genel olarak nasıl çalışır? Birçok istasyondan gelen radyo dalgaları tarafından anten telinde indüklenen modüle edilmiş yüksek frekanslı salınımlar, antenin kendisini içeren alıcı devresinde farklı frekans ve genliklerdeki salınımları uyarır. Devrede, en güçlü salınımlar sadece rezonansa ayarlandığı frekansta meydana gelecektir. Devre, diğer tüm frekansların salınımlarını zayıflatır. Kontur ne kadar iyi (niteliksel) olursa, kendi frekansının salınımlarına karşılık gelen salınımları o kadar net bir şekilde vurgular ve genlikleri o kadar büyük olur.

Dedektör ayrıca alıcının önemli bir unsurudur. Tek taraflı akım iletkenliğine sahip, salınım devresinden kendisine gelen yüksek frekanslı modülasyonlu salınımları düzeltir, bunları düşük frekansa, yani telefonların ses salınımlarına dönüştürdüğü ses, frekans salınımlarına dönüştürür.

kondansatör KB, telefonlara paralel bağlı - alıcının yardımcı bir elemanı: dedektör tarafından düzeltilen akımın dalgalanmalarını yumuşatarak, telefonların çalışma koşullarını iyileştirir.

Bazı deneyler yapın.

1. Alıcıyı radyo istasyonuna ayarladıktan sonra, bobine kalın bir çivi sokun ve ardından telefonların önceki ses seviyesini geri yüklemek için devreyi değişken bir kapasitörle ayarlayın.

2. Aynısını yapın, ancak çivi yerine bakır veya pirinç bir çubuk alın.

3. Alıcının yerel istasyonun frekansına ayarlanması için sabit bir kapasitör gibi değişken bir kapasitör yerine döngü bobinine bağlayın (deneysel olarak seçin).

Bu deneylerin nihai sonuçlarını hatırlayın. Bobine bir metal çekirdek yerleştirirken, elbette, devrenin doğal frekansının değiştiğini fark ettiniz: çelik çekirdek, devredeki salınımların doğal frekansını azaltırken, bakır veya pirinç olanı ise aksine arttırır. . Bu, ilk durumda, döngüyü aynı istasyonun sinyallerine ayarlamak için döngü kapasitörünün kapasitansının azaltılması ve ikinci durumda arttırılması gerektiği gerçeğiyle değerlendirilebilir.

Yüksek frekanslı çekirdekli döngü bobini. Modern alıcıların kontur bobinlerinin büyük çoğunluğu, çubuklar, kaplar veya halkalar şeklinde yüksek frekanslı, genellikle ferrit çekirdeklere sahiptir. Ek olarak, ferrit çubuklar, tüm taşınabilir transistörlü ve "cep" alıcıları olarak adlandırılan giriş devrelerinin temel unsurlarıdır.

Yüksek frekanslı çekirdek, olduğu gibi, bobinin manyetik alan çizgilerini "kalınlaştırır", endüktansını ve kalite faktörünü arttırır. Ek olarak, hareketli çekirdek, devreleri belirli bir frekansa ayarlamak için kullanılan bobinin endüktansını ayarlamanıza ve hatta bazen devreleri radyo istasyonlarının frekanslarına ayarlamanıza izin verir. Bir deney olarak, 120 ... 150 mm uzunluğunda 400NN veya 600NN marka ayarlanabilir bir ferrit çubuk olan salınımlı devreli bir alıcı yapın (Şek. 25). Bu tür çubuklar, transistör alıcılarının manyetik antenleri için kullanılır. Bir kağıt şeridinden, çubuğun etrafına 3 ... 4 kez sarın, 80 ... 90 mm uzunluğunda manşonu yapıştırın ve iyice kurulayın. Çubuk, manşonun içine serbestçe girmelidir. 9 ... 10 halkayı kartondan kesin ve birbirinden 6 ... 7 mm mesafede manşona yapıştırın. Ortaya çıkan kesitli çerçevede, PEV, PEL veya PELSHO 0.2 ... 0.25 telinin 300 ... 350 turunu rüzgar, her bölümde 35 ... 40 turda döşeyin. 35. ... 40. - ve 75. ... 80. dönüşlerden, devreye dahil olan bobinin dönüş sayısını değiştirebilmek için döngü şeklinde iki dokunuş yapın.

Anteni bobin, topraklama ve dedektör-telefon devresine bağlayın. Bobinin daha fazla dönüşü devrenin çalışmasına katılır ve ferrit çubuk bobine ne kadar derine girerse, alıcı bir dalga boyuna o kadar uzun süre ayarlanabilir.

Dedektör alıcısı, yalnızca radyo istasyonunun verici anteni tarafından yayılan elektromanyetik enerji nedeniyle çalışır. Bu yüzden telefonlar yüksek ses çıkarmaz. Dedektör alıcısının sesini artırmak için, örneğin bir transistör gibi bir amplifikatör eklemeniz gerekir.

Literatür: Borisov V. G. Acemi bir radyo amatörü için uygulama 2. baskı, Gözden geçirilmiş. ve ek — M.: DOSAAF, 1984. 144 s., hasta. 55k.