circuito oscillante – questo è … Il principio di funzionamento

Oscillante circuito – un dispositivo per generare (creazione) di oscillazioni elettromagnetiche. Dalla sua nascita ad oggi viene utilizzato in molti settori scientifici e tecnologici che vanno dalla vita quotidiana ai grandi fabbriche che producono prodotti molto diversi.

Di che cosa consiste?

Il circuito di oscillazione comprende una bobina e un condensatore. In aggiunta, ci possono essere anche presenti resistore (elemento a resistenza variabile). Un induttore (o solenoide, come viene talvolta chiamato) è un asta su cui avvolgimenti sono avvolti più strati, che generalmente è un filo di rame. È questo elemento crea oscillazioni nel circuito oscillatorio. Un bar, situato al centro, spesso chiamato choke, o nucleo, e la bobina è talvolta chiamato un solenoide.

Bobina circuito oscillante crea oscillazioni solo se carica immagazzinata. Quando si passa una corrente attraverso di esso, si accumula una carica che dà poi al circuito quando scende la tensione.

fili della bobina generalmente hanno una resistenza molto bassa, che rimane sempre costante. Il circuito circuito di oscillazione si verifica spesso variazione di tensione e amperaggio. Questo cambiamento è soggetto ad alcune leggi matematiche:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), dove
  U – tensione al tempo t,
  U ₀ – tensione all'istante t _0,
  oscillazioni elettromagnetiche di frequenza – w.

Un altro componente essenziale del circuito è un condensatore elettrico. Tale elemento è costituito da due piastre che sono separate da un dielettrico. Lo spessore dello strato tra gli elettrodi è inferiore alla loro dimensione. Questo design permette di accumulare carica elettrica su isolante, che è possibile inviare al circuito.

Diversamente batteria di condensatori è che non v'è alcuna conversione di sostanze dalla corrente elettrica, e v'è un accumulo di carica diretta in un campo elettrico. Così, attraverso il condensatore può essere abbastanza grande per accumulare la carica, che può essere dato tutto in una volta. In questo caso, la corrente nel circuito è notevolmente aumentata.

Inoltre, il circuito di oscillazione è costituito da un elemento in più: un resistore. Questo elemento ha una resistenza e di controllo della corrente e tensione nel circuito. Se ad una tensione costante per aumentare la resistenza del resistore, la corrente diminuisce dalla legge di Ohm:

• I = U / R, dove
  I – corrente,
  U – tensione,
  R – resistenza.

induttore

Diamo uno sguardo più da vicino tutti i dettagli del induttore e il meglio capiranno la sua funzione nel circuito risonante. Come abbiamo detto, la resistenza di questo elemento tende a zero. Così, quando è collegato ad un circuito DC accadrebbe corto circuito. Tuttavia, se la bobina collegata al circuito CA, funziona correttamente. Ciò porta alla conclusione che l'elemento ha una resistenza alla corrente alternata.

Ma perché sta succedendo e come la resistenza si verifica quando una corrente alternata? Per rispondere a questa domanda abbiamo bisogno di girare al fenomeno di auto-induttanza. Con il passaggio della corrente di bobina in essa v'è una forza elettromotrice (EMF), che crea un ostacolo al cambiamento corrente. L'entità di tale forza dipende da due fattori: la corrente della bobina e la derivata rispetto al tempo. Matematicamente, questa dipendenza è espresso dall'equazione:

• E = -L * I '(t), dove
  E – EMF,
  L – valore di induttanza della bobina (per ogni bobina è diverso e dipende dal numero di avvolgimenti delle bobine ed il loro spessore)
  I '(t) – derivata temporale della corrente (tasso di cambio corrente).

DC Power nel corso del tempo non è cambiato, quindi la sua resistenza quando esposto a sorgere.

Ma a CA di tutti i suoi parametri cambiano continuamente in una legge sinusoidale o coseno, causando forza elettromotrice, che impedisce questi cambiamenti. Tale resistenza è chiamato induzione e calcolato con la formula:

• X _L = w * _L, dove
  circuito di oscillazione di frequenza, – w
  L – induttanza della bobina.

L'intensità di corrente nel solenoide aumenta linearmente e diminuisce secondo leggi diverse. Questo significa che se si arresta il flusso di corrente nella bobina, che continuerà per un po 'di tempo per dare la carica nel circuito. E se questo bruscamente interrompere il flusso di corrente, non ci sarà girato dal fatto che la carica cercherà di uscire e essere distribuito bobina. Questo è – un problema serio nella produzione industriale. Questo effetto (anche se non del tutto legato al circuito di oscillazione) può osservare, per esempio, quando si rimuove la spina dalla presa. In questo caso salta la scintilla che di tale portata non può danneggiare una persona. È dovuto al fatto che il campo magnetico non scompare immediatamente, ma gradualmente dissipata, inducendo la corrente in altri conduttori. In scala industriale l'intensità di corrente è molte volte più grande di nostri soliti 220 volt, quindi l'interruzione della catena di produzione può provocare scintille una tale forza che causerà un sacco di danni sia alla pianta e l'uomo.

Coil – è il fondamento di quello da cui il circuito di oscillazione è. Induttore solenoidi inclusi in sequenza aggiunto. Quindi, diamo uno sguardo più da vicino a tutti i dettagli della struttura di tale elemento.

Qual è l'induttanza?

Induttanza bobina circuito oscillatore – è un singolo parametro che è numericamente uguale alla forza elettromotrice (in volt), che si verifica in un circuito in cui variazione di corrente di 1 A per 1 secondo. Se il solenoide è collegato ad un circuito a corrente continua, la sua induttanza descrive l'energia di un campo magnetico, che viene creato da questa corrente dalla formula:

• W = (L * I ²⁾ / 2, dove
  W – l'energia del campo magnetico.

coefficiente induttanza dipende da molti fattori: la geometria del solenoide, le caratteristiche magnetiche del nucleo e del numero di spire di filo. Un'altra caratteristica di questo indicatore è che è sempre positivo, perché le variabili da cui dipende, non possono essere negativi.

L'induttanza può anche essere definita come una proprietà di un conduttore di immagazzinare energia corrente in un campo magnetico. Si misura in Henry (dal nome dello scienziato americano Dzhozefa Genri).

circuito di oscillazione Inoltre solenoide è costituito da un condensatore, che sarà discusso in seguito.

condensatore elettrico

Capacità è determinata dal circuito oscillatore capacità elettrica del condensatore. Il suo aspetto è stato scritto in precedenza. Esaminiamo ora la fisica dei processi che si verificano in esso.

Poiché le piastre del condensatore sono costituiti da un conduttore, allora può fluire corrente elettrica. Tuttavia, tra le due piastre è ostacolo. Insulator (possono essere aria, legno o altro materiale ad alta resistenza causa del fatto che la carica non può spostarsi da un'estremità del filo verso l'altro, v'è un accumulo per le piastre del condensatore aumenta così la potenza magnetica ed elettrica. campi intorno esso. Pertanto, al termine della carica procede tutta l'energia elettrica accumulata sulle piastre, comincia ad essere trasmessi al circuito.

Ciascun condensatore ha una tensione nominale, ottimale per il suo funzionamento. Se si lungo per sfruttare l'elemento ad una tensione superiore a quella nominale, la durata è notevolmente ridotto. Il condensatore del circuito oscillante è costantemente influenzato da correnti e quindi quando selezionato deve essere molto attenti.

Oltre ai condensatori convenzionali, che sono stati discussi, ci sono anche condensatori elettrolitici a doppio strato. Questo è un elemento più complesso: può essere descritto come un incrocio tra una batteria ed un condensatore. Tipicamente, il dielettrico in condensatori elettrici a doppio strato sono sostanze organiche, tra i quali è un elettrolita. Insieme creano un doppio strato elettrico, che consente di accumulare in questo motivo a volte più energia di un condensatore convenzionale.

Qual è la capacità di un condensatore?

Capacità del condensatore è il rapporto tra la carica del condensatore ad una tensione in cui si trova. Calcolare questo valore può essere molto semplice con l'aiuto di una formula matematica:

• C = (e ₀ * S) / d, dove
  e ₀ – costante dielettrica del materiale dielettrico (valore tabellare)
  S – zona delle piastre del condensatore,
  d – la distanza tra le piastre.

La dipendenza della capacità del condensatore sulla distanza tra gli elettrodi si spiega con il fenomeno dell'induzione elettrostatica è inferiore alla distanza tra le piastre, più si influenzano reciprocamente (coulomb), maggiore elettrodi di carica e meno stress. E quando il valore di tensione degli aumenti di capacità, dal momento che può anche essere descritto dalla seguente formula:

• C = q / U, dove
  q – la carica in coulomb.

E 'per parlare delle unità di misura di questa quantità. Capacità è misurata in Farad. 1 farad – valore sufficientemente grande, così condensatori esistenti (non supercondensatori) hanno una capacità misurata in picofarad (uno farad trilionesimo).

resistore

La corrente nel circuito risonante dipende anche dalla resistenza del circuito. E oltre ai due elementi descritti che costituiscono un circuito oscillante (bobina, condensatore), c'è un terzo – un resistore. Egli è responsabile della creazione di trascinamento. Resistore differenzia dagli altri elementi che ha una elevata resistenza, che possono essere variate in alcuni modelli. Il circuito risonante svolge la funzione di controllo della potenza del campo magnetico. È possibile collegare più resistenze in serie o in parallelo, aumentando così la resistenza del circuito.

La resistenza di questo elemento dipende anche dalla temperatura, quindi occorre prestare attenzione al suo lavoro nel circuito, in quanto viene riscaldato durante il passaggio di corrente.

La resistenza è misurata in ohm, ed il suo valore può essere calcolato con la formula:

• R = (p * l) / S, dove
  p – resistore resistività del materiale (misurata in (ohm * mm ²⁾ / m);
  l – lunghezza delle resistenze (in metri);
  S – area di sezione (in millimetri quadrati).

Come legare una parametri ciclo?

Ora siamo arrivati vicini alla fisica del funzionamento del circuito oscillatorio. Nel tempo la carica sulle armature del condensatore varia secondo l'equazione differenziale del secondo ordine.

Se si risolve questa equazione, esso implica alcune formule interessanti che descrivono i processi che si verificano nel circuito. Ad esempio, una frequenza ciclica può essere espressa in termini di capacità e induttanza.

Tuttavia, il più semplice formula che permette di calcolare le molte incognite – equazione Thomson (dal nome del fisico britannico William Thomson, che l'ha portata nel 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T – tra le oscillazioni elettromagnetiche,
  L e C – conseguenza, l'induttanza della bobina circuito oscillante ed un elemento circuito a capacità,
  n – il numero pi greco.

fattore di qualità

C'è un altro numero importante che caratterizza il profilo del lavoro – il fattore di qualità. Per capire di cosa si tratta, è necessario fare riferimento a questo processo come una risonanza. Tale fenomeno, in cui l'ampiezza diventa la potenza massima ad un valore costante, che è un supporto swing. Risonanza può spiegare con un semplice esempio: se si inizia a spingere l'altalena al ritmo della loro frequenza, saranno accelerati, e la loro "ampiezza" aumenteranno. Ma se non si preme il ritmo, saranno rallentare. Alla risonanza, spesso dissipa un sacco di energia. Al fine di essere in grado di calcolare il valore della perdita, abbiamo inventato un parametro come il fattore di qualità. Si tratta di un coefficiente pari al rapporto tra energia, situato nel sistema, per le perdite che si verificano durante un ciclo nel circuito.

fattore di qualità circuito viene calcolata secondo la formula:

• Q = (w ₀ * W) / P, dove
  w ₀ – risonanza frequenza angolare delle oscillazioni;
  W – l'energia immagazzinata nel sistema vibrante;
  P – dissipazione di potenza.

Questo parametro – adimensionale dato in realtà mostra la proporzione di energia: Stored per speso.

Qual è il circuito oscillante ideale

Per una migliore comprensione dei processi del sistema di fisica si avvicinò con il cosiddetto circuito oscillante ideale. Questo è un modello matematico che rappresenta il circuito come un sistema con resistenza zero. In essa vi sono oscillazioni armoniche non smorzate. Questo modello permette di ottenere un approssimativo parametri del circuito di calcolo formula. Uno di questi parametri – l'energia totale:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Tale semplificazione accelerare notevolmente calcoli e permettono di valutare le caratteristiche del circuito di caratteristiche prefissate.

Come funziona?

Tutto il ciclo di funzionamento del circuito oscillante può essere diviso in due parti. Ora vedremo esattamente i processi che si svolgono in ogni sua parte.

• Il primo condensatore piastra fase, carica positiva, inizia a scaricarsi, rendendo la corrente nel circuito. A questo punto, la corrente passa da un valore positivo ad una carica negativa, mentre passa attraverso la bobina. Di conseguenza, si verificano vibrazioni elettromagnetiche nel circuito. corrente che passa attraverso la bobina, si muove ad una seconda piastra e carica positivamente (mentre il primo elettrodo, cui la corrente viene percorsa, carica negativa).
• La seconda fase si è svolto processo di fronte. La corrente passa dalla piastra positiva (che in principio era negativo) al negativo, passando sempre attraverso la bobina. E tutte le spese vadano a posto.

Il ciclo viene ripetuto fino a quando il condensatore viene caricato. In un circuito risonante ideale questo processo è infinita, e la perdita di potenza reale è inevitabile a causa di vari fattori: il riscaldamento che si verifica a causa dell'esistenza della resistenza del circuito (calore Joule), e simili.

progettazione di circuiti realizzazioni

Oltre a semplici circuiti "bobina-condensatore" e "coil-resistore-condensatore", ci sono altre opzioni, utilizzando come base un circuito di oscillazione. Questo, per esempio, un circuito parallelo che è caratterizzato dal fatto che v'è un circuito elemento (perché come esiste solo, sarebbe un circuito in serie e di cui si è discusso nell'articolo).

Esistono anche altri tipi di costruzione, compresi i vari componenti elettrici. Ad esempio, è possibile collegare al transistore rete che aprire e chiudere il circuito con una frequenza pari alla frequenza di oscillazione del circuito. Così, il sistema installerà oscillazioni non smorzate.

Dove viene utilizzato il circuito di oscillazione?

Il più familiare a noi l'uso di componenti del circuito – è elettromagneti. Essi, a loro volta, sono utilizzati in impianti intercomunicanti, motori, sensori, e molte altre aree meno convenzionali. Un'altra applicazione – oscillatore. In realtà, è l'uso del circuito è molto familiare a noi: in questa forma, è utilizzato nel forno a microonde per creare onde nella comunicazione mobile e wireless per la trasmissione di informazioni su una distanza. Tutto ciò è dovuto al fatto che le oscillazioni delle onde elettromagnetiche possono essere codificati in modo tale che sia possibile trasmettere informazioni su lunghe distanze.

Induttore stesso può essere utilizzato come elemento per il trasformatore, due bobine con diverso numero di avvolgimenti può passare attraverso il campo elettromagnetico loro carica. Ma come solenoidi caratteristiche diverse, e le figure di corrente nei due circuiti, che sono collegati ai due induttanza varierà. Così, si può convertire la tensione a corrente, dire 220 volt in corrente con una tensione di 12 volt.

conclusione

Abbiamo dettagliato il principio del circuito oscillante e ciascuna parte separatamente. Abbiamo appreso che il circuito oscillante – un dispositivo progettato per generare onde elettromagnetiche. Tuttavia, questo è solo le basi dei complessi meccanismi di questi, apparentemente semplici elementi. Per saperne di più circa la complessità del circuito e delle sue componenti può essere da letteratura specializzata.