Rezonanța solicitărilor. Care este rezonanța în circuitul electric?

Rezonanța este una dintre cele mai frecvente în natură fizice. fenomen

Elemente ale circuitului de rezonanță

Fenomenul de rezonanță poate apărea în așa-numitul lanț RLC, care conține următoarele componente:

• R - rezistoare. Aceste dispozitive, legate de așa-numitele elemente active ale circuitului electric, transformă energia electrică în energie termică. Cu alte cuvinte, elimină energia din circuit și îl transformă în căldură.
• L este inductanța. Inductanța în circuitele electrice este un analog al masei sau inerției în sistemele mecanice. Această componentă nu este foarte vizibilă în circuitul electric, până când nu încercați să efectuați modificări în el. În mecanică, de exemplu, o astfel de schimbare este o schimbare a vitezei. În circuitul electric, curentul se schimbă. Dacă din anumite motive apare, inductanța contracarează această modificare în starea circuitului.
• C este denumirea pentru condensatori, care sunt dispozitive care stochează energie electrică similară cu modul în care izvoarele rețin energie mecanică. Inductanța se concentrează și reține energia magnetică, în timp ce condensatorul concentrează încărcarea și astfel stochează energia electrică.

Conceptul de circuit rezonant

Elementele cheie ale circuitului rezonant sunt inductanța (L) și capacitatea (C). Rezistorul tinde să stingă oscilațiile, astfel încât elimină energia din circuit. La examinarea proceselor care au loc în circuitul rezonant, vom ignora temporar, dar trebuie amintit faptul că, la fel ca forța de frecare în sistemele mecanice, rezistenței electrice în circuitele nu pot fi eliminate.

Rezonanță de rezonanță și rezonanță curentă

În funcție de modul în care sunt conectate elementele cheie, circuitul rezonant poate fi secvențial și paralel. Atunci când un circuit oscilant serial este conectat la o sursă de tensiune cu o frecvență a semnalului care coincide cu frecvența naturală, în anumite condiții, apare o resonanță de tensiune. Rezonanța într-un circuit electric cu elemente reactive conectate paralel se numește rezonanță a curenților.

Frecvența naturală a circuitului rezonant

Putem face sistemul să oscileze în mod frecvent. Pentru a face acest lucru, trebuie să încărcați mai întâi condensatorul, așa cum se arată în figura din stânga sus. Când se face acest lucru, cheia este deplasată în poziția prezentată în aceeași figură din dreapta.

În timp "0", toată energia electrică este stocată în condensator, iar curentul în circuit este zero (figura de mai jos). Rețineți că placa superioară a condensatorului este încărcată pozitiv, iar cea inferioară este negativă. Nu putem vedea oscilațiile electronilor din circuit, dar putem măsura curentul cu un ampermetru și cu ajutorul unui osciloscop putem urmări caracterul curentului față de timp. Rețineți că T pe graficul nostru este timpul necesar pentru a finaliza o vibrație, care în inginerie electrică este numită "perioada de leagăn".

Curentul curge în sensul acelor de ceasornic (figura de mai jos). Energia este transferată de la condensator la inductor. La prima vedere, poate părea ciudat că inductanța conține energie, dar aceasta este similară cu energia cinetică conținută în masa în mișcare.

Debitul de energie revine la condensator, dar rețineți că polaritatea condensatorului sa schimbat acum. Cu alte cuvinte, placa inferioară are acum o încărcătură pozitivă, iar placa superioară - o încărcare negativă (figura de mai jos).

Sistemul este acum pe deplin rezolvate, iar energia începe să curgă din condensatorul înapoi la inductanța (a se vedea figura de mai jos). Ca rezultat, energia revine complet la punctul de plecare și este gata să înceapă din nou ciclul.

Frecvența de oscilație poate fi aproximată după cum urmează:

• F = 1 / 2pi- (LC)^0.5,

unde: F - frecvență, L - inductanță, C - capacitate.

Procesul considerat în acest exemplu reflectă esența fizică a rezonanței de stres.

Investigarea rezonanței de stres

În circuitele LC reale există întotdeauna o ușoară rezistență, care scade cu fiecare ciclu crește amplitudinea curentului. După mai multe cicluri, curentul scade la zero. Acest efect se numește "atenuarea unui semnal sinusoidal". Rata de atenuare a curentului la o valoare zero depinde de valoarea rezistenței din circuit. Cu toate acestea, rezistența nu modifică frecvența de oscilație a circuitului rezonant. Dacă rezistența este suficient de mare, nu vor apărea deloc oscilații sinusoidale în circuit.

Evident, în cazul în care există o frecvență naturală de oscilație, există posibilitatea de a capta un proces rezonant. Facem asta, inclusiv o sursă de alimentare serială curent alternativ (AC), după cum se arată în ilustrația din stânga. Termenul "variabilă" înseamnă că tensiunea de ieșire a sursei fluctuează la o anumită frecvență. Dacă frecvența sursei de alimentare coincide cu frecvența naturală a circuitului, rezonanță de tensiune apare.

Condiții de apariție

Acum considerăm condițiile pentru apariția unei rezonanțe de stres. Așa cum am arătat în ultima figură, am întors rezistența la circuit. În absența unui rezistor în circuit, curentul în circuitul rezonant va crește la o anumită valoare maximă determinată de parametrii elementelor de circuit și de puterea sursei de alimentare. Creșterea rezistenței rezistorului în circuitul rezonant mărește tendința de atenuare a curentului în circuit, dar nu afectează frecvența oscilațiilor rezonante. De regulă, modul de rezonanță de tensiune nu se produce dacă rezistența circuitului de rezonanță satisface condiția R = 2 (L / C)^0.5.

Utilizarea rezonanței de tensiune pentru transmisia radio

Fenomenul rezonanței de stres nu este doar un fenomen fizic curios. Acesta joacă un rol excepțional în tehnologia comunicațiilor fără fir - radio, televiziune, telefonie celulară. Transmițătoarele utilizate pentru transmiterea fără fir a informațiilor conțin în mod obligatoriu circuite proiectate pentru a rezona la o frecvență definită pentru fiecare dispozitiv, numită frecvența purtătoare. Cu ajutorul unei antene de transmisie conectate la emițător, acesta emite undele electromagnetice pe frecvența purtătoare.

Antena de la celălalt capăt al căii de transmisie-recepție primește acest semnal și o alimentează în bucla de recepție, proiectată să rezoneze la frecvența purtătoare. Evident, antena primește o mulțime de semnale la frecvențe diferite, ca să nu mai vorbim de zgomotul de fond. Datorită prezenței la intrarea unui receptor reglat la frecvența purtătoare a circuitului rezonant, receptorul selectează singura frecvență corectă, eliminând toate cele inutile.

După detectarea semnalului radio cu modulație amplitudine (AM), semnalul de frecvență joasă (LF) extras din acesta este amplificat și alimentat la dispozitivul de reproducere a sunetului. Aceasta este cea mai simplă formă de transmisie radio este foarte sensibil la zgomot și interferențe.

Pentru a îmbunătăți calitatea informațiilor primite, s-au dezvoltat și s-au utilizat cu succes alte metode mai avansate de transmisie a semnalelor radio, care se bazează, de asemenea, pe utilizarea unor sisteme rezonante reglate.

Frecvență modulare sau FM-radio rezolvă multe dintre problemele de transmisie radio cu un semnal de transmisie modulat prin amplitudine, totuși acest lucru se realizează cu costul unei complicații semnificative a sistemului de transmisie. În radioul FM, sistemul sunete în calea electronică se transformă în mici modificări ale frecvenței purtătoare. O parte din echipamentul care efectuează această conversie este numit "modulator" și este utilizat cu transmițătorul.

În consecință, trebuie adăugat un demodulator la receptor pentru a transforma semnalul înapoi într-o formă care poate fi reprodusă printr-un difuzor.

Alte exemple de utilizare a rezonanței de tensiune

tensiuni de rezonanță ca principiu fundamental este încorporat în circuitele de mai multe filtre, sunt utilizate pe scară largă în domeniul ingineriei electrice pentru a elimina semnalele nocive și nedorite și netezind pulsație generând semnale sinusoidale.