Oscillatiecircuit - dit is ... Het werkingsprincipe

Oscillatieschakeling - een inrichting voor het opwekken (maken) van elektromagnetische trillingen. Van het begin tot de dag van vandaag wordt het gebruikt in veel wetenschappelijke en technologische gebieden, variërend van het dagelijks leven tot grote fabrieken die zeer uiteenlopende producten.

Wat houdt het in?

De oscillatieschakeling omvat een spoel en een condensator. Daarnaast kunnen er ook weerstand (variabel weerstandselement) zijn. Een spoel (of spoel, zoals het soms wordt genoemd) is een geleider van windingen gewonden meerdere lagen, die in het algemeen een koperdraad. Hierdoor ontstaat element oscillaties in de oscillatieschakeling. A bar, in het midden, vaak vernauwing, of kern, en de spoel wordt soms een solenoïde genoemd.

oscillerende circuit spoel creëert oscillaties alleen als opgeslagen lading. Wanneer een stroom doorheen het accumuleert lading die dan geeft de schakeling wanneer de spanning daalt.

spoeldraden algemeen een zeer lage weerstand, die altijd constant blijft. De oscillatieschakeling circuit komt vaak verandering in spanning en stroomsterkte. Deze verandering is onderhevig aan bepaalde wiskundige wetten:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), waarbij
  U - spanning op het tijdstip t,
  _U0 - spanning op tijdstip _t0,
  w - frequente elektromagnetische trillingen.

Een andere essentiële component van de schakeling een elektrische condensator. Dit element bestaat uit twee platen die worden gescheiden door een diëlektricum. De dikte van de laag tussen de elektroden kleiner is dan hun grootte. Dit ontwerp maakt het mogelijk om on-insulator elektrische lading, die u vervolgens kunt sturen naar het circuit te verzamelen.

Unlike condensatorbatterij is dat er geen omzetting van stoffen door de elektrische stroom, en er is een directe accumulatie van lading in een elektrisch veld. Aldus via de condensator groot genoeg om de lading, die in één keer kunnen worden accumuleren. In dit geval wordt de stroom in de keten sterk toegenomen.

Ook is de oscillatorketen bestaan uit één element: een weerstand. Dit element een weerstand en voor regeling van de stroom en spanning in de schakeling. Als er op een constante spanning aan de weerstand van de weerstand te verhogen, zal de huidige verminderen door de wet van Ohm:

• I = U / R, waarbij
  I - stroom,
  U - voltage,
  R - weerstand.

inductor

Laten we eens een kijkje op alle details van de spoel en het beter zal zijn functie in de resonantiekring te begrijpen. Zoals gezegd, de weerstand van dit element naar nul. Wanneer dus verbonden met een gelijkstroom schakeling zou optreden kortsluiting. Echter, als de spoel is aangesloten op de AC-circuit, het werkt correct. Dit leidt tot de conclusie dat het element een weerstand tegen wisselstroom.

Maar waarom gebeurt dit en hoe resistentie optreedt wanneer een wisselstroom? Om deze vraag die we moeten wenden tot het fenomeen van de zelfinductie te beantwoorden. Na verloop van de spoelstroom daarin is er een elektromotorische kracht (EMF), die een belemmering voor de stroomverandering creëert. De grootte van deze kracht is afhankelijk van twee factoren: de spoelstroom en de afgeleide naar de tijd. Wiskundig wordt deze afhankelijkheid uitgedrukt door de vergelijking:

• E = L * I '(t), waarbij
  E - EMF,
  L - inductie waarde van de spoel (voor elke spoel is verschillend en is afhankelijk van het aantal windingen van de spoelen en de dikte)
  I '(t) - tijdsafgeleide van de stroom (stroomverandering rate).

DC Power over tijd is niet veranderd, zodat de weerstand bij blootstelling aan ontstaan.

Maar bij AC alle parameters veranderen voortdurend in een sinusvormige of cosinus wet, waardoor elektromotorische kracht, die deze veranderingen voorkomt. Dergelijke resistentie wordt inductie en berekend met de formule:

• X _L = W * _L, waarbij
  w - frequentie oscillatieschakeling,
  L - zelfinductie van de spoel.

De stroomsterkte in de spoel lineair toeneemt en afneemt volgens verschillende wetten. Dit betekent dat als u de stroomtoevoer te stoppen in de spoel, zal het nog enige tijd om de lading in het circuit te geven. En als dit de stroom abrupt te onderbreken, zal er worden geschoten uit het feit dat de heffing zal proberen om eruit te komen en worden verspreid spoel. Dit is - een ernstig probleem in de industriële productie. Dit effect (hoewel niet uitsluitend betrekking op de oscillatieschakeling) waar te nemen, bijvoorbeeld wanneer de stekker uit het stopcontact. In dit geval slaat de vonk die op een dergelijke schaal kan een persoon niet schaden. Het is te wijten aan het feit dat het magnetische veld niet onmiddellijk verdwijnt, maar geleidelijk verdwenen, het induceren van stromen in andere geleiders. In een industriële schaal de huidige kracht is vele malen groter dan onze gebruikelijke 220 volt, dus de onderbreking in de productieketen vonken zulk een kracht die veel schade zal toebrengen aan zowel de plant en de mens kan veroorzaken.

Coil - is de basis van dat waaruit de oscillatieschakeling is. Inductor inbegrepen spoelen achtereenvolgens toegevoegd. Vervolgens nemen we een kijkje op alle details van de structuur van dat element.

Wat is de inductie?

Inductiespoel oscillatiecircuit - een afzonderlijke parameter die numeriek gelijk aan de elektromotorische kracht (in volt), dat voorkomt in een schakeling bij stroomverandering van 1 A 1 seconde. Wanneer de solenoïde is aangesloten op een DC circuit, de inductie wordt de energie van een magnetisch veld, dat door deze stroom door de formule:

• W = (L * ^I2) / 2, waarin
  W - de magnetische veldenergie.

inductie coëfficiënt hangt af van vele factoren: de geometrie van de spoel, de magnetische eigenschappen van de kern en het aantal draadspoelen. Een ander kenmerk van deze indicator is dat het altijd positief, omdat de variabelen waarvan het afhankelijk is, niet negatief kan zijn.

De inductantie kan worden gedefinieerd als een eigenschap van een geleider met een momentane energie in een magnetisch veld. Het wordt gemeten in Henry (genoemd naar de Amerikaanse wetenschapper Dzhozefa Genri).

Verder solenoïde oscillatieschakeling bestaat uit een condensator, die hierna zullen worden besproken.

elektrische condensator

Capaciteit wordt bepaald door de oscillatorschakeling kapaciteit elektrische condensator. Zijn verschijning is hierboven geschreven. Laten we nu eens kijken naar de fysica van de processen die zich in het.

Aangezien de condensatorplaten bestaan uit een geleider, dan kan elektrische stroom vloeien. Echter, tussen de twee platen is obstakel. Isolator (zij kunnen lucht, hout of ander materiaal met hoge weerstand Omdat die lading niet van het ene uiteinde van de draad aan de andere kant is er een accumulatie aan de condensatorplaten dus verhoogt de magnetische en elektrische energie. gebieden eromheen. dus aan het einde van de lading verder alle elektriciteit verzameld op de platen, begint de schakeling te verzenden.

Elke condensator een nominale spanning, optimaal voor de werking ervan. Als je lang aan het element te benutten bij een spanning hoger dan de nominale, wordt de levensduur sterk verminderd. De condensator van de oscillatorschakeling constant wordt beïnvloed door stromen en dus bij geselecteerde moeten heel voorzichtig zijn.

Naast de conventionele condensatoren, die werden besproken, zijn er ook elektrische dubbellaags condensatoren. Dit is een complexer element: het kan worden omschreven als een kruising tussen een batterij en een condensator. Kenmerkend is de diëlektrische in elektrische dubbellaags condensatoren organische stoffen, waartussen een elektrolyt. Samen vormen zij een elektrische dubbel gelaagde, waardoor ophopen in dit ontwerp soms meer energie dan een gebruikelijke capaciteit.

Wat is de capaciteit van een condensator?

Capaciteit van de condensator is de verhouding van de lading op een condensator spanning waarbij het zich bevindt. Bereken deze waarde kan heel eenvoudig met de hulp van een wiskundige formule:

• C = (e ₀ * S) / d, waarin
  e ₀ - diëlektrische constante van het diëlektrische materiaal (tabelwaarde)
  S - gebied van de condensatorplaten,
  d - de afstand tussen de platen.

De afhankelijkheid van de capaciteit van de condensator van de afstand tussen de elektroden wordt verklaard door het fenomeen van elektrostatische inductie kleiner is dan de afstand tussen de platen, hoe meer ze op elkaar inwerken (coulomb), hoe groter de lading elektroden en minder stress. En wanneer de spanningswaarde van de capaciteit toeneemt, aangezien deze ook kan worden beschreven door de volgende formule:

• C = q / U, waarbij
  q - de lading in coulomb.

Het is om te praten over de eenheden van de meting van deze hoeveelheid. Capaciteit wordt gemeten in Farad. 1 farad - voldoend hoge waarde, zodat bestaande condensatoren (niet supercondensatoren) een capacitantie gemeten picofarad (1000000000000 farad).

weerstand

De stroom in de resonantiekring ook afhankelijk van de weerstand van de schakeling. En naast de beide genoemde elementen waaruit een trillingskring (spoel, condensator), er een derde - een weerstand. Hij is verantwoordelijk voor het creëren van weerstand. Weerstand verschilt van de andere elementen doordat het een hoge weerstand, die in sommige modellen kunnen worden gevarieerd. De resonantiekring gebeurt het vermogenssturingsfunctie van het magnetische veld. Er kunnen meerdere weerstanden in serie of parallel, waardoor de weerstand van de schakeling vergroot.

De weerstand van dit element is ook afhankelijk van de temperatuur, dus zorg moet worden genomen om de werkzaamheden in het circuit, aangezien het tijdens stroomdoorgang wordt verwarmd.

De weerstand wordt gemeten in ohm, en de waarde kan worden berekend met de formule:

• R = (p * l) / S, waarin
  p - materiaal weerstand weerstand (gemeten in (ohm * ^mm2) / m);
  l - lengte van de weerstanden (in meter);
  S - oppervlak (in vierkante millimeters).

Hoe maak je een lus parameters te binden?

Nu hebben we in de buurt komen van de fysica van de werking van de oscillerende circuit. Tijd de lading op de condensatorplaten wijzigt volgens de tweede-orde differentiaalvergelijking.

Als deze vergelijking op te lossen, impliceert interessante formules beschrijven de processen die optreden in de schakeling. Bijvoorbeeld kan een cyclisch frequentie uitgedrukt in capaciteit en inductie.

Echter, de meest eenvoudige formule die het mogelijk maakt om de vele onbekenden te berekenen - Thomson vergelijking (genoemd naar de Britse natuurkundige William Thomson, die haar in 1853 bracht):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - tussen de elektromagnetische trillingen,
  L en C - derhalve de inductantie van de oscillatieschakeling spoel en een capaciteit schakelingselement,
  n - het getal pi.

kwaliteitsfactor

Er is een andere belangrijke grootheid karakteriseren van de contour van het werk - de kwaliteit factor. Om te begrijpen wat het is, moet u verwijzen naar dit proces als een resonantie. Dit verschijnsel, waarbij de amplitude wordt het maximale vermogen op een constante waarde, hetgeen een zwenkondersteuningsdeel. Resonantie kan uitleggen met een simpel voorbeeld: als je begint aan de swing op het ritme van hun frequentie te duwen, zullen ze worden versneld, en hun "amplitude" zal toenemen. Maar als je niet druk op de beat, zullen ze vertragen. Bij resonantie, verdwijnt vaak veel energie. Om in staat zijn om de waarde van het verlies te berekenen, uitgevonden we een parameter zoals de kwaliteit factor. Het is een coëfficiënt die gelijk is aan de verhouding van de energie in het systeem te verliezen tijdens één cyclus in het circuit.

schakelingskwaliteit wordt berekend volgens de formule:

• Q = _(w0 * W) / P, waarin
  w ₀ - resonantie hoekfrequentie van oscillaties;
  W - de energie opgeslagen in het trilsysteem;
  P - vermogensverlies.

Deze parameter - dimensieloze sinds daadwerkelijk toont de energie-ratio: opgeslagen besteed.

Wat is de ideale trillingcircuit

Voor een beter begrip van de processen in het systeem van de natuurkunde kwam met de zogenaamde ideale oscillerende circuit. Dit is een wiskundig model dat de schakeling een systeem zonder impedantiewaarde. Daarin zijn ongedempte harmonischen. Dit model maakt het mogelijk om een schakeling bij benadering parameters voor de berekening te verkrijgen. Eén van deze parameters - de totale energie:

• W = (L * ^I2) / 2.

Deze vereenvoudiging enorm versnellen berekeningen en laten circuit met vooraf ingestelde kenmerken evalueren.

Hoe werkt het?

Alle oscillatiecircuit werkingscyclus kan worden onderverdeeld in twee delen. Nu zullen we precies de processen die plaatsvinden in elk deel te zien.

• De eerste faseplaat condensator positief geladen, begint te ontladen, waardoor de stroom in het circuit. Op dit ogenblik bevat de gaat van een positieve naar een negatieve lading, terwijl het door de spoel. Derhalve elektromagnetische trillingen optreden in de schakeling. Stroom door de spoel beweegt naar een tweede plaat en laadt deze positief (dat de eerste elektrode, welke stroom wordt gelopen, negatief geladen).
• De tweede fase vindt dadelijk omgekeerde proces. De stroom gaat van de positieve plaat (dat aanvankelijk negatief was) negatieve weer die door de spoel. En alle kosten op hun plaats vallen.

De cyclus wordt zolang de condensator wordt opgeladen herhaald. Idealiter resonantieschakeling dit proces is oneindig, en het echte vermogensverlies onvermijdelijk gevolg van verschillende factoren: de verwarming die optreedt als gevolg van de aanwezigheid van de weerstand in het circuit (Joule warmte) en dergelijke.

Uitvoeringsvormen circuitontwerp

Naast eenvoudige schakelingen "de spoel-condensator" en "coil-weerstand-condensator", zijn er andere opties, waarbij als basis oscillatieschakeling. Dit bijvoorbeeld een parallelschakeling die is gekenmerkt doordat er een element keten (want als het alleen bestaat, zou het een serieschakeling en daarvan werd in het artikel besproken).

Er zijn ook andere soorten bouwwerken, waaronder de verschillende elektrische componenten. Zo is het mogelijk om verbinding met het netwerk transistor die geopend en gesloten circuit met een frequentie gelijk aan de oscillatiefrequentie van de schakeling. Zo zal het systeem ongedempte trillingen te installeren.

Wanneer de oscillatie circuit wordt gebruikt?

De meest bekende voor ons het gebruik van componenten van het circuit - het elektromagneten. Zij op hun beurt worden gebruikt in intercominstallaties, motoren, sensoren, en vele andere minder bekende gebieden. Andere toepassing - oscillator. In feite is het gebruik van de schakeling is zeer bekend bij ons in deze vorm, wordt het gebruikt in de magnetron golven in de mobiele en draadloze communicatie maken om informatie te verzenden over een afstand. Dit alles is te wijten aan het feit dat de oscillaties van de elektromagnetische golven kan worden gecodeerd op zodanige wijze dat het mogelijk is om gegevens over lange afstanden te verzenden.

Inductor zelf gebruikt worden als een element van de transformator kunnen twee rollen met een verschillend aantal wikkelingen door het elektromagnetische veld langs hun lading. Maar solenoïden kenmerken verschillen en huidige cijfers in de twee ketens, die verbonden zijn met beide inductie variëren. Aldus kan men spanning omzetten in stroom, bijvoorbeeld 220 volt stroom met een spanning van 12 volt.

conclusie

We gedetailleerd het principe van de oscillerende circuit en elk deel afzonderlijk. We geleerd dat de trillingskring - een inrichting voor elektromagnetische golven genereren. Echter, dit is alleen de basis van de complexe mechanismen van deze, schijnbaar eenvoudige elementen. Meer informatie over de fijne kneepjes van het circuit en de componenten kan worden van vakliteratuur.