Circuíto oscilante - este é ... O principio de funcionamento

circuíto oscilante - un dispositivo para a xeración de (creando) de oscilacións electromagnéticas. Dende a súa creación ata a actualidade é usado en moitas áreas científicas e tecnolóxicas que van desde a vida diaria para grandes fábricas que producen produtos moi diferentes.

De que consiste?

O circuíto de oscilación inclúe unha bobina e un condensador. Ademais, hai tamén pode estar presente resistencia (elemento de resistencia variable). Un indutor (ou solenoide, por veces se chama) é unha hasta sobre a que os enrolamentos son enrolados en varias capas, que xeralmente é un fío de cobre. Este elemento crea oscilacións no circuíto oscilatorio. Un bar, situado no medio, moitas veces chamado de estrangulamento, ou núcleo, ea bobina ás veces é chamado un solenoide.

bobina circuíto oscilante crea oscilacións só se carga almacenada. Cando pasa unha corrente a través del, que acumula unha carga que, a continuación, dá ao circuíto cando a voltaxe cae.

arames de bobina teñen, xeralmente, unha resistencia moi baixa, o que segue sendo sempre constante. O circuíto de circuíto de oscilación moitas veces ocorre cambio na voltaxe e amperagem. Este cambio está suxeita a certas leis matemáticas:

• L = L ₀ * cos (W * (TT _0), onde
  U - tensión no tempo t,
  U ₀ - Tensión no tempo t _0,
  oscilacións electromagnéticas de frecuencia - w.

Outro compoñente esencial do circuíto é un condensador eléctrico. Este elemento consta de dúas placas, que son separados por un dieléctrico. O espesor da capa entre os electrodos é menos que o seu tamaño. Este proxecto permite a acumular carga eléctrica sobre illante, que pode entón enviar ao circuíto.

Ao contrario da batería condensador é que non hai ningunha conversión de substancias pola corrente eléctrica, e hai unha acumulación directa da carga nun campo eléctrico. Así, a través do capacitor pode ser grande abondo para acumular a carga, que pode ser dada dunha vez. Neste caso, a corrente no circuíto é moito maior.

Ademais, o circuíto de oscilación é formado por un elemento: un resistor. Este elemento ten unha resistencia e para controlar a corrente e tensión no circuíto. Se nunha tensión constante para aumentar a resistencia do resistor, a cadea ha diminuír a lei de Ohm:

• I = L / R, onde
  I - actual,
  U - tensión,
  R - resistencia.

indutor

Imos dar un ollo en todos os detalles do indutor eo mellor vai entender a súa función no circuíto ressonante. Como xa se dixo, a resistencia deste elemento tende a cero. Así, cando conectado a un circuíto DC ía ocorrer curtocircuítos. Con todo, se a bobina ligada ao circuíto de AC, funciona correctamente. Isto leva á conclusión de que o elemento ten unha resistencia á corrente alterna.

Pero por que isto está a suceder e como resistencia ocorre cando unha corrente alterna? Para responder a esta pregunta, cómpre volver o fenómeno da auto-indución. Co paso da corrente da bobina en que hai unha forza electromotriz (EMF), que crea un obstáculo para o cambio actual. A magnitude desta forza depende de dous factores: a cadea da bobina ea derivada respecto ao tempo. Matematicamente, esta dependencia é expresada pola ecuación:

• E = L * I '(t), onde
  E - EMF,
  L - valor da indutancia da bobina (para cada bobina é diferente e depende do número de enrolamentos das bobinas e o seu grosor)
  I '(t) - derivada temporal do (taxa de cambio actual) actual.

Poder DC ao longo do tempo non cambia, polo que a súa resistencia cando expostos a xurdir.

Pero polo AC todos os seus parámetros están cambiando constantemente nunha lei sinusoidal ou coseno, causando forza electromotriz, que impide que estas modificacións. Tal resistencia chámase inducción e calculada pola fórmula:

• X _G = w * _L, onde
  circuíto de oscilación de frecuencia, - w
  L - indutancia da bobina.

A intensidade de corrente no solenoide lineal aumenta e diminúe de acordo coas leis diferentes. Isto quere dicir que, se deixar o fluxo de corrente na bobina, que vai continuar por moito tempo para dar a carga no circuíto. E se isto deter abruptamente o fluxo de corrente, non será filmado a partir do feito de que a carga vai saír e distribución bobina. Isto é - un problema serio na produción industrial. pode ser observado o efecto (aínda que non exclusivamente relacionado co circuíto de oscilación), por exemplo, ao eliminar a ficha da toma. Neste caso salta a faísca que nunha escala tal non pode prexudicar unha persoa. É debido ao feito de que o campo magnético non desaparece inmediatamente, pero gradualmente disipado, inducindo correntes en outros condutores. Nunha escala industrial a forza actual é moitas veces maior que os nosos habituais 220 voltios, de xeito que a interrupción da cadea de produción pode causar chispas tal forza que vai causar unha serie de danos tanto para a planta eo home.

Coil - é a base de que a partir do cal o circuíto de oscilación é. Indutor solenoides incluídos secuencialmente engadidos. Logo, imos dar un ollo en todos os detalles da estrutura deste elemento.

Cal é a indutancia?

bobina de indutancia do circuíto oscilante - é un parámetro individual que é numericamente igual á forza electromotriz (en voltios), que ocorre nun circuíto cando a variación de corrente de 1 durante 1 segundo. Se o solenoide está conectado a un circuíto de corrente continua, a indutancia describe a enerxía dun campo magnético, que é creado por esta corrente pola fórmula:

• W = (L * I ²⁾ / 2, onde
  W - a enerxía do campo magnético.

coeficiente de indutancia depende de varios factores: a xeometría do solenoides, as características magnéticas do núcleo e do número de espiras de fío. Outra característica deste indicador é que é sempre positiva, porque as variables de que depende, non pode ser negativo.

A indutancia tamén pode ser definida como unha propiedade dun condutor cunha almacenar enerxía actual nun campo magnético. É medida en Henry (en homenaxe ao científico estadounidense Dzhozefa Genri).

Ademais, o circuíto de oscilación solenoide consiste nun condensador, o cal será discutido máis adiante.

capacitor eléctrico

Capacitancia é determinada polo circuíto oscilador de capacitancia eléctrica condensador. A súa aparencia foi escrito anteriormente. Agora imos examinar a física dos procesos que teñen lugar nel.

Xa que os sinais do condensador están feitos dun condutor, entón pode fluír a corrente eléctrica. Con todo, entre as dúas placas é obstáculo. O illante (que pode ser aire, madeira ou outro material con alta resistencia Debido ao feito de que a carga non poden moverse de unha extrema do fío para o outro, hai unha acumulación para as placas do condensador aumenta, así, a forza magnética e eléctrica. campos en torno a ela. Así, no término de carga prosegue toda a electricidade acumulada nas placas, comeza a ser transmitida ao circuíto.

Cada condensador ten unha tensión nominal, óptima para o seu funcionamento. Se ten tempo para explorar o elemento a unha tensión máis elevada que o valor nominal, o tempo de vida é moi reducida. O capacitor do circuíto de oscilación é constantemente afectada por correntes e, polo tanto, cando seleccionado debe ter moito coidado.

Ademais de condensadores convencionais, que foron discutidos, hai tamén eléctricos condensadores de dobre capa. Este é un elemento máis complexo que pode ser descrito como un cruce entre unha batería e un condensador. Tipicamente, o dieltrico en eléctricos condensadores de dobre capa son substancias orgánicas, entre os que é un electrólito. En conxunto, crean unha eléctrico de dobre capa, o que permite acumular-se na súa tarxeta, por veces máis enerxía que un condensador convencional.

Cal é a capacidade dun condensador?

Capacitancia do condensador é a relación entre a carga dos condensadores a unha voltaxe no que está situado. Calcular o valor pode ser moi simple coa axuda dunha fórmula matemática:

• C = (, ₀ * S) / d, onde
  e ₀ - constante dieléctrica do material dieléctrico (valor tabular)
  S - área das placas do condensador,
  d - a distancia entre as placas.

A dependencia da capacidade do condensador sobre a distancia entre os electrodos explícase polo fenómeno de indución electrostática é menor que a distancia entre as placas, máis que afectan un ao outro (Coulomb), maiores os electrodos de carga e menos estrés. E cando o valor da tensión dos aumentos de capacidade, xa que poden ser descritos pola seguinte fórmula:

• C = Q / L, onde
  q - a carga en coulombs.

É para falar sobre as unidades de medida desta cantidade. Capacitancia é medida en farads. 1 farad - valor suficientemente grande, entón condensadores (inexistentes supercapacitores) ter unha capacidade medida en picofarads (un farad trillionth).

resistencia

A corrente no circuíto ressonante, tamén depende da resistencia do circuíto. E ademais os dous elementos descritos, que constitúen un circuíto oscilante (bobina, condensador), hai un terceiro - un resistor. El é responsable da creación de arrastre. Resistor difire dos outros elementos que ten unha alta resistencia, que pode ser variado nalgúns modelos. O circuíto ressonante que desempeña a función do campo magnético de control de potencia. Pode conectar varios resistor en serie ou en paralelo, aumentando así a resistencia do circuíto.

A resistencia deste elemento tamén depende da temperatura, de xeito que debe ser tomado coidado para o seu traballo no circuíto, xa que é Calefacción durante o paso da corrente.

A resistencia é medida en ohms, eo seu valor pode ser calculado mediante a fórmula:

• R = (p * l) / S, onde
  p - resistor de resistividade do material (medida en (ohm * ^mm2) / m);
  L - lonxitude dos resistores (en metros);
  S - área de sección (en milímetros cadrados).

Como amarre un parámetro dun loop?

Agora temos que chegar preto da física do funcionamento do circuíto de oscilación. Co paso do tempo a carga sobre os sinais do condensador cambia segundo a ecuación diferencial de segunda orde.

Se resolver esta ecuación, iso implica algunhas fórmulas interesantes que describen os procesos que ocorren no circuíto. Por exemplo, unha frecuencia cíclica pode ser expresada en termos de capacidade e de indutancia.

Con todo, a fórmula máis sinxela que permite calcular as moitas incógnitas - ecuación de Thomson (nomeado despois do físico británico William Thomson, que trouxo en 1853):

• T = 2 * f * (G * C) ^1/2.
  T - entre as oscilacións electromagnéticas,
  L e C - conforme a indutancia da bobina de circuíto oscilante e un elemento de circuíto de capacidade,
  N - o número do pi.

factor de calidade

Hai outra cantidade importante caracterizar o contorno do traballo - o factor de calidade. Co fin de comprender o que é, ten que referirse a este proceso como unha resonancia. Este fenómeno, no cal a amplitude tórnase a potencia máxima a un valor constante, que é un apoio swing. Resonancia pode explicar cun exemplo sinxelo: se comezar a empurrar o balance ao ritmo da súa frecuencia, eles van ser acelerado, ea súa "amplitude" vai aumentar. Pero se non empurrar o latexo, van abrandar. Na resonancia, moitas veces se disipa moita enerxía. A fin de ser capaz de calcular o valor de perda, nós inventamos un parámetro como o factor de calidade. É un coeficiente igual á razón entre a enerxía, situada no sistema, a perdas que se producen durante un ciclo no circuíto.

factor de calidade calcúlase o circuíto de acordo coa fórmula:

• Q = (W ₀ * W) / P, onde
  w ₀ - frecuencia angular de resonancia de oscilacións;
  W - a enerxía almacenada no sistema de vibración;
  P - disipación de potencia.

Este parámetro - adimensional desde realmente mostra a relación de enerxía: almacenado para gasto.

Cal é o circuíto oscilante ideal

Para unha mellor comprensión dos procesos no sistema de física veu co chamado circuíto oscilante ideal. Este é un modelo matemático que representa o circuíto como un sistema con resistencia cero. Nel hai oscilacións harmónicas non amortecidas. Este modelo permite a obtención dun parámetros aproximados circuíto fórmula de cálculo. Un deses parámetros - o total de enerxía:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Tal simplificación acelerar grandemente cálculos e permiten avaliar as características do circuíto con características predefinidas.

Como funciona isto?

Todos ciclo operativo circuíto oscilante pode ser dividido en dúas partes. Agora imos ver exactamente os procesos que ocorren en todas as partes.

• O primeiro condensador de placa de fase, cargado positivamente, comeza a descargar, facendo a corrente no circuíto. Neste punto, a cadea vai dun positivo para unha carga negativa, ao pasar a través da bobina. Por conseguinte, as vibracións electromagnéticas ocorrer no circuíto. paso de corrente a través da bobina, move-se a unha segunda tarxeta e leva-o positivamente (mentres que o primeiro electrodo, cal a corrente é orientado, cargados negativamente).
• A segunda fase terá lugar proceso directamente contrario. A corrente pasa a partir da tarxeta positiva (que en principio era negativo) a negativa, pasando de novo a través da bobina. E todos os cargos caer no lugar.

O ciclo é repetido mentres o condensador é cargado. Nun circuíto ressonante ideal este proceso é infinito, ea perda de potencia real é inevitable debido a varios factores: o quecemento que ocorre debido á existencia da resistencia no circuíto (calor Joule), e semellantes.

proxecto de circuíto modalidades

Ademais de circuítos simple "a bobina-capacitor" e "Coil-resistor-capacitor", existen outras opcións, usando como un circuíto de base oscilación. Isto, por exemplo, un circuíto paralelo que caracterízase en que hai un elemento de circuíto (porque, tal como existe por si só, sería un circuíto en serie e do cal foi discutida no artigo).

Tamén existen outros tipos de construción, incluíndo os distintos compoñentes eléctricos. Por exemplo, é posible conectarse ao transistor de rede que vai abrir e pechar o circuíto cunha frecuencia igual á frecuencia de oscilación do circuíto. Así, o sistema instalará oscilacións non amortecidas.

Cando o circuíto de oscilación é utilizado?

O máis familiar para nós o uso de compoñentes do circuíto - é eletroímã. Eles, pola súa banda, son usados en sistemas de intercomunicación, motores, sensores, e moitas outras áreas menos convencionais. Outra aplicación - oscilador. En realidade, é o uso do circuíto é moi familiar para nós: nesta forma, é usado no microondas para crear ondas na comunicación móbil e sen fíos para transmitir información a unha distancia. Todo iso é debido ao feito de que as oscilacións das ondas electromagnéticas poden ser codificados de tal forma que será posible transmitir información a longas distancias.

Indutor si só pode ser usado como un elemento para o transformador, dúas bobinas con diferente número de enrolamentos pode pasar a través do campo electromagnético a súa carga. Pero, como solenoides características difiren, e figuras actuais nos dous circuítos, que son conectados a dous indutancia pode variar. Así, pódese converter a tensión de corrente, por exemplo de 220 voltios en cadea cunha tensión de 12 voltios.

conclusión

Nós detallou o principio do circuíto oscilante e cada parte por separado. Aprendemos que o circuíto oscilante - un dispositivo deseñado para xerar ondas electromagnéticas. Sen embargo, este é só o básico da mecánica complexos destes, ao parecer elementos simples. Máis información sobre os meandros do circuíto e os seus compoñentes poden ser de literatura especializada.