Svingekrets - dette er ... Prinsippet om drift

Svingekrets - en anordning for generering av (oppretting) av elektromagnetiske svingninger. Fra begynnelsen til i dag er det brukt i mange vitenskapelige og teknologiske områder som spenner fra dagliglivet til store fabrikker som produserer svært ulike produkter.

Av hva består det?

Oscillasjonskretsen omfatter en spole og en kondensator. I tillegg kan det også være til stede motstand (variabelt motstandselement). En induktor (eller solenoid, som det noen ganger kalles) er en stang på hvilken viklingene er viklet flere lag, som vanligvis er en kobbertråd. Det er dette element danner oscillasjoner i den svingekrets. En bar, som ligger i midten, ofte kalt strupeventil, eller kjerne, og spolen er noen ganger kalt en solenoid.

svingekrets spolen skaper svingninger bare hvis lagrede ladning. Ved passering av en strøm gjennom den, akkumulerer en ladning som deretter gir til kretsen når spenningen synker.

trådviklingene generelt har en meget lav motstand, som alltid forblir konstant. Oscillasjonskretsen Kretsen forekommer ofte forandring i spenning og strømstyrke. Denne endringen er underlagt visse matematiske lover:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), der
  U - spenningen ved tiden t,
  U ₀ - spenningen ved tiden t _0,
  w - kvente elektromagnetiske svingninger.

En annen vesentlig komponent i kretsen er en elektrisk kondensator. Dette element består av to plater som er adskilt av et dielektrikum. Tykkelsen av laget mellom elektrodene er mindre enn deres størrelse. Denne konstruksjonen gjør det mulig å samle på-isolator elektrisk ladning, som du deretter kan sende til kretsen.

I motsetning til kondensatorbatteriet er at det ikke er noen omdannelse av stoffer av den elektriske strøm, og det er et direkte akkumulering av ladning i et elektrisk felt. Således via kondensatoren kan være stor nok til å akkumulere ladningen, som kan gis på en gang. I dette tilfelle er strømmen i kretsen øker kraftig.

Dessuten er oscillasjonskretsen som består av en mer element: en motstand. Dette element har en motstand og for styring av strøm og spenning i kretsen. Hvis du på en konstant spenning for å øke motstanden motstanden, vil den nåværende reduseres med Ohms lov:

• I = U / R, der
  Jeg - aktuell,
  U - spenning,
  R - motstand.

spole

La oss ta en nærmere titt på alle detaljene i spole og bedre skal forstå dens funksjon i resonanskretsen. Som vi har sagt, er motstanden i dette element har en tendens til null. Således, når den er koblet til en DC-krets ville oppstå kortslutning. Hvis imidlertid spolen koblet til strømkretsen, det fungerer på riktig måte. Dette fører til den konklusjon at elementet har en motstand til vekselstrøm.

Men hvorfor skjer dette og hvordan motstand oppstår når en vekselstrøm? For å besvare dette spørsmålet må vi slå til fenomenet selv induktans. Med passeringen av spolestrømmen i det det finnes en elektromotorisk kraft (EMF), noe som skaper en hindring for den strømendring. Størrelsen av denne kraft avhenger av to faktorer: spolestrømmen og den deriverte med hensyn til tiden. Matematisk blir denne avhengigheten kan uttrykkes ved ligningen:

• E = L * I '(t), der
  E - EMF,
  L - induktans verdi av spolen (for hver spole er forskjellige og er avhengig av antall vindinger i spolene og deres tykkelse)
  I '(t) - tidsderiverte av strømmen (strøm endringsforhold).

DC Power over tid er ikke endret, så det er motstand når de utsettes for oppstå.

Men på AC alle dens parametre forandrer seg stadig i en sinusformet eller cosinus-loven, forårsaker elektromotorisk kraft, som hindrer disse endringer. En slik motstand kalles induksjon og beregnes ved formelen:

• X _L = w * _L, der
  w - frekvens oscillasjonskretsen,
  L - induktansen av spolen.

Strømstyrken i solenoidet øker lineært og avtar i samsvar med forskjellige lover. Dette betyr at hvis du stopper strømmen i spolen, vil det fortsette i noen tid til å gi ladning i kretsen. Og hvis dette brått avbryter flyten av strøm, vil det bli skutt fra det faktum at tillegget vil prøve å komme seg ut og bli distribuert coil. Dette er - et alvorlig problem i industriproduksjonen. Denne effekten (selv om det ikke i sin helhet relatert til oscillasjonskretsen) kan observeres, for eksempel for å ta støpselet ut av stikkontakten. I dette tilfellet hopper gnisten som på en slik skala ikke kan skade en person. Det er på grunn av det faktum at magnetfeltet ikke forsvinner med en gang, men forsvinner gradvis, og indusere strømmer i andre ledere. I industriell skala dagens styrke er mange ganger større enn vår vanlige 220 volt, slik at avbrudd i produksjonskjeden kan forårsake gnister slik styrke som vil forårsake mye skade på både anlegget og mannen.

Coil - er grunnlaget for den fra hvilken oscillasjonskretsen er. Spole inkludert solenoider sekvensielt lagt. Deretter tar vi en nærmere titt på alle detaljene i strukturen av dette elementet.

Hva er induktansen?

Induktansspole svingekrets - er en parameter som er numerisk lik den elektromotoriske kraft (i volt), noe som skjer i en krets når aktuell variant av en A i 1 sekund. Dersom solenoiden er forbundet med en likestrømsiden, beskriver dens induktans energien i et magnetisk felt, som er opprettet ved denne strøm ved formelen:

• W = (L * ^I2) / 2, der
  W - den magnetisk feltenergi.

induktans koeffisient avhenger av mange faktorer: geometrien til solenoiden, de magnetiske egenskapene til kjernen og av antallet av trådspoler. Et annet trekk ved denne indikatoren er at det alltid er positivt, fordi variablene som det kommer an på, ikke kan være negativ.

Induktansen kan også defineres som en egenskap for en leder med en strøm lagre energi i et magnetisk felt. Det måles i Henry (oppkalt etter den amerikanske forskeren Dzhozefa Genri).

Videre er magnet oscillasjonskretsen består av en kondensator, som vil bli omtalt senere.

elektrisk kondensator

Kapasitans bestemmes av oscillatorkretsen kapasitansen elektrisk kondensator. Dens utseende er skrevet ovenfor. Nå la oss undersøke fysikken i prosesser som skjer i den.

Siden kondensatorplatene er laget av en leder, så kan det flyte elektrisk strøm. Imidlertid, mellom de to platene er hindringen. Isolator (de kan være luft, tre eller annet materiale med høy motstand på grunn av det faktum at ladning ikke kan bevege seg fra den ene ende av tråden til den andre, er det en opphopning det til kondensatorplatene dermed øker den magnetiske og elektriske kraft. felt rundt det. Således, ved avslutning av ladningen foregår all strøm akkumulert på platene, begynner å bli overført til kretsen.

Hver kondensator har en merkespenning, optimalt for sin drift. Hvis du lengter etter å utnytte elementet med en spenning høyere enn den nominelle, er levetiden sterkt redusert. Kondensatoren av den svingekrets er stadig påvirket av strømmer og derfor når som velges, må være meget forsiktig.

I tillegg til konvensjonelle kondensatorer, som ble diskutert, er det også elektriske dobbeltsjiktkondensatorer. Dette er en mer sammensatt element: det kan beskrives som et kryss mellom et batteri og en kondensator. Vanligvis er den dielektriske i elektriske dobbeltsjiktkondensatorer er organiske substanser, mellom hvilke er en elektrolytt. Sammen danner de et elektrisk dobbelt lag, som gjør det mulig å akkumulere i denne utformingen til tider mer energi enn en konvensjonell kondensator.

Hva er kapasiteten på en kondensator?

Kapasitansen til kondensatoren er forholdet mellom lade kondensatoren til en spenning ved hvilken den er plassert. Beregn denne verdien kan være svært enkelt ved hjelp av en matematisk formel:

• C = (e ₀ * S) / d, der
  e ₀ - dielektrisitetskonstanten av det dielektriske materialet (tabellverdi)
  S - arealet av kondensatorplatene,
  d - avstanden mellom platene.

Avhengigheten av kapasitansen til kondensatoren på avstanden mellom elektrodene er forklart av fenomenet elektrostatisk induksjon er mindre enn avstanden mellom platene, jo mer de påvirker hverandre (coulomb), den større ladningselektroder og mindre stress. Og når spenningsverdien av kapasitetsøkninger, siden det kan også beskrives ved den følgende formel:

• C = Q / U, der
  q - avgiften i anhenger.

Det er å snakke om måleenheter av denne mengden. Kapasitansen blir målt i farad. 1 farad - tilstrekkelig stor verdi, slik at eksisterende kondensatorer (ikke superkondensatorer) har en kapasitans målt i picofarad (1/1000000000000 farad).

motstand

Strømmen i resonanskretsen er også avhengig av motstanden av kretsen. Og foruten de to nevnte elementer som utgjør en svingekrets (coil, kondensator), er det et tredje - en motstand. Han er ansvarlig for å lage drag. Motstand er forskjellig fra de andre elementene i at den har en høy motstand, som kan varieres i noen modeller. Den avstemte kretsen utfører den effektstyrefunksjon av det magnetiske felt. Det er mulig å koble flere motstander i serie eller parallelt, for derved å øke motstanden av kretsen.

Motstanden av dette element er også avhengig av temperatur, så bør man være forsiktig til sitt arbeid i kretsen, ettersom den blir oppvarmet under passering av strøm.

Resistansen måles i ohm, og dens verdi kan beregnes med formelen:

• R = (p * l) / S, der
  p - materiale resistivitet motstand (målt i (ohm * ^mm2) / m);
  l - lengde av motstandene (i meter);
  S - tverrsnittsareal (i kvadratmillimeter).

Hvordan å knytte en sløyfe parametere?

Nå har vi kommet nær fysikken i drift av svingekrets. Over tid ladningen på kondensatorplatene endres i henhold til den andre ordens differensiallikning.

Hvis du løse denne ligningen, innebærer det noen interessante formler som beskriver prosesser som skjer i kretsen. For eksempel kan en syklisk frekvens uttrykkes i form av kapasitans og induktans.

Men det mest enkel formel som gjør det mulig å beregne mange ukjente - Thomson ligning (oppkalt etter den britiske fysikeren William Thomson, som brakte henne i 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - mellom de elektromagnetiske svingninger,
  L og C - følgelig, induktansen til svingekretsen spolen og en kapasitans kretselement,
  n - antall pi.

kvalitetsfaktor

Det er en annen viktig kvantitet karakter konturen av arbeidet - kvaliteten faktor. For å forstå hva det er, bør du refererer til denne prosessen som en resonans. Dette fenomen, i hvilken amplituden blir den maksimale effekt ved en konstant verdi, som er en sving støtte. Resonans kan forklare med et enkelt eksempel: Hvis du begynner å presse swing i takt med deres frekvens, vil de bli akselerert, og deres "amplitude" vil øke. Men hvis du ikke skyver beat, vil de avta. Ved resonans, ofte forsvinner mye energi. For å være i stand til å beregne verdien av tap, fant vi en parameter som kvalitetsfaktor. Det er en koeffisient som tilsvarer forholdet mellom energi, som ligger i systemet, til tap som oppstår i løpet av en syklus i kretsen.

kretsen kvalitetsfaktor beregnes i henhold til formelen:

• Q = (w ₀ * V) / P, der
  w ₀ - resonansvinkelfrekvensen av oscillasjoner;
  W - den energi som er lagret i det vibrerende system;
  P - energitap.

Denne parameteren - dimensjons siden faktisk viser energiforhold: Lagret for brukt.

Hva er den ideelle oscillerende krets

For en bedre forståelse av prosessene i systemet for fysikk kom opp med den såkalte ideelle svingekrets. Dette er en matematisk modell som representerer kretsen som et system med null motstand. I den er det udempede harmoniske svingninger. Denne modellen gjør det mulig å oppnå en tilnærmet formel beregningskretsparametre. En av disse parametere - den totale energien:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

En slik forenkling sterkt akselerere beregninger og tillater å evaluere krets egenskaper med forhåndsinnstilte egenskaper.

Hvordan virker det?

Alle svingekrets driftssyklus kan deles inn i to deler. Nå vil vi se nøyaktig de prosessene som foregår i alle deler.

• Den første fase platekondensator, positivt ladet, begynner å slippe ut, slik at strømmen i kretsen. På dette punktet går det strøm fra en positiv til en negativ ladning, mens den passerer gjennom spolen. Følgelig elektromagnetiske vibrasjoner som forekommer i kretsen. Strømmen som passerer gjennom spolen, går den til en andre plate og lader den positivt (mens den første elektrode, hvortil strøm gikk, negativt ladet).
• Den andre fasen finner sted direkte motsatt prosess. Den strøm passerer fra den positive plate (som i begynnelsen var negativ) til negativ, passerer igjen gjennom spolen. Og alle kostnader falle på plass.

Syklusen gjentas så lenge til kondensatoren er ladet. I en ideell svingekrets denne prosessen er uendelig, og den virkelige effekttapet er uunngåelig på grunn av ulike faktorer: den varme som oppstår på grunn av eksistensen av motstanden i kretsen (Joule varme), og lignende.

Utførelsesformer kretsteknikk

I tillegg til enkle kretser "kveil-kondensator" og "kveil-resistor-kondensator", er andre alternativer, ved anvendelse som en basis oscillasjonskretsen. Dette, for eksempel, en parallellkrets som er kjennetegnet ved at det er et element krets (fordi slik den er alene, vil det være en seriekrets og som ble omtalt i artikkelen).

Det finnes også andre typer konstruksjoner, deriblant de forskjellige elektriske komponenter. For eksempel, er det mulig å kople til nettverket transistor som vil åpne og lukke kretsen med en frekvens lik den svingefrekvensen fra kretsen. Dermed vil systemet installere udempede svingninger.

Hvor oscillasjonskretsen er brukt?

Den mest kjent for oss bruk av komponenter i kretsen - det elektromagneter. De i sin tur blir brukt i telefonanlegg, motorer, sensorer og mange andre mindre konvensjonelle områder. Et annet program - oscillator. Faktisk er det bruken av kretsen er veldig kjent for oss: i denne formen, er det brukt i mikrobølgeovnen for å lage bølger i mobil og trådløs kommunikasjon for å overføre informasjon over en avstand. Alt dette skyldes det faktum at oscillasjoner av de elektromagnetiske bølger kan være kodet på en slik måte at det vil være mulig å overføre informasjon over lange avstander.

Induktor i seg selv kan bli brukt som et element for transformatoren, kan to spoler med forskjellig antall vindinger passere gjennom det elektromagnetiske felt deres ladning. Men som solenoider karakteristika er forskjellige, og aktuelle tall i de to kretser, som er forbundet med de to induktans vil variere. Således kan man omdanne spenning til strøm, si 220 volt i strøm med en spenning på 12 volt.

konklusjon

Vi detaljert prinsippet for den oscillerende krets og hver del for seg. Vi har lært at svingekretsen - en innretning konstruert for å generere elektromagnetiske bølger. Men dette er bare det grunnleggende komplekse mekanikerne av disse, tilsynelatende enkle elementer. Lær mer om detaljene i kretsen og dets komponenter kan være fra faglitteratur.