Elektrilised võnked: võnkumiste liigid ja omadused, amplituud, sagedus ja faas

Võnkumised on protsessid, mis korduvad korduvalt või jämedalt korduvad teatud ajavahemike järel. Kõikuvad protsessid on looduses ja tehnoloogias laialt levinud.

Elektrotehnikas ja elektroonikas peavad nad tegelema väga erinevate elektriliste võnkumiste tüüpidega, s.t. pingete ja voolude kõikumised. erinevates elektriahelatessamuti mehaanilised vibratsioonid nagu vibratsioon mikrofoni membraanid või kõlarid.

Vibratsiooni omadused

Võnkumisi kui korduvaid protsesse iseloomustavad ennekõike kõikuva väärtusega saavutatud suurimad kõrvalekalded või vibratsiooni amplituud, teiseks samade seisundite korduste esinemise sagedus või vibratsiooni sagedus, ja kolmandaks, millisest olekust, millest protsessi faas vastab pöördloenduse alguse ajale. Seda viimast võnkeprotsessi omadust nimetatakse "algfaasiks" või lihtsalt "faasiks".

Rangelt võttes on need mõisted rakendatavad ainult teatud tüüpi võnkumiste puhul, nimelt perioodiliste ja eriti sinusoidne… Termineid: amplituud, sagedus ja faas kasutatakse üldiselt ülaltoodud tähenduses igasuguse vibratsiooni kohta üldiselt (vt. Vahelduvvoolu põhiparameetrid).

Võnkumise omadused (amplituud, periood, sagedus ja faas):

Vibratsiooni tüübid

Sõltuvalt sellest, mis amplituudiga juhtub, on võnkumised erinevad:

• paigal või summutamata, mille amplituud ajas ei muutu;

• amortiseerunud, mille amplituud aja jooksul väheneb;

• suureneb, mille amplituud aja jooksul suureneb;

• amplituudmodulatsioon, mille amplituud aja jooksul suureneb ja väheneb.

Sõltuvalt sellest, kuidas võnkumised ajas korduvad, on võnkumised erinevad:

• perioodilised, st need, milles kõik olekud korduvad täpselt teatud ajavahemike järel;

• ligikaudu perioodiline, milles kõik olekud ainult ligilähedaselt korduvad, näiteks summutavad või sagedusmoduleeritud (st võnked, mille sagedus muutub pidevalt teatud piirides teatud väärtuse ümber).

Vaata -Vaba summutatud ja sunnitud võnkumised

Sõltuvalt vormist eristatakse võnkumisi:

• sinusoidne (harmooniline) või sinusoidaalsele lähedane;

• lõõgastus, mille kuju erineb oluliselt sinusoidaalsest.

Lõpuks, vastavalt võnkeprotsessi päritolule, eristatakse neid:

• loomulikud või vabad võnkumised, mis tekkisid süsteemi šoki (või üldiselt süsteemi tasakaalu rikkumise) tagajärjel;

• sunnitud, mis tekib süsteemi pikaajalise välise võnketegevuse tagajärjel ja süsteemis välismõjude puudumisel toimuvate isevõnkumiste tagajärjel, mis on tingitud süsteemi enda võimest säilitada selles võnkeprotsessi.

Elektrilised vibratsioonid — voolu, pinge, laengu kõikumised, mis esinevad elektriahelates, ahelates, liinides jne. Kõige tavalisemad elektrivibratsioonid on tavalised vahelduv elektrivool, mille puhul pinge ja vool ahelas perioodiliselt muutuvad.Need juhtuvad sagedusega 50 Hz. Sellised suhteliselt aeglased võnked saadakse tavaliselt kasutades Vahelduvvoolu elektrimasinad.

Kiired vibratsioonid luuakse spetsiaalsete meetoditega, mille hulgas on kaasaegsetes tehnoloogiates kõige suurem roll elektroonilised generaatorid.

Olenevalt sagedusest jagatakse elektrilised vibratsioonid kahte rühma — madalsagedus, mille sagedus on alla 15 000 Hz, ja kõrgsagedus, mille sagedus on üle 15 000 Hz. See piirväärtus valiti seetõttu, et vibratsioon sagedusega alla 15 000 Hz tekitab inimese kõrvas helitunde, samas kui 15 000 Hz ületavaid vibratsioone inimkõrv ei kuule.

Ostsillaatorisüsteemid — süsteemid, milles võivad esineda loomulikud võnkumised.

Ostsillaatori ahel — vooluahel, milles võivad tekkida loomulikud elektrivõnked, kui selles on häiritud elektriline "tasakaal", st kui selles tekivad algpinged või -voolud.

Kett — tavaliselt suletud elektriahel. Kuid see termin kehtib ka avatud vooluahelate, nimelt antennide kohta. Nende kahe tüüpi silmuste eristamiseks nimetatakse neid vastavalt suletud ja avatud.Mõistel "kontuur" on mõnikord eriline tähendus. Võnkuahelat nimetatakse lühiduse mõttes sageli lihtsalt "vooluringiks".

Et ahelas tekiks loomulik võnkumine, peab sellel olema mahtuvus ja induktiivsus, mitte liiga suur takistus. Omavõnkumiste sagedus ahelas sõltub mahtuvuse C ja induktiivsuse L väärtusest. Mida suurem on võnkeahela mahtuvus ja induktiivsus, seda madalam on selle omavõnkumiste sagedus (vt täpsemalt siit — Ostsillaatori ahel).

Loomuliku vibratsiooni sagedus ahelas määratakse ligikaudu nn Thomsoni valemi järgi:

Kuna igal vooluringil on takistus, kus tekivad energiakadud ja soojus eraldub, siis loomulikud võnked ahelas on alati summutavad. Teisisõnu, võnkeahel naaseb elektrilise "tasakaalu" summutatud võnkeprotsessi tulemusena.

Kui ahela takistus on väga suur, siis on tegemist aperioodilise vooluringiga, milles loomulikke võnkumisi ei esine. Sellises ahelas tekkivad algpinged ja voolud vaibuvad võnkumisi kogemata, kuid monotoonselt. Teisisõnu, kui elektriline "tasakaal" on häiritud, naaseb selline silmus perioodiliselt (st ilma võnkumisteta) "tasakaalu" asendisse.

Vaata ka sellel teemal:

Induktiivsidestatud võnkeahelad

Pidevad võnkumised ja parameetriline resonants