Resonanca napetosti. Kakšna je resonanca v električnem vezju?

Resonanca je ena najpogostejših v naravi fizični pojavi. Videz

Elementi resonančnega vezja

Pojav resonance se lahko pojavi v tako imenovani RLC verigi, ki vsebuje naslednje komponente:

• R - upori. Te naprave, povezane s tako imenovanimi aktivnimi elementi električnega tokokroga, pretvarjajo električno energijo v toplotno energijo. Z drugimi besedami, odstranijo energijo iz vezja in jo pretvorijo v toploto.
• L je induktivnost. Induktivnost v električnih vezjih je analogna masa ali vztrajnost v mehanskih sistemih. Ta komponenta v električnem krogu ni opazna, dokler se ne poskušate spremeniti. V mehaniki je na primer takšna sprememba sprememba hitrosti. V električnem tokokrogu se tok spreminja. Če se iz nekega razloga zgodi, induktivnost nasprotuje tej spremembi stanja vezja.
• C je oznaka za kondenzatorje, ki so naprave, ki hranijo električno energijo, podobno, kako vzmeti zadržujejo mehanična energija. Induktivnost se koncentrira in ohranja magnetno energijo, medtem ko kondenzator koncentrira polnilo in tako shrani električno energijo.

Koncept resonančnega vezja

Ključni elementi resonančnega vezja so induktivnost (L) in kapacitivnost (C). Upor nagiba k gašenju oscilacij, tako da odstrani energijo iz vezja. Pri obravnavanju procesov, ki se pojavljajo v oscilacijskem tokokrogu, ga začasno ignoriramo, vendar je treba zapomniti, da električni upor v tokokrogih, tako kot sila trenja v mehanskih sistemih, ni mogoče odpraviti.

Resonančna resonanca in trenutna resonanca

Odvisno od načina povezovanja ključnih elementov je resonančno vezje zaporedno in vzporedno. Če je serijsko oscilatorsko vezje priključeno na vir napetosti s frekvenco signala, ki sovpada z naravno frekvenco, pod določenimi pogoji nastane napetostna resonanca. Resonanca v električnem vezju z vzporedno povezanimi reaktivnimi elementi se imenuje resonanca tokov.

Naravna frekvenca resonančnega vezja

Sistem lahko osciliramo na lastno frekvenco. Če želite to narediti, morate najprej polniti kondenzator, kot je prikazano na zgornji levi sliki. Ko je to storjeno, je ključ premaknjen v položaj, prikazan na isti sliki na desni.

V času "0" je vsa električna energija shranjena v kondenzatorju in tok v krogu je nič (slika spodaj). Upoštevajte, da je zgornja plošča kondenzatorja pozitivno napolnjena, spodnja pa negativna. V tokokrogu ne moremo opaziti nihanj elektronov, vendar lahko tok merimo z ampermetrom, s pomočjo osciloskopa pa lahko sledimo karakteru toka v primerjavi s časom. Upoštevajte, da je T na našem grafu čas, potreben za dokončanje ene vibracije, ki se v elektrotehniki imenuje "nihajno obdobje".

Tok teče v smeri urinega kazalca (slika spodaj). Energija se prenese iz kondenzatorja v Induktor. Na prvi pogled se lahko zdi čudno, da induktivnost vsebuje energijo, vendar je to podobno kinetični energiji, ki jo vsebuje gibljiva masa.

Pretok energije se vrne nazaj k kondenzatorju, vendar upoštevajte, da se je polarnost kondenzatorja zdaj spremenila. Z drugimi besedami, spodnja plošča ima zdaj pozitivno energijo, na zgornji plošči pa negativen naboj (slika spodaj).

Zdaj se sistem popolnoma obrne in energija začne znova teči iz kondenzatorja v induktivnost (slika spodaj). Posledično se energija popolnoma vrne na izhodiščno točko in je pripravljena za zagon cikla na novo.

Frekvenca nihanja se lahko približuje, kot sledi:

• F = 1 / 2pi- (LC)^0,5,

kjer je: F - frekvenca, L - induktivnost, C - kapacitivnost.

Proces, ki se upošteva v tem primeru, odraža fizično bistvo stresne resonance.

Preiskava stresne resonance

V realnih LC tokokrogih je vedno majhen upor, ki z vsakim ciklusom zmanjša povečanje amplitude toka. Po več ciklusih se tok zmanjša na nič. Ta učinek se imenuje "oslabitev sinusoidnega signala". Stopnja dušenja toka na ničelno vrednost je odvisna od vrednosti upora v vezju. Vendar upor ne spremeni frekvence oscilacije resonančnega vezja. Če je odpornost dovolj velika, se sinusoidne oscilacije v vezju ne bodo pojavile.

Očitno je, če obstaja naravna frekvenca nihanja, obstaja možnost vznemirjanja resonančnega procesa. To delamo, vključno s serijskim napajalnikom izmenični tok (AC), kot je prikazano na sliki levo. Izraz "spremenljivka" pomeni, da izhodna napetost vira niha pri določeni frekvenci. Če frekvenca vir energije sovpada z naravno frekvenco vezja, se pojavi resonanca napetosti.

Pogoji za nastanek

Zdaj upoštevamo pogoje za nastanek stresne resonance. Kot je prikazano na zadnji sliki, smo vrnili upor v vezje. Če v tokokrogu ni upora, se tok v resonančnem vezju poveča na določeno maksimalno vrednost, ki jo določijo parametri elementov vezja in moč vir energije. Povečanje upora upora v resonančnem vezju povečuje težnjo, da zmanjša tok v tokokrogu, vendar ne vpliva na frekvenco resonančnih nihanj. Praviloma se ne pojavi režim napetostne resonance, če upor resonančnega vezja izpolnjuje pogoj R = 2 (L / C)^0,5.

Uporaba napetostnega resonanca za radijski prenos

Pojav stresne resonance ni le radoveden fizični pojav. Ima izjemno vlogo v tehnologiji brezžičnih komunikacij - radiu, televiziji, mobilni telefoniji. Oddajniki, ki se uporabljajo za brezžični prenos informacij, nujno vsebujejo vezja, zasnovana za resoniranje s frekvenco, določeno za vsako napravo, imenovano nosilna frekvenca. S pomočjo oddajne antene, ki je priključena na oddajnik, oddaja elektromagnetni valovi na nosilni frekvenci.

Antena na drugem koncu oddajne in sprejemne poti sprejema ta signal in ga vnese v sprejemno zanko, ki je zasnovana za resoniranje na nosilni frekvenci. Očitno je, da antena sprejema veliko signalov na različnih frekvencah, da ne omenjamo ozadja hrupa. Zaradi prisotnosti na vhodu sprejemnika, nastavljenega na nosilno frekvenco resonančnega vezja, sprejemnik izbere edino pravilno frekvenco, s čimer odpravi vse nepotrebne.

Po detekciji amplitudno moduliranega (AM) radijskega signala se nizkofrekvenčni signal (LF), ekstrahiran iz njega, pomnoži in napaja v napravo za reprodukcijo zvoka. To je najpreprostejša oblika radijskega prenosa zelo občutljiva na hrup in motnje.

Za izboljšanje kakovosti prejetih informacij smo razvili in uspešno uporabili druge naprednejše metode prenosa radijskih signalov, ki temeljijo tudi na uporabi uglašenih resonančnih sistemov.

Frekvenčna modulacija ali FM-radio rešuje veliko problemov radijskega prenosa z amplitudno moduliranim prenosnim signalom, vendar je to doseženo zaradi stroškov znatnega zapletanja prenosnega sistema. V FM radiju se sistem zvoka v elektronski poti spremeni v majhne spremembe v nosilni frekvenci. Del opreme, ki izvaja to konverzijo, se imenuje "modulator" in se uporablja z oddajnikom.

Skladno s tem je treba sprejemniku dodati demodulator za pretvorbo signala nazaj v obliko, ki jo je mogoče reproducirati prek zvočnika.

Drugi primeri uporabe napetostne resonance

Resonančna resonanca kot temeljno načelo je tudi določena v vezju številnih filtrov, ki se pogosto uporabljajo v elektrotehniki, da bi odpravili škodljive in nepotrebne signale, izravnavo pulzacij in generiranje sinusoidnih signalov.