Bir salınımlı frekans devresi gösterilmiştir. Rezonans frekansı: formül

Seri salınım devresi, seri olarak bağlanmış bir indüktör ve bir kapasitörden oluşan bir devredir. diyagramlarda ideal seri salınım devresi aşağıdaki gibi gösterilir:

Gerçek bir salınım devresinde bir bobin ve kapasitör kayıp direnci vardır. Bu toplam toplam kayıp direnci R harfi ile gösterilir. Sonuç olarak, gerçek seri salınım devresi şöyle görünecektir:

R, bobin ve kapasitörün toplam kayıp direncidir

L, bobin endüktansının kendisidir

C - kapasitörün gerçek kapasitansı

Salınım devresi ve frekans üreteci

Her elektronik ders kitabında bulunan klasik bir deney yapalım. Bunu yapmak için aşağıdaki şemayı toplayacağız:

Jeneratörümüz bir sinüs üretecektir.

Seri bir salınım devresinden bir osilogram almak için, devreye 0,5 ohm'luk düşük dirençli bir şönt direnç bağlayacağız ve ondan voltajı zaten kaldıracağız. Yani, bu durumda devredeki akım gücünü gözlemlemek için bir şönt kullanıyoruz.

Ve işte gerçek diyagram:

Soldan sağa: şönt direnci, indüktör ve kapasitör. Daha önce anladığınız gibi, R direnci, ideal radyo elemanı olmadığından bobin ve kapasitörün toplam kayıp direncidir. Bobinin ve kapasitörün içinde "gizlenir", bu nedenle gerçek devrede onu ayrı bir radyo elemanı olarak görmeyeceğiz.

Şimdi bize bu devreyi bir frekans üretecine ve bir osiloskopa bağlamak ve şanttan bir osilogram alarak bazı frekanslardan geçirmek kalıyor. u w jeneratörün kendisinden bir osilogram almanın yanı sıra U GEN.

Devredeki akımın davranışını gösterdiğimiz voltajı şöntten ve jeneratörden jeneratör sinyalinin kendisini kaldıracağız. Devremizi bazı frekanslar üzerinden çalıştıralım ve neyin ne olduğunu görelim.

Bir salınım devresinin direnci üzerinde frekansın etkisi

O zaman hadi gidelim. Devrede 1uF kapasitör ve 1mH indüktör aldım. Jeneratörde 4 voltluk bir sinüs dalgası kurdum. Kuralı hatırlıyoruz: Bir devrede radyo elemanlarının bağlantısı birbiri ardına seri halindeyse, aynı akım içlerinden geçer.

Kırmızı dalga biçimi, frekans üretecinden gelen voltajdır ve sarı dalga biçimi, şönt direnci boyunca geçen voltajın bir göstergesidir.

Bir kuruş ile frekans 200 Hertz:

Gördüğümüz gibi böyle bir frekansta bu devrede bir akım var ama çok zayıf.

Frekans ekleme. 600 hertz pennies ile

Burada zaten akım gücünün arttığını açıkça görüyoruz ve ayrıca akım gücünün dalga biçiminin voltajdan önde olduğunu görüyoruz. Kondansatör gibi kokuyor.

Frekans ekleme. 2 kilohertz

Akımın gücü daha da arttı.

3 kilohertz

Akım arttı. Faz kaymasının azalmaya başladığına da dikkat edin.

4.25 Kilohertz

Osilogramlar neredeyse bir tanesinde birleşiyor. Gerilim ve akım arasındaki faz kayması neredeyse algılanamaz hale gelir.

Ve şimdi, belirli bir frekansta, akım gücü maksimum oldu ve faz kayması sıfıra eşit oldu. Bu anı hatırla. Bizim için çok önemli olacak.

Daha yakın zamanlarda, akım voltajın önündeydi, ancak şimdi onunla aynı fazda hizalandıktan sonra gecikmeye başladı. Akım zaten voltajın gerisinde kaldığından, burada zaten indüktörün reaktansı kokuyor.

Frekansı daha da artırmak

Mevcut güç düşmeye başlar ve faz kayması artar.

22 kilohertz

74 kilohertz

Gördüğünüz gibi frekans arttıkça kayma 90 dereceye yaklaşıyor ve akım giderek küçülüyor.

Rezonans

Faz kaymasının sıfır olduğu ve seri salınım devresinden geçen akımın maksimum olduğu ana daha yakından bakalım:

Bu fenomene denir rezonans.

Hatırladığınız gibi, direncimiz küçülürse ve bu durumda bobin ve kapasitörün kayıp dirençleri çok küçükse, Ohm yasasına göre devrede büyük bir akım akmaya başlar: ben=U/R. Jeneratör güçlüyse, üzerindeki voltaj değişmez ve direnç ihmal edilebilir ve voila olur! Akım, rezonansta sarı dalga formuna bakarak gördüğümüz yağmurdan sonra mantar gibi büyür.

Thomson formülü

Rezonansta bobinin reaktansı kapasitörün reaktansına eşitse XL = XC, sonra reaktanslarını eşitleyebilir ve buradan zaten rezonansın meydana geldiği frekansı hesaplayabilirsiniz. Böylece, bobinin reaktansı aşağıdaki formülle ifade edilir:

Bir kapasitörün reaktansı aşağıdaki formülle hesaplanır:

Her iki parçayı da eşitleyin ve buradan hesaplayın F:

Bu durumda, formülü elde ettik. rezonans frekansı. Bu formül denir Thomson'ın formülü, anladığınız gibi, onu ortaya çıkaran bilim adamının onuruna.

Seri salınım devremizin rezonans frekansını hesaplamak için Thomson formülünü kullanalım. Bunun için RLC transistör ölçerimi kullanacağım.

Bobinin endüktansını ölçüyoruz:

Ve kapasitemizi ölçüyoruz:

Rezonans frekansımızı aşağıdaki formülü kullanarak hesaplıyoruz:

5.09 Kilohertz aldım.

Frekans ayarı ve osiloskop yardımıyla 4.78 kilohertz frekansında rezonansı yakaladım (sol alt köşede yazılı)

Aletlerin ölçüm hatası için 200 kopeklik Hertz hatasını yazalım. Gördüğünüz gibi, Thompson'ın formülü işe yarıyor.

stres rezonansı

Bobinin ve kapasitörün diğer parametrelerini alalım ve radyo elementlerinin kendisinde ne olduğunu görelim. Sonuçta, her şeyi iyice öğrenmemiz gerekiyor ;-). 22 mikrohenri endüktanslı bir indüktör alıyorum:

ve 1000 pF kapasitör

Yani rezonansı yakalamak için devreye ekleme yapmayacağım. Daha akıllı olacağım.

Frekans jeneratörüm Çinli ve düşük güçlü olduğundan, rezonansta devrede sadece aktif kayıp direnci R'ye sahibiz.Toplamda, hala küçük bir direnç değeri alıyoruz, bu nedenle rezonanstaki akım maksimum değerlere ulaşıyor. Bunun bir sonucu olarak, frekans üretecinin iç direnci boyunca iyi bir voltaj düşer ve jeneratörün çıkış frekansı genliği düşer. Bu genliğin minimum değerini yakalayacağım. Bu nedenle, bu salınım devresinin rezonansı olacaktır. Bir jeneratörü aşırı yüklemek iyi değildir, ancak bilim adına ne yapabilirsiniz!

Pekala, başlayalım ;-). Önce Thomson formülünü kullanarak rezonans frekansını hesaplayalım. Bunu yapmak için internette bir çevrimiçi hesap makinesi açıyorum ve bu frekansı hızlı bir şekilde hesaplıyorum. 1.073 megahertz aldım.

Minimum genlik değerleri ile frekans üretecindeki rezonansı yakalarım. Şöyle bir şey çıktı:

Tepeden Tepeye 4 Volt

Frekans üretecinde 17 volttan fazla bir salınım olmasına rağmen! İşte gerilim burada başladı. Ve gördüğünüz gibi, rezonans frekansı hesaplanandan biraz farklı çıktı: 1.109 megahertz.

Şimdi biraz eğlence için ;-)

Seri salınımlı devremize uyguladığımız sinyal budur:

Gördüğünüz gibi, jeneratörüm salınım devresine rezonans frekansında büyük bir akım sağlayamıyor, bu nedenle sinyalin tepe noktalarında biraz bile bozulduğu ortaya çıktı.

Eh, şimdi en ilginç olanı. Rezonans frekansında kapasitör ve bobin üzerindeki voltaj düşüşünü ölçelim. Yani, şöyle görünecek:

Kondansatördeki voltaja bakıyoruz:

Genlik salınımı 20 volt (5x4)! Neresi? Sonuçta, 2 Volt frekanslı salınım devresine bir sinüs uyguladık!

Tamam, belki osiloskopa bir şey oldu? Bobin üzerindeki voltajı ölçelim:

İnsanlar! Beleş!!! Jeneratörden 2 volt uygulamışlar, hem bobinde hem de kondansatörde 20 volt almışlar! 10 kat enerji kazanımı! Sadece kondansatörden veya bobinden enerjiyi çıkarmak için zamanınız olsun!

Pekala, tamam, böyle bir şeyden beri ... Bir mopedden 12 voltluk bir ampul alıyorum ve onu bir kapasitör veya bobine bağlıyorum. Sonuçta, ampul hangi frekansta çalışacağı ve hangi akımın yeneceği bir davul gibi görünüyor. Genliği, bobin veya kapasitörün Volt 20'ye sahip olacağı şekilde ayarladım, çünkü ortalama kare kök voltajı Volt 14'te bir yerde olacak ve sırayla onlara bir ampul takıyorum:

Gördüğünüz gibi - tam bir sıfır. Ampul yanmaz, bu nedenle serbest enerji hayranları tıraş olur). Gücün akım ve gerilimin çarpımı tarafından belirlendiğini hatırlıyor musunuz? Voltaj yeterli görünüyor, ancak mevcut güç - ne yazık ki! Bu nedenle seri salınımlı devre olarak da adlandırılır. dar bantlı (rezonans) voltaj yükselticisi, güç değil!

Bu deneylerde elde ettiklerimizi özetleyelim.

Rezonansta, bobin ve kapasitör üzerindeki voltajın, salınım devresine uyguladığımızdan çok daha büyük olduğu ortaya çıktı. Bu durumda, 10 kat daha fazla aldık. Rezonanstaki bobin üzerindeki voltaj neden kapasitördeki voltaja eşittir? Bu kolayca açıklanabilir. Seri salınımlı devrede bobin ve konder birbirini takip ettiğinden, devrede aynı akım akar.

Rezonansta, bobinin reaktansı kapasitörün reaktansına eşittir. Bobin üzerindeki voltajın düştüğü şönt kuralına göre elde ederiz. U L = IX L, ve kondansatör üzerinde U C = IX C. Ve rezonansta sahip olduğumuzdan beri XL = XC, o zaman bunu alırız U L = U C, devredeki akım aynıdır ;-). Bu nedenle, bir seri salınım devresindeki rezonansa da denir. gerilim rezonansı, çünkü rezonans frekansında bobin üzerindeki voltaj, kapasitör üzerindeki voltaja eşittir..

kalite faktörü

Eh, salınım devreleri konusunu zorlamaya başladığımıza göre, böyle bir parametreyi göz ardı edemeyiz. kalite faktörü salınım devresi. Halihazırda bazı deneyler yaptığımız için gerilimlerin genliğine göre kalite faktörünü belirlememiz daha kolay olacaktır. Kalite faktörü harfle belirtilir Q ve ilk basit formülle hesaplanır:

Bizim durumumuzda kalite faktörünü hesaplayalım.

Bir kareyi dikey olarak bölmenin fiyatı 2 Volt olduğundan, frekans üretecinin sinyalinin genliği 2 Volttur.

Ve bu, bir kondansatörün veya bobinin terminallerinde sahip olduğumuz şeydir. Burada bir kareyi dikey bölmenin fiyatı 5 volttur. Kareleri sayıyoruz ve çarpıyoruz. 5x4 \u003d 20 Volt.

İyiliğin formülüne göre sayıyoruz:

S=20/2=10. Temelde biraz ve biraz değil. Yapacağım. İyilik pratikte bu şekilde bulunabilir.

Kalite faktörünü hesaplamak için ikinci bir formül de vardır.

nerede

R - devrede kayıp direnci, Ohm

L - endüktans, Henry

C - kapasitans, Farad

Kalite faktörünü bilerek, kayıp direncini kolayca bulabilirsiniz. R seri salınım devresi.

Ayrıca kalite faktörü hakkında birkaç kelime eklemek istiyorum. Devrenin kalite faktörü, salınım devresinin niteliksel bir göstergesidir. Temel olarak, her zaman çeşitli şekillerde artırmaya çalışırlar. Yukarıdaki formüle bakarsanız, kalite faktörünü arttırmak için salınım devresinin kayıp direncini bir şekilde azaltmamız gerektiğini anlayabilirsiniz. Aslanın kayıp payı, yapısal olarak zaten yüksek kayıplara sahip olduğu için indüktörü ifade eder. Telden sarılır ve çoğu durumda bir çekirdeğe sahiptir. Yüksek frekanslarda, devrede daha da fazla kayıp oluşturan telde cilt etkisi görünmeye başlar.

Özet

Bir seri salınım devresi, seri bağlı bir indüktör ve bir kapasitörden oluşur.

Bir frekansta, bobinin reaktansı kapasitörün reaktansına eşit hale gelir ve seri salınım devresinin devresinde böyle bir fenomen meydana gelir. rezonans.

Rezonansta, bobin ve kapasitörün reaktansları büyüklük olarak eşit olmasına rağmen zıt işaretlidir, bu nedenle çıkarılır ve sıfıra eklenir. Devrede sadece aktif kayıp direnci R kalır.

Rezonansta, bobinin ve kapasitör R'nin toplam kayıp direnci küçük bir değer verdiği için devredeki akım maksimum olur.

Rezonansta, bobindeki voltaj, kapasitördeki voltaja eşittir ve jeneratördeki voltajdan daha büyüktür.

Bobin veya kondansatör üzerindeki voltajın jeneratör üzerindeki voltajı kaç kez aştığını gösteren katsayı, seri salınım devresinin kalite faktörü Q olarak adlandırılır ve salınım devresinin niteliksel bir değerlendirmesini gösterir. Temel olarak Q'yu mümkün olduğunca büyük yapmaya çalışın.

Düşük frekanslarda, salınım devresi rezonanstan önce kapasitif bir akım bileşenine ve rezonanstan sonra bir endüktif akım bileşenine sahiptir.

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 radyo element 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, bir kondansatörün ve bir 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 belli bir frekansta görülebilir. ω=ω p Bobin ve kapasitörün reaktanslarının 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 ve daha yüksek frekanslarda endüktif olduğu görülebilir. Rezonans frekansının kendisine gelince, indüktör ve kapasitörün reaktans formüllerinden 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 oranı genellikle kalite faktörü olarak adlandırılır. 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 karşılıklı 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 terminalli ağlar olarak kabul edilir. Aşağıdaki şekiller, bir seri salınım devresi içeren iki basit dört kutupluyu ve bu devrelerin gösterilen frekans yanıtını göstermektedir (düz çizgilerle gösterilmiştir). Frekans tepkisi 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, rezonant olandan önemli ölçüde farklı olan giriş eyleminin 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 sinyalin diğer frekanslarda bulunan çok sayıda gereksiz sinyalden izole edilmesi gerektiğinde pratikte yaygın olarak kullanılır. Böylece, herhangi bir radyo alıcısında, salınımlı devreler 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, aksine, devrenin kalite faktörünün hafife alınması gerekir (örneğin, indüktöre seri olarak küçük bir direnç direnci ekleyerek), bu da geniş bant sinyallerinin bozulmasını önlemeyi mümkün kılar. Her ne kadar pratikte yeterince geniş bantlı bir sinyali izole etmek gerekli olsa da, seçici devreler kural olarak tek salınım devreleri üzerine değil, daha karmaşık birleştirilmiş (çok devreli) salınım sistemleri, dahil. çok katmanlı filtreler

Paralel salınımlı devre

Çeşitli radyo mühendisliği cihazlarında, seri salınım devreleriyle birlikte, paralel salınım devreleri sıklıkla (seriden daha sık) kullanılır.Şekl, paralel bir salınım devresinin şematik bir diyagramını göstermektedir. Burada, farklı reaktivite yapısına 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 Σ içinde, 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 bir paralel salınım 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 reaktif hale gelir - endüktif (endüktansın reaktansı azalan frekansla düştüğünden) ve daha yüksek frekanslarda, aksine, kapasitif (yani, reaktans) kapasitans artan frekansla düşer) .

Seri salınım devrelerini değil, paralel olanları içerdiklerinde, 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, kuadripolün giriş terminallerine bağlı sinyal kaynağı pratik olarak kısa devre yapacak ve transfer katsayısı sıfıra yakın olacaktır.

Herhangi bir alternatörün çalışma frekansını belirleyen ana cihaz bir salınım devresidir. Salınım devresi (Şekil 1) bir indüktörden oluşur. L(bobin omik direnci olmadığında ideal durumu düşünün) ve kapasitör C ve kapalı denir. Bir bobinin özelliği endüktansıdır, şu şekilde gösterilir: L ve Henry (H) cinsinden ölçülür, kapasitör kapasitans ile karakterize edilir C, farad (F) cinsinden ölçülür.

Kondansatörün ilk anda şarj olmasına izin verin (Şekil 1), böylece plakalarından birinin yükü + Q 0 ve diğer yandan - şarj - Q 0 . Bu durumda, bir enerjiye sahip olan kapasitörün plakaları arasında bir elektrik alanı oluşur.

kapasitör plakaları arasındaki genlik (maksimum) voltaj veya potansiyel fark nerede.

Devre kapatıldıktan sonra, kondansatör boşalmaya başlar ve devreden değeri sıfırdan maksimum değere yükselen bir elektrik akımı geçer (Şekil 2). Devrede alternatif bir akım aktığından, bobinde kapasitörün boşalmasını önleyen bir kendi kendine endüksiyon EMF'si indüklenir. Bu nedenle, kondansatörün boşaltılması işlemi anında değil, kademeli olarak gerçekleşir. Zamanın her anında, kapasitör plakaları arasındaki potansiyel fark

(belirli bir zamanda kapasitörün yükü nerede) bobin üzerindeki potansiyel farka eşittir, yani. kendi kendine indüksiyon emf'ye eşit

Şekil 1	İncir. 2

Kondansatör tamamen boşaldığında ve bobindeki akım maksimum değerine ulaşacaktır (Şekil 3). Bu anda bobinin manyetik alanının indüksiyonu da maksimumdur ve manyetik alanın enerjisi şuna eşit olacaktır.

Daha sonra akım gücü azalmaya başlar ve yük kapasitör plakalarında birikecektir (Şekil 4). Akım sıfıra düştüğünde kapasitörün yükü maksimum değerine ulaşır. Q 0 , ancak önceden pozitif yüklü olan plaka şimdi negatif olarak yüklenecektir (Şekil 5). Daha sonra kondansatör tekrar boşalmaya başlar ve devredeki akım ters yönde akacaktır.

Böylece, kondansatörün bir plakasından diğerine indüktör aracılığıyla akan yük süreci tekrar tekrar tekrarlanır. Devrede meydana geldiğini söylüyorlar elektromanyetik salınımlar. Bu süreç sadece kondansatör üzerindeki yükün ve voltajın büyüklüğündeki dalgalanmalar, bobindeki akım gücü ile değil, aynı zamanda elektrik alanından manyetik alana enerji aktarımı ve bunun tersi ile de ilişkilidir.

Şek. 3	Şekil 4

Kondansatörün maksimum voltaja yeniden şarj edilmesi, yalnızca salınım devresinde enerji kaybı olmadığında gerçekleşir. Böyle bir devreye ideal denir.

Gerçek devrelerde aşağıdaki enerji kayıpları meydana gelir:

1) ısı kayıpları, çünkü R ¹ 0;

2) kapasitör dielektrikindeki kayıplar;

3) bobin göbeğindeki histerezis kayıpları;

4) radyasyon kayıpları vb. Bu enerji kayıplarını ihmal edersek, o zaman şunu yazabiliriz , yani.

Bu koşulun sağlandığı ideal bir salınım devresinde meydana gelen salınımlara ne ad verilir? Bedava, veya sahip olmak, kontur salınımları.

Bu durumda voltaj sen(ve şarj Q) kondansatör üzerindeki harmonik yasaya göre değişir:

n, salınım devresinin doğal frekansı olduğunda, w 0 = 2pn, salınım devresinin doğal (dairesel) frekansıdır. Devredeki elektromanyetik salınımların frekansı şu şekilde tanımlanır:

Dönem T- kondansatör üzerindeki gerilimin ve devredeki akımın tam bir salınımının gerçekleştiği süre belirlenir. Thomson'ın formülü

Devredeki akım gücü de harmonik yasaya göre değişir, ancak fazdaki voltajın gerisinde kalır. Bu nedenle, devredeki akım gücünün zamana bağımlılığı şu şekilde olacaktır:

. (9)

Şekil 6, voltaj değişikliklerinin grafiklerini gösterir sen kondansatör ve akım ben ideal bir salınım devresi için bir bobinde.

Gerçek bir devrede, enerji her salınımla azalacaktır. Kondansatör üzerindeki voltajın ve devredeki akımın genlikleri azalacaktır, bu tür salınımlara sönümlü denir. Ana jeneratörlerde kullanılamazlar, çünkü cihaz en iyi ihtimalle darbeli modda çalışacaktır.

Şekil 5	Şekil 6

Sönümsüz salınımlar elde etmek için, tıpta kullanılanlar da dahil olmak üzere, cihazların çok çeşitli çalışma frekanslarında enerji kayıplarını telafi etmek gerekir.

Bir salınım devresi, elektromanyetik salınımlar oluşturmak (yaratmak) için tasarlanmış bir cihazdır. Kurulduğu günden günümüze kadar bilim ve teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadır: günlük yaşamdan çok çeşitli ürünler üreten dev fabrikalara kadar.

Ne içeriyor?

Salınım devresi bir bobin ve bir kapasitörden oluşur. Ek olarak, bir direnç de içerebilir (değişken dirençli eleman). Bir indüktör (veya bazen çağrıldığı gibi solenoid), üzerine birkaç kat sargı sarılmış, kural olarak bir bakır tel olan bir çubuktur. Salınım devresinde salınımlar yaratan bu elementtir. Ortadaki çubuğa genellikle bobin veya çekirdek denir ve bobine bazen solenoid denir.

Bir salınım devresi bobini, yalnızca depolanmış bir şarj olduğunda salınır. Akım içinden geçtiğinde, bir yük biriktirir ve voltaj düşerse devreye verir.

Bobinin telleri genellikle çok az dirence sahiptir ve bu her zaman sabit kalır. Salınım yapan bir devrenin devresinde, voltaj ve akımda çok sık bir değişiklik meydana gelir. Bu değişiklik belirli matematiksel yasalara tabidir:

• U = U 0 *cos(w*(t-t 0) , burada
  U - belirli bir zamandaki voltaj t,
  U 0 - t 0 anındaki voltaj,
  w, elektromanyetik salınımların frekansıdır.

Devrenin bir diğer ayrılmaz bileşeni elektrik kondansatörüdür. Bu, bir dielektrik ile ayrılmış iki plakadan oluşan bir elemandır. Bu durumda, plakalar arasındaki tabakanın kalınlığı, boyutlarından daha azdır. Bu tasarım, dielektrik üzerinde daha sonra devreye aktarılabilen bir elektrik yükü biriktirmenize izin verir.

Bir kondansatör ve bir pil arasındaki fark, bir elektrik akımının etkisi altında maddelerin dönüşümü olmaması, ancak bir elektrik alanında doğrudan bir yük birikimi olmasıdır. Böylece, bir kapasitör yardımıyla, bir kerede dağıtılabilen yeterince büyük bir yük biriktirmek mümkündür. Bu durumda devredeki akım gücü büyük ölçüde artar.

Ayrıca, salınım devresi bir elemandan daha oluşur: bir direnç. Bu eleman dirence sahiptir ve devredeki akım ve voltajı kontrol etmek için tasarlanmıştır. Sabit bir voltajda artırırsanız, Ohm yasasına göre akım gücü azalacaktır:

• I \u003d U / R, nerede
  ben - mevcut güç,
  U - voltaj,
  R dirençtir.

Bobin

Bir indüktörün çalışmasının tüm inceliklerine daha yakından bakalım ve salınım devresindeki işlevini daha iyi anlayalım. Daha önce de söylediğimiz gibi, bu elemanın direnci sıfır olma eğilimindedir. Böylece DC devresine bağlandığında bu olur, ancak bobini AC devresine bağlarsanız düzgün çalışır. Bu, elemanın alternatif akıma direnç gösterdiği sonucuna varmamızı sağlar.

Fakat bu neden oluyor ve alternatif akımla direnç nasıl ortaya çıkıyor? Bu soruyu cevaplamak için, kendi kendine tümevarım gibi bir fenomene dönmemiz gerekiyor. Akım bobinden geçtiğinde, içinde ortaya çıkar ve bu da akımdaki değişime engel oluşturur. Bu kuvvetin büyüklüğü iki faktöre bağlıdır: bobinin endüktansı ve akım gücünün zamana göre türevi. Matematiksel olarak, bu bağımlılık şu denklemle ifade edilir:

• E \u003d -L ​​​​* Ben "(t) , nerede
  E - EMF değeri,
  L - bobinin endüktansının değeri (her bobin için farklıdır ve sarım bobinlerinin sayısına ve kalınlıklarına bağlıdır),
  I "(t) - mevcut gücün zamana göre türevi (mevcut gücün değişim oranı).

Doğru akımın gücü zamanla değişmez, bu nedenle maruz kaldığında direnç yoktur.

Ancak alternatif akımla, tüm parametreleri sinüzoidal veya kosinüs yasasına göre sürekli değişiyor, bunun sonucunda bu değişiklikleri önleyen bir EMF ortaya çıkıyor. Bu dirence endüktif denir ve aşağıdaki formülle hesaplanır:

• X L \u003d w * L, nerede
  w, devrenin salınım frekansıdır,
  L, bobinin endüktansıdır.

Solenoiddeki mevcut güç, çeşitli yasalara göre doğrusal olarak artar ve azalır. Bu, bobine giden akımı keserseniz, bir süre devreye şarj vermeye devam edeceği anlamına gelir. Ve aynı zamanda, mevcut besleme aniden kesilirse, yükün dağıtılmaya ve bobinden çıkmaya çalışacağı için bir şok meydana gelecektir. Bu endüstriyel üretimde ciddi bir sorundur. Böyle bir etki (tamamen salınım devresi ile ilgili olmasa da), örneğin fişi prizden çekerken gözlemlenebilir. Aynı zamanda, böyle bir ölçekte bir kişiye zarar veremeyen bir kıvılcım atlar. Bunun nedeni, manyetik alanın hemen kaybolmaması, ancak yavaş yavaş dağılması ve diğer iletkenlerde akımların indüklenmesidir. Endüstriyel ölçekte, akım gücü, alıştığımız 220 volttan çok daha fazladır, bu nedenle, üretimde devre kesildiğinde, hem bitkiye hem de kişiye çok fazla zarar veren bu tür güçte kıvılcımlar oluşabilir. .

Bobin, salınım devresinin nelerden oluştuğunun temelidir. Seri bağlı solenoidlerin endüktansları toplanır. Daha sonra, bu elementin yapısının tüm inceliklerine daha yakından bakacağız.

endüktans nedir?

Bir salınım devresinin bobininin endüktansı, akım 1 saniyede 1 A değiştiğinde devrede meydana gelen elektromotor kuvvetine (volt cinsinden) sayısal olarak eşit bireysel bir göstergedir. Solenoid bir DC devresine bağlıysa, endüktansı, bu akım tarafından oluşturulan manyetik alanın enerjisini aşağıdaki formüle göre tanımlar:

• W \u003d (L * I 2) / 2, burada
  W, manyetik alanın enerjisidir.

Endüktans faktörü birçok faktöre bağlıdır: solenoidin geometrisi, çekirdeğin manyetik özellikleri ve tel bobinlerinin sayısı. Bu göstergenin bir diğer özelliği de her zaman pozitif olmasıdır, çünkü bağlı olduğu değişkenler negatif olamaz.

Endüktans, bir manyetik alanda enerji depolamak için akım taşıyan bir iletkenin özelliği olarak da tanımlanabilir. Henry'de ölçülür (adını Amerikalı bilim adamı Joseph Henry'den alır).

Solenoide ek olarak, salınım devresi daha sonra tartışılacak olan bir kapasitörden oluşur.

Elektrik Kapasitör

Salınım devresinin kapasitansı, kapasitör tarafından belirlenir. Görünüşü hakkında yukarıda yazılmıştır. Şimdi içinde yer alan süreçlerin fiziğini analiz edelim.

Kondansatör plakaları bir iletkenden yapıldığından, içlerinden bir elektrik akımı geçebilir. Ancak iki plaka arasında bir engel vardır: bir dielektrik (hava, ahşap veya yüksek dirençli başka bir malzeme olabilir. Yükün telin bir ucundan diğerine hareket edememesi nedeniyle telin üzerinde birikir. Bu, etrafındaki manyetik ve elektrik alanların gücünü arttırır.Böylece şarj durduğunda, plakalarda biriken tüm elektrik devreye aktarılmaya başlar.

Her kondansatörün çalışması için bir optimumu vardır. Bu eleman, nominal voltajdan daha yüksek bir voltajda uzun süre çalıştırılırsa, hizmet ömrü önemli ölçüde azalır. Salınım devresi kondansatörü akımlardan sürekli olarak etkilenir ve bu nedenle onu seçerken son derece dikkatli olmalısınız.

Tartışılan olağan kapasitörlere ek olarak, iyonlaştırıcılar da vardır. Bu daha karmaşık bir öğedir: pil ile kapasitör arasındaki geçiş olarak tanımlanabilir. Kural olarak, organik maddeler, aralarında bir elektrolit bulunan bir iyonlaştırıcıda bir dielektrik görevi görür. Birlikte, bu tasarımda geleneksel bir kapasitörden çok daha fazla enerji depolamayı mümkün kılan bir çift elektrik katmanı oluştururlar.

Bir kapasitörün kapasitansı nedir?

Bir kondansatörün kapasitansı, kapasitör üzerindeki yükün altında bulunduğu voltaja oranıdır. Bu değer, matematiksel formül kullanılarak çok basit bir şekilde hesaplanabilir:

• C \u003d (e 0 *S) / d, nerede
  e 0 - dielektrik malzeme (tablo değeri),
  S, kapasitör plakalarının alanıdır,
  d, plakalar arasındaki mesafedir.

Bir kapasitörün kapasitansının plakalar arasındaki mesafeye bağımlılığı, elektrostatik indüksiyon fenomeni ile açıklanır: plakalar arasındaki mesafe ne kadar küçükse, birbirlerini o kadar çok etkilerler (Coulomb yasasına göre), yükü o kadar büyük olur. plakalar ve voltaj ne kadar düşükse. Ve voltajda bir azalma ile, aşağıdaki formülle de tanımlanabileceğinden, kapasitansın değeri artar:

• C = q/U, burada
  q - kolyelerde şarj.

Bu miktarın ölçü birimleri hakkında konuşmaya değer. Kapasitans farad cinsinden ölçülür. 1 farad yeterince büyük bir değerdir, bu nedenle mevcut kapasitörler (ancak iyonistörler değil) pikofaradlarla (bir trilyon farad) ölçülen bir kapasitansa sahiptir.

direnç

Salınım devresindeki akım da devrenin direncine bağlıdır. Ve salınım devresini (bobinler, kapasitörler) oluşturan açıklanan iki öğeye ek olarak, üçüncü bir tane daha var - bir direnç. Direnç yaratmaktan sorumludur. Direnç, bazı modellerde değiştirilebilen büyük bir dirence sahip olması nedeniyle diğer elemanlardan farklıdır. Salınım devresinde, bir manyetik alan güç regülatörü işlevini yerine getirir. Birkaç direnci seri veya paralel bağlayarak devrenin direncini artırabilirsiniz.

Bu elemanın direnci de sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle akım geçtiğinde ısındığı için devrede çalışmasına dikkat etmelisiniz.

Bir direncin direnci ohm cinsinden ölçülür ve değeri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

• R = (p*l)/S, burada
  p, direnç malzemesinin spesifik direncidir ((Ohm * mm 2) / m cinsinden ölçülür);
  l direncin uzunluğudur (metre olarak);
  S kesit alanıdır (milimetre kare olarak).

Kontur parametreleri nasıl bağlanır?

Şimdi bir salınım devresinin işleyişinin fiziğine yaklaştık. Zamanla, kapasitör plakaları üzerindeki yük, ikinci dereceden bir diferansiyel denkleme göre değişir.

Bu denklem çözülürse, devrede meydana gelen süreçleri tanımlayan birkaç ilginç formül takip eder. Örneğin, döngüsel frekans kapasitans ve endüktans cinsinden ifade edilebilir.

Bununla birlikte, birçok bilinmeyen niceliği hesaplamanıza izin veren en basit formül, Thomson formülüdür (adını 1853'te türetilen İngiliz fizikçi William Thomson'dan almıştır):

• T = 2*n*(L*C) 1/2 .
  T - elektromanyetik salınımların periyodu,
  L ve C - sırasıyla, salınım devresinin bobininin endüktansı ve devre elemanlarının kapasitansı,
  n, pi sayısıdır.

kalite faktörü

Devrenin çalışmasını karakterize eden başka bir önemli değer daha vardır - kalite faktörü. Ne olduğunu anlamak için rezonans gibi bir sürece dönülmelidir. Bu, bu salınımı destekleyen kuvvetin sabit bir değeri ile genliğin maksimum olduğu bir olgudur. Rezonans basit bir örnekle açıklanabilir: Salınımı frekansının ritmine göre itmeye başlarsanız, hızlanacak ve "genliği" artacaktır. Ve zamanın dışına itersen, yavaşlarlar. Rezonansta, genellikle çok fazla enerji harcanır. Kayıpların büyüklüğünü hesaplayabilmek için kalite faktörü gibi bir parametre ile geldiler. Sistemdeki enerjinin bir çevrimde devrede meydana gelen kayıplara oranına eşit orandır.

Devrenin kalite faktörü aşağıdaki formülle hesaplanır:

• Q = (w 0 *W)/P, burada
  w 0 - rezonans döngüsel salınım frekansı;
  W, salınım sisteminde depolanan enerjidir;
  P, harcanan güçtür.

Bu parametre boyutsuz bir değerdir, çünkü aslında enerjilerin: depolanana harcananlara oranını gösterir.

İdeal bir salınım devresi nedir

Bu sistemdeki süreçleri daha iyi anlamak için fizikçiler sözde ideal salınımlı devre. Bu, bir devreyi sıfır dirençli bir sistem olarak temsil eden matematiksel bir modeldir. Sönümsüz harmonik salınımlar üretir. Böyle bir model, kontur parametrelerinin yaklaşık hesaplanması için formüller elde etmeyi mümkün kılar. Bu parametrelerden biri toplam enerjidir:

• W \u003d (L * I 2) / 2.

Bu tür basitleştirmeler, hesaplamaları önemli ölçüde hızlandırır ve verilen göstergelerle bir devrenin özelliklerini değerlendirmeyi mümkün kılar.

Nasıl çalışır?

Salınım devresinin tüm döngüsü iki bölüme ayrılabilir. Şimdi her bölümde meydana gelen süreçleri ayrıntılı olarak analiz edeceğiz.

• İlk etap: Pozitif yüklü bir kapasitör plakası, devreye akım vererek boşalmaya başlar. Bu anda akım, bobinden geçerek pozitif bir yükten negatif bir yüke geçer. Sonuç olarak, devrede elektromanyetik salınımlar meydana gelir. Bobinden geçen akım, ikinci plakaya geçer ve onu pozitif olarak yükler (oysa akımın aktığı ilk plaka negatif olarak yüklenir).
• İkinci aşama: ters işlem gerçekleşir. Akım, pozitif plakadan (en başta negatif olan) negatife geçerek tekrar bobinden geçer. Ve tüm suçlamalar yerine oturuyor.

Kondansatör şarj olana kadar döngü tekrarlanır. İdeal bir salınım devresinde, bu süreç sonsuz bir şekilde gerçekleşir, ancak gerçek olanda, çeşitli faktörler nedeniyle enerji kayıpları kaçınılmazdır: devrede direncin varlığı nedeniyle oluşan ısıtma (Joule ısısı) ve benzerleri.

Döngü tasarım seçenekleri

Basit bobin-kapasitör ve bobin-direnç-kapasitör devrelerine ek olarak, temel olarak bir salınımlı devre kullanan başka seçenekler de vardır. Bu, örneğin, bir elektrik devresinin bir elemanı olarak var olması bakımından farklılık gösteren bir paralel devredir (çünkü ayrı olarak mevcut olsaydı, makalede tartışılan bir seri devre olurdu).

Farklı elektrik bileşenleri de dahil olmak üzere başka yapı türleri de vardır. Örneğin, devredeki salınım frekansına eşit bir frekansta devreyi açıp kapatacak olan ağa bir transistör bağlayabilirsiniz. Böylece sistemde sönümsüz salınımlar oluşturulacaktır.

Salınım devresi nerelerde kullanılır?

Devre bileşenlerinin en bilinen uygulaması elektromıknatıslardır. Sırayla interkomlarda, elektrik motorlarında, sensörlerde ve çok yaygın olmayan diğer birçok alanda kullanılırlar. Başka bir uygulama bir salınım üretecidir. Aslında, devrenin bu kullanımı bize çok tanıdık geliyor: bu formda mikrodalgada dalgalar oluşturmak için ve mobil ve radyo iletişiminde belli bir mesafeden bilgi iletmek için kullanılıyor. Bütün bunlar, elektromanyetik dalgaların salınımlarının, uzun mesafelerde bilgi iletmeyi mümkün kılacak şekilde kodlanabilmesi nedeniyle olur.

İndüktörün kendisi bir transformatörün elemanı olarak kullanılabilir: farklı sayıda sargıya sahip iki bobin, yüklerini bir elektromanyetik alan kullanarak aktarabilir. Ancak solenoidlerin özellikleri farklı olduğu için bu iki indüktörün bağlı olduğu iki devredeki akım göstergeleri farklı olacaktır. Böylece, örneğin 220 voltluk bir akımı 12 voltluk bir akıma dönüştürmek mümkündür.

Çözüm

Salınım devresinin ve parçalarının her birinin çalışma prensibini ayrı ayrı ayrıntılı olarak analiz ettik. Salınım devresinin elektromanyetik dalgalar oluşturmak için tasarlanmış bir cihaz olduğunu öğrendik. Ancak bunlar, görünüşte basit olan bu unsurların karmaşık mekaniğinin yalnızca temelleridir. Devrenin incelikleri ve bileşenleri hakkında özel literatürden daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Salınım devresi: çalışma prensibi, devre türleri, parametreler ve özellikler

Sönümsüz titreşimler.

Salınım devresinin çalışma prensibi

Kondansatörü şarj ediyoruz ve devreyi kapatıyoruz. Bundan sonra devrede sinüzoidal bir elektrik akımı akmaya başlar. Kondansatör bobin üzerinden boşaltılır. Bobinde, içinden bir akım geçtiğinde, kapasitör akımına zıt yönde yönlendirilen bir kendi kendine endüksiyon EMF'si ortaya çıkar.

Sonunda boşaldıktan sonra, şu anda maksimum olacak olan bobinin EMF'sinin enerjisi nedeniyle kapasitör tekrar şarj olmaya başlayacaktır, ancak sadece ters polaritede. Devrede oluşan salınımlar serbest sönümlü salınımlardır. Yani, ek enerji kaynağı olmadan, herhangi bir gerçek salınım devresindeki salınımlar, doğadaki herhangi bir salınım gibi er ya da geç duracaktır.

Bir LC devresinin önemli bir özelliği, Q faktörü. Kalite faktörü rezonansın genliğini belirler ve bir salınım periyodunda devredeki enerji rezervlerinin enerji kaybını kaç kez aştığını gösterir. Sistemin kalite faktörü ne kadar yüksek olursa, salınımlar o kadar yavaş bozulur.

Salınım devresinin doğal frekansı

Bir salınım devresinde meydana gelen serbest akım ve gerilim salınımlarının frekansı.

T = 2*n*(L*C)1/2. T, elektromanyetik salınımların periyodudur, L ve C, sırasıyla, salınım devresinin bobininin endüktansı ve devre elemanlarının kapasitansıdır, n, pi sayısıdır.

Sürekli salınımlar sabit bir enerji kaynağı nedeniyle salınımlarını sürdürebilen cihazlar tarafından yaratılır. Bu tür cihazlara kendi kendine salınan sistemler denir.

Herhangi bir kendi kendine salınan sistem aşağıdaki dört bölümden oluşur:

1) salınım sistemi; 2) kayıpların telafi edildiği bir enerji kaynağı; 3) valf - belirli kısımlarda doğru zamanda salınım sistemine enerji akışını düzenleyen bir eleman; 4) geri bildirim - salınım sisteminin kendisindeki süreçler nedeniyle valf çalışmasının kontrolü.

Bir transistör osilatörü, kendi kendine salınan bir sisteme bir örnektir. Aşağıdaki şekil, transistörün bir "valf" rolünü oynadığı böyle bir jeneratörün basitleştirilmiş bir diyagramını göstermektedir. Salınım devresi, transistör ile seri olarak bir akım kaynağına bağlanır. Transistörün Lsv bobini boyunca yayıcı bağlantısı, salınım devresine endüktif olarak bağlanır. Bu bobine geri besleme bobini denir.

Devre kapatıldığında, salınım devresinin C kapasitörünü şarj eden transistörden bir akım darbesi geçer, bunun sonucunda devrede küçük genlikli serbest elektromanyetik salınımlar meydana gelir.

Döngü bobini L içinden akan akım, geri besleme bobininin uçlarında alternatif bir voltaj indükler. Bu voltajın etkisi altında, emitör bağlantısının elektrik alanı periyodik olarak artar ve ardından zayıflar ve transistör açılır veya kapanır. Transistörün açık olduğu bu sürelerde, akım darbeleri içinden geçer. Bobin Lsv doğru bağlanmışsa (pozitif geri besleme), o zaman akım darbelerinin frekansı devrede ortaya çıkan salınımların frekansı ile çakışır ve kondansatör şarj olurken (ne zaman) akım darbeleri devreye girer. kapasitörün üst plakası pozitif yüklüdür). Bu nedenle transistörden geçen akım darbeleri kapasitörü yeniden doldurur ve devrenin enerjisini yeniler ve devredeki salınımlar kaybolmaz.

Olumlu geri besleme ile, Ls ve L bobinleri arasındaki mesafeyi yavaşça arttırırsanız, osiloskop kullanarak, kendi kendine salınımların genliğinin azaldığını ve kendi kendine salınımların durabileceğini görebilirsiniz. Bu, zayıf geri besleme ile devreye giren enerjinin, geri dönüşümsüz olarak iç enerjiye dönüştürülen enerjiden daha az olduğu anlamına gelir.

Bu nedenle, geri besleme şu şekilde olmalıdır: 1) emitör bağlantısındaki voltaj, devre kapasitöründeki voltaj ile fazda değişir - bu, jeneratörün kendi kendini uyarması için faz koşuludur; 2) geri besleme, devredeki enerji kayıplarını telafi etmek için gereken kadar enerjinin devreye girmesini sağlayacaktır - bu, kendi kendine uyarım için genlik koşuludur.

Kendi kendine salınımların frekansı, devredeki serbest salınımların frekansına eşittir. ve parametrelerine bağlıdır.

L ve C'yi azaltarak, radyo mühendisliğinde kullanılan yüksek frekanslı sönümsüz salınımlar elde edilebilir.

Deneyimin gösterdiği gibi, kararlı durum kendi kendine salınımların genliği, başlangıç ​​koşullarına bağlı değildir ve kendi kendine salınan sistemin parametreleri tarafından belirlenir - kaynak voltajı, Lsv ve L arasındaki mesafe ve döngü direnci.