Titreşim - Bu ... operasyonun ilkesidir

Salınım devresi, elektromanyetik salınımlar üretmek (yaratmak) için tasarlanmış bir cihazdır. Yaratılışından bugüne günümüze bilim ve teknolojinin birçok alanında; günlük hayattan, çeşitli ürün üreten büyük fabrikalara kadar birçok alanda kullanılmaktadır.

Nelerden oluşur?

Salınım devresi bir bobin ve bir yoğunlaştırıcıdan oluşur. Buna ek olarak, bir direnç (değişken rezistanslı bir eleman) da içerebilir. İndüktör (veya solenoid, bazen çağrıldığı şekilde), birkaç kat sargı sargısının sarılmış olduğu bir çubuktur ve kural olarak bakır teldir. Osilasyon devresinde salınımlar yaratan bu unsurdur. Ortadaki çubuk genellikle gaz veya çekirdek olarak adlandırılır ve bobine bazen solenoid denir.

Salınım devresinin sargısı, yalnızca depolanan bir şarj olduğunda salınımlar oluşturur. Akımı geçirirken bir şarj birikir ve bu da voltajın düştüğünü devreye verir.

Bobin tellerinin genellikle çok küçük bir direnci vardır ve bu daima sabit kalır. Salınım devresinin devresinde voltaj ve akım yoğunluğu çok sık değişir. Bu değişikliğin bazı matematik yasalarına tabidir:

• U = U ₀ * cos (w * (tt ₀ ), burada
  U, belirli bir tattaki voltajdır,
  U ₀ , t ₀ zamanındaki voltajdır,
  W elektromanyetik salınımların frekansıdır.

Devrenin diğer bir bütünleyici bileşeni elektrik kondansatörüdür. Bu, dielektrik ile ayrılmış iki plakadan oluşan bir elementtir. Tabakalar arasındaki tabakanın kalınlığı boyutlarından daha düşüktür. Bu tasarım dielektrik elektrik yükünde birikim yapmanızı sağlar, bu da bir zincir halinde verilebilir.

Bir kondansatör ile bir pil arasındaki fark, maddeleri bir elektrik akımının etkisi altında dönüştürmemesi, ancak bir elektrik alanındaki bir şarjın doğrudan birikmesi demektir. Böylece, bir kondansatör yardımıyla, bir kerede gönderilebilecek kadar büyük bir şarj biriktirebilirsiniz. Aynı zamanda devredeki mevcut güç de büyük ölçüde artar.

Ayrıca, salınım devresi bir başka elemandan oluşur: bir direnç. Bu elemanın direnci vardır ve devre içindeki akım ve voltajı kontrol etmek için tasarlanmıştır. Sabit voltajda direncin direncini arttırırsanız, o zaman Ohm kanununda akım azalacaktır:

• I = U / R, burada
  Ben amperum
  U gerilimdir,
  R direncidir.

İndüktör bobin

İndüktörün tüm inceliklerini yakından inceleyelim ve salınım devresindeki işlevini daha iyi anlayalım. Daha önce de söylediğimiz gibi, bu elemanın direnci sıfır eğilimi gösterir. Bu nedenle, bir DC linke bağlandığında kısa devre meydana gelecektir . Bununla birlikte, bobini alternatif akım devresine bağlarsanız, düzgün çalışır. Bu, elemanın alternatif akıma karşı direnç sağladığı sonucuna varmamızı sağlar.

Peki bu neden oluşur ve AC'de direnç nasıl oluşur? Bu soruyu cevaplamak için, kendiliğinden ortaya çıkma gibi bir olguyu ele almalıyız. Akım bobinden geçtikçe, içinde bir elektromıknatıs kuvveti (EMF) görünür ve bu da akımdaki değişikliğe engel oluşturur. Bu kuvvetin büyüklüğü iki faktöre bağlıdır: Bobinin indüktansı ve akımın zamana göre türevi. Matematiksel olarak, bu bağımlılık aşağıdaki denkleme göre ifade edilir:

• E = -L * I '(t), burada
  E EMF değeridir,
  L bobinin indüktans değeridir (her bobin için farklıdır ve sargı bobinlerinin sayısına ve kalınlıklarına bağlıdır),
  I '(t), akım gücünün zamana göre türevi (mevcut gücün değişim oranı)' dir.

Doğru akımın mukavemeti zamanla değişmez, bu nedenle hareket edince direnç ortaya çıkmaz.

Ancak alternatif akımla, tüm parametreleri sinüzoidal veya kosinüs kanunlarında sürekli değişir ve bu da bu değişiklikleri önleyen bir EMF'ye neden olur. Bu direnci indüksiyon denir ve aşağıdaki formülle hesaplanır:

• X _L = w * L, burada
  W, devrenin osilasyon frekansıdır,
  L - bobin endüktansı.

Solenoiddeki akım doğrusal olarak artar ve çeşitli yasalara göre azalır. Bu, bobine akım vermeyi durdurursanız, devre içerisinde bir süre şarj etmeye devam edeceğiniz anlamına gelir. Ve aynı anda akım beslemesi aniden kesilirse, şarjın bobinden çıkarılmaya ve çıkmaya çalışması nedeniyle bir darbe olacaktır. Bu, endüstriyel üretimde ciddi bir sorundur. Böyle bir etki (tamamen salınım devresi ile ilgili olmasa da), örneğin fişi prizden çekerken gözlemlenebilir. Aynı zamanda, böyle bir ölçekte bir kişiye zarar verebilecek bir kıvılcım sıçramıyor. Bunun nedeni, manyetik alanın hemen yok olmaması, ancak diğer iletkenlerde akımlar indükleyerek yavaş yavaş dağılmasından kaynaklanmaktadır. Endüstriyel ölçeklerde akım, normal 220 volttan çok daha büyüktür, bu nedenle devre kesildiğinde, üretim hattında bu yoğunluktaki kıvılcımlar, hem bitki hem de kişiye önemli zarar verebilir.

Bobin, salınım devresinin neyin temelini oluşturur. Seri bağlı solenoidlerin endüktansları eklenir. Sonra, bu öğenin yapısının tüm ayrıntılarına daha yakından bakacağız.

Endüktans nedir?

Osilatör devresinin sargısının indüktansı, akım kuvveti saniyede 1 A değiştiğinde devrede ortaya çıkan elektromotor kuvvete (voltaj) eşit sayısal bir indisdir. Solenoid bir doğru akım devresine bağlıysa, indüktansı bu akımın aşağıdaki formüle göre oluşturduğu manyetik alanın enerjisini tanımlamaktadır:

• W = (L * I2) / 2, burada
  W manyetik alanın enerjisidir.

Endüktans katsayısı birçok faktöre bağlıdır: solenoidin geometrisine, çekirdeğin manyetik karakteristiklerine ve telin bobin sayısına bağlı. Bu göstergenin diğer bir özelliği, değişkeninin üzerinde bulunduğu değişkenlerin negatif olamayacağı için her zaman pozitif olmasıdır.

İndüktans aynı zamanda bir iletkenin bir manyetik alanda enerji depolayan bir akımla mülkiyet olarak tanımlanabilir. Henry'de (Amerikan bilim adamı Joseph Henry'den sonra) ölçülür.

Solenoide ek olarak, salınım devresi bir kondensattan oluşur ve bu kondansatör daha sonra tartışılacaktır.

Elektrik Kapasitör

Salınım devresinin kapasitesi, elektrik kondansatörünün kapasitansı ile belirlenir. Görünümü hakkında yukarıda yazılmıştır. Şimdi içinde gerçekleşen süreçlerin fiziklerini analiz edelim.

Kondansatör plakaları bir iletkenden yapıldığı için, bunlardan bir elektrik akımı akabilir. Bununla birlikte, iki plaka arasında bir diğeri vardır: dielektrik (hava, ahşap veya yüksek dirençli diğer malzemeler olabilir.) Yükün telin bir ucundan diğer ucuna geçememesi nedeniyle, kapasitör plakaları üzerinde birikir ve böylece manyetik ve elektrik enerjisini arttırır Çevresindeki alanlar. Dolayısıyla, şarj bittiğinde, plakalarda biriken tüm elektrik devrelere aktarılmaya başlanır.

Her kondansatörün nominal gerilimi vardır, bu akımın çalışması için idealdir. Bu eleman, nominal gerilimden daha yüksek bir gerilimde uzun süre çalıştırılırsa, ömrü önemli ölçüde azaltılır. Osilatör devresinin kondansatörü, akımlardan sürekli etkilenir ve bu nedenle, onu seçerken çok dikkatli olmalısınız.

Konuşulan konvansiyonel kapasitörlere ek olarak, iyonistörler de var. Bu daha karmaşık bir unsur: pil ve kondansatör arasında çapraz olarak tanımlanabilir. Bir kural olarak, organik maddeler iyonistördeki dielektridir ve bunların arasında bir elektrolit bulunur. Birlikte, bu tasarımda geleneksel bir kapasitörden birkaç kat fazla enerji biriktiren bir çift elektrik katmanı oluşturuyorlar.

Kondansatörün kapasitansı nedir?

Kapasitör kapasitesi, kapasitör yükünün bulunduğu voltaja oranıdır. Bu değeri hesaplamak, matematiksel bir formül yardımıyla çok basit olabilir:

• C = (e ₀ * S) / d, burada
  E ₀ , dielektrik malzemenin permütasyonudur (tabular değer),
  S, kapasitör plakalarının alanıdır,
  D plakalar arasındaki mesafedir.

Kondansatörün kapasitansının plakalar arasındaki mesafeye bağımlılığı, elektrostatik indüksiyon fenomeni ile açıklanır: levhalar arasındaki mesafe ne kadar küçük olursa, (Coulomb yasasına göre) birbirlerini daha çok etkileyebilir, plakların yükü o kadar yüksek olur ve gerilim düşer. Ve gerilim düştükçe kapasitans artar çünkü aşağıdaki formülden de açıklanabilir:

• C = q / U, burada
  Q - coulomb'larda şarj edin.

Bu büyüklükteki birimler hakkında konuşmaya değer. Kapasiteler faradlarda ölçülür. 1 farad yeterince büyük bir miktardır, bu nedenle mevcut kondansatörler (ancak iyonizör değil), pikofarad cinsinden ölçülmüş (bir trilyon Faraday) bir kapasitansa sahiptirler.

rezistans

Salınım yapan devrede akım da devrenin direncine bağlıdır. Ve salınım devresinden (bobin, kondansatör) oluşan açıklanan iki elemanın yanı sıra üçüncü bir direnç vardır. Direniş yaratmaktan sorumludur. Direnç, bazı modellerde değiştirilebilen büyük dirence sahip olması nedeniyle diğer elemanlardan farklıdır. Osilasyon devresinde manyetik alanın gücünün regülatörü gibi davranır. Birkaç rezistörü seri veya paralel bağlamak mümkündür, böylece devre direnci artar.

Bu elementin direnci de sıcaklığa bağlıdır, bu yüzden devredeki çalışması için dikkatli olmalısın, çünkü geçerli olan ısı geçer.

Direnç direnci Ohm cinsinden ölçülür ve değeri aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

• R = (p * 1) / S, burada
  P, direnç maddesinin rezistivitesi (Ohm * mm2) / m cinsinden ölçülmüştür;
  L direncin uzunluğudur (metre cinsinden);
  S, kesit alanıdır (kare milimetre cinsinden).

Kontur parametrelerini nasıl ilişkilendirirsiniz?

Şimdi, salınım devresinin fizikine çok yaklaştık. Zamanla, kapasitör plakaları üzerindeki yük, ikinci mertebeden diferansiyel denklemlere göre değişir.

Bu denklemi çözersek, devrede meydana gelen süreçleri tanımlayan birkaç ilginç formül verir. Örneğin, çevrimsel frekans, kapasitans ve endüktans açısından ifade edilebilir.

Bununla birlikte, birçok bilinmeyen miktarı hesaplamamıza izin veren en basit formül, Thomson'un formülüdür (1853'te İngiliz fizikçisi William Thomson'tan almıştır):

• T = 2 * n * (L * C) ^1/2 .
  T elektromanyetik salınımların periyodudur,
  L ve C, sırasıyla, salınım devresinin sargısının endüktansı ve kontur elemanlarının kapasitesidir,
  N, pi'nin sayısıdır.

kalite faktörü

Devrenin işini karakterize eden önemli bir değer daha var - kalite faktörü. Bunun ne olduğunu anlamak için, rezonans gibi bir işleme dönmelidir. Bu olayın, osilasyonun koruduğu kuvvetin aynısı ile genlik maksimum olur. Rezonansın basit bir örnek olabileceğini açıklayın: Frekansı zamanında frekanslarıyla basmaya başlarsan hızlanır ve "genlik "leri artar. Ve eğer dokunmayınca, yavaşlarlar. Rezonansa gelince, çok fazla enerji dağılır. Kayıpların büyüklüğünü hesaplayabilmek için, Q faktörü gibi bir parametre ortaya çıktı. Sistemdeki enerjinin, bir devirde devrede meydana gelen kayıplara oranına eşit bir katsayıdır.

Kontur kalitesi aşağıdaki formülle hesaplanır:

• Q = (w ₀ * W) / P, burada
  W ₀ , salınımların rezonant döngüsel frekansıdır;
  W, salınım sisteminde depolanan enerjidir;
  P gevşetilen güçtür.

Bu parametre boyutsuz bir sayıdır, çünkü aslında depolanan enerjilerin harcanmış enerjiye oranını gösterir.

Ideal osilasyon devresi nedir

Bu sistemdeki işlemleri daha iyi anlamak için fizikçiler ideal bir salınım devresi deniyorlar . Bu, devreyi sıfır dirence sahip bir sistem olarak gösteren matematiksel bir modeldir. İçinde sönümsüz harmonik salınımlar oluşur. Böyle bir model, kontur parametrelerinin yaklaşık hesaplanması için formüller elde etmesini sağlar. Böyle bir parametre toplam enerjidir:

• W = (L * I2) / 2.

Bu gibi basitleştirmeler, hesaplamaları önemli ölçüde hızlandırır ve verilen parametrelerle zincirin özelliklerini değerlendirmemizi sağlar.

Nasıl işler?

Salınım devresinin tüm çevrimi iki kısma ayrılabilir. Şimdi her bölümde gerçekleşen süreçlere daha yakından bir göz atacağız.

• Birinci faz: pozitif yüklü kapasitör plakası boşalmaya başlar ve devreye bir akım verir. Şu anda, bir bobin içinden geçerken akım pozitif şarjdan negatif şarj durumuna geçer. Sonuç olarak devrede elektromanyetik salınımlar ortaya çıkar. Bobin içinden geçen akım ikinci plakaya geçer ve pozitif yükler (akımın bulunduğu birinci plaka negatif yüklenir).
• İkinci aşamada: doğrudan ters bir süreç var. Akım, pozitif plakadan (başlangıçta negatifti) negatife geçer ve bobin içinden geçer. Ve tüm masraflar yerine geçer.

Devir, kapasitör şarj edilene kadar tekrarlanır. İdeal bir salınım devresinde bu işlem sonsuza dek sürer ve gerçek hayatta, çeşitli faktörlerden dolayı enerji kayıpları kaçınılmazdır: Isıtma, devrede direnç (Joule ısısı) varlığı ve benzerleri nedeniyle.

Kontur tasarım seçenekleri

Basit "bobin kondansatörü" ve "bobin direnci-kondansatör" devrelerinin yanı sıra, osilatör devresini temel alan diğer değişkenler de vardır. Bu, örneğin, bir elektrik devresinin bir elemanı olarak var olması bakımından farklı olan paralel bir devredir (çünkü ayrı ayrı mevcutsa, bu makale içerisinde tartışılan sıralı bir zincir olacaktır).

Farklı elektrik bileşenleri de dahil olmak üzere diğer inşaat türleri de vardır. Örneğin, devreye salınım frekansına eşit bir frekansta devreyi açıp kapatan bir transistörü ağa bağlayabilirsiniz. Böylece, sönümsüz salınımlar sistemde kurulmuştur.

Osilatör devresi nerede uygulanır?

Kontur bileşenlerin en bilinen uygulaması elektromıknatıslardır. Bunlar sırasıyla, kapı kollarında, elektrik motorlarında, sensörlerde ve daha pek az yaygın alanlarda kullanılmaktadır. Başka bir uygulama osilatördür. Aslında, devrenin bu kullanımı bize çok aşinadır: Bu formda dalgalar yaratmak için mikrodalga fırında, bir mesafeden bilgi aktarmak için mobil ve radyo iletişiminde kullanılır. Tüm bunlar, elektromanyetik dalgaların salınımlarının, uzun mesafelerde bilgi iletmek mümkün olacak şekilde kodlanabilmesinden kaynaklanmaktadır.

kendisi transformatör için bir eleman olarak kullanılabilir Bobin, sargıların farklı sayıda iki bobin elektromanyetik alan aracılığıyla şarj geçebilir. Ancak değişir iki endüktans bağlı iki devresi ile özellikleri farklılık solenoidler ve mevcut şekiller gibi. Bu nedenle, tek bir 12 voltluk bir voltaj ile akım 220 volt, voltajı akıma dönüştürmek söyleyebiliriz.

Sonuç

Bu salınım devresi ilkesini ve ayrı ayrı her bir parçası ayrıntılı. elektromanyetik dalgaları üretmek için tasarlanmış bir cihaz - Biz salınım devresi öğrendik. Bununla beraber, bu karmaşık mekaniği, görünüşte basit elemanların sadece temelleri olduğunu. ihtisas literatüründen olabilir devrenin inceliklerini ve bileşenleri hakkında daha fazla bilgi edinin.