Oscilačné obvod - to je ... Princíp fungovania

Oscilačné obvod - zariadenie pre generovanie (vytvorenie) elektromagnetických oscilácií. Od svojho vzniku až po súčasnosť sa používa v mnohých oblastiach vedy a techniky od každodenného života až po veľké továrne vyrábajú veľmi odlišné výrobky.

Z čoho sa skladá?

Oscilačný obvod obsahuje cievku a kondenzátor. Okrem toho môže byť tiež prítomný odpor (premenný odpor prvok). Induktor (alebo elektromagnet, ako je niekedy nazývaný) je tyč, na ktorom sú vinutia navinuté niekoľko vrstiev, čo je všeobecne medený drôt. Je to prvok vytvára oscilácie v oscilačného obvodu. Bar, ktorý sa nachádza v strede, často nazývaný tlmivka, alebo jadro, a cievka je niekedy nazývaný solenoid.

oscilačná obvod cievky vytvára oscilácie iba, ak je uložený náboj. Pri prechode prúdu cez to, že sa hromadia náboj, ktorý potom dáva do obvodu pri poklese napätia.

drôty špirálové majú všeobecne veľmi nízky odpor, ktorý vždy zostáva konštantný. Obvod oscilačného obvodu sa často vyskytuje zmenu napätia a menovitej hodnoty prúdu. Táto zmena musí byť splnené určité matematických zákonov:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), kde
  U - napätie na čase t,
  U ₀ - napätie v čase t _0,
  w - frekvencia elektromagnetické kmity.

Ďalšie základnou zložkou obvodu je elektrický kondenzátor. Tento prvok pozostáva z dvoch dosiek, ktoré sú od seba oddelené dielektrikom. Hrúbka vrstvy medzi elektródami je menšia ako ich veľkosti. Táto konštrukcia umožňuje, aby sa hromadia na izolátora elektrický náboj, ktorý potom môžete poslať do obvodu.

Na rozdiel od kondenzátora batérie je, že neexistuje žiadna premena látok elektrického prúdu, a existuje priama akumulácie náboja v elektrickom poli. Tak, cez kondenzátor môže byť dostatočne veľká, aby hromadiť náboj, ktorý môže byť daný naraz. V tomto prípade je prúd v obvode je značne zvýšil.

Tiež oscilačného obvodu je tvorená z viacerých jedného prvku: odpor. Tento prvok má odpor a pre ovládanie prúdu a napätia v obvode. -Li pri konštantnom napätí k zvýšeniu odporu rezistora, bude aktuálna zníži o Ohmov zákon:

• I = U / R, kde
  I - prúd,
  U - napätie,
  R - odpor.

induktor

Poďme sa bližšie pozrieť na všetky podrobnosti o cievky a lepšie porozumejú jeho funkciu v rezonančných obvodov. Ako sme už uviedli, je odpor tohto prvku blíži nule. Teda, keď je pripojený k obvodu DC by dôjsť ku skratu. Avšak, v prípade, že cievka pripojená k obvodu striedavého prúdu, to funguje správne. To vedie k záveru, že prvok má odolnosť proti striedavý prúd.

Ale prečo sa to deje a ako odpor nastane, keď striedavý prúd? Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíme sa obrátiť k fenoménu vlastnej indukčnosti. S priechodom prúdu cievkou v ňom je elektromotorické sila (EMF), ktorá vytvára prekážku pre súčasnú zmenu. Veľkosť tejto sily závisí od dvoch faktorov: cievky prúdu a derivátov v závislosti na čase. Matematicky táto závislosť je vyjadrená rovnicou:

• E = L * I, (t), kde
  E - EMF,
  L - indukčnosť hodnota cievky (pre každé cievky je rôzny a závisí od počtu závitov cievok a ich hrúbky)
  Aj, (t) - časové odvodenie aktuálnej (aktuálnej rýchlosti zmeny).

DC v priebehu času sa nemení, takže jeho odporu, keď je vystavená vzniknúť.

Ale v AC všetky jeho parametre sa neustále mení v sínusovej alebo cosinus práva, čo elektromotorické silu, ktorá zabraňuje týmto zmenám. Takýto odpor sa nazýva indukcia a vypočíta podľa vzorca:

• X _L = w * _L, kde
  w - frekvencia oscilačného obvodu,
  L - indukčné cievky.

Intenzita prúdu v elektromagnetu lineárne zvyšuje a znižuje v závislosti na rôznych zákonov. To znamená, že ak sa zastavil tok prúdu v cievke, bude to ešte nejakú dobu pokračovať, čím sa náboj v obvode. A ak je to náhle preruší tok prúdu, tam bude strieľať z toho, že poplatok sa bude snažiť dostať von a byť distribuované cievku. To je - vážny problém v priemyselnej výrobe. Tento účinok (aj keď nie úplne v súvislosti s oscilačné obvod), možno pozorovať, napríklad pri vyberaní zástrčky zo zásuvky. V tomto prípade preskočí iskra, ktorá v takom meradle nemôže poškodiť osobu. Je to spôsobené tým, že magnetické pole nie je okamžite zmizne, ale postupne sa rozptýli, indukuje prúd v iných vodičov. V priemyselnom meradle je aktuálna sila je mnohonásobne väčšia než naše obvyklé 220 voltov, takže prerušenie výrobného reťazca môže dôjsť k iskreniu takú silu, ktorá spôsobí veľké škody ako na rastliny a mužom.

Coil - je základom toho, z ktorého oscilačného obvodu je. Induktor uvedených solenoidy postupne pridá. Ďalej sme sa bližšie pozrieť na všetky podrobnosti o štruktúre tohto prvku.

Čo je to indukcia?

Indukčnosť cievky oscilačná obvod - je individuálny parameter, ktorý je číselne rovný elektromotorické sily (vo voltoch), ktorý sa vyskytuje v obvode, kedy aktuálny variant 1 A po dobu 1 sekundy. Ak je elektromagnet pripojený k obvodu jednosmerného prúdu, indukčnosť opisuje energiu magnetického poľa, ktorý je vytvorený v tomto prúde podľa vzorca:

• W = (L * I ²⁾ / 2, kde
  W - energetické pole magnetické.

indukčnosť koeficient závisí na mnohých faktoroch: geometriu solenoidu, magnetických vlastností jadra a počtu závitov drôtu. Ďalším rysom tohto ukazovateľa je, že je vždy pozitívny, pretože premenné, na ktorých záleží, nemôže byť záporná.

Indukčnosť sa tiež definuje ako vlastnosť vodiče s aktuálnym zásobu energie v magnetickom poli. Meria sa v Henry (pomenoval podľa amerického vedca Dzhozefa Genre).

Ďalej solenoid oscilačného obvodu sa skladá z kondenzátora, ktoré budú diskutované ďalej.

elektrický kondenzátor

Kapacita je určená oscilačného obvodu kapacitné elektrického kondenzátora. Jeho vzhľad bol napísaný vyššie. Teraz Skúmajme fyziku procesov, ktoré sa vyskytujú v ňom.

Vzhľadom k tomu, že dosky kondenzátora sú vyrobené z vodiča, potom to môže pretekať elektrický prúd. Avšak, medzi oboma doskami je prekážka. Izolátor (môžu byť vzduch, dreva alebo iného materiálu s vysokou odolnosťou Vzhľadom k tomu, že náboj sa nemôže pohybovať z jedného konca drôtu na druhý, dochádza ku kumulácii, aby doskami kondenzátora tým zvyšuje magnetickú a elektrickú energiu. pole okolo nej. Tak pri ukončení vsádzky prebieha všetkej elektrickej energie nahromadenej na dosky, začína byť odovzdané do obvodu.

Každý kondenzátor má menovité napätie, optimálne pre jeho prevádzku. Ak túžite využiť tohto prvku pri napätí vyššiu, ako je nominálna, životnosť je značne znížená. Kondenzátor oscilačného obvodu je neustále ovplyvňovaný prúdy, a preto pri výbere by mal byť veľmi opatrní.

Okrem klasických kondenzátorov, ktoré boli diskutované, sú tu aj elektrické kondenzátory dvojvrstvové. Ide o zložitejšie prvok: to môže byť opísaný ako kríž medzi batériou a kondenzátora. Typicky je dielektrikum v elektrických kondenzátorov dvojvrstvových sú organické látky, medzi ktoré je elektrolyt. Spolu vytvárajú elektrickú dvojitou vrstvou, ktorá umožňuje akumulovať sa v tomto prevedení na viac energie ako konvenčné kondenzátor.

Aká je kapacita kondenzátora?

Kapacita kondenzátora je pomer nabitie kondenzátora na napätie, pri ktorom sa nachádza. Výpočet tejto hodnoty môžu byť veľmi jednoduché s pomocou matematického vzorca:

• C = (e ₀ * S) / d, kde
  e ₀ - dielektrická konštanta z dielektrického materiálu (tabuľková hodnota)
  S - plocha dosky kondenzátora,
  d - je vzdialenosť medzi doskami.

Závislosť kapacitancie kondenzátora na vzdialenosť medzi elektródami sa vysvetľuje jav elektrostatického indukcie je menšia než vzdialenosť medzi doskami, tým viac sa vzájomne ovplyvňujú (coulomb), tým väčšia je nabíjacia elektródy a menej stresu. A keď hodnota napätia pre zvyšovanie kapacity, pretože môže byť tiež popísaný nasledujúcim vzorcom:

• C = Q / U, kde
  q - poplatok za coulombs.

Je hovoriť o jednotkách meraní tejto veličiny. Kapacita sa meria v farads. 1 Farad - dostatočne vysokú hodnotu, takže existujúce kondenzátory (nie je superkondenzátory) majú kapacitné meraná v picofarads (jeden bilióntině farad).

odpor

Prúd v rezonančných obvodov závisí aj na odpor obvodu. A okrem týchto dvoch popísaných prvkov, ktoré tvoria oscilačný obvod (cievka, kondenzátor), tam je tretí - odpor. On je zodpovedný za vytváranie ťahať. Odpor sa líši od ostatných prvkov, v tom, že má vysokú odolnosť, ktoré sa môžu meniť v niektorých modeloch. Rezonančný obvod že vykonáva funkciu riadenia výkonu magnetického poľa. Je možné pripojiť niekoľko odporov v sérii alebo paralelne, čím sa zvyšuje odpor obvodu.

Odpor tohto prvku závisí aj od teploty, preto je potrebné dbať na jej prácu v obvode, pretože je počas prechodu prúdu zahrieva.

Odpor je meraný v ohmoch, a jeho hodnota sa môže vypočítať pomocou vzorca:

• R = (p * l) / S, kde
  p - materiál odpor odpor (merané v (ohm * mm ²⁾ / m);
  l - dĺžka odporov (v metroch);
  S - prierez (v milimetroch štvorcových).

Ako uviazať parametre slučky?

Teraz sme sa dostali blízko k fyzike fungovanie oscilačného obvodu. V priebehu doby nabíjania na kondenzátorových doskách sa mení podľa druhého rádu diferenciálnej rovnice.

Ak máte riešiť túto rovnicu, to znamená, niektoré zaujímavé vzorce opisujúce procesy, ktoré sa vyskytujú v okruhu. Napríklad, cyklický frekvencia môže byť vyjadrená z hľadiska kapacity a indukčnosti.

Avšak, najviac jednoduchý vzorec, ktorý umožňuje vypočítať mnoho neznámych - Thomson rovnice (pomenoval podľa britského fyzik William Thomson, ktorý ju priviedol v roku 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - medzi elektromagnetických osciláciou,
  L a C - podľa toho, indukčnosť kmitavého obvodu cievky a kapacitancie obvodu prvku,
  n - počet pí.

činiteľ akosti

Tam je ďalšia dôležitá veličina charakterizujúca obrys práce - faktor kvality. Aby sme pochopili, čo to je, mali by ste sa pozrieť na tento proces ako rezonancia. Tento jav, v ktorých je amplitúda bude maximálny výkon na konštantnej hodnote, ktorá je oporou hojdačka. Rezonancie môže vysvetliť na jednoduchom príklade: ak začnete tlačiť hojdačka do rytmu ich početnosti mali urýchlene a ich "amplitúda" zvýši. Ale ak nechcete tlačiť rytmus, budú spomaliť. Pri rezonancii často rozptýlia veľa energie. Aby bolo možné vypočítať hodnotu straty, sme vymysleli parameter, ako je faktor kvality. Ide o koeficient rovný pomeru energie, nachádzajúce sa v systéme, strát, ktoré nastanú v priebehu jedného cyklu v obvode.

Kvalita obvod faktor sa vypočíta podľa vzorca:

• Q = (w ₀ * W) / P, kde
  w ₀ - rezonančnej uhlové frekvencie kmitov;
  W - energia uložená vo vibračnom systéme;
  P - stratový výkon.

Tento parameter - bezrozmerné, pretože v skutočnosti ukazuje pomer energie: skladovanie vyhoreného.

Aký je ideálny oscilačná obvod

Pre lepšie pochopenie procesov v systéme fyziky prišiel s tzv ideálne oscilačného obvodu. To je matematický model predstavujúce obvod ako systému s nulovým odporom. V ňom sú netlmené harmonické kmity. Tento model umožňuje získať približnú parametre výpočtu vzorec obvodu. Jedným z týchto parametrov - celkovej energie:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Takéto zjednodušenie značne urýchliť výpočty a umožňujú vyhodnotiť vlastnosti obvodov s prednastavenými vlastnosťami.

Ako to funguje?

Všetky oscilačná pracovný cyklus okruh môže byť rozdelený do dvoch častí. Teraz budeme vidieť presne tie procesy prebiehajúce v každej časti.

• Prvá fáza-doštička kondenzátora, nabitý kladne, začne vybíjať, čím prúd v obvode. V tomto bode je prúd klesne z pozitívneho na negatívny náboje, pri prechode cievkou. V dôsledku toho, elektromagnetické kmity sa vyskytujú v okruhu. Prúd prechádzajúci cievky, sa pohybuje na druhú dosku a nabíja kladne (zatiaľ čo prvá elektróde, čo je prúd išiel, záporne nabité).
• Druhá fáza prebieha priamo opačný proces. Prúd prechádza od kladnej doske (ktorá na začiatku bola negatívna) na negatívny, prechádzajúcej opäť cez cievky. A všetky poplatky zapadne na svoje miesto.

Tento cyklus sa opakuje tak dlho, kým sa kondenzátor je nabitá. V ideálnom rezonančný obvod je tento proces je nekonečný, a skutočná strata výkonu je nevyhnutná v dôsledku rôznych faktorov: zahrievanie, ku ktorému dochádza v dôsledku existencie odporu v obvode (Joule tepla), a podobne.

prevedenie obvodov

Okrem jednoduchých obvodov "cievky-kondenzátora" a "coil-rezistor-kondenzátor", existujú aj iné možnosti, pričom ako základ oscilačný obvod. To je napríklad paralelný obvod, ktorý sa vyznačuje tým, že je prvok obvod (pretože, ako existuje sám, bolo by to sériový obvod, a ktorá bola popísaná v článku).

Existujú aj iné typy konštrukcie, vrátane rôznych elektrických komponentov. Napríklad, je možné pripojiť k sieti tranzistora, ktorý sa otvorí a uzavrie obvod s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencia kmitania obvodu. To znamená, že systém bude inštalovať netlmené oscilácie.

Používa Ak sa oscilačného obvodu?

Najviac poznáme použitie komponentov okruhu - to elektromagnety. Oni, podľa poradia, sa používajú v systémy domáceho, motory, senzory, a mnoho iných menej bežných oblastiach. Ďalšie aplikácie - oscilátor. V skutočnosti, to je použitie obvode je veľmi poznáme: v tejto podobe, to je používané v mikrovlnnej rúre na vytváranie vĺn v mobilnej a bezdrôtovej komunikácie na prenos informácií do vzdialenosti. To všetko je spôsobené tým, že oscilácie elektromagnetických vĺn môže byť kódovaný takým spôsobom, že bude možné odovzdávať informácie na veľké vzdialenosti.

Induktor sám môže byť používaný ako prvok pre transformátor, dve cievky s rôznym počtom vinutia môže prejsť elektromagnetického poľa svoj náboj. Ale ako elektromagnety vlastnosti sa líšia, a aktuálnych čísel v oboch obvodoch, ktoré sú pripojené k dvom indukčnosti budú líšiť. Tak, jeden môže konvertovať napätie na prúd, povedzme 220 voltov prúd s napätím 12 voltov.

záver

podrobne sme zásadu oscilačného obvodu a každá časť samostatne. Zistili sme, že oscilačné obvod - zariadením určeným pre generovanie elektromagnetických vĺn. Avšak, toto je len základy komplexný mechaniky týchto zdanlivo jednoduchých prvkov. Prečítajte si viac o zložitosti obvodu a jeho zložiek môžu byť z odbornej literatúry.