circuit Oscillant – c'est … Le principe de fonctionnement

circuit oscillant – un dispositif de génération (création) d'oscillations électromagnétiques. Depuis sa création à nos jours, il est utilisé dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques allant de la vie quotidienne aux grandes usines qui produisent des produits très différents.

De quoi consiste?

Le circuit d'oscillation comprend une bobine et un condensateur. En outre, il peut également être présents résistance (élément de résistance variable). Un inducteur (ou électro – aimant, comme on l' appelle parfois) est une tige sur laquelle les enroulements sont enroulés plusieurs couches, ce qui est en général un fil de cuivre. Il est cet élément crée des oscillations dans le circuit oscillatoire. Un bar, situé au milieu, souvent appelé starter, ou noyau, et la bobine est parfois appelé un solénoïde.

bobine de circuit oscillant crée des oscillations que si la charge stockée. Lors du passage d'un courant à travers, il accumule une charge qui donne alors au circuit lorsque la chute de tension.

fils de la bobine ont généralement une très faible résistance, qui reste toujours constante. Le circuit de circuit d'oscillation se produit souvent variation de la tension et l'ampérage. Ce changement est soumis à certaines lois mathématiques:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), où
  U – tension à l'instant t,
  U ₀ – tension à l' instant t _0,
  oscillations électromagnétiques de fréquence – w.

Un autre élément essentiel du circuit est un condensateur électrique. Cet élément est constitué de deux plaques qui sont séparées par un diélectrique. L'épaisseur de la couche entre les électrodes est inférieure à leur taille. Cette conception permet d'accumuler une charge électrique sur isolant, que vous pouvez ensuite envoyer au circuit.

Contrairement à la batterie de condensateurs est qu'il n'y a pas de conversion de substances par le courant électrique, et il y a une accumulation directe de la charge dans un champ électrique. Ainsi, par le condensateur peut être assez grand pour accumuler la charge, qui peut être donnée à la fois. Dans ce cas, le courant dans le circuit est considérablement augmentée.

En outre, le circuit d'oscillation est constitué d'un élément de plus: une résistance. Cet élément a une résistance et pour commander le courant et la tension dans le circuit. Si à une tension constante pour augmenter la résistance de la résistance, le courant diminue par la loi d'Ohm:

• I = U / R, où
  I – courant,
  U – tension,
  R – résistance.

inducteur

Jetons un coup d'examiner de plus près tous les détails de l'inducteur et mieux comprendra sa fonction dans le circuit de résonance. Comme nous l'avons dit, la résistance de cet élément tend vers zéro. Ainsi, lorsqu'il est connecté à un circuit à courant continu se produirait un court-circuit. Toutefois, si la bobine connectée au circuit AC, il fonctionne correctement. Cela conduit à la conclusion que l'élément a une résistance à courant alternatif.

Mais pourquoi est-ce qui se passe et comment la résistance se produit lorsqu'un courant alternatif? Pour répondre à cette question que nous devons nous tourner vers le phénomène de l'auto-inductance. Avec le passage du courant de la bobine en elle il y a une force électromotrice (EMF), qui crée un obstacle à la variation de courant. L'amplitude de cette force dépend de deux facteurs: le courant de la bobine et la dérivée par rapport au temps. Mathématiquement, cette dépendance est exprimée par l'équation:

• E = -L * I « (t), où
  E – EMF,
  L – valeur d'inductance de la bobine (pour chaque bobine est différent et dépend du nombre d'enroulements des bobines et leur épaisseur)
  I « (t) – dérivée temporelle de la (taux de variation de courant) en cours.

DC au fil du temps ne change pas, de sorte que sa résistance lorsqu'il est exposé à se poser.

Mais à l'AC tous ses paramètres sont en constante évolution dans une loi sinusoïdale ou cosinus, ce qui force électromotrice, ce qui empêche ces changements. Une telle résistance est appelée induction et calculée par la formule:

• X = _L w * _L, où
  Circuit d'oscillation de fréquence, – w
  L – inductance de la bobine.

L'intensité du courant dans le solénoïde augmente linéairement et diminue selon des lois différentes. Cela signifie que si vous arrêtez le flux de courant dans la bobine, il continuera pendant un certain temps pour donner la charge dans le circuit. Et si cette interruption brusquement le flux de courant, il y aura tiré du fait que la charge va essayer de sortir et distribuer la bobine. Ceci est – un grave problème dans la production industrielle. Cet effet (mais pas tout à fait liée au circuit d'oscillation) on peut observer, par exemple, lors du retrait de la fiche de la prise. Dans ce cas, l'étincelle qui saute sur une telle échelle ne peut pas nuire à une personne. Il est dû au fait que le champ magnétique ne disparaît pas immédiatement, mais peu à peu dissipée, ce qui induit des courants dans les autres conducteurs. Dans une échelle industrielle la force actuelle est beaucoup plus grand que nos 220 volts habituels, de sorte que l'interruption de la chaîne de production peut provoquer des étincelles une telle force qui fera beaucoup de mal à la plante et l'homme.

Coil – est le fondement de ce qui du circuit d'oscillation est. Inducteur solénoïdes inclus séquentiellement ajouté. Ensuite, nous regardons de plus près tous les détails de la structure de cet élément.

Quelle est l'inductance?

la bobine d'inductance de circuit oscillant – est un paramètre individuel qui est numériquement égale à la force électromotrice (en volts), ce qui se produit dans un circuit lorsque la variation de courant de 1 A pendant 1 seconde. Si le solénoïde est connecté à un circuit de courant continu, son inductance décrit l'énergie d'un champ magnétique, qui est créé par ce courant par la formule:

• W = (L * I ²⁾ / 2, où
  W – l'énergie du champ magnétique.

coefficient inductance dépend de nombreux facteurs: la géométrie de l'électro-aimant, les caractéristiques magnétiques du noyau et du nombre de bobines de fil. Une autre caractéristique de cet indicateur est qu'il est toujours positif, parce que les variables dont il dépend, ne peut pas être négatif.

L'inductance peut également être définie comme une propriété d'un conducteur avec une énergie de magasin courant dans un champ magnétique. Elle est mesurée en Henry (du nom du scientifique américain Dzhozefa Genri).

En outre le circuit d'oscillation électromagnétique est constitué par un condensateur, dont il sera question ci-après.

condensateur électrique

La capacité est déterminée par le circuit oscillateur capacité électrique condensateur. Son aspect a été écrit ci-dessus. Examinons maintenant la physique des processus qui se produisent en elle.

Étant donné que les plaques de condensateur sont constituées d'un conducteur, il peut circuler un courant électrique. Cependant, entre les deux plaques est obstacle. Insulator (ils peuvent être de l'air, en bois ou autre matériau à haute résistance En raison du fait que la charge ne peut pas se déplacer d'une extrémité du fil à l'autre, il y a une accumulation pour les plaques de condensateur augmente ainsi la puissance magnétique et électrique. champs autour d'elle. Ainsi, à la fin de la charge procède toute l'électricité accumulée sur les plaques, commencent à transmettre au circuit.

Chaque condensateur a une tension nominale, optimale pour son fonctionnement. Si vous aspirez à exploiter l'élément à une tension supérieure à la valeur nominale, la durée de vie est considérablement réduite. Le condensateur du circuit oscillant est constamment affectée par des courants et donc quand il est sélectionné doit être très prudent.

En plus des condensateurs conventionnels, qui ont été discutés, il y a aussi des condensateurs à double couche électrique. Ceci est un élément plus complexe: il peut être décrit comme un croisement entre une batterie et un condensateur. Typiquement, le diélectrique dans des condensateurs électriques à double couche sont des substances organiques, entre lesquelles se trouve un électrolyte. Ensemble, ils créent une double couche électrique, ce qui permet d'accumuler dans cette conception parfois plus d'énergie qu'un condensateur classique.

Quelle est la capacité d'un condensateur?

La capacité du condensateur est le rapport de la charge du condensateur à une tension à laquelle il se trouve. Calculer cette valeur peut être très simple à l'aide d'une formule mathématique:

• C = (e ₀ * S) / d, où
  e ₀ – constante diélectrique du matériau diélectrique (valeur tabulaire)
  S – surface des plaques de condensateur,
  d – la distance entre les plaques.

La dépendance de la capacité du condensateur sur la distance entre les électrodes est expliqué par le phénomène d'induction électrostatique est inférieure à la distance entre les plaques, plus ils touchent les uns les autres (coulomb), plus les électrodes de charge et moins de stress. Et lorsque la valeur de tension de la capacité augmente, car il peut également être décrit par la formule suivante:

• C = q / U, où
  q – la charge en coulombs.

Il est de parler des unités de mesure de cette quantité. Capacitance est mesurée en farads. 1 farad – valeur suffisamment grande, de sorte que les condensateurs existants (non supercondensateurs) ont une capacité mesurée en picofarads (un millième de milliardième farad).

résistance

Le courant dans le circuit de résonance dépend aussi de la résistance du circuit. Et d'ailleurs les deux éléments décrits qui forment un circuit oscillant (bobine, condensateur), il y a une troisième – une résistance. Il est responsable de la création glisser. La résistance se distingue des autres éléments en ce qu'il présente une résistance élevée, qui peuvent varier dans certains modèles. Le circuit résonant, il remplit la fonction de commande de puissance du champ magnétique. Il est possible de connecter plusieurs résistances en série ou en parallèle, ce qui augmente la résistance du circuit.

La résistance de cet élément dépend aussi de la température, donc il faut veiller à ses travaux dans le circuit, car il est chauffé pendant le passage du courant.

La résistance est mesurée en ohms, et sa valeur peut être calculée en utilisant la formule:

• R = (p * l) / S, où
  p – résistance de résistivité de matériau (mesuré en (ohm * mm ²⁾ / m);
  l – longueur des résistances (en mètres);
  S – surface de la section (en millimètres carrés).

Comment attacher une boucle de paramètres?

Maintenant, nous sommes venus près de la physique de fonctionnement du circuit oscillatoire. Au fil du temps la charge sur les plaques de condensateur change en fonction de l'équation différentielle du second ordre.

Si vous résoudre cette équation, il implique des formules intéressantes décrivant les processus qui se produisent dans le circuit. Par exemple, une fréquence cyclique peut être exprimée en termes de capacité et d'inductance.

Cependant, la formule la plus simple qui permet de calculer les nombreuses inconnues – équation Thomson (du nom du physicien britannique William Thomson, qui lui a apporté en 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T – entre les oscillations électromagnétiques,
  L et C – en conséquence, l'inductance de la bobine de circuit oscillant et un élément de circuit capacitif,
  n – le nombre pi.

facteur de qualité

Il y a une autre quantité importante qui caractérise le contour du travail – le facteur de qualité. Pour comprendre ce qu'il est, vous devez vous référer à ce processus comme une résonance. Ce phénomène, dans lequel l'amplitude devient la puissance maximale à une valeur constante, qui est un support pivotant. La résonance peut expliquer avec un exemple simple: si vous commencez à pousser le swing au rythme de leur fréquence, ils seront accélérés, et leur « amplitude » augmentera. Mais si vous ne poussez pas le rythme, ils vont ralentir. A la résonance, dissipe souvent beaucoup d'énergie. Pour être en mesure de calculer la valeur de la perte, nous avons inventé un paramètre tel que le facteur de qualité. Il est un coefficient égal au rapport de l'énergie, située dans le système, les pertes qui se produisent au cours d'un cycle dans le circuit.

facteur de qualité du circuit est calculé selon la formule:

• Q = (v ₀ * W) / P, où
  w ₀ – fréquence angulaire de résonance d'oscillations;
  W – l'énergie stockée dans le système de vibration;
  P – dissipation de puissance.

Ce paramètre – montre en fait depuis adimensionnel le rapport d'énergie: Stocké passé.

Quel est le circuit oscillant idéal

Pour une meilleure compréhension des processus dans le système de la physique est venu avec le circuit oscillant soi-disant idéal. Ceci est un modèle mathématique représentant le circuit comme un système avec une résistance nulle. Dans ce document, il y a des oscillations harmoniques non amorties. Ce modèle permet d'obtenir un paramètres du circuit de calcul de la formule approchée. L'un de ces paramètres – l'énergie totale:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Une telle simplification et d'accélérer considérablement les calculs permettent d'évaluer les caractéristiques du circuit avec des caractéristiques prédéfinies.

Comment ça marche?

Tout cycle de fonctionnement du circuit oscillant peut être divisé en deux parties. Maintenant, nous allons voir exactement les processus qui se déroulent dans toutes les régions.

• Le premier condensateur à plaques de phase, chargée positivement, commence à se décharger, ce qui rend le courant dans le circuit. À ce stade, le courant passe d'un positif à une charge négative, en passant par la bobine. Par conséquent, les vibrations électromagnétiques se produisent dans le circuit. faire passer un courant à travers la bobine, il se déplace à une seconde plaque et il se charge positivement (alors que la première électrode, dont le courant est entré, chargé négativement).
• La deuxième phase a lieu directement en face de processus. Le courant passe de la plaque positive (qui à l'origine était négatif) vers le négatif, en passant à nouveau à travers la bobine. Et toutes les charges tombent en place.

Le cycle se répète aussi longtemps que le condensateur est chargé. Dans un circuit résonnant idéal ce processus est infini, et la vraie perte de puissance est inévitable en raison de divers facteurs: le chauffage qui se produit en raison de l'existence de la résistance dans le circuit (Joule chaleur), et autres.

la conception de circuits modes de réalisation

En plus des circuits simples « la bobine-condensateur » et « bobine-résistance-condensateur », il y a d'autres options, en utilisant comme un circuit d'oscillation de base. Ceci, par exemple, un circuit parallèle qui est caractérisé en ce qu 'il y a un circuit d'élément (parce qu'il existe seul, ce serait un circuit en série et dont a été discuté dans l'article).

Il y a aussi d'autres types de construction, y compris les divers composants électriques. Par exemple, il est possible de se connecter au réseau de transistor qui ouvre et ferme le circuit avec une fréquence égale à la fréquence d'oscillation du circuit. Ainsi, le système installera des oscillations non amorties.

Lorsque le circuit d'oscillation est utilisé?

Le nous le plus familier à l'utilisation des composants du circuit – il électroaimants. Ils ont, à leur tour, sont utilisés dans les systèmes d'intercommunication, les moteurs, les capteurs, et bien d'autres domaines moins conventionnels. Une autre application – oscillateur. En fait, il est l'utilisation du circuit est très familier: sous cette forme, il est utilisé dans le micro-ondes pour créer des vagues dans la communication mobile et sans fil pour transmettre des informations sur une distance. Tout cela est dû au fait que les oscillations des ondes électromagnétiques peuvent être codées de telle manière qu'il sera possible de transmettre des informations sur de longues distances.

Inducteur lui-même peut être utilisé comme un élément de transformateur, deux bobines avec un nombre différent de spires peut passer à travers le champ électromagnétique leur charge. Mais comme solénoïdes caractéristiques différentes, et les chiffres actuels dans les deux circuits, qui sont reliés aux deux inductance varie. Ainsi, on peut convertir la tension en courant, disons 220 volts en courant avec une tension de 12 volts.

conclusion

Nous avons détaillé le principe du circuit oscillant et chaque partie séparément. Nous avons appris que le circuit oscillant – un dispositif destiné à générer des ondes électromagnétiques. Cependant, ce n'est que les bases de la mécanique complexe de ces éléments, apparemment simples. En savoir plus sur les subtilités du circuit et ses composants peuvent être de la littérature spécialisée.