Circuit de oscilare - acesta este ... Principiul de funcționare

Oscilând de circuit - un dispozitiv pentru generarea (crearea) de oscilații electromagnetice. De la începuturile sale până în prezent este folosit în multe domenii științifice și tehnologice, de la viața de zi cu zi la mari fabrici care produc produse foarte diferite.

Din ce constă?

Circuitul de oscilație include o bobină și un condensator. În plus, pot exista, de asemenea, rezistență prezent (element de rezistență variabilă). Un inductor (sau solenoid, așa cum este numit uneori) este o tijă pe care înfășurările sunt înfășurate mai multe straturi, care în general este un fir de cupru. Este acest element creează oscilații în circuitul oscilatorie. Un bar, situat în mijlocul, adesea numit sufoca, sau miez, iar bobina, uneori, se numește un solenoid.

bobina circuit oscilant creează oscilații numai în cazul în care încărcătura stocată. La trecerea unui curent prin ea, se acumulează o taxă care apoi dă la circuitul atunci când scade tensiunea.

fire elicoidale au în general o rezistență foarte mică, care rămâne mereu constantă. Circuitul de circuit de oscilație se produce adesea o schimbare în tensiune și amperaj. Această modificare se supune anumitor legi matematice:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), unde
  U - tensiune la timpul t,
  U ₀ - tensiune la momentul t _0,
  w - frecvența oscilațiilor electromagnetice.

O altă componentă esențială a circuitului este un condensator electric. Acest element este format din două plăci care sunt separate de un dielectric. Grosimea stratului dintre electrozi este mai mică decât mărimea lor. Acest design permite sa se acumuleze pe izolator sarcină electrică, pe care le puteți trimite apoi la circuit.

Spre deosebire de baterie de condensatoare este că nu există nici o conversie a substanțelor de către curentul electric, și există o acumulare directă de încărcare într-un câmp electric. Astfel, prin condensator poate fi suficient de mare pentru a acumula taxa, care poate fi administrat dintr-o dată. În acest caz, curentul în circuit este mult crescut.

De asemenea, circuitul de oscilație este formată din mai un element: un rezistor. Acest element are o rezistență și pentru controlul curentului și a tensiunii în circuit. Dacă la o tensiune constantă pentru a crește rezistența rezistorului, curentul va scădea prin legea lui Ohm:

• I = U / R, unde
  I - curent,
  U - tensiune,
  R - rezistență.

inductor

Să aruncăm o privire mai atentă la toate detaliile de inductor și cu atât mai bine va înțelege funcția sa în circuitul rezonant. Așa cum am spus, rezistența acestui element tinde la zero. Astfel, atunci când este conectată la un circuit de curent continuu ar produce scurtcircuit. Cu toate acestea, în cazul în care bobina conectat la circuitul de curent alternativ, funcționează corect. Acest lucru conduce la concluzia că elementul are o rezistență la curent alternativ.

Dar de ce se întâmplă acest lucru și modul de rezistență are loc atunci când un curent alternativ? Pentru a răspunde la această întrebare trebuie să ne întoarcem la fenomenul de autoinducție. Odată cu trecerea curentului bobinei în ea există o forță electromotoare (EMF), care creează un obstacol în calea schimbării curente. Amploarea acestei forțe depinde de doi factori: curentul bobinei și derivata în raport cu timpul. Matematic, această dependență este exprimată de ecuația:

• E = L * I „(t), unde
  E - EMF,
  L - valoarea inductanței bobinei (pentru fiecare bobină este diferită și depinde de numărul de înfășurări ale serpentinelor și grosimea lor)
  I „(t) - derivat timp a curentului (rata curentă de schimbare).

DC a lungul timpului nu este schimbat, astfel încât rezistența sa atunci când este expusă să apară.

Dar, la AC toți parametrii sunt în continuă schimbare într-o lege sinusoidală sau cosinus, provocând forța electromotoare, care împiedică aceste schimbări. O astfel de rezistență se numește inducție și calculată după formula:

• X _L = w * _L, unde
  circuit de oscilație de frecvență, - w
  L - inductanța bobinei.

Intensitatea curentului din solenoid crește liniar și scade în funcție de diferite legi. Acest lucru înseamnă că, dacă vă opriți fluxul de curent în bobina, acesta va continua pentru ceva timp pentru a da taxa în circuit. Și dacă acest lucru întrerupe brusc fluxul de curent, va fi trimis un balon de la faptul că taxa va încerca să iasă și să fie distribuite bobina. Aceasta este - o problemă serioasă în producția industrială. Acest efect (deși nu în totalitate în legătură cu circuitul de oscilație) pot fi observate, de exemplu, atunci când scoateți ștecherul din priză. În acest caz, sare peste scanteia care pe o astfel de scară nu poate dăuna unei persoane. Aceasta se datorează faptului că câmpul magnetic nu dispare imediat, dar disipat treptat, inducerea de curenți în alte conductoare. Într-o scară industrială puterea actuală este de multe ori mai mare decât de obicei noastre de 220 de volți, astfel încât întreruperea în lanțul de producție poate provoca scântei o astfel de forță, care va provoca o mulțime de daune atât planta și omul.

Coil - este fundamentul pe care din care circuitul de oscilație este. Inductor solenoizi inclus secvențial adăugat. În continuare, vom lua o privire mai atentă la toate detaliile structurii acestui element.

Ce este inductanța?

bobina Inductanța circuit oscilant - este un parametru în parte, care este numeric egală cu forța electromotoare (în volți), care are loc într-un circuit, atunci când variația curentului de 1 A timp de 1 secundă. În cazul în care solenoidul este conectat la un circuit de curent continuu, inductanță descrie energia unui câmp magnetic, care este creat de acest curent prin formula:

• W = (L * I ²⁾ / 2, unde
  W - energia câmpului magnetic.

Coeficientul de inductanță depinde de mulți factori: geometria solenoid, caracteristicile magnetice ale miezului și ale numărului de spire de sârmă. O altă caracteristică a acestui indicator este că acesta este întotdeauna pozitiv, deoarece variabilele de care depinde, nu poate fi negativă.

Inductanța poate fi, de asemenea, definită ca o proprietate a unui conductor cu energie actual al magazinului într-un câmp magnetic. Se măsoară în Henry (numit după savantul american Dzhozefa Genri).

Mai mult circuitul de oscilație solenoid constă dintr-un condensator, care vor fi discutate în continuare.

condensator electric

Capacitanță este determinată de circuitul oscilator capacitate electrică condensator. Aspectul său a fost scris mai sus. Să examinăm acum fizica proceselor care au loc în ea.

Deoarece plăcile condensatorului sunt realizate dintr-un conductor, atunci acesta poate curge curent electric. Cu toate acestea, între cele două plăci este obstacol. Izolator (acestea pot fi de aer, lemn sau alte materiale cu rezistență ridicată Datorită faptului că taxa nu se poate deplasa de la un capăt al firului la alta, există o acumulare de ea la plăcile condensatorului astfel crește puterea magnetică și electrică. câmpuri din jurul ei. Astfel, la încetarea taxei veniturile toată energia electrică acumulată pe plăcile, începe să fie transmise circuitului.

Fiecare condensator are o tensiune nominală, optimă pentru funcționarea sa. Dacă mult timp pentru a exploata elementul la o tensiune mai mare decât cea nominală, durata de viață este mult redus. Condensatorul circuitului oscilatorii este constant afectat de curenți și, prin urmare, atunci când este selectat ar trebui să fie foarte atent.

În plus față de condensatori convenționale, care au fost discutate, există și condensatori electrice dublu strat. Acesta este un element mai complex: acesta poate fi descris ca o încrucișare între o baterie și un condensator. De obicei, dielectric în condensatoare electrice dublu strat sunt substanțe organice, între care este un electrolit. Împreună, acestea creează un strat electric dublu, care permite să se acumuleze în acest design uneori mai multă energie decât un condensator convențional.

Care este capacitatea unui condensator?

Capacitatea condensatorului este raportul dintre taxa condensator la o tensiune la care se află. Calculați această valoare poate fi foarte simplu, cu ajutorul unei formule matematice:

• C = (e ₀ * S) / d, unde
  e ₀ - constanta dielectrică a materialului dielectric (valoare tabelara)
  S - suprafață de plăcile condensatorului,
  d - distanța dintre plăci.

Dependența de capacitatea condensatorului pe distanța dintre electrozi este explicată prin fenomenul de inducție electrostatică este mai mică decât distanța dintre plăci, cu atât mai mult ele afectează reciproc (coulomb), cu atât mai mare electrozii de sarcină și mai puțin stres. Și când valoarea tensiunii a crește capacitatea, deoarece poate fi descrisă prin următoarea formulă:

• C = q / U, unde
  q - taxa în pandative.

Este să vorbim despre unitățile de măsură din această cantitate. Capacitance se măsoară în farazi. 1 Farad - valoare suficient de mare, astfel încât condensatori existente (nu supercapacitors) au o capacitate măsurată în picofarads (un Farad trilioana).

rezistor

Curentul din circuitul rezonant asemenea, depinde de rezistența circuitului. Și în afară de cele două elemente descrise, care alcătuiesc un circuit oscilant (bobina, condensator), există un al treilea - un rezistor. El este responsabil pentru crearea de tragere. Rezistor diferă de celelalte elemente din care aceasta are o rezistență ridicată, care poate varia în unele modele. Circuitul rezonant se realizează funcția de control a puterii câmpului magnetic. Este posibil să se conecteze mai multe rezistențe în serie sau în paralel, crescând astfel rezistența circuitului.

Rezistența acestui element depinde și de temperatură, deci trebuie avut grijă la activitatea sa în circuit, deoarece acesta este încălzit în timpul trecerii curentului.

Rezistența este măsurată în ohmi, iar valoarea sa poate fi calculată cu ajutorul formulei:

• R = (p * l) / S, unde
  p - rezistor rezistivitate de material (măsurată în (ohm * ^mm2) / m);
  l - lungimea rezistențelor (în metri);
  S - aria secțiunii transversale (în milimetri pătrați).

Cum de a lega o buclă parametrii?

Acum am ajuns aproape de fizica de funcționare a circuitului oscilant. De-a lungul timpului taxa pe plăcile condensatorului se schimbă conform ecuației diferențiale de ordinul doi.

Dacă rezolva această ecuație, aceasta presupune unele formule interesante care descriu procesele care au loc în circuit. De exemplu, o frecvență ciclică poate fi exprimată în termeni de capacitate și inductanță.

Cu toate acestea, formula cea mai simplă, care permite de a calcula multe necunoscute - ecuația Thomson (numit după fizicianul britanic William Thomson, care a adus-o în 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - între oscilațiilor electromagnetice,
  L și C - în consecință, inductanța bobinei circuitului oscilant și un element de circuit capacitate,
  n - numărul pi.

factor de calitate

Există o altă cantitate importantă care caracterizează conturul lucrării - factorul de calitate. Pentru a înțelege ce este, ar trebui să se refere la acest proces ca o rezonanță. Acest fenomen, în care amplitudinea devine puterea maximă la o valoare constantă, care este un suport de leagăn. Rezonanța poate explica cu un exemplu simplu: dacă începeți să împingă leagăn în ritmul frecvenței lor, acestea vor fi accelerate, iar „amplitudinea“ lor va crește. Dar, dacă nu împinge bate, ei vor încetini. La rezonanță, de multe ori se disipează o mulțime de energie. Pentru a putea calcula valoarea pierderii, am inventat un parametru, cum ar fi factorul de calitate. Este un coeficient egal cu raportul dintre energie, situată în sistem, pentru pierderile survenite în timpul unui ciclu în circuit.

factor de calitate de circuit se calculează conform formulei:

• Q = (w ₀ * W) / P, unde
  w ₀ - rezonanță frecvență unghiulară a oscilațiilor;
  W - energia stocată în sistemul de vibratoare;
  P - puterea disipată.

Acest parametru - adimensional, deoarece de fapt, arată raportul de energie: stocate pentru cheltuit.

Care este circuitul oscilant ideală

Pentru o mai bună înțelegere a proceselor din sistemul de fizica a venit cu așa-numitul circuit oscilant ideal. Acesta este un model matematic care reprezintă circuitul ca un sistem cu rezistență zero. În ea există oscilații armonice neamortizate. Acest model permite obținerea unui raport aproximativ parametri de circuit formula de calcul. Unul dintre acești parametri - energia totală:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

O astfel de simplificare accelera foarte mult calculele și permite evaluarea caracteristicilor circuitului cu caracteristici prestabilite.

Cum funcționează?

Toate oscilante Ciclul de funcționare a circuitului poate fi împărțit în două părți. Acum vom vedea exact procesele care au loc în fiecare parte.

• Primul condensator placa de fază, încărcat pozitiv, începe să se descarce, făcând curentul în circuit. În acest moment, curentul trece de la un rezultat pozitiv la o sarcină negativă, în timp ce trece prin bobina. Prin urmare, vibrațiile electromagnetice apar în circuit. Curentul care trece prin bobina, se deplasează într-o a doua placă și încarcă-l pozitiv (în timp ce primul electrod, care curent este mers, încărcat negativ).
• A doua etapă are loc procesul de vizavi. Curentul trece din placa pozitivă (care la început a fost negativ) la negativ, care trece din nou prin bobina. Și toate taxele cădea în loc.

Ciclul se repetă atâta timp cât condensatorul este încărcat. Într-un circuit rezonant ideală acest proces este infinit, iar pierderea de putere reală este inevitabilă datorită diferiților factori: incalzirea care se produce din cauza existenței rezistenței în circuitul (caldura Joule), și altele asemenea.

circuit design Intrupari

În plus față de simple circuite „bobina-condensator“ și „bobina-rezistor-condensator“, există și alte opțiuni, folosind ca un circuit de bază de oscilație. Acest lucru, de exemplu, un circuit paralel care este caracterizat prin aceea că există un circuit de elementul (deoarece așa cum există ea singur, ar fi un circuit serie și care a fost discutat în articol).

Există și alte tipuri de construcții, inclusiv diferitele componente electrice. De exemplu, este posibil să se conecteze la tranzistorul de rețea, care se va deschide și închide circuitul cu o frecvență egală cu frecvența de oscilație a circuitului. Astfel, sistemul va instala oscilații neamortizate.

În cazul în care se utilizează circuitul de oscilație?

Cel mai familiar pentru noi utilizarea componentelor circuitului - l electromagneți. Acestea, la rândul lor, sunt utilizate în sisteme de interfonie, motoare, senzori, și multe alte zone mai puțin convenționale. O altă aplicație - oscilator. De fapt, acesta este utilizarea a circuitului este foarte familiar pentru noi: în această formă, este folosit in cuptorul cu microunde pentru a crea valuri în comunicații mobile și fără fir pentru a transmite informații pe o distanță. Toate acestea se datorează faptului că oscilațiile undelor electromagnetice pot fi codificate în așa fel încât să fie posibilă transmiterea de informații pe distanțe lungi.

Inductor în sine poate fi folosit ca un element pentru transformator, două bobine cu număr diferit de înfășurări pot trece prin câmpul electromagnetic de încărcare a acestora. Dar, așa cum solenoizi caracteristici diferite, și cifrele actuale în cele două circuite, care sunt conectate la cele două inductanța va varia. Astfel, se poate converti de tensiune la curent, să zicem 220 de volți în curent cu o tensiune de 12 volți.

concluzie

Am detaliat principiul circuitului oscilant și fiecare parte separat. Am aflat că circuitul oscilant - un dispozitiv proiectat pentru a genera unde electromagnetice. Cu toate acestea, acest lucru este doar elementele de bază ale mecanicii complexe ale acestora, aparent elemente simple. Aflați mai multe despre complexitatea circuitului și a componentelor sale pot fi din literatura de specialitate.