Tvoření, Věda
Oscilační obvod - to je ... Princip fungování
Oscilační obvod - zařízení pro generování (vytvoření) elektromagnetických oscilací. Od svého vzniku až po současnost se používá v mnoha oblastech vědy a techniky od každodenního života až po velké továrny vyrábějí značně odlišné výrobky.
Z čeho se skládá?
Oscilační obvod obsahuje cívku a kondenzátor. Kromě toho může být také přítomný odpor (proměnný odpor prvek). Induktor (nebo elektromagnet, jak je někdy nazýván) je tyč, na kterém jsou vinutí navinuto několik vrstev, což je obecně měděný drát. Je to prvek vytváří oscilace v oscilačního obvodu. Bar, který se nachází ve středu, často nazýván tlumivka, nebo jádro, a cívka je někdy nazýván solenoid.
oscilační obvod cívky vytváří oscilace pouze, pokud je uložen náboj. Při průchodu proudu přes to, že se hromadí náboj, který pak dává do obvodu při poklesu napětí.
dráty spirálové mají obecně velmi nízký odpor, který vždy zůstává konstantní. Obvod oscilačního obvodu se často vyskytuje změnu napětí a jmenovité hodnoty proudu. Tato změna musí být splněny určité matematických zákonů:
- U = U 0 * cos (w * (tt 0), kde
U - napětí na čase t,
U 0 - napětí v čase t 0,
w - frekvence elektromagnetické kmity.
Další základní složkou obvodu je elektrický kondenzátor. Tento prvek sestává ze dvou desek, které jsou od sebe odděleny dielektrikem. Tloušťka vrstvy mezi elektrodami je menší než jejich velikosti. Tato konstrukce umožňuje, aby se hromadí na izolátoru elektrický náboj, který pak můžete poslat do obvodu.
Na rozdíl od kondenzátoru baterie je, že neexistuje žádná přeměna látek elektrického proudu, a existuje přímá akumulace náboje v elektrickém poli. Tak, přes kondenzátor může být dostatečně velká, aby hromadit náboj, který může být daný najednou. V tomto případě je proud v obvodu je značně zvýšil.
Také oscilačního obvodu je tvořena z více jednoho prvku: odpor. Tento prvek má odpor a pro ovládání proudu a napětí v obvodu. -Li při konstantním napětí ke zvýšení odporu rezistoru, bude aktuální sníží o Ohmův zákon:
- I = U / R, kde
I - proud,
U - napětí,
R - odpor.
induktor
Pojďme se blíže podívat na všechny podrobnosti o cívky a lépe porozumí jeho funkci v rezonančního obvodu. Jak jsme již uvedli, je odpor tohoto prvku blíží nule. Tedy, když je připojen k obvodu DC by dojít ke zkratu. Nicméně, v případě, že cívka připojena k obvodu střídavého proudu, to funguje správně. To vede k závěru, že prvek má odolnost proti střídavý proud.
Ale proč se to děje a jak odpor nastane, když střídavý proud? Chcete-li odpovědět na tuto otázku, musíme se obrátit k fenoménu vlastní indukčnosti. S průchodem proudu cívkou v něm je elektromotorická síla (EMF), která vytváří překážku pro současnou změnu. Velikost této síly závisí na dvou faktorech: cívky proudu a derivátů v závislosti na čase. Matematicky tato závislost je vyjádřena rovnicí:
- E = L * I ‚(t), kde
E - EMF,
L - indukčnost hodnota cívky (pro každé cívky je různý a závisí na počtu závitů cívek a jejich tloušťky)
I ‚(t) - časové odvození aktuální (aktuální rychlosti změny).
DC v průběhu času se nemění, takže jeho odporu, když je vystavena vzniknout.
Ale v AC všechny jeho parametry se neustále mění v sinusové nebo cosinus práva, což elektromotorickou sílu, která zabraňuje těmto změnám. Takový odpor se nazývá indukce a vypočítá podle vzorce:
- X L = w * L, kde
w - frekvence oscilačního obvodu,
L - indukční cívky.
Intenzita proudu v elektromagnetu lineárně zvyšuje a snižuje v závislosti na různých zákonů. To znamená, že pokud se zastavil tok proudu v cívce, bude to ještě nějakou dobu pokračovat, čímž se náboj v obvodu. A je-li to náhle přeruší tok proudu, tam bude střílet z toho, že poplatek se bude snažit dostat ven a být distribuovány cívku. To je - vážný problém v průmyslové výrobě. Tento účinek (i když ne úplně v souvislosti s oscilační obvod), lze pozorovat, například při vyjímání zástrčky ze zásuvky. V tomto případě přeskočí jiskra, která v takovém měřítku nemůže poškodit osobu. Je to způsobeno tím, že magnetické pole není okamžitě zmizí, ale postupně se rozptýlí, indukuje proud v jiných vodičů. V průmyslovém měřítku je aktuální síla je mnohonásobně větší než naše obvyklé 220 voltů, takže přerušení výrobního řetězce může dojít k jiskření takovou sílu, která způsobí velké škody jak na rostliny a mužem.
Coil - je základem toho, ze kterého oscilačního obvodu je. Induktor uvedených solenoidy postupně přidá. Dále jsme se blíže podívat na všechny podrobnosti o struktuře tohoto prvku.
Co je to indukce?
Indukčnost cívky oscilační obvod - je individuální parametr, který je číselně roven elektromotorické síly (ve voltech), který se vyskytuje v obvodu, kdy aktuální varianta 1 A po dobu 1 sekundy. Pokud je elektromagnet připojený k obvodu stejnosměrného proudu, indukčnost popisuje energii magnetického pole, který je vytvořen v tomto proudu podle vzorce:
- W = (L * I 2) / 2, kde
W - energetické pole magnetické.
indukčnost koeficient závisí na mnoha faktorech: geometrii solenoidu, magnetických vlastností jádra a počtu závitů drátu. Dalším rysem tohoto ukazatele je, že je vždy pozitivní, protože proměnné, na nichž záleží, nemůže být záporná.
Indukčnost může být také definována jako vlastnost vodiče s aktuálním zásobu energie v magnetickém poli. Měří se v Henry (pojmenoval podle amerického vědce Dzhozefa Genri).
Dále solenoid oscilačního obvodu se skládá z kondenzátoru, které budou diskutovány dále.
elektrický kondenzátor
Kapacita je určena oscilačního obvodu kapacitní elektrického kondenzátoru. Jeho vzhled byl napsán výše. Nyní Zkoumejme fyziku procesů, které se vyskytují v něm.
Vzhledem k tomu, že desky kondenzátoru jsou vyrobeny z vodiče, pak to může protékat elektrický proud. Nicméně, mezi oběma deskami je překážka. Izolátor (mohou být vzduch, dřeva nebo jiného materiálu s vysokou odolností Vzhledem k tomu, že náboj se nemůže pohybovat z jednoho konce drátu na druhý, dochází ke kumulaci, aby deskami kondenzátoru tím zvyšuje magnetickou a elektrickou energii. pole kolem ní. Tak při ukončení vsázky probíhá veškeré elektrické energie nahromaděné na desky, začíná být předány do obvodu.
Každý kondenzátor má jmenovité napětí, optimální pro jeho provoz. Toužíte-li využít tohoto prvku při napětí vyšší, než je nominální, životnost je značně snížena. Kondenzátor oscilačního obvodu je neustále ovlivňován proudy, a proto při výběru by měl být velmi opatrní.
Kromě klasických kondenzátorů, které byly diskutovány, jsou zde i elektrické kondenzátory dvouvrstvé. Jedná se o složitější prvek: to může být popsán jako kříž mezi baterií a kondenzátoru. Typicky je dielektrikum v elektrických kondenzátorů dvouvrstvých jsou organické látky, mezi které je elektrolyt. Spolu vytvářejí elektrickou dvojitou vrstvou, která umožňuje akumulovat se v tomto provedení na více energie než konvenční kondenzátor.
Jaká je kapacita kondenzátoru?
Kapacita kondenzátoru je poměr nabití kondenzátoru na napětí, při kterém se nachází. Výpočet této hodnoty mohou být velmi jednoduché s pomocí matematického vzorce:
- C = (e 0 * S) / d, kde
e 0 - dielektrická konstanta z dielektrického materiálu (tabulková hodnota)
S - plocha desky kondenzátoru,
d - je vzdálenost mezi deskami.
Závislost kapacitance kondenzátoru na vzdálenost mezi elektrodami se vysvětluje jev elektrostatického indukce je menší než vzdálenost mezi deskami, tím více se vzájemně ovlivňují (coulomb), tím větší je nabíjecí elektrody a méně stresu. A když hodnota napětí pro zvyšování kapacity, protože může být také popsán následujícím vzorcem:
- C = Q / U, kde
q - poplatek za coulombs.
Je mluvit o jednotkách měření této veličiny. Kapacita se měří v farads. 1 Farad - dostatečně vysokou hodnotu, takže existující kondenzátory (není superkondenzátory) mají kapacitní měřena v picofarads (jeden bilióntině farad).
odpor
Proud v rezonančního obvodu závisí také na odpor obvodu. A kromě těchto dvou popsaných prvků, které tvoří oscilační obvod (cívka, kondenzátor), tam je třetí - odpor. On je zodpovědný za vytváření táhnout. Odpor se liší od ostatních prvků, v tom, že má vysokou odolnost, které se mohou měnit v některých modelech. Rezonanční obvod že provádí funkci řízení výkonu magnetického pole. Je možné připojit několik odporů v sérii nebo paralelně, čímž se zvyšuje odpor obvodu.
Odpor tohoto prvku závisí také na teplotě, proto je třeba dbát na její práci v obvodu, protože je během průchodu proudu zahřívá.
Odpor je měřen v ohmech, a jeho hodnota se může vypočítat pomocí vzorce:
- R = (p * l) / S, kde
p - materiál odpor odpor (měřeno v (ohm * mm 2) / m);
l - délka odporů (v metrech);
S - průřez (v milimetrech čtverečních).
Jak uvázat parametry smyčky?
Nyní jsme se dostali blízko k fyzice fungování oscilačního obvodu. V průběhu doby nabíjení na kondenzátorových deskách se mění podle druhého řádu diferenciální rovnice.
Máte-li řešit tuto rovnici, to znamená, některé zajímavé vzorce popisující procesy, které se vyskytují v okruhu. Například, cyklický frekvence může být vyjádřena z hlediska kapacity a indukčnosti.
Nicméně, nejvíce jednoduchý vzorec, který umožňuje vypočítat mnoho neznámých - Thomson rovnice (pojmenoval podle britského fyzik William Thomson, který ji přivedl v roce 1853):
- T = 2 * f * (L * C) 1/2.
T - mezi elektromagnetických oscilací,
L a C - podle toho, indukčnost kmitavého obvodu cívky a kapacitance obvodu prvku,
n - počet pí.
činitel jakosti
Tam je další důležitá veličina charakterizující obrys práce - faktor kvality. Abychom pochopili, co to je, měli byste se podívat na tento proces jako rezonance. Tento jev, ve kterých je amplituda bude maximální výkon na konstantní hodnotě, která je oporou houpačka. Rezonance může vysvětlit na jednoduchém příkladu: pokud začnete tlačit houpačka do rytmu jejich četnosti, budou urychleny a jejich „amplituda“ zvýší. Ale pokud nechcete tlačit rytmus, budou zpomalit. Při rezonanci často rozptýlí spoustu energie. Aby bylo možné vypočítat hodnotu ztráty, jsme vymysleli parametr, jako je faktor kvality. Jedná se o koeficient roven poměru energie, nacházející se v systému, ztrát, které nastanou během jednoho cyklu v obvodu.
Kvalita obvod faktor se vypočte podle vzorce:
- Q = (w 0 * W) / P, kde
w 0 - rezonanční úhlové frekvence kmitů;
W - energie uložená ve vibračním systému;
P - ztrátový výkon.
Tento parametr - bezrozměrné, neboť ve skutečnosti ukazuje poměr energie: skladování vyhořelého.
Jaký je ideální oscilační obvod
Pro lepší pochopení procesů v systému fyziky přišel s tzv ideální oscilačního obvodu. To je matematický model představující obvod jako systému s nulovým odporem. V něm jsou netlumené harmonické kmity. Tento model umožňuje získat přibližnou parametry výpočtu vzorec obvodu. Jedním z těchto parametrů - celkové energie:
- W = (L * I 2) / 2.
Takové zjednodušení značně urychlit výpočty a umožňují vyhodnotit vlastnosti obvodů s přednastavenými vlastnostmi.
Jak to funguje?
Všechny oscilační pracovní cyklus okruh může být rozdělen do dvou částí. Nyní budeme vidět přesně ty procesy probíhající v každé části.
- První fáze-destička kondenzátoru, nabitý kladně, začne vybíjet, čímž proud v obvodu. V tomto bodě je proud klesne z pozitivního na negativní náboje, při průchodu cívkou. V důsledku toho, elektromagnetické kmity se vyskytují v okruhu. Proud procházející cívkou, dojde k posunu na druhou desku a nabíjí kladně (zatímco první elektrodě, což je proud šel, záporně nabité).
- Druhá fáze probíhá přímo opačný proces. Proud prochází od kladné desce (která na začátku byla negativní) na negativní, procházející opět přes cívky. A všechny poplatky zapadne na své místo.
Tento cyklus se opakuje tak dlouho, dokud se kondenzátor je nabitá. V ideálním rezonančního obvodu je tento proces je nekonečný, a skutečná ztráta výkonu je nevyhnutelná v důsledku různých faktorů: zahřívání, ke kterému dochází v důsledku existence odporu v obvodu (Joule tepla), a podobně.
Provedení obvodů
Kromě jednoduchých obvodů „cívky-kondenzátoru“ a „coil-rezistor-kondenzátor“, existují i jiné možnosti, přičemž jako základ oscilační obvod. To je například paralelní obvod, který se vyznačuje tím, že je prvek obvod (protože, jak existuje sám, bylo by to sériový obvod, a která byla popsána v článku).
Existují i jiné typy konstrukce, včetně různých elektrických komponentů. Například, je možné připojit k síti tranzistoru, který se otevře a uzavře obvod s frekvencí rovnající se frekvence kmitání obvodu. To znamená, že systém bude instalovat netlumené oscilace.
Používá-li se oscilačního obvodu?
Nejvíce známe použití komponentů okruhu - to elektromagnety. Oni, podle pořadí, se používají v systémy domácího, motory, senzory, a mnoho jiných méně běžných oblastech. Další aplikace - oscilátor. Ve skutečnosti, to je použití obvodu je velice známe: v této podobě, to je používáno v mikrovlnné troubě k vytváření vln v mobilní a bezdrátové komunikace pro přenos informací do vzdálenosti. To vše je způsobeno tím, že oscilace elektromagnetických vln může být kódován takovým způsobem, že bude možné předávat informace na velké vzdálenosti.
Induktor sám může být používán jako prvek pro transformátor, dvě cívky s různým počtem vinutí může projít elektromagnetického pole svůj náboj. Ale jak elektromagnety vlastnosti se liší, a aktuálních čísel v obou obvodech, které jsou připojeny ke dvěma indukčnosti budou lišit. Tak, jeden může konvertovat napětí na proud, řekněme 220 voltů proud s napětím 12 voltů.
závěr
podrobně jsme zásadu oscilačního obvodu a každá část samostatně. Zjistili jsme, že oscilační obvod - zařízením určeným pro generování elektromagnetických vln. Nicméně, toto je jen základy komplexní mechaniky těchto zdánlivě jednoduchých prvků. Přečtěte si více o složitosti obvodu a jeho složek mohou být z odborné literatury.
Similar articles
Trending Now