Mạch dao động - đây là ... Nguyên tắc hoạt động

Dao động mạch - một thiết bị để tạo ra (tạo) của dao động điện từ. Từ khi thành lập cho đến ngày nay nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau, từ cuộc sống hàng ngày cho các nhà máy lớn sản xuất sản phẩm rất khác nhau.

Về những gì nó bao gồm?

Các mạch dao động gồm một cuộn dây và một tụ điện. Bên cạnh đó, cũng có thể có điện trở hiện nay (yếu tố kháng biến). Một cuộn cảm (hoặc solenoid, vì nó đôi khi được gọi) là một cây gậy mà cuộn dây được quấn nhiều lớp, mà nói chung là một sợi dây đồng. Đó là yếu tố này tạo ra dao động trong mạch dao động. Một quầy bar, nằm ở giữa, thường được gọi là choke, hoặc lõi và cuộn dây đôi khi được gọi một solenoid.

cuộn dây mạch dao động tạo ra dao động chỉ khi phí lưu trữ. Khi đi qua một dòng điện qua nó, nó tích lũy một khoản phí mà sau đó cho vào mạch khi điện áp giảm xuống.

dây cuộn dây thường có một sức đề kháng rất thấp, mà luôn luôn vẫn không đổi. Các mạch mạch dao động thường xảy ra sự thay đổi trong điện áp và cường độ dòng điện. Sự thay đổi này phản ánh pháp luật toán học nhất định:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), nơi
  U - điện áp tại thời điểm t,
  U ₀ - điện áp tại thời điểm t _0,
  w - tần số dao động điện từ.

Một thành phần thiết yếu của mạch là một tụ điện. yếu tố này bao gồm hai tấm được phân cách bởi một điện môi. Độ dày của lớp giữa các điện cực nhỏ hơn kích thước của chúng. Thiết kế này cho phép tích lũy trên cách điện điện tích, sau đó bạn có thể gửi cho mạch.

pin tụ không giống như là không có chuyển đổi các chất bằng dòng điện, và có một sự tích lũy trực tiếp phí trong một điện trường. Do đó, thông qua các tụ điện có thể đủ lớn để tích lũy phí, có thể được đưa ra cùng một lúc. Trong trường hợp này, dòng điện trong mạch được tăng lên rất nhiều.

Ngoài ra, các mạch dao động được tạo thành từ một yếu tố nữa: một điện trở. Yếu tố này có một sức đề kháng và để kiểm soát dòng điện và điện áp trong mạch. Nếu tại một điện áp không đổi để tăng sức đề kháng của điện trở, dòng điện sẽ giảm bởi định luật Ohm:

• I = U / R, nơi
  I - hiện tại,
  U - điện áp,
  R - kháng.

cuộn cảm

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn ở tất cả các chi tiết của cuộn cảm và tốt hơn sẽ hiểu chức năng của nó trong mạch cộng hưởng. Như chúng ta đã biết, cuộc kháng chiến của nguyên tố này có xu hướng không. Vì vậy, khi kết nối với một mạch DC có thể xảy ra chập điện. Tuy nhiên, nếu cuộn dây kết nối với các mạch AC, nó hoạt động một cách chính xác. Điều này dẫn đến kết luận rằng nguyên tố này có một sức đề kháng để hiện xen kẽ.

Nhưng tại sao điều này xảy ra và làm thế nào kháng xảy ra khi một dòng điện xoay chiều? Để trả lời câu hỏi này chúng ta cần phải chuyển sang hiện tượng tự cảm. Với việc thông qua các cuộn dây hiện trong đó có một lực điện (EMF), mà tạo ra một trở ngại cho sự thay đổi hiện tại. Độ lớn của lực lượng này phụ thuộc vào hai yếu tố: các cuộn dây hiện tại và đạo hàm theo thời gian. Về mặt toán học, sự phụ thuộc này được thể hiện bằng phương trình:

• E = -L * Tôi '(t), nơi
  E - EMF,
  L - giá trị điện cảm của cuộn dây (đối với mỗi cuộn dây là khác nhau và phụ thuộc vào số lượng các cuộn dây của cuộn dây và độ dày của họ)
  Tôi (t) - Thời gian phát sinh của (tỷ lệ thay đổi hiện hành) hiện hành.

Nguồn DC theo thời gian là không thay đổi, vì vậy khả năng chống chịu khi tiếp xúc với phát sinh.

Nhưng tại AC tất cả các thông số của nó thay đổi liên tục trong một đạo luật hình sin hoặc cosin, khiến lực điện, ngăn ngừa những thay đổi này. kháng như vậy được gọi là cảm ứng và tính theo công thức:

• X _L = w * _L, nơi
  dao động mạch tần số, - w
  L - điện cảm của cuộn dây.

Các cường độ dòng điện trong solenoid tuyến tính tăng và giảm theo pháp luật khác nhau. Điều này có nghĩa rằng nếu bạn dừng lại thì dòng điện chạy trong cuộn dây, nó sẽ tiếp tục trong một thời gian để cung cấp cho các phụ trách trong mạch. Và nếu điều này đột ngột làm gián đoạn dòng chảy của hiện tại, sẽ được bắn từ một thực tế là phụ trách sẽ cố gắng để có được ra ngoài và được phân phối cuộn dây. Đây là - một vấn đề nghiêm trọng trong sản xuất công nghiệp. Hiệu ứng này (mặc dù không hoàn toàn liên quan đến mạch dao động) có thể được quan sát, ví dụ, khi tháo phích cắm ra khỏi ổ cắm. Trong trường hợp này bỏ qua tia lửa mà trên thang điểm như vậy không thể gây tổn hại cho một người. Đó là do thực tế rằng từ trường không biến mất ngay lập tức, nhưng dần dần tiêu tan, lôi kéo dòng trong dây dẫn khác. Trong một quy mô công nghiệp thế mạnh hiện nay là lớn hơn bình thường 220 volt của chúng tôi nhiều lần, do đó gián đoạn trong dây chuyền sản xuất có thể gây ra tia lửa như một lực lượng mà sẽ gây ra rất nhiều thiệt hại cho cả hai nhà máy và người đàn ông.

Coil - là nền tảng của mà từ đó các mạch dao động là. Cuộn cảm bao gồm solenoid tuần tự thêm. Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn ở tất cả các chi tiết về cấu trúc của phần tử đó.

điện cảm là gì?

Điện cảm cuộn dây dao động mạch - là một tham số cá nhân đó là số lượng bằng với lực điện (trong volts), trong đó xảy ra trong một mạch khi biến hiện nay trong tổng số 1 A cho 1 giây. Nếu solenoid được kết nối với một mạch DC, điện cảm của nó mô tả năng lượng của một từ trường, được tạo ra bởi hiện nay theo công thức:

• W = (L * I ²⁾ / 2, trong đó
  W - năng lượng từ trường.

hệ số điện cảm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình học của Solenoid, các đặc điểm từ tính của lõi và số lượng các cuộn dây. Một tính năng của chỉ số này là nó luôn luôn tích cực, bởi vì các biến mà nó phụ thuộc, không thể phủ định.

Điện cảm cũng có thể được định nghĩa là một tài sản của một dây dẫn với một năng lượng lưu trữ hiện tại trong một từ trường. Nó được đo bằng Henry (đặt theo tên của nhà khoa học Mỹ Dzhozefa Genri).

Hơn nữa điện từ mạch dao động gồm một tụ điện, sẽ được thảo luận sau đây.

tụ điện

Dung được xác định bởi các dao động mạch điện dung điện tụ điện. Giao diện chương trình đã được viết ở trên. Bây giờ Chúng ta hãy xét tính chất vật lý của các quá trình xảy ra trong đó.

Kể từ khi các tấm tụ điện được làm bằng một dây dẫn, sau đó nó có thể chảy dòng điện. Tuy nhiên, giữa hai tấm là trở ngại. Insulator (họ có thể không khí, gỗ hoặc vật liệu khác với độ bền cao Do thực tế là trách nhiệm không thể di chuyển từ một đầu của dây đến đầu kia, có một sự tích lũy nó để các tấm tụ do đó làm tăng sức mạnh từ trường và điện. lĩnh vực xung quanh nó. Như vậy, việc chấm dứt của phụ trách tiến hành tất cả các điện tích lũy trên đĩa, bắt đầu được chuyển đến các mạch.

Mỗi tụ điện có điện áp định mức, tối ưu cho hoạt động của mình. Nếu bạn dài để khai thác nguyên tố này ở một điện áp cao hơn không đáng kể, tuổi thọ sẽ giảm đáng kể. Các tụ điện của mạch dao động liên tục bị ảnh hưởng bởi dòng chảy và do đó khi được chọn phải rất cẩn thận.

Ngoài tụ thông thường, mà đã được thảo luận, cũng có điện tụ hai lớp. Đây là một yếu tố phức tạp hơn: nó có thể được mô tả như một chéo giữa một pin và một tụ điện. Thông thường, các điện môi trong tụ hai lớp điện là những chất hữu cơ, giữa đó là một chất điện phân. Họ cùng nhau tạo ra một lớp kép điện, cho phép tích lũy trong thiết kế này tại nhiều năng lượng hơn lần so với một tụ điện thông thường.

năng lực của một tụ điện là gì?

Điện dung của tụ điện là tỷ lệ phí tụ điện để điện áp mà tại đó nó nằm. Tính giá trị này có thể rất đơn giản với sự giúp đỡ của một công thức toán học:

• C = (e ₀ * S) / d, nơi
  e ₀ - hằng số điện môi của vật liệu điện môi (giá trị bảng)
  S - diện tích các tấm tụ điện,
  d - khoảng cách giữa các tấm.

Sự phụ thuộc của điện dung của tụ điện vào khoảng cách giữa các điện cực được giải thích bởi hiện tượng cảm ứng điện ít hơn khoảng cách giữa các tấm, họ càng ảnh hưởng lẫn nhau (culông), lớn hơn các điện cực phí và căng thẳng ít hơn. Và khi giá trị điện áp của tăng công suất, vì nó cũng có thể được mô tả bằng công thức sau:

• C = q / U, nơi
  q - phí trong cườm.

Đó là để nói về đơn vị đo lường số lượng này. Điện dung được đo bằng farads. 1 farad - giá trị đủ lớn, vì vậy tụ hiện có (không siêu tụ điện) có một điện dung được đo bằng picofarads (1/1000000000000 farad).

điện trở

Dòng điện trong mạch cộng hưởng cũng phụ thuộc vào điện trở của mạch. Và bên cạnh đó hai yếu tố miêu tả trong đó tạo nên một mạch dao động (cuộn dây, tụ điện), có một thứ ba - một điện trở. Ông chịu trách nhiệm tạo ra kéo. Điện trở khác với các yếu tố khác ở chỗ nó có một sức đề kháng cao, có thể được thay đổi trong một số mô hình. Các mạch cộng hưởng nó thực hiện các chức năng kiểm soát sức mạnh của từ trường. Có thể kết nối nhiều điện trở trong loạt hoặc song song, do đó làm tăng sức đề kháng của mạch.

Cuộc kháng chiến của nguyên tố này cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy cần thận trọng để công việc của mình trong mạch, vì nó được làm nóng trong thời gian qua của hiện tại.

Cuộc kháng được đo bằng ohms, và giá trị của nó có thể được tính theo công thức:

• R = (p * l) / S, nơi
  p - điện trở điện trở suất vật chất (đo bằng (ohm * mm ²⁾ / m);
  l - chiều dài của điện trở (tính bằng mét);
  S - diện tích mặt cắt (tính bằng mm vuông).

Làm thế nào để buộc một thông số vòng lặp?

Bây giờ chúng ta đã đến gần với vật lý hoạt động của mạch dao động. Qua thời gian phí trên các tấm tụ điện thay đổi theo phương trình vi phân bậc hai.

Nếu bạn giải quyết phương trình này, nó ngụ ý một số công thức thú vị mô tả các quá trình xảy ra trong mạch. Ví dụ, một tần số theo chu kỳ có thể được biểu diễn dưới dạng điện dung và điện cảm.

Tuy nhiên, công thức đơn giản nhất cho phép để tính toán ẩn số nhiều - Thomson phương trình (đặt theo tên của nhà vật lý người Anh William Thomson, người đã đưa cô vào năm 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - giữa các dao động điện từ,
  L và C - theo đó, độ tự cảm của cuộn dây mạch dao động và một yếu tố mạch điện dung,
  n - số pi.

yếu tố chất lượng

Có một số lượng quan trọng đặc trưng cho đường viền của công việc - các yếu tố chất lượng. Để hiểu nó là gì, bạn nên tham khảo quá trình này như một sự cộng hưởng. Hiện tượng này, trong đó biên độ trở thành sức mạnh tối đa tại một giá trị không đổi, đó là một sự hỗ trợ swing. Cộng hưởng có thể giải thích với một ví dụ đơn giản: nếu bạn bắt đầu để đẩy chiếc xích đu theo nhịp của tần số của họ, họ sẽ được tăng tốc, và "biên độ" của họ sẽ tăng lên. Nhưng nếu bạn không đẩy nhịp, họ sẽ làm chậm. Tại cộng hưởng, thường mất đi rất nhiều năng lượng. Để có thể tính toán giá trị của sự mất mát, chúng tôi phát minh ra một tham số chẳng hạn như yếu tố chất lượng. Đây là một hệ số tương đương với tỷ lệ năng lượng, nằm trong hệ thống, để thiệt hại xảy ra trong một chu kỳ trong mạch.

yếu tố chất lượng mạch được tính theo công thức:

• Q = (w ₀ * W) / P, nơi
  w ₀ - cộng hưởng tần số góc của dao động;
  W - năng lượng được lưu trữ trong hệ thống rung;
  P - tản quyền lực.

Tham số này - không thứ nguyên từ thực tế cho thấy tỷ lệ năng lượng: lưu trữ cho chi tiêu.

mạch dao động lý tưởng là gì

Đối với một sự hiểu biết tốt hơn về các quá trình trong hệ thống vật lý đã đưa ra cái gọi là mạch dao động lý tưởng. Đây là một mô hình toán học đại diện cho các mạch như một hệ thống có khả năng chống zero. Trong đó có những dao động điều hòa không bị nghẹt. Mô hình này cho phép để có được một thông số mạch tính toán công thức gần đúng. Một trong những thông số - tổng năng lượng:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

đơn giản hóa như vậy rất nhiều tăng tốc tính toán và cho phép để đánh giá đặc điểm mạch với các đặc tính cài sẵn.

Làm thế nào nó hoạt động?

Tất cả dao động mạch chu kỳ kinh doanh có thể được chia thành hai phần. Bây giờ chúng ta sẽ thấy chính xác các quá trình đang diễn ra ở tất cả các phần.

• Các tụ tấm giai đoạn đầu tiên, tích điện dương, bắt đầu xả, làm cho dòng điện trong mạch. Tại thời điểm này, dòng điện đi từ một tích cực cho một điện tích âm, trong khi đi qua cuộn dây. Do đó, rung động điện từ xảy ra trong mạch. dòng điện chạy qua cuộn dây, nó di chuyển đến một tấm thứ hai và sạc nó một cách tích cực (trong khi các điện cực đầu tiên, mà hiện nay đang bước đi, âm tính).
• Giai đoạn thứ hai diễn ra quá trình đối diện trực tiếp. Dòng điện đi từ tấm tích cực (mà trong đầu là tiêu cực) đến tiêu cực, đi qua một lần nữa thông qua các cuộn dây. Và tất cả những chi phí rơi vào vị trí.

Các chu kỳ được lặp lại chừng nào các tụ điện được tính phí. Trong một mạch cộng hưởng lý tưởng quá trình này là vô hạn, và tổn thất điện năng thực sự là không thể tránh khỏi do các yếu tố khác nhau: quá trình gia nhiệt xảy ra do sự tồn tại của kháng trong mạch (nhiệt Joule), và những thứ tương tự.

thiết kế mạch hiện thân

Ngoài các mạch đơn giản "cuộn dây-tụ" và "cuộn dây điện trở-tụ", có những lựa chọn khác, sử dụng như một mạch cơ sở dao động. Này, ví dụ, một mạch song song mà được đặc trưng trong đó có một mạch yếu tố (vì như nó tồn tại một mình, nó sẽ là một mạch loạt và trong số đó đã được thảo luận trong bài viết).

Ngoài ra còn có các loại xây dựng, bao gồm các thành phần điện khác nhau. Ví dụ, nó có thể kết nối với các bóng bán dẫn mạng mà sẽ mở ra và đóng mạch với một tần số bằng tần số dao động của mạch. Do đó, hệ thống sẽ cài đặt dao động không bị nghẹt.

Trường hợp mạch dao động được sử dụng?

Quen thuộc nhất đối với chúng tôi việc sử dụng các thành phần của mạch - đó nam châm điện. Họ, đến lượt nó, được sử dụng trong các hệ thống liên lạc nội bộ, động cơ, cảm biến, và nhiều lĩnh vực ít thông thường khác. Một ứng dụng - dao động. Trong thực tế, nó là việc sử dụng các mạch là rất quen thuộc với chúng ta: theo hình thức này, nó được sử dụng trong lò vi sóng để tạo sóng trong thông tin di động và không dây để truyền tải thông tin qua một khoảng cách. Tất cả điều này là do thực tế là các dao động của sóng điện từ có thể được mã hóa trong một cách mà nó sẽ có thể để truyền tải thông tin trên một khoảng cách dài.

Cuộn cảm tự nó có thể được sử dụng như một thành phần cho các máy biến áp, hai cuộn dây với số lượng khác nhau của cuộn dây có thể đi qua các trường điện từ mà mình phụ trách. Nhưng khi solenoid đặc điểm khác nhau, và con số hiện tại trong hai mạch, được kết nối với hai điện cảm sẽ thay đổi. Do đó, người ta có thể chuyển đổi điện áp hiện nay, nói 220 volt trong hiện tại với một điện áp 12 volt.

phần kết luận

Chúng tôi trình bày chi tiết các nguyên tắc của mạch dao động và từng bộ phận riêng biệt. Chúng tôi biết rằng các dao động mạch - một thiết bị được thiết kế để tạo ra sóng điện từ. Tuy nhiên, đây chỉ là những điều cơ bản của các cơ chế phức tạp trong số này, dường như các yếu tố đơn giản. Tìm hiểu thêm về những phức tạp của các mạch và các thành phần của nó có thể từ văn học chuyên ngành.