Circuit oscil·lant - això és ... El principi de funcionament

Circuit oscil·lant - un dispositiu per generar (creant) d'oscil·lacions electromagnètiques. Des de la seva creació fins a l'actualitat s'utilitza en moltes àrees científiques i tecnològiques que van des de la vida quotidiana fins a grans fàbriques que produeixen productes molt diferents.

En què consisteix?

El circuit d'oscil·lació inclou una bobina i un condensador. A més, també pot estar present resistència (element de resistència variable). Un inductor (o solenoide, com de vegades es diu) és una vareta en el qual els debanats s'enrotllen diverses capes, que en general és un filferro de coure. És aquest element crea oscil·lacions en el circuit oscil·latori. Un bar, situat al mig, sovint anomenat estrangulador, o nucli, i la bobina de vegades es diu un solenoide.

bobina de circuit oscil·lant crea oscil·lacions només si Càrrega emmagatzemada. En passar un corrent a través d'ell, s'acumula una càrrega que dóna llavors al circuit quan la tensió cau.

cables de la bobina en general, tenen una resistència molt baixa, que sempre es manté constant. El circuit de circuit d'oscil·lació sovint es produeix canvi en el voltatge i l'amperatge. Aquest canvi està subjecta a certes lleis matemàtiques:

• O = O ₀ * cos (w * (tt _0), on
  T - voltatge en el temps t,
  T ₀ - Tensió en el temps t _0,
  oscil·lacions electromagnètiques de freqüència - w.

Un altre component essencial del circuit és un condensador elèctric. Aquest element consisteix en dues plaques que estan separats per un dielèctric. El gruix de la capa entre els elèctrodes és menor que la seva grandària. Aquest disseny permet acumular càrrega elèctrica sobre aïllant, que després es pot enviar al circuit.

bateria de condensadors diferència és que no hi ha conversió de substàncies pel corrent elèctric, i hi ha una acumulació directe de la càrrega en un camp elèctric. Per tant, mitjançant el condensador pot ser prou gran per acumular la càrrega, que es pot donar a la vegada. En aquest cas, el corrent en el circuit s'incrementa en gran mesura.

A més, el circuit d'oscil·lació es compon d'un element més: una resistència. Aquest element té una resistència i per controlar el corrent i el voltatge en el circuit. Si a una tensió constant per augmentar la resistència de la resistència, el corrent disminuirà per la llei d'Ohm:

• I = U / R, on
  I - actual,
  T - voltatge,
  R - resistència.

inductor

Anem a fer una ullada més de prop a tots els detalls de l'inductor i el millor entendran la seva funció en el circuit ressonant. Com hem dit, la resistència d'aquest element tendeix a zero. Per tant, quan es connecta a un circuit de corrent continu es produiria un curtcircuit. No obstant això, si la bobina connectada al circuit de corrent altern, funciona correctament. Això porta a la conclusió que l'element té una resistència al corrent altern.

Però per què passa això i com la resistència es produeix quan un corrent altern? Per respondre a aquesta pregunta hem de recórrer al fenomen de l'autoinducció. Amb el pas del corrent de la bobina en la qual hi ha una força electromotriu (EMF), que crea un obstacle per al canvi actual. La magnitud d'aquesta força depèn de dos factors: el corrent de bobina i la derivada respecte al temps. Matemàticament, aquesta dependència s'expressa per l'equació:

• E = L * I '(t), on
  I - CEM,
  L - valor de la inductància de la bobina (per a cada bobina és diferent i depèn del nombre de debanats de les bobines i el seu gruix)
  I '(t) - derivada en el temps de la (taxa de canvi actual) actual.

Alimentació de CC amb el temps no es canvia, de manera que la seva resistència quan s'exposen a sorgir.

Però a la CA de tots els seus paràmetres estan canviant constantment en una llei sinusoïdal o cosinus, causant força electromotriu, que evita aquests canvis. Tal resistència es diu inducció i calcula per la fórmula:

• X _L = w * _L, on
  circuit d'oscil·lació de freqüència, - w
  L - inductància de la bobina.

La intensitat de corrent en el solenoide lineal augmenta i disminueix d'acord a diferents lleis. Això vol dir que si s'atura el flux de corrent en la bobina, que continuarà durant algun temps per donar la càrrega en el circuit. I si això interromp bruscament el flux de corrent, no es rodarà a partir del fet que la càrrega va a tractar de sortir i ser distribuïts bobina. Això és - un greu problema en la producció industrial. Aquest efecte (encara que no totalment relacionat amb el circuit d'oscil·lació) es pot observar, per exemple, en retirar l'endoll de la presa. En aquest cas es salta l'espurna que en una escala tal, no pot fer mal a una persona. És a causa del fet que el camp magnètic no desapareix immediatament, però es va dissipar poc a poc, la inducció de corrents en altres conductors. En una escala industrial la intensitat del corrent és moltes vegades més gran que els nostres habituals de 220 volts, per la qual cosa la interrupció en la cadena de producció pot causar espurnes tal força que farà molt de mal a la planta i l'home.

Coil - és la base que a partir de la qual el circuit d'oscil·lació és. afegir Inductor solenoides inclosos seqüencialment. A continuació, fem una ullada més de prop a tots els detalls de l'estructura d'aquest element.

Quina és la inductància?

Inductància bobina circuit oscil·lant - és un paràmetre individual que és numèricament igual a la força electromotriu (en volts), que es produeix en un circuit quan la variació de corrent d'1 A durant 1 segon. Si el solenoide està connectat a un circuit de corrent continu, la seva inductància descriu l'energia d'un camp magnètic, que es crea per aquest corrent per la fórmula:

• W = (L * I ²⁾ / 2, on
  W - l'energia del camp magnètic.

coeficient d'inductància depèn de molts factors: la geometria del solenoide, les característiques magnètiques del nucli i del nombre de bobines de filferro. Una altra característica d'aquest indicador és que és sempre positiva, perquè les variables de les que depèn, no poden ser negatius.

La inductància també es pot definir com una propietat d'un conductor amb una energia de botiga actual en un camp magnètic. Es mesura en Henry (anomenat així pel científic americà Dzhozefa Genri).

A més circuit d'oscil·lació de solenoide consisteix en un condensador, que es discutirà més endavant.

condensador elèctric de

Capacitància es determina pel circuit d'oscil·lador de capacitat elèctrica del condensador. El seu aspecte s'ha escrit anteriorment. Examinem ara la física dels processos que ocorren en ell.

Atès que les plaques del condensador estan fets d'un conductor, llavors pot fluir corrent elèctric. No obstant això, entre les dues plaques és obstacle. Aïllador (que pot ser aire, fusta o un altre material amb una alta resistència a causa del fet que la càrrega no pot desplaçar-se d'un extrem del filferro a l'altra, hi ha una acumulació a les plaques del condensador per tant augmenta el poder magnètic i elèctric. camps al voltant d'ella. per tant, a l'acabament de la càrrega procedeix tota l'electricitat acumulada en les plaques, comença a ser transmesa al circuit.

Cada condensador té una tensió nominal, òptima per al seu funcionament. Si el que vol és explotar l'element a una tensió superior a la nominal, el temps de vida es redueix considerablement. El condensador del circuit oscil·lant està constantment afectada pels corrents i per tant quan es selecciona ha de ser molt acurat.

A més dels condensadors convencionals, que van ser discutides, també hi ha elèctrics condensadors de doble capa. Aquest és un element més complex: pot ser descrit com un encreuament entre una bateria i un condensador. Normalment, el dielèctric en condensadors elèctrics de doble capa són substàncies orgàniques, entre les quals és un electròlit. Junts creen una capa doble elèctrica, que permet acumular en aquest disseny, de vegades més energia que un condensador convencional.

Quina és la capacitat d'un condensador?

Capacitància del condensador és la relació de la càrrega del condensador a un voltatge en què es troba. Calcular aquest valor pot ser molt senzilla amb l'ajuda d'una fórmula matemàtica:

• C = (i ₀ * S) / d, on
  i ₀ - constant dielèctrica del material dielèctric (valor tabular)
  S - àrea de les plaques del condensador,
  d - la distància entre les plaques.

La dependència de la capacitància del condensador de la distància entre els elèctrodes s'explica pel fenomen de la inducció electrostàtica és menor que la distància entre les plaques, tant més s'afecten entre si (coulomb), més gran és la elèctrodes de càrrega i menys estrès. I quan el valor de la tensió dels augments de la capacitat, ja que també pot ser descrita per la següent fórmula:

• C = q / O, on
  q - la càrrega en coulombs.

És parlar de les unitats de mesura d'aquesta quantitat. La capacitància es mesura en farads. 1 farad - valor suficientment gran, de manera condensadors existents (no supercondensadors) tenen una capacitància mesura picofaradios (un farad bilionèsima).

resistor

El corrent en el circuit ressonant també depèn de la resistència del circuit. I a més dels dos elements descrits que formen un circuit oscil·lant (bobina, el condensador), hi ha una tercera - una resistència. És el responsable de la creació d'arrossegament. Resistor difereix dels altres elements en què té una alta resistència, que es poden variar en alguns models. El circuit ressonant que realitza la funció de control de potència del camp magnètic. És possible connectar diverses resistències en sèrie o en paral·lel, augmentant així la resistència del circuit.

La resistència d'aquest element també depèn de la temperatura, així que s'ha de tenir cura al seu treball en el circuit, ja que s'escalfa durant el pas del corrent.

La resistència es mesura en ohms, i el seu valor es pot calcular usant la fórmula:

• R = (p * l) / S, on
  p - resistència de la resistivitat del material (mesurat en (ohm * ^mm2) / m);
  l - longitud dels resistors (en metres);
  S - àrea de la secció (en mil·límetres quadrats).

Com lligar un paràmetres del bucle?

Ara hem arribat a prop de la física de funcionament del circuit oscil·latori. Amb el temps la càrrega de les plaques del condensador canvia d'acord amb l'equació diferencial de segon ordre.

Si resol aquesta equació, implica algunes fórmules interessants que descriuen els processos que tenen lloc en el circuit. Per exemple, una freqüència cíclica es pot expressar en termes de la capacitància i la inductància.

No obstant això, la fórmula més simple que permet calcular les incògnites - equació de Thomson (anomenat així pel físic britànic William Thomson, qui la va portar a 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - entre les oscil·lacions electromagnètiques,
  L i C - en conseqüència, la inductància de la bobina de circuit oscil·lant i un element de circuit de capacitància,
  n - el nombre pi.

factor de qualitat

Hi ha una altra quantitat important caracteritzar el contorn de l'obra - el factor de qualitat. Per tal d'entendre el que és, vostè ha de fer referència a aquest procés com una ressonància. Aquest fenomen, en què l'amplitud es converteix en la potència màxima a un valor constant, que és un suport d'oscil·lació. La ressonància pot explicar amb un exemple senzill: si vostè comença a empènyer el gronxador al ritme de la seva freqüència, que seran accelerats, i el seu "amplitud" s'incrementaran. Però si no col·loca el ritme, van a reduir la velocitat. A la ressonància, sovint es dissipa una gran quantitat d'energia. Per tal de ser capaç de calcular el valor de la pèrdua, vam inventar un paràmetre tal com el factor de qualitat. És un coeficient igual a la relació de l'energia, que es troba en el sistema, a les pèrdues que es produeixen durant un cicle en el circuit.

factor de qualitat del circuit es calcula segons la fórmula:

• Q = (w ₀ * W) / P, on
  w ₀ - ressonància freqüència angular de les oscil·lacions;
  W - l'energia emmagatzemada en el sistema de vibració;
  P - dissipació de potència.

Aquest paràmetre - adimensional posat en realitat mostra la relació d'energia: Es guarda per gastat.

Quin és el circuit oscil·lant ideals

Per a una millor comprensió dels processos en el sistema de la física va tenir la crida circuit oscil·lant ideal. Aquest és un model matemàtic que representa el circuit com un sistema amb resistència zero. En ella hi ha oscil·lacions no esmorteïdes. Aquest model permet obtenir un paràmetres del circuit de càlcul fórmula aproximada. Un d'aquests paràmetres - l'energia total:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Tal simplificació accelerar en gran manera els càlculs i permetre per avaluar les característiques de circuits amb característiques predefinides.

Com funciona?

Tot el cicle de funcionament del circuit oscil·lant es pot dividir en dues parts. Ara anem a veure exactament els processos que tenen lloc en cada part.

• El primer condensador de placa de fase, carregat positivament, comença a descarregar-se, fent que el corrent en el circuit. En aquest punt, el corrent va des d'un positiu a una càrrega negativa, mentre que passa a través de la bobina. En conseqüència, les vibracions electromagnètiques es produeixen en el circuit. corrent que passa a través de la bobina, es mou a una segona placa i el carrega positivament (mentre que el primer elèctrode, el qual el corrent es camina, negativament carregada).
• La segona fase es porta a terme procés directament oposada. El corrent passa des de la placa positiva (que en el principi era negatiu) a negatiu, passant de nou a través de la bobina. I tots els càrrecs cauen al seu lloc.

El cicle es repeteix mentre es carrega el condensador. En un circuit ressonant ideals aquest procés és infinita, i la pèrdua de potència real és inevitable a causa de diversos factors: l'escalfament que es produeix a causa de l'existència de la resistència en el circuit (calor Joule), i similars.

disseny de circuits realitzacions

A més de circuits simples "la bobina-condensador" i "bobina-resistència-condensador", hi ha altres opcions, utilitzant com un circuit de base d'oscil·lació. Això, per exemple, un circuit en paral·lel que es caracteritza en que hi ha un circuit d'elements (perquè, tal com ha sol, seria un circuit en sèrie i dels quals es discuteix en l'article).

També hi ha altres tipus de construcció, incloent els diversos components elèctrics. Per exemple, és possible connectar-se a la xarxa de transistor d'obrir i tancar el circuit amb una freqüència igual a la freqüència d'oscil·lació del circuit. D'aquesta manera, el sistema s'instal·larà oscil·lacions no esmorteïdes.

Quan s'utilitzi el circuit d'oscil·lació?

La més familiar per a nosaltres l'ús dels components del circuit - és electroimants. Ells, al seu torn, s'utilitzen en sistemes d'intercomunicació, motors, sensors, i moltes altres àrees menys convencionals. Una altra aplicació - oscil·lador. De fet, és l'ús del circuit és molt familiar per a nosaltres: en aquesta forma, s'utilitza al microones per crear ones en la comunicació mòbil i sense fils per transmetre informació a una distància. Tot això es deu al fet que les oscil·lacions de les ones electromagnètiques poden ser codificats de tal manera que sigui possible la transmissió d'informació a través de llargues distàncies.

Inductor en si pot ser utilitzat com un element per al transformador, dues bobines amb diferent nombre de debanats pot passar a través del camp electromagnètic al seu càrrec. Però com solenoides característiques difereixen, i figures actuals en els dos circuits, que estan connectats als dos inductància variarà. Així, es pot convertir voltatge de corrent, per exemple 220 volts en corrent amb un voltatge de 12 volts.

conclusió

Detallem el principi del circuit oscil·lant i cada part per separat. Hem après que el circuit oscil·lant - un dispositiu dissenyat per a generar ones electromagnètiques. No obstant això, això és només el bàsic de la complexa mecànica d'aquests, aparentment elements simples. Més informació sobre les complexitats del circuit i els seus components poden ser de la literatura especialitzada.