Svārstību process elektrotehnikā un elektronikā, svārstību veidi
Oscilācijas process — process ar dažādu atkārtojamības pakāpi. Visi svārstību procesi ir sadalīti 2 klasēs: periodiskā un neperiodiskā. Teorētiski viņi izmanto arī starpklasi - gandrīz periodiskas svārstības.
Svārstību procesu sauc par periodisku, kurā šo procesu raksturojošajai vērtībai, kas ņemta jebkurā laikā, pēc noteikta laika perioda T ir tāda pati vērtība.
Funkciju f (t), kas ir svārstību procesa matemātiska izteiksme, sauc par periodisku ar periodu T, ja tā apmierina nosacījumu f (t + T) = f (t).
Periodisko svārstību procesu klasē galvenā loma ir harmoniskām vai sinusoidālām svārstībām, kurās fiziskā daudzuma izmaiņas laika gaitā notiek saskaņā ar sinusa vai kosinusa likumu. Viņu kopējais rekords ir:
y = f (t) = aCos ((2π / T) t — φ),
kur a — svārstību amplitūda, φ ir svārstību fāze, 1 /T = f — frekvence un 2πf = ω — ciklisku vai cirkulāru vibrāciju frekvence.
Sinusoidālo svārstību pielietojums un to raksturojums:
Grafiski veidi, kā parādīt maiņstrāvu
Gandrīz periodiska funkcija, kas atbilst periodisko svārstību nolasījumam, tiek definēta ar nosacījumu:
| f · (t + τ) — f (t) | <= ε kur ε — katrai vērtībai T piešķir vērtību.
Lielumu τ šajā gadījumā sauc par gandrīz periodu. Ja vērtība ε ir ļoti maza salīdzinājumā ar f (t) vidējo vērtību laikā T, tad kvaziperiodiskā funkcija būs tuvu periodiskajai.
Neperiodiskās svārstības ir daudz daudzveidīgākas nekā periodiskās. Bet visbiežāk automatizācijā nākas saskarties ar slāpējošām vai pieaugošām sinusoidālām svārstībām.
Svārstības saskaņā ar slāpētā sinusoīda likumu vai, kā to dažreiz sauc, slāpētās harmoniskās svārstības, var attēlot vispārīgā formā:
x = Ae-δTcos·(ω + φ),
kur t ir laiks, A un φ ir patvaļīgas konstantes. Harmonisko svārstību pieauguma likuma vispārīgais apzīmējums atšķiras tikai ar slāpēšanas koeficienta zīmi δ[1 sekunde].
att. 1 — oscilācijas process, att. 2. — periodisks process, att. 3. — dilstošās harmoniskās svārstības, att. 4. — harmonisko svārstību palielināšanās.
Svārstību procesa pielietošanas piemērs ir vienkāršākā svārstību ķēde.
Oscilatora ķēde (elektriskā ķēde) — pasīva elektriskā ķēde, kurā var rasties elektriskās svārstības ar frekvenci, ko nosaka pašas ķēdes parametri.
Vienkāršākā svārstību ķēde sastāv no kapacitātes C un induktivitātes L. Ja nav ārējas ietekmes, slāpējošās svārstības ar frekvenci εО = 1/2π√LC.
Vibrāciju amplitūda samazinās ar piem.-δT, kur δ ir slāpēšanas koeficients. Ja δ> = eO, tad amortizētās svārstības ķēdē kļūst neperiodiskas.
Elektronikā svārstību ķēdes kvalitāti nosaka kvalitātes koeficients: Q = nf/δ... Kad uz svārstību ķēdi iedarbojas ārējs periodisks spēks, tajā rodas piespiedu svārstības. Piespiedu svārstību amplitūda ievērojami palielinās augsta Q ķēdēm, ja ārējās ietekmes frekvence ir tuvu eo (rezonansei). Oscilējošā ķēde ir viena no galvenajām daļām rezonanses pastiprinātājos, ģeneratori un citas elektroniskas ierīces.
Skatīt arī par šo tēmu: Sprieguma rezonanses un strāvas rezonanses pielietojums