Elektriskās svārstības: svārstību veidi un raksturlielumi, amplitūda, frekvence un fāze

Svārstības ir procesi, kas atkārtojas atkārtoti vai aptuveni atkārtojas noteiktos intervālos. Dabā un tehnoloģijās ir plaši izplatīti svārstību procesi.

Elektrotehnikā un elektronikā viņiem ir jāsaskaras ar visdažādākajiem elektrisko svārstību veidiem, t.i. spriegumu un strāvu svārstības. dažādās elektriskās ķēdēskā arī mehāniskās vibrācijas, piemēram, vibrācijas mikrofonu membrānas vai skaļruņi.

Vibrācijas īpašības

Svārstībām kā atkārtotiem procesiem, pirmkārt, ir raksturīgas lielākās novirzes, ko sasniedz svārstību vērtība, vai vibrācijas amplitūda, otrkārt, to pašu stāvokļu atkārtošanās biežums vai vibrācijas frekvence, un treškārt, no kāda stāvokļa, ko procesa fāze atbilst atpakaļskaitīšanas sākuma laikam. Šo pēdējo svārstību procesa īpašību sauc par "sākotnējo fāzi" vai vienkārši "fāzi".

Stingri sakot, šie jēdzieni ir piemērojami tikai noteiktiem svārstību veidiem, proti, periodiskām un jo īpaši sinusoidāls… Termini: amplitūda, frekvence un fāze tomēr parasti tiek lietoti iepriekš minētajā nozīmē jebkurai vibrācijai kopumā (sk. Maiņstrāvas pamatparametri).

Svārstību raksturlielumi (amplitūda, periods, frekvence un fāze):

Vibrācijas veidi

Atkarībā no tā, kas notiek ar amplitūdu, svārstības atšķiras:

• stacionārs vai neslāpēts, kura amplitūda laika gaitā nemainās;

• amortizēts, kura amplitūda ar laiku samazinās;

• palielinās, kura amplitūda ar laiku palielinās;

• amplitūdas modulācija, kuras amplitūda laika gaitā palielinās un samazinās.

Atkarībā no tā, kā svārstības tiek atkārtotas laikā, svārstības atšķiras:

• periodiski, tas ir, tie, kuros visi stāvokļi tiek atkārtoti precīzi noteiktos intervālos;

• aptuveni periodisks, kurā visi stāvokļi tikai aptuveni atkārtojas, piemēram, slāpējoši vai frekvences modulēti (ti, svārstības, kuru frekvence pastāvīgi mainās noteiktās robežās ap noteiktu vērtību).

Skaties -Brīvas slāpētas un piespiedu svārstības

Atkarībā no formas izšķir svārstības:

• sinusoidāla (harmoniska) vai tuvu sinusoidālai;

• relaksācija, kuras forma būtiski atšķiras no sinusoidālas.

Visbeidzot, atkarībā no svārstību procesa izcelsmes tos izšķir:

• dabiskas vai brīvas svārstības, kas radušās sistēmas trieciena (vai kopumā sistēmas līdzsvara pārkāpuma) rezultātā;

• piespiedu, kas rodas ilgstošas ​​ārējas svārstību darbības rezultātā uz sistēmu, un pašsvārstībām, kas rodas sistēmā, ja nav ārējas ietekmes, sakarā ar pašas sistēmas spēju uzturēt tajā svārstīgo procesu.

Elektriskās vibrācijas — strāvas, sprieguma, lādiņa svārstības, kas rodas elektriskajās ķēdēs, ķēdēs, līnijās utt. Visbiežāk sastopamās elektriskās vibrācijas ir parastās maiņstrāva elektriskā strāva, kurā ķēdē periodiski mainās spriegums un strāva.Tie notiek ar frekvenci 50 Hz. Šādas salīdzinoši lēnas svārstības parasti iegūst, izmantojot Maiņstrāvas elektriskās mašīnas.

Ātrās vibrācijas tiek radītas ar īpašām metodēm, starp kurām mūsdienu tehnoloģijās tām ir vislielākā loma elektroniskie ģeneratori.

Atkarībā no frekvences elektriskās vibrācijas parasti iedala divās grupās - zemā frekvence, kuras frekvence ir zem 15 000 Hz, un augsta frekvence, kuras frekvence ir lielāka par 15 000 Hz. Šis ierobežojums tika izvēlēts, jo vibrācijas zem 15 000 Hz rada skaņas sajūtu cilvēka ausī, savukārt vibrācijas virs 15 000 Hz cilvēka auss nedzird.

Oscilatoru sistēmas — sistēmas, kurās var rasties dabiskās svārstības.

Oscilatora ķēde — ķēde, kurā var rasties dabiskas elektriskās svārstības, ja tajā tiek izjaukts elektriskais "līdzsvars", tas ir, ja tajā tiek radīti sākotnējie spriegumi vai strāvas.

Ķēde — parasti slēgta elektriskā ķēde. Tomēr šis termins attiecas arī uz atvērtām shēmām, proti, antenām. Lai atšķirtu šos divus cilpu veidus, tos attiecīgi sauc par slēgtiem un atvērtiem.Terminam "kontūra" dažreiz ir īpaša nozīme. Svārstīgo ķēdi īsuma labad bieži sauc vienkārši par "shēmu".

Lai ķēdē notiktu dabiskās svārstības, tai jābūt ar kapacitāti un induktivitāti, nevis pārāk lielu pretestību. Dabisko svārstību frekvence ķēdē būs atkarīga no kapacitātes C un induktivitātes L vērtības. Jo lielāka kapacitāte un induktivitāte ir iesaistīta svārstību ķēdē, jo zemāka ir tās dabisko svārstību frekvence (sīkāku informāciju skatīt šeit — Oscilatora ķēde).

Dabisko vibrāciju frekvenci ķēdē aptuveni nosaka t.s pēc Tomsona formulas:

Tā kā katrai ķēdei ir pretestība, kurā rodas enerģijas zudumi un izdalās siltums, tad dabiskās svārstības ķēdē vienmēr būs slāpējošas. Citiem vārdiem sakot, amortizēta svārstību procesa rezultātā svārstību ķēde atgriežas elektriskā "līdzsvarā".

Ja ķēdes pretestība ir ļoti augsta, tad tā ir aperiodiska ķēde, kurā nenotiek dabiskas svārstības. Šādā ķēdē radītie sākotnējie spriegumi un strāvas samazinās, neizjūtot svārstības, bet monotoni. Citiem vārdiem sakot, kad tiek traucēts elektriskais "līdzsvars", šāda cilpa periodiski (ti, bez svārstībām) atgriežas "līdzsvara" pozīcijā.

Skatīt arī par šo tēmu:

Induktīvi savienotas svārstību ķēdes

Nepārtrauktas svārstības un parametriskā rezonanse