Vzdělání:Věda

Rezonance napětí. Co je rezonance v elektrickém obvodu

Rezonance je jedním z nejčastějších fyzikálních jevů v přírodě . Fenomén rezonance lze pozorovat v mechanických, elektrických a rovnoměrných tepelných systémech. Bez rezonance bychom neměli rádio, televizi, hudbu a dokonce i houpačky na hřištích, nemluvě o nejúčinnějších diagnostických systémech používaných v moderní medicíně. Jednou z nejzajímavějších a nejúčinnějších forem rezonance v elektrickém obvodu je rezonance napětí.

Prvky rezonančního obvodu

Fenomén rezonance může vzniknout v tzv. RLC řetězci, který obsahuje následující komponenty:

  • R - rezistory. Tato zařízení, která se týkají takzvaných aktivních prvků elektrického obvodu, přeměňují elektrickou energii na tepelnou energii. Jinými slovy, odstraňují energii z obvodu a převádějí ji do tepla.
  • L je indukčnost. Indukčnost v elektrických obvodech je analogický s hmotností nebo setrvačností v mechanických systémech. Tato součást není v elektrickém obvodu příliš nápadná, dokud se v ní nezměníte. Například v mechanice je takovou změnou změna rychlosti. V elektrickém obvodu se aktuální změní. Pokud se z nějakého důvodu vyskytne, indukčnost brání takové změně režimu obvodu.
  • C je označení pro kondenzátory, které jsou zařízeními, které uchovávají elektrickou energii způsobem podobným tomu, jak pružiny udržují mechanickou energii. Indukcní koncentruje a udržuje magnetickou energii, zatímco kondenzátor koncentruje náboj a tím ukládá elektrickou energii.

Koncepce rezonančního obvodu

Klíčovými prvky rezonančního obvodu jsou indukčnost (L) a kapacita (C). Odpor má tendenci tlumit oscilace, a tak odstraňuje energii z obvodu. Při posuzování procesů vyskytujících se v oscilačním obvodu jej dočasně ignorujeme, ale je třeba si uvědomit, že stejně jako třecí síla v mechanických systémech nelze vyloučit elektrický odpor v obvodech.

Rezonanční rezonance a proudová rezonance

V závislosti na způsobu připojení klíčových prvků může být rezonanční obvod sekvenční a paralelní. Když je sériový kmitavý obvod připojen k zdroji napětí se signálovou frekvencí, která se shoduje s přirozenou frekvencí, za určitých podmínek vzniká rezonance napětí. Rezonance v elektrickém obvodu s paralelně připojenými reaktivními prvky se nazývá rezonance proudů.

Přirozená frekvence rezonančního obvodu

Systém můžeme oscilovat vlastní frekvencí. K tomu musíte nejprve naplnit kondenzátor, jak je znázorněno na obrázku vlevo nahoře. Když to provedete, klíč se přesune do polohy znázorněné na stejné obrázku vpravo.

V době "0" je veškerá elektrická energie uložena v kondenzátoru a proud v obvodu je nulový (obrázek níže). Všimněte si, že horní deska kondenzátoru je kladně nabitá a spodní je negativní. Nemůžeme vidět oscilace elektronů v obvodu, ale můžeme měřit proud pomocí ampermetru a pomocí osciloskopu můžeme sledovat charakter aktuálního a času. Všimněte si, že T na našem grafu je čas potřebný k dokončení jedné oscilace, která se v elektrotechnice nazývá "perioda oscilace".

Proud proudí ve směru hodinových ručiček (obrázek níže). Energie se přenáší z kondenzátoru na induktor. Na první pohled se může zdát zvláštní, že indukčnost obsahuje energii, ale to je podobné kinetické energii obsažené v pohybující se hmotě.

Tok energie se vrací zpět do kondenzátoru, ale poznamenat, že polarita kondenzátoru se nyní změnila. Jinými slovy, spodní deska má nyní kladný náboj a horní deska - záporný náboj (obrázek níže).

Nyní se systém úplně otočil a energie začala proudit z kondenzátoru opět do indukčnosti (obrázek níže). Výsledkem je, že se energie zcela vrátí na výchozí bod a je připravena znovu spustit cyklus.

Frekvenci oscilace lze aproximovat následovně:

  • F = 1 / 2π (LC) 0,5 ,

Kde: F - frekvence, L - indukčnost, C - kapacita.

Proces zvažovaný v tomto příkladu odráží fyzickou podstatu stresové rezonance.

Vyšetřování stresové rezonance

V reálných obvodech LC je vždy malý odpor, který při každém cyklu snižuje nárůst aktuální amplitudy. Po několika cyklech se proud sníží na nulu. Tento efekt se nazývá "útlum sinusového signálu". Rychlost útlumu proudu na nulovou hodnotu závisí na hodnotě odporu v obvodu. Odpor však nezmění frekvenci oscilace rezonančního obvodu. Pokud je odpor dostatečně velký, v obvodu se vůbec nevyskytují žádné sinusové oscilace.

Je zřejmé, že tam, kde existuje kmitočet kmitání, existuje možnost vyvolání rezonančního procesu. Děláme to včetně síťového napájení (AC) v sériovém obvodu, jak je znázorněno na obrázku vlevo. Výraz "proměnná" znamená, že výstupní napětí zdroje kolísá na určité frekvenci. Pokud se frekvence napájecího zdroje shoduje s přirozenou frekvencí obvodu, vznikne rezonance napětí.

Podmínky výskytu

Nyní zvažujeme podmínky pro výskyt stresové rezonance. Jak je ukázáno na posledním obrázku, vrátili jsme odpor k obvodu. Při absenci odporu v obvodu se proud v rezonančním obvodu zvýší na určitou maximální hodnotu určenou parametry obvodových prvků a výkonem zdroje energie. Zvýšení odporu rezistoru v rezonančním obvodu zvyšuje tendenci útlumu proudu v obvodu, ale neovlivňuje frekvenci rezonančních kmitů. Režim napětí rezonance se zpravidla nevyskytuje, jestliže odpor rezonančního obvodu splňuje podmínku R = 2 (L / C) 0,5 .

Použití rezonance napětí pro rádiový přenos

Fenomén stresové rezonance není jen zvědavý fyzický jev. Hraje mimořádnou roli v technologii bezdrátové komunikace - rozhlasu, televize, mobilní telefonie. Vysílače používané pro bezdrátový přenos informací nutně obsahují obvody navržené pro rezonování na frekvenci definované pro každé zařízení nazývané nosná frekvence. Prostřednictvím vysílací antény připojené k vysílači vydává elektromagnetické vlny na nosné frekvenci.

Anténa na druhém konci vysílací a přijímací dráhy přijímá tento signál a přivádí jej do přijímací smyčky, která je navržena tak, aby rezonovala na nosné frekvenci. Samozřejmě, že anténa přijímá mnoho signálů na různých frekvencích, nemluvě o hluku v pozadí. Vzhledem k přítomnosti na vstupu přijímajícího zařízení naladěného na nosnou frekvenci rezonančního obvodu přijímač vybere pouze správnou frekvenci a vyfiltruje všechny nepotřebné.

Po zjištění rádiového signálu modulovaného amplitudou (AM) se nízkofrekvenční signál (LF) extrahovaný z něj zesiluje a přivádí do zařízení pro reprodukci zvuku. Jedná se o nejjednodušší formu rádiového přenosu, která je velmi citlivá na hluk a rušení.

Pro zlepšení kvality získaných informací byly vyvinuty a úspěšně využity jiné pokročilejší metody přenosu rádiových signálů, které jsou také založeny na použití laděných rezonančních systémů.

Frekvenční modulace nebo FM rádio řeší mnoho problémů rádiového přenosu s amplitudově modulovaným přenosovým signálem, nicméně je to dosaženo za cenu významné komplikace přenosové soustavy. V rádiu FM se zvuky systému v elektronické cestě převádějí na malé změny nosné frekvence. Část zařízení, která tuto konverzi provádí, se nazývá "modulátor" a používá se s vysílačem.

Proto musí být do přijímače přidán demodulátor, který převede signál zpět na formu, která může být reprodukována přes reproduktor.

Další příklady použití napětí rezonance

Rezonanční rezonance jako základní princip je také zakotvena v obvodech četných filtrů široce používaných v elektrotechnice, které odstraňují škodlivé a zbytečné signály, vyhlazují pulzace a generují sinusové signály.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 cs.delachieve.com. Theme powered by WordPress.