Rezonancija naprezanja. Koja je rezonancija u električnom krugu

Rezonancija je jedna od najčešćih prirode fizičke pojave. pojava

Elementi rezonancijskog kruga

Fenomen rezonancije može se pojaviti u takozvanom RLC lancu, koji sadrži sljedeće komponente:

• R - otpornici. Ovi uređaji, koji se odnose na tzv. Aktivne elemente električnog kruga, pretvaraju električnu energiju u toplinsku energiju. Drugim riječima, oni uklanjaju energiju iz kruga i pretvaraju ga u toplinu.
• L je induktivnost. Induktivnost u električnim krugovima analogni je masu ili inerciju mehaničkih sustava. Ova komponenta nije vrlo primjetna u električnom strujnom krugu, sve dok ne pokušavate napraviti nikakve promjene u njemu. Na mehanici, primjerice, takva promjena je promjena brzine. U strujnom krugu, trenutne promjene. Ako se iz nekog razloga dogodi, induktivitet neutralizira ovu promjenu u stanju kruga.
• C je oznaka za kondenzatore, koji su uređaji koji pohranjuju električnu energiju sličnu onoj kako opruge zadržavaju mehanička energija. Induktivnost koncentrira i zadržava magnetsku energiju, dok kondenzator koncentrira naboj i time pohranjuje električnu energiju.

Koncept rezonantnog kruga

Ključni elementi rezonantnog kruga su induktivnost (L) i kapacitivnost (C). Otpornik nastoji ugasiti oscilacije, tako da uklanja energiju iz kruga. Prilikom razmatranja procesa koji se javljaju u oscilatorskom krugu, privremeno ga zanemarimo, ali treba imati na umu da se, kao sila trenja u mehaničkim sustavima, električni otpor u krugovima ne može eliminirati.

Rezonantna rezonancija i trenutna rezonancija

Ovisno o načinu povezivanja ključnih elemenata, rezonantni krug može biti sekvencijalan i paralelan. Kod spajanja serije titrajni krug na izvor napona signala s frekvencijom podudara s prirodnoj frekvenciji, pod određenim uvjetima, javlja odgovor na stres. Rezonancija u električnom krugu s paralelnim reaktivnim elementima naziva se rezonancija struja.

Prirodna frekvencija rezonantnog kruga

Sustav možemo oscilirati na vlastitu frekvenciju. Da biste to učinili, najprije morate napuniti kondenzator, kao što je prikazano u gornjem lijevom slici. Kada to učinite, tipka se premješta na poziciju prikazanu na istoj slici na desnoj strani.

U vremenu "0", sva električna energija se pohranjuje u kondenzatoru, a struja u krugu je nula (slika ispod). Imajte na umu da je gornja ploča kondenzatora napunjena pozitivno, a niža je negativna. Ne vidimo oscilacije elektrona u krugu, ali možemo mjeriti struju pomoću ampermetara, a uz pomoć osciloskopa možemo pratiti karakter tekućine u odnosu na vrijeme. Napominjemo da je T na našem grafu vrijeme potrebno za dovršenje jedne vibracije, koje se u elektrotehnici naziva "razdoblje zamaha".

Trenutna struja u smjeru kazaljke na satu (slika dolje). Energija se prenosi iz kondenzatora u induktor. Na prvi pogled, može se činiti čudnim da induktivitet sadrži energiju, ali to je slično kinetičkoj energiji sadržanoj u pokretnoj masi.

Protok energije se vraća natrag u kondenzator, ali napominjemo da se polaritet kondenzatora sada promijenio. Drugim riječima, dno ploče sada ima pozitivan naboj, a gornja ploča - negativni naboj (slika ispod).

Sada se sustav potpuno okrenuo, a energija počinje teći iz kondenzatora ponovno u induktivitet (slika ispod). Kao rezultat, energija se potpuno vraća na početnu točku i spremna je ponovno pokrenuti ciklus.

Frekvencija oscilacije može se aproksimirati na sljedeći način:

• F = 1 / 2pi- (LC)^0.5,

gdje: F - frekvencija, L - induktivitet, C - kapacitivnost.

Proces koji se razmatra u ovom primjeru odražava fizičku suštinu stresne rezonancije.

Istraživanje otpornosti na stres

U stvarnim LC krugovima, uvijek postoji mali otpor, koji sa svakim ciklusom smanjuje povećanje amplitude struje. Nakon nekoliko ciklusa struja se smanjuje na nulu. Ovaj efekt naziva se "prigušenje sinusoidalnog signala". Brzina prigušenja struje do nulte vrijednosti ovisi o vrijednosti otpora u krugu. Međutim, otpor ne mijenja frekvenciju oscilacije rezonantnog kruga. Ako je otpor dovoljno velik, u krugu se neće pojaviti sinusoidalne oscilacije.

Očito, tamo gdje postoji prirodna frekvencija oscilacije, postoji mogućnost uzbudljivanja rezonantnog procesa. To činimo, uključujući i serijski napajanje izmjeničnu struju (AC), kao što je prikazano na slici lijevo. Izraz "varijabla" znači da izlazni napon izvora oscilira na određenoj frekvenciji. Ako se frekvencija izvora napajanja podudara s prirodnom frekvencijom kruga, nastaje rezonancija napona.

Uvjeti nastanka

Sada razmatramo uvjete za pojavu stresne rezonancije. Kao što je prikazano na posljednjoj slici, vratili smo otpornik u krug. U odsutnosti otpornika u krugu, struja u rezonantnom krugu će se povećati do određene maksimalne vrijednosti određene parametrima elemenata kruga i snage izvora napajanja. Povećanje otpornosti otpornika u rezonantnom krugu povećava tendenciju da se smanjuje struja u krugu, ali ne utječe na frekvenciju rezonantnih oscilacija. U pravilu, način rezonancije napona ne dolazi ako otpor rezonancijskog kruga zadovoljava uvjet R = 2 (L / C)^0.5.

Korištenje naponske rezonancije za radio prijenos

Fenomen stresne rezonancije nije samo neobičan fizički fenomen. Ima iznimnu ulogu u tehnologiji bežičnih komunikacija - radio, televizija, mobilna telefonija. Prijenosnici koji se koriste za bežični prijenos informacija nužno sadrže sklopove dizajnirane za rezoniranje frekvencije definirane za svaki uređaj, nazvanu frekvencija nosača. Pomoću odašiljačke antene spojenog na odašiljač emitira elektromagnetski valovi na frekvenciji nosača.

Antena na drugom kraju puta za odašiljanje i primanje prima taj signal i dovodi ga do petlje za prijam, osmišljena da rezonira na nosačkoj frekvenciji. Očito, antena prima puno signala na različitim frekvencijama, a da ne spominjemo pozadinsku buku. Zbog prisustva na ulazu prijemnika koji je podešen na nosač frekvencije rezonantnog kruga, prijemnik odabire jedinu ispravnu frekvenciju, uklanjajući sve nepotrebne.

Nakon detektiranja amplitude-moduliranog (AM) radio signala, niskofrekventni signal (LF) koji se iz nje izvlači se pojačava i prenosi na uređaj za reprodukciju zvuka. Ovo je najjednostavniji oblik radio prijenosa vrlo osjetljiv na buku i smetnje.

Da bi se poboljšala kvaliteta dobivenih informacija razvijen i uspješno koristi drugih, naprednijih načina radio prijenosa, koji se također temelji na korištenju sinkroniziran rezonantnih sustava.

Modulacija frekvencije ili FM radio rješava mnoge probleme radioprijenosa s amplitudom moduliranim signalom prijenosa, no to se postiže po cijeni značajne komplikacije prijenosnog sustava. U FM radiju, sustav zvuči na elektroničkom putu pretvara u male promjene u nosač frekvencije. Dio opreme koji obavlja ovu pretvorbu naziva se "modulator" i koristi se s odašiljačem.

U skladu s tim, prijemnik mora biti dodan u demodulator za pretvaranje signala natrag u oblik koji se može reproducirati na zvučniku.

Drugi primjeri korištenja naponske rezonancije

Rezonantna rezonancija kao temeljno načelo također je određena u sklopu brojnih filtara široko korištenih u elektrotehnici radi uklanjanja štetnih i nepotrebnih signala, zaglađivanja pulsiranja i generiranja sinusnih signala.