Sirkuit berosilasi - ini adalah ... Prinsip operasi

sirkuit berosilasi - perangkat untuk menghasilkan (menciptakan) dari osilasi elektromagnetik. Dari awal sampai sekarang digunakan di banyak daerah ilmiah dan teknologi mulai dari kehidupan sehari-hari ke pabrik-pabrik besar yang memproduksi produk yang sangat berbeda.

Dari apa itu terdiri?

Rangkaian osilasi termasuk kumparan dan kapasitor. Selain itu, ada juga dapat hadir resistor (resistensi variabel elemen). Induktor (atau solenoid, seperti yang kadang-kadang disebut) adalah batang yang gulungan yang luka beberapa lapisan, yang umumnya adalah kawat tembaga. Ini adalah elemen ini menciptakan osilasi dalam sirkuit osilasi. Sebuah bar, yang terletak di tengah, sering disebut choke, atau inti, dan kumparan kadang-kadang disebut solenoid.

berosilasi sirkuit kumparan menciptakan osilasi hanya jika biaya Tersimpan. Ketika melewati arus melalui itu, itu terakumulasi biaya yang kemudian memberikan ke sirkuit saat tegangan turun.

kabel koil umumnya memiliki resistansi yang sangat rendah, yang selalu tetap konstan. Rangkaian sirkuit osilasi sering terjadi perubahan tegangan dan arus listrik. Perubahan ini tunduk pada hukum matematika tertentu:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), di mana
  U - tegangan pada saat t,
  U ₀ - tegangan pada waktu t _0,
  w - frekuensi osilasi elektromagnetik.

komponen penting lain dari rangkaian tersebut adalah kapasitor listrik. Elemen ini terdiri dari dua lempeng yang dipisahkan oleh dielektrik. Ketebalan lapisan antara elektroda kurang dari ukuran mereka. Desain ini memungkinkan untuk mengakumulasi on-insulator muatan listrik, yang kemudian dapat kirim ke sirkuit.

Tidak seperti baterai kapasitor adalah bahwa tidak ada konversi zat oleh arus listrik, dan ada akumulasi langsung biaya dalam medan listrik. Dengan demikian, melalui kapasitor dapat cukup besar untuk mengumpulkan biaya, yang dapat diberikan sekaligus. Dalam hal ini, arus dalam sirkuit yang sangat meningkat.

Juga, sirkuit osilasi terdiri dari satu elemen yang lebih: resistor. Elemen ini memiliki ketahanan dan untuk mengendalikan arus dan tegangan di sirkuit. Jika pada tegangan konstan untuk meningkatkan ketahanan resistor, arus akan menurun hukum Ohm:

• I = U / R, di mana
  I - saat ini,
  U - tegangan,
  R - resistance.

induktor

Mari kita lihat lebih dekat semua rincian induktor dan lebih baik akan memahami fungsinya dalam rangkaian resonan. Seperti yang telah kami katakan, perlawanan dari elemen ini cenderung nol. Dengan demikian, ketika terhubung ke sirkuit DC akan terjadi hubungan arus pendek. Namun, jika kumparan terhubung ke sirkuit AC, bekerja dengan benar. Hal ini mengarah pada kesimpulan bahwa elemen memiliki ketahanan terhadap arus bolak-balik.

Tapi mengapa hal ini terjadi dan bagaimana resistensi terjadi ketika arus bolak-balik? Untuk menjawab pertanyaan ini kita perlu beralih ke fenomena induktansi diri. Dengan berlalunya arus kumparan di dalamnya terdapat sebuah gaya gerak listrik (EMF), yang menciptakan hambatan untuk perubahan saat ini. Besarnya gaya ini tergantung pada dua faktor: arus kumparan dan turunan terhadap waktu. Secara matematis, ketergantungan ini dinyatakan oleh persamaan:

• E = L * I '(t), di mana
  E - EMF,
  L - nilai induktansi dari kumparan (untuk setiap kumparan berbeda dan tergantung pada jumlah lilitan kumparan dan ketebalan mereka)
  Saya (t) - waktu turunan dari saat ini (tingkat perubahan saat ini).

DC Power dari waktu ke waktu tidak berubah, sehingga ketahanan bila terkena timbul.

Tapi di AC semua parameter yang terus berubah dalam hukum sinusoidal atau cosinus, menyebabkan gaya gerak listrik, yang mencegah perubahan ini. resistance tersebut disebut induksi dan dihitung dengan rumus:

• X _L = w * _L, di mana
  sirkuit osilasi frekuensi, - w
  L - induktansi dari kumparan.

Intensitas saat ini di solenoida meningkat secara linear dan menurun sesuai dengan hukum yang berbeda. Ini berarti bahwa jika Anda menghentikan aliran arus dalam kumparan, akan terus untuk beberapa waktu untuk memberikan muatan di sirkuit. Dan jika ini tiba-tiba mengganggu aliran arus, akan ditembak dari fakta bahwa biaya akan mencoba untuk keluar dan didistribusikan coil. Ini adalah - masalah serius dalam produksi industri. Efek ini (meskipun tidak sepenuhnya terkait dengan sirkuit osilasi) dapat diamati, misalnya, saat melepas steker dari soket. Dalam hal ini melompat percikan yang pada skala tertentu tidak dapat membahayakan seseorang. Hal ini karena fakta bahwa medan magnet tidak hilang segera, namun secara bertahap hilang, menginduksi arus di konduktor lainnya. Dalam skala industri kekuatan saat ini banyak kali lebih besar dari yang biasa kami 220 volt, sehingga gangguan dalam rantai produksi dapat menyebabkan percikan api seperti kekuatan yang akan menyebabkan banyak kerugian bagi kedua tanaman dan manusia.

Coil - adalah dasar dari yang dari mana sirkuit osilasi. Induktor solenoida termasuk berurutan menambahkan. Berikutnya, kita melihat lebih dekat pada semua rincian dari struktur elemen.

Apa induktansi?

Induktansi kumparan sirkuit berosilasi - merupakan parameter individu yang secara numerik sama dengan gaya gerak listrik (dalam volt), yang terjadi dalam rangkaian ketika variasi arus 1 A selama 1 detik. Jika solenoid terhubung ke sirkuit DC, induktansi menggambarkan energi dari medan magnet, yang diciptakan oleh arus ini dengan rumus:

• W = (L * I ²⁾ / 2, di mana
  W - energi medan magnet.

koefisien induktansi tergantung pada banyak faktor: geometri dari solenoid, karakteristik magnetik inti dan jumlah kumparan kawat. Fitur lain dari indikator ini adalah bahwa hal itu selalu positif, karena variabel yang tergantung, tidak bisa negatif.

induktansi juga dapat didefinisikan sebagai properti konduktor dengan menyimpan energi saat ini dalam medan magnet. Hal ini diukur dalam Henry (dinamai ilmuwan Amerika Dzhozefa Genri).

Selanjutnya solenoid sirkuit osilasi terdiri dari kapasitor, yang akan dibahas selanjutnya.

kapasitor listrik

Kapasitansi ditentukan oleh rangkaian osilator kapasitansi listrik kapasitor. Penampilannya yang telah ditulis di atas. Sekarang Mari kita periksa fisika dari proses yang terjadi di dalamnya.

Karena pelat kapasitor terbuat dari konduktor, maka dapat mengalir arus listrik. Namun, di antara dua lempeng adalah kendala. Insulator (mereka dapat udara, kayu atau bahan lainnya dengan resistensi yang tinggi Karena kenyataan bahwa tuduhan tidak bisa bergerak dari satu ujung kawat yang lain, ada akumulasi ke pelat kapasitor sehingga meningkatkan kekuatan magnet dan listrik. ladang di sekitar itu. dengan demikian, pada penghentian muatan hasil semua listrik akumulasi di piring, mulai ditularkan ke sirkuit.

Setiap kapasitor memiliki tegangan dinilai, optimal untuk operasi. Jika Anda lama untuk mengeksploitasi elemen pada tegangan yang lebih tinggi daripada nominal, seumur hidup sangat berkurang. Kapasitor dari rangkaian osilasi terus dipengaruhi oleh arus dan oleh karena itu ketika dipilih harus sangat berhati-hati.

Selain kapasitor konvensional, yang dibahas, ada juga lapisan ganda listrik kapasitor. Ini adalah elemen yang lebih kompleks: itu dapat digambarkan sebagai persilangan antara baterai dan kapasitor. Biasanya, dielectric di listrik kapasitor lapisan ganda adalah zat organik, antara yang merupakan elektrolit. Bersama-sama mereka menciptakan lapisan ganda listrik, yang memungkinkan untuk mengakumulasi dalam desain ini pada kali lebih banyak energi daripada kapasitor konvensional.

Apa kapasitas kapasitor?

Kapasitansi dari kapasitor adalah rasio muatan kapasitor untuk tegangan di mana ia berada. Menghitung nilai ini bisa sangat sederhana dengan bantuan rumus matematika:

• C = (e ₀ * S) / d, dimana
  e ₀ - konstanta dielektrik dari bahan dielektrik (nilai tabel)
  S - luas pelat kapasitor,
  d - jarak antara pelat.

Ketergantungan kapasitansi dari kapasitor pada jarak antara elektroda dijelaskan oleh fenomena induksi elektrostatik kurang dari jarak antara pelat, semakin mereka saling mempengaruhi (coulomb), semakin besar elektroda biaya dan kurang stres. Dan ketika nilai tegangan meningkat kapasitas, karena dapat juga digambarkan dengan rumus berikut:

• C = q / U, di mana
  q - muatan dalam coulomb.

Hal ini untuk berbicara tentang unit pengukuran kuantitas ini. Kapasitansi diukur dalam farad. 1 farad - nilai yang cukup besar, sehingga kapasitor yang ada (tidak supercapacitors) telah kapasitansi diukur dalam picofarads (1/1000000000000 farad).

hambat

Arus dalam rangkaian resonan juga tergantung pada ketahanan sirkuit. Dan selain dua elemen yang dijelaskan yang membentuk rangkaian berosilasi (coil, kapasitor), ada ketiga - sebuah resistor. Dia bertanggung jawab untuk menciptakan drag. Resistor berbeda dari unsur-unsur lain dalam hal ini memiliki resistensi yang tinggi, yang dapat bervariasi dalam beberapa model. Sirkuit resonan ia melakukan fungsi kontrol kekuatan medan magnet. Hal ini dimungkinkan untuk menghubungkan beberapa resistor secara seri atau paralel, sehingga meningkatkan ketahanan sirkuit.

Hambatan dari elemen ini juga tergantung pada suhu, sehingga perawatan harus diambil untuk bekerja di sirkuit, karena dipanaskan selama aliran arus.

Resistensi diukur dalam ohm, dan nilainya dapat dihitung dengan rumus:

• R = (p * l) / S, di mana
  p - bahan resistivitas resistor (diukur dalam (ohm * mm ²⁾ / m);
  l - panjang resistor (dalam meter);
  S - luas penampang (dalam milimeter persegi).

Cara mengikat parameter loop?

Sekarang kita telah datang dekat dengan fisika operasi dari rangkaian osilasi. Seiring waktu muatan pada pelat kapasitor berubah sesuai dengan persamaan diferensial orde kedua.

Jika Anda menyelesaikan persamaan ini, itu berarti beberapa rumus yang menarik yang menggambarkan proses yang terjadi di sirkuit. Sebagai contoh, frekuensi siklik dapat dinyatakan dalam hal kapasitansi dan induktansi.

Namun, rumus yang paling sederhana yang memungkinkan untuk menghitung banyak diketahui - persamaan Thomson (dinamai fisikawan Inggris William Thomson, yang membawanya pada tahun 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - antara osilasi elektromagnetik,
  L dan C - sesuai, induktansi dari rangkaian kumparan osilasi dan elemen kapasitansi sirkuit,
  n - jumlah pi.

faktor kualitas

Ada kuantitas penting mencirikan kontur pekerjaan - faktor kualitas. Dalam rangka untuk memahami apa itu, Anda harus merujuk pada proses ini sebagai resonansi. Fenomena ini, di mana amplitudo menjadi daya maksimum pada nilai konstan, yang merupakan dukungan ayunan. Resonansi dapat menjelaskan dengan contoh sederhana: jika Anda mulai mendorong ayunan dengan ketukan frekuensi mereka, mereka akan dipercepat, dan mereka "amplitudo" akan meningkat. Tapi jika Anda tidak mendorong beat, mereka akan memperlambat. Pada resonansi, sering menghilang banyak energi. Agar dapat menghitung nilai kerugian, kami menemukan parameter seperti faktor kualitas. Ini adalah koefisien sama dengan rasio energi, yang terletak di sistem, kerugian terjadi selama satu siklus di sirkuit.

faktor kualitas sirkuit dihitung dengan rumus:

• Q = (w ₀ * W) / P, di mana
  w ₀ - resonansi frekuensi sudut osilasi;
  W - energi yang tersimpan dalam sistem bergetar;
  P - disipasi daya.

Parameter ini - berdimensi sejak benar-benar menunjukkan rasio energi: Disimpan untuk menghabiskan.

Apa sirkuit osilasi yang ideal

Untuk pemahaman yang lebih baik dari proses dalam sistem fisika datang dengan apa yang disebut sirkuit berosilasi ideal. Ini adalah model matematika yang mewakili sirkuit sebagai sistem dengan nol hambatan. Di dalamnya ada undamped harmonik osilasi. Model ini memungkinkan untuk mendapatkan parameter sirkuit rumus perhitungan perkiraan. Salah satu parameter ini - total energi:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

penyederhanaan seperti sangat mempercepat perhitungan dan memungkinkan untuk mengevaluasi karakteristik sirkuit dengan karakteristik yang telah ditetapkan.

Bagaimana cara kerjanya?

Semua berosilasi siklus operasi sirkuit dapat dibagi menjadi dua bagian. Sekarang kita akan melihat persis proses yang terjadi di setiap bagian.

• Pertama kapasitor pelat fase, bermuatan positif, mulai debit, rendering saat ini di sirkuit. Pada titik ini, saat berjalan dari positif ke muatan negatif, saat melewati kumparan. Akibatnya, getaran elektromagnetik terjadi di sirkuit. arus yang melalui kumparan, bergerak ke piring kedua dan membebankannya positif (sedangkan elektroda pertama, yang saat ini berjalan, bermuatan negatif).
• Tahap kedua berlangsung proses langsung berlawanan. Arus melewati dari plat positif (yang pada mulanya adalah negatif) ke negatif, melewati lagi melalui kumparan. Dan semua biaya jatuh ke tempatnya.

Siklus ini diulang selama kapasitor terisi. Dalam rangkaian resonansi yang ideal proses ini tak terbatas, dan hilangnya kekuatan yang sesungguhnya tidak bisa dihindari karena berbagai faktor: pemanasan yang terjadi karena adanya perlawanan di sirkuit (panas Joule), dan sejenisnya.

desain sirkuit perwujudan

Selain sirkuit sederhana "coil-kapasitor" dan "coil-resistor-kapasitor", ada pilihan lain, menggunakan sebagai rangkaian dasar osilasi. Ini, misalnya, rangkaian paralel yang dicirikan bahwa ada rangkaian elemen (karena seperti yang ada saja, itu akan menjadi rangkaian seri dan dari yang dibahas dalam artikel).

Ada juga jenis lain dari konstruksi, termasuk berbagai komponen listrik. Sebagai contoh, adalah mungkin untuk terhubung ke transistor jaringan yang akan membuka dan menutup sirkuit dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi osilasi dari sirkuit. Dengan demikian, sistem akan menginstal undamped osilasi.

Di mana sirkuit osilasi digunakan?

Yang paling akrab bagi kita penggunaan komponen sirkuit - itu elektromagnet. Mereka, pada gilirannya, digunakan dalam sistem interkom, motor, sensor, dan banyak daerah kurang konvensional lainnya. aplikasi lain - osilator. Bahkan, itu adalah penggunaan sirkuit ini sangat akrab bagi kita: dalam bentuk ini, digunakan dalam microwave untuk menciptakan gelombang dalam komunikasi mobile dan nirkabel untuk mengirimkan informasi jarak jauh. Semua ini adalah karena fakta bahwa osilasi gelombang elektromagnetik dapat dikodekan sedemikian rupa bahwa itu akan mungkin untuk mengirimkan informasi jarak jauh.

Induktor itu sendiri dapat digunakan sebagai elemen untuk transformator, dua kumparan dengan nomor yang berbeda dari gulungan dapat melewati medan elektromagnetik biaya mereka. Tapi seperti solenoida karakteristik berbeda, dan tokoh-tokoh saat ini di dua sirkuit, yang terhubung ke dua induktansi akan bervariasi. Dengan demikian, seseorang dapat mengubah tegangan arus, mengatakan 220 volt arus dengan tegangan 12 volt.

kesimpulan

Kami rinci prinsip rangkaian berosilasi dan setiap bagian secara terpisah. Kami belajar bahwa rangkaian berosilasi - perangkat yang dirancang untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik. Namun, ini hanya dasar-dasar mekanika kompleks ini, tampaknya unsur-unsur sederhana. Pelajari lebih lanjut tentang seluk-beluk sirkuit dan komponen-komponennya dapat dari literatur khusus.