Nihajni krog - to je ... Princip delovanja

Nihajni krog - napravo za generiranje (ustvarjanje) elektromagnetnih nihanj. Od svojih začetkov do danes se uporablja v številnih znanstvenih in tehnoloških področjih, ki segajo od vsakdanjega življenja do velikih tovarn, ki proizvajajo zelo različne izdelke.

Od kaj to sestavlja?

Nihanje vezje vključuje tuljavo in kondenzator. Poleg tega lahko pride tudi sedanji upor (spremenljiv upor element). Tuljavo (ali elektromagnet, kot ga včasih imenujemo) je palica, na katerih navitja navita več plasti, ki na splošno je A bakrena žica. To je ta element povzroča nihanja v nihajni krog. Bar, ki se nahaja v sredini, pogosto imenovana zaduši, ali jedro, in tuljavo včasih imenujemo elektromagneta.

Vezje tuljave nihajoče ustvari nihanje le, če je shranjena stroške. Pri prehodu toka skozi to, da kopiči dajatev, ki potem daje na vezju, ko napetost pade.

tuljava žice imajo na splošno zelo nizek upor, ki vedno ostane konstantna. krog nihanja krog pogosto pride do spremembe v napetosti in jakosti. Ta sprememba je pod določenimi matematičnimi zakoni:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), kjer je
  U - napetost v času t,
  U ₀ - napetost v času t _0,
  W - frekvenčni elektromagnetna nihanja.

Druga bistvena sestavina vezje je električni kondenzator. Ta element je sestavljen iz dveh plošč, ki sta ločeni z dielektrik. Debelina sloja med elektrodama je manjša od njihove velikosti. Ta oblika omogoča, da se kopičijo na izolatorju električni naboj, ki ga lahko potem pošljete na vezje.

Za razliko od kondenzator baterija je, da ni pretvorba snovi, ki jih električni tok, in obstaja neposredna kopičenje brezplačno v električnem polju. Tako je preko kondenzatorja lahko biti dovolj velika, da se kopičijo dajatev, ki jih je mogoče dati naenkrat. V tem primeru je tok v tokokrogu močno povečala.

Prav tako je nihanje vezje, ki ga sestavljajo še en element: upor. Ta element je upor in za nadzor toka in napetosti v vezju. Če pri konstantni napetosti se poveča upor upor, bo sedanji zmanjšala za Ohmov zakon:

• I = U / R, kadar
  I - tok,
  U - napetost,
  R - odpornost.

Induktor

Oglejmo bližje pogled na vse podrobnosti v tuljavi in bolje razume svojo funkcijo v resonančno vezje. Kot smo že dejali, upornost tega elementa nagiba k nič. Tako, ko je priključen na enosmerni strani bi prišlo do kratkega stika. Vendar, če je tuljava priključena na izmenični, da deluje pravilno. To vodi do zaključka, da ima element odpornost na izmenični tok.

Ampak zakaj se to dogaja in kako upor se zgodi, ko izmenični tok? Da bi odgovorili na to vprašanje, moramo obrniti na pojav Samoindukcija. S prehodom toka skozi tuljavo v njem pa je električna sila (EMF), ki ustvarja oviro za sedanje spremembe. Obseg te sile je odvisna od dveh dejavnikov: toka skozi tuljavo in derivata z ozirom na čas. Matematično je ta odvisnost izrazimo z enačbo:

• E = -L * I '(t), kjer je
  E - EMF,
  L - induktivnost vrednost tuljavo (za vsako tuljavo je različna in je odvisna od števila ovojev tuljav in njihove debeline)
  I '(t) - časovnega odvoda električnega toka (trenutno stopnjo spremembe).

DC Power over času se ni spremenilo, tako da svoje odpornosti, kadar je izpostavljen pojavijo.

Toda na AC vsi njegovi parametri se nenehno spreminja v sinusno ali kosinusa prava, ki povzročajo elektromotorne sile, ki preprečuje te spremembe. Tak odpor se imenuje indukcija in izračuna po formuli:

• _XL = w * _L, kjer je
  W - frekvenca nihanja vezje,
  L - induktivnost tuljave.

Trenutna intenzivnost v elektromagnet linearno povečuje in zmanjšuje v skladu z različnimi zakoni. To pomeni, da če ste prenehali tok v tuljavi, bo še nekaj časa, da je naboj v tokokrogu. In če je ta nenadoma prekine tok, da bo streljal iz dejstva, da bo strošek poskusite priti ven in se razdeli tuljavo. To je - resen problem v industrijski proizvodnji. lahko opazimo ta učinek (čeprav ni povsem povezan s nihajni krog), na primer pri odstranjevanju vtič iz vtičnice. V tem primeru preskoči iskra, ki v takšnem obsegu ne škodi osebi. To je posledica dejstva, da se magnetno polje ni takoj izgine, vendar postopoma razpršila, ki inducira tokove v drugih vodnikov. V industrijskem merilu trenutna moč je veliko krat večja od naših običajnih 220 voltov, tako da lahko prekinitev v proizvodni verigi povzroči Sparks takšno silo, ki bo povzročilo veliko škode tako za rastline in človeka.

Tuljava - je temelj, iz katere je nihanje vezje. Indukcijska vključeni elektromagneti zaporedno dodal. Nato smo si pobliže ogledali vse podrobnosti o strukturi tega elementa.

Kolikšna je induktivnost?

Induktivnost tuljave nihajni krog - je posameznik parameter, ki je številčno enaka elektromotorne sile (v voltih), ki se pojavi v tokokrogu, ko tok variacija 1 A 1 sekundo. Če je solenoid priključen na enosmerni strani, njeno induktivnost opisuje energijo magnetnega polja, ki ga ustvarja ta tok s formulo:

• W = (L * I ²⁾ / 2, kjer je
  W - energija magnetnega polja.

induktivnost koeficient je odvisna od številnih faktorjev: geometrijo elektromagneta, magnetnih lastnosti jedra in števila ovojev žice. Druga značilnost tega kazalnika je, da je vedno pozitivna, saj so spremenljivke, na katerih je odvisen, ne more biti negativna.

Induktivnost se lahko opredeli tudi kot premoženja vodnika s trenutno trgovino energije v magnetnem polju. Meri se v Henry (imenovan po ameriškem znanstveniku Dzhozefa Genri).

Poleg elektromagnetni nihanje vezje sestoji iz kondenzatorja, ki bodo opisane v nadaljevanju.

električni kondenzator

Kapacitivnost se določi glede na nihajni krog kapacitivnosti električni kondenzator. Njen videz je bilo napisano zgoraj. Zdaj Oglejmo fizike procesov, ki se pojavljajo v njem.

Ker se kondenzator plošče iz dirigent, potem lahko teče električni tok. Vendar pa je med obema ploščama je ovira. Izolator (ki jih je lahko zrak, lesa ali drugega materiala z visoko odpornostjo Glede na to, da pristojbina ne more premakniti iz enega konca žice na drugi strani pa je kopičenje je na ploščah kondenzatorja tako povečuje magnetno in električno energijo. polja okoli njega. Tako je ob prenehanju dajatve nadaljuje vse električne energije, ki se nabira na ploščah, začne se pošljejo vezje.

Vsak kondenzator ima nazivno napetost, optimalno za svoje delovanje. Če ste dolgo, da izkoristi element pri napetosti, višji od nominalne, se življenjska doba močno zmanjša. Kondenzator na nihajni krog se nenehno vpliva tokov in s tem, ko naj bi bilo izbrano zelo previdni.

Poleg običajnih kondenzatorjev, ki se je razpravljalo, obstajajo tudi električne dvojne plasti kondenzatorjev. To je bolj kompleksen element: lahko opišemo kot predložku med akumulatorjem in kondenzator. Značilno je, da dielektrično v električne dvojne plasti kondenzatorjev so organske snovi, med katerima je elektrolit. Skupaj ustvarjajo električno dvojno plast, ki omogoča, da se kopičijo v tem oblikovanja na krat več energije kot konvencionalne kondenzator.

Kakšna je kapaciteta kondenzatorja?

Kapaciteta kondenzatorja je razmerje med brezplačno kondenzator na napetost, na kateri se nahaja. Izračun te vrednosti lahko zelo enostavno s pomočjo matematične formule:

• C = (E ₀ * S) / d, pri čemer
  e ₀ - dielektrično konstanto dielektričnega materiala (tabelarni vrednost)
  S - površina ploščah kondenzatorja,
  d - razdalja med ploščama.

Odvisnost kapacitivnosti kondenzatorja na razdaljo med elektrodama je mogoče razložiti s pojavom elektrostatičnega indukcije je manjši od razdalje med ploščama, bolj vplivajo drug proti drugemu (Coulombov), večja elektrode polnjenja in manj stresa. In ko napetost vrednost povečanje zmogljivosti, saj lahko tudi opišemo z naslednjo formulo:

• C = Q / U, kadar
  q - naboj v Coulombih.

Treba je govoriti o merskih enot, te količine. Kapacitivnost se meri v faradi. 1 farad - dovolj veliko vrednost, da obstoječi kondenzatorji (ne Supercapacitors) imajo kapacitivnost izmerjena v pikofaradih (en trillionth Farad).

upor

Tok v resonančno vezje je odvisna tudi od upornosti tokokroga. In poleg obeh opisanih elementov, ki tvorijo nihajni krog (tuljava, kondenzator), obstaja še tretja - upor. Odgovoren je za ustvarjanje upora. Upor se razlikuje od drugih elementov, ki ima visoko odpornost, ki se lahko spreminja v nekaterih modelih. Resonančno vezje opravlja funkcijo upravljanja moči magnetnega polja. Možno je priključiti več uporov zaporedno ali vzporedno, s čimer se poveča odpornost vezja.

Odpornost tega elementa je odvisna tudi od temperature, zato je treba paziti, da svoje delo v krog, ker se segreje v času prehoda toka.

Upornost se meri v ohmih in njegova vrednost se lahko izračuna po naslednji formuli:

• R = (p * l) / S, pri čemer
  p - materiala upornost upora (merjeno v (ohm * ^mm2) / m);
  l - dolžina uporov (v metrih);
  S - prerez (v kvadratnih milimetrih).

Kako tie zanko parametre?

Zdaj smo prišli blizu fizike delovanja nihajnega kroga. Sčasoma naboj na ploščah kondenzatorja spreminja glede na drugega reda diferencialnih enačb.

Če ste rešili to enačbo, to pomeni nekaj zanimivih formul, ki opisujejo procese, ki se pojavljajo v krog. Na primer, lahko ciklična frekvenca, izražena v smislu kapacitivnosti in induktivnosti.

Vendar pa je najbolj preprosta formula, ki omogoča izračun številne neznanke - Thomson enačba (poimenovana po angleški fizik William Thomson, ki jo je prinesel leta 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - med elektromagnetnimi nihanji,
  L in C - zato induktivnost tuljave nihajni krog in elementom kapacitivnosti vezja,
  n - število pi.

kakovost faktor

Obstaja pa še ena pomembna količina, ki označuje obris dela - faktor kakovosti. Da bi razumeli, kaj to je, bi morali sklicevati na ta proces kot resonanco. Ta pojav, pri katerem amplituda postane največjo moč na konstantni vrednosti, ki je podpora gugalnica. Resonance mogoče razložiti s preprostim primerom: če začnete push gugalnico v ritmu njihove pogostosti, bo treba pospešiti, in njihova "amplituda", se bo povečala. Ampak, če ne potisnete utrip, bodo upočasnili. V resonanci, pogosto razblini veliko energije. Da bi lahko izračunali vrednost izgube, smo izumili parameter kot dejavnik kakovosti. To je koeficient enak razmerju energije, ki se nahajajo v sistemu, da izgubami v enem ciklu v vezju.

Kakovost vezje faktor izračuna po naslednji formuli:

• Q = (w = ₀ * W) / P, kjer je
  w ₀ - resonančne vrtilne frekvence nihanja;
  W - energija shranjena v sistemu vibracijskega;
  P - izgube moči.

Ta parameter - dimenzije, saj dejansko prikazuje razmerje energije: Shranjena za porabljen.

Kakšna je idealna nihajni krog

Za boljše razumevanje procesov v sistemu fizike prišel s tako imenovano idealno nihajnega kroga. To je matematični model predstavlja Vezje sistem z ničelno odpornost. V njej so nedušeno nihanje. Ta model omogoča, da se dobi parametre vezja približen izračun formule. Eden od teh parametrov - celotne energije:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Taka poenostavitev močno pospešili izračune in pustimo, da se ovrednoti značilnosti vezja z vnaprej značilnosti.

Kako deluje?

Vse niha Delovni cikel vezje lahko razdelimo na dva dela. Zdaj bomo videli natanko procese, ki potekajo v vsakem delu.

• Prva faza plošča kondenzatorja, napolnjen pozitivno, začne odvajanje, zaradi česar toka v tokokrogu. Na tej točki, trenutno gre od pozitivnega do negativnega naboja, medtem ko skozi tuljavo. Zato elektromagnetni vibracije pojavijo v vezju. Toka skozi tuljavo, da se preseli v drugo ploščo in jo zaračuna pozitivno (ker prve elektrode, ki tok je hodil, negativno zaračuna).
• Druga faza traja dodaj nasproti proces. Sedanji prehaja od pozitivnega plošče (ki je v začetku je bil negativen), v negativni, še enkrat skozi tuljavo. In vsi stroški padejo na svoje mesto.

Cikel se ponovi, dokler se kondenzator napolnjen. V idealnem resonančno vezje ta proces je neskončna in dejanska izguba moči neizogibna posledica različnih dejavnikov: segrevanja, ki nastane zaradi obstoja upornosti v vezju (Joule toplote), in podobno.

Oblikovanje izvedbe vezje

Poleg preprostih vezij "tuljave-kondenzator" in "coil-upor-kondenzator", obstajajo tudi druge možnosti, ki uporabljajo kot podlaga nihajni krog. To, na primer, vzporedni vezje, ki je označen s tem, da je element vezje (ker saj obstaja sama, bi bilo zaporedni vezavi in ki je bila obravnavana v članku).

Obstajajo tudi druge vrste gradnje, vključno z različnih električnih komponent. Na primer, je mogoče povezati z tranzistor omrežja, ki se odpira in zapira vezje s frekvenco, ki je enaka frekvenci nihanja vezja. Tako bo sistem namestiti dušeno nihanje.

Kadar se uporablja nihanje vezje?

Najbolj znan nam uporaba sestavnih delov vezja - to elektromagneti. Ti, po drugi strani, se uporabljajo v interkom sistemov, motorjev, senzorjev, in mnogih drugih manj običajnih območjih. Druga aplikacija - oscilator. Dejstvo je, da je uporaba vezja je zelo pozna, da nas: v tej obliki, se uporablja v mikrovalovni pečici, da ustvarjajo valove na mobilne in brezžične komunikacije za prenos podatkov na razdalji. Vse to je posledica dejstva, da se nihanje elektromagnetnih valov lahko kodirane na tak način, da bo mogoče prenašati podatke na dolge razdalje.

Indukcijska sam se lahko uporablja kot element za transformator, lahko dva navitja z različnim številom ovojev skozi elektromagnetno polje svoj naboj. Ampak kot elektromagneti značilnosti razlikujejo, in tekočih podatkov v dveh krogov, ki so povezani z dvema induktivnosti bodo razlikovale. Tako lahko pretvorite napetosti toka, recimo 220 voltov v tok z napetostjo 12 voltov.

zaključek

podrobno smo načelo nihajnega kroga in vsak del posebej. Izvedeli smo, da nihajnega kroga - napravo za ustvarjanje elektromagnetne valove. Vendar pa je to le osnove zapletenih mehanike teh, na videz preprostih elementov. Več o zapletenosti vezja in njegovih komponent lahko iz strokovne literature.