Litar berayun - ini adalah ... Prinsip operasi

litar berayun - alat untuk menjana (mencipta) ayunan elektromagnet. Dari penubuhannya hingga ke hari ini ia digunakan dalam banyak bidang sains dan teknologi yang terdiri daripada kehidupan harian untuk kilang-kilang besar menghasilkan produk yang sangat berbeza.

Of apakah yang terdiri?

Litar ayunan termasuk gegelung dan pemuat. Di samping itu, mungkin juga terdapat perintang hadir (unsur rintangan yang berbeza). Peraruh (atau solenoid, kerana ia kadang-kadang dipanggil) ada rotan di mana belitan luka beberapa lapisan, yang secara amnya adalah wayar tembaga. Ia adalah unsur ini mewujudkan ayunan dalam litar ayunan itu. Bar, bertempat di tengah-tengah, sering dipanggil pencekik, atau teras, dan gegelung yang kadang-kadang dipanggil solenoid.

gegelung litar berayun mewujudkan ayunan hanya jika caj Disimpan. Apabila lulus semasa yang melaluinya, ia berkumpul tuduhan yang kemudiannya memberikan kepada litar apabila voltan yang turun.

wayar gegelung umumnya mempunyai rintangan yang sangat rendah, yang sentiasa malar. Litar litar ayunan sering berlaku perubahan dalam voltan dan aliran elektrik. Perubahan ini adalah tertakluk kepada undang-undang matematik tertentu:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), di mana
  U - voltan pada masa t,
  U ₀ - voltan pada masa t _0,
  w - kekerapan ayunan elektromagnet.

Satu lagi komponen penting dalam litar adalah kapasitor elektrik. Unsur ini terdiri daripada dua plat yang dipisahkan oleh dielektrik yang. Ketebalan lapisan di antara elektrod adalah kurang daripada saiz mereka. Reka bentuk ini membolehkan untuk mengumpul cas elektrik dalam penebat, yang anda boleh menghantar kepada litar.

kapasitor bateri tidak seperti adalah bahawa tidak ada penukaran bahan oleh arus elektrik, dan terdapat pengumpulan langsung caj dalam medan elektrik. Oleh itu, melalui kapasitor boleh menjadi cukup besar untuk mengumpul pertuduhan itu, yang boleh diberikan sekaligus. Dalam kes ini, semasa dalam litar amat meningkat.

Juga, litar ayunan terdiri daripada satu elemen lebih banyak: perintang. Unsur ini mempunyai rintangan yang dan untuk mengawal arus dan voltan dalam litar. Jika pada voltan yang berterusan untuk meningkatkan rintangan perintang, arus akan berkurangan oleh undang-undang Ohm:

• I = U / R, di mana
  I - semasa,
  U - voltan,
  R - rintangan.

induktor

Mari kita lihat lebih dekat pada semua butiran pengaruh dan akan lebih memahami fungsinya dalam litar salunan. Seperti yang telah kita berkata, rintangan unsur ini cenderung kepada sifar. Oleh itu, apabila disambungkan kepada litar DC akan berlaku litar pintas. Walau bagaimanapun, jika gegelung disambungkan kepada litar AC, ia berfungsi dengan betul. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa unsur mempunyai rintangan kepada arus.

Tetapi mengapa ini berlaku dan bagaimana rintangan berlaku apabila arus ulang-alik? Untuk menjawab soalan ini, kita perlu beralih kepada fenomena aruhan diri. Dengan peredaran semasa gegelung di dalamnya terdapat satu daya gerak elektrik (EMF), yang mewujudkan penghalang kepada perubahan semasa. Magnitud daya ini bergantung kepada dua faktor: semasa gegelung dan terbitan terhadap masa. Secara matematik, pergantungan ini dinyatakan oleh persamaan:

• E = -L * I '(t), di mana
  E - EMF,
  L - nilai kearuhan gegelung (bagi setiap gegelung adalah berbeza dan bergantung kepada bilangan belitan gegelung dan ketebalan mereka)
  Saya (t) - masa terbitan (kadar perubahan semasa) semasa.

DC Power dari masa ke masa tidak berubah, jadi rintangan apabila terkena timbul.

Tetapi pada AC semua parameter sentiasa berubah dalam undang-undang sinus atau kosinus, menyebabkan daya gerak elektrik, yang menghalang perubahan ini. Perlawanan ini dipanggil induksi dan dikira oleh formula:

• X _L = w * _L, di mana
  w - frekuensi litar ayunan,
  L - kearuhan gegelung.

Keamatan semasa dalam solenoid linear meningkat dan turun mengikut undang-undang yang berbeza. Ini bermakna bahawa jika anda berhenti aliran arus dalam gegelung, ia akan berterusan untuk beberapa ketika untuk memberi cas dalam litar. Dan jika ini tiba-tiba mengganggu aliran semasa, akan ditembak dari hakikat bahawa pertuduhan itu akan cuba untuk keluar dan diedarkan gegelung. Ini adalah - satu masalah yang serius dalam pengeluaran perindustrian. Kesan ini (walaupun tidak sepenuhnya berkaitan dengan litar ayunan) boleh dilihat, sebagai contoh, ketika mengeluarkan plag dari soket. Dalam kes ini melangkau percikan yang pada skala yang tidak boleh mengancam seseorang. Ia adalah disebabkan oleh hakikat bahawa medan magnet tidak hilang serta-merta, tetapi secara beransur-ansur hilang, mendorong arus dalam konduktor lain. Dalam skala industri kekuatan semasa adalah banyak kali lebih besar daripada biasa 220 volt kami, jadi gangguan dalam rantaian pengeluaran boleh menyebabkan percikan api satu kuasa yang akan menyebabkan banyak kemudaratan kepada kedua-dua loji dan lelaki itu.

Coil - adalah asas dari mana litar ayunan adalah. Pengaruh solenoid termasuk berurutan ditambah. Seterusnya, kita melihat dengan lebih dekat di semua butir-butir struktur elemen yang.

Apa yang kearuhan?

gegelung kearuhan litar berayun - adalah satu parameter individu yang adalah sama nilainya dengan daya gerak elektrik (dalam volt), yang berlaku dalam litar apabila Perubahan semasa 1 A untuk 1 saat. Jika solenoid disambungkan kepada litar DC, kearuhan yang menggambarkan tenaga medan magnet, yang dicipta oleh arus ini oleh formula:

• W = (L * I ²⁾ / 2, di mana
  W - tenaga medan magnet.

pekali kearuhan bergantung kepada banyak faktor: geometri solenoid, ciri-ciri magnet teras dan bilangan gegelung wayar. Satu lagi ciri penunjuk ini adalah bahawa ia adalah sentiasa positif, kerana pembolehubah di mana ia bergantung, tidak boleh menjadi negatif.

kearuhan juga boleh ditakrifkan sebagai harta konduktor dengan tenaga kedai semasa dalam medan magnet. Ia diukur dalam Henry (dinamakan selepas ahli sains Amerika Dzhozefa Genri).

Tambahan pula solenoid litar ayunan terdiri daripada kapasitor, yang akan dibincangkan selepas ini.

kapasitor elektrik

Kemuatan ditentukan oleh litar pengayun kemuatan elektrik kapasitor. rupanya telah ditulis di atas. Sekarang Mari kita kaji fizik proses yang berlaku di dalamnya.

Sejak plat kapasitor diperbuat daripada konduktor, maka ia boleh mengalir arus elektrik. Walau bagaimanapun, di antara dua plat adalah halangan. Insulator (mereka boleh menjadi udara, kayu atau bahan lain dengan rintangan yang tinggi Kerana kenyataan bahawa pertuduhan tidak boleh bergerak dari satu hujung wayar yang lain, terdapat pengumpulan kepada plat kapasitor itu meningkatkan kuasa magnet dan elektrik. bidang di sekitarnya. Oleh itu, pada penamatan pertuduhan hasil semua elektrik terkumpul pada plat, mula dihantar kepada litar.

Setiap kapasitor mempunyai nilai voltan, optimum untuk operasinya. Jika anda yang lama untuk mengeksploitasi elemen pada voltan yang lebih tinggi daripada nominal, jangka hayat yang dikurangkan. Kapasitor litar ayunan yang sentiasa dipengaruhi oleh arus dan oleh itu apabila dipilih perlu berhati-hati.

Selain kapasitor konvensional, yang telah dibincangkan, terdapat juga elektrik kapasitor dua lapisan. Ini adalah unsur yang lebih kompleks: ia boleh digambarkan sebagai gabungan antara bateri dan pemuat. Biasanya, dielektrik dalam kapasitor dua lapisan elektrik adalah bahan organik, antara yang elektrolit. Bersama-sama mereka membuat dua lapisan elektrik, yang membolehkan untuk berkumpul dalam reka bentuk ini pada tenaga kali lebih daripada kapasitor konvensional.

Apa yang kapasiti kapasitor?

Kemuatan kapasitor adalah nisbah caj kapasitor kepada voltan di mana ia terletak. Mengira nilai ini boleh menjadi sangat mudah dengan bantuan formula matematik:

• C = (e ₀ * S) / d, di mana
  e ₀ - pemalar dielektrik bahan dielektrik (nilai berjadual)
  S - kawasan plat kapasitor,
  d - jarak antara plat.

Pergantungan kemuatan kapasitor pada jarak antara elektrod dijelaskan oleh fenomena induksi elektrostatik adalah kurang daripada jarak antara plat, lebih banyak mereka mempengaruhi satu sama lain (coulomb), lebih besar elektrod caj dan kurang tekanan. Dan apabila nilai voltan daripada peningkatan kapasiti, kerana ia boleh juga digambarkan dengan formula berikut:

• C = q / U, di mana
  q - Caj dalam coulombs.

Ia adalah untuk bercakap mengenai unit pengukuran kuantiti ini. Kapasitan diukur dalam farad. 1 Farad - nilai yang cukup besar, jadi kapasitor sedia ada (tidak supercapacitors) telah kemuatan yang diukur dalam picofarads (satu trillionth Farad).

perintang

Semasa dalam litar salunan juga bergantung kepada rintangan litar. Dan selain dua elemen diterangkan yang membentuk litar berayun (gegelung, kapasitor), terdapat satu pertiga - perintang. Beliau bertanggungjawab untuk mewujudkan drag. Perintang berbeza daripada unsur-unsur lain kerana ia mempunyai rintangan yang tinggi, yang boleh diubah dalam beberapa model. Litar salunan ia melaksanakan fungsi kawalan kuasa medan magnet. Ia adalah mungkin untuk menyambung beberapa perintang dalam siri atau selari, sekali gus meningkatkan rintangan litar.

Rintangan unsur ini juga bergantung kepada suhu, jadi penjagaan perlu diambil untuk kerja dalam litar, kerana ia dipanaskan semasa peredaran semasa.

rintangan diukur dalam ohm, dan nilainya boleh dikira dengan menggunakan formula:

• R = (p * l) / S, di mana
  p - bahan kerintangan perintang (diukur dalam (ohm * mm ²⁾ / m);
  l - panjang perintang (dalam meter);
  S - luas keratan (dalam milimeter persegi).

Untuk memakai parameter gelung?

Sekarang kita telah datang dekat dengan fizik operasi litar ayunan itu. Dari masa ke masa pertuduhan itu pada plat kapasitor berubah mengikut persamaan kebezaan tertib kedua.

Jika anda menyelesaikan persamaan ini, ia menunjukkan beberapa formula menarik menerangkan proses yang berlaku dalam litar. Sebagai contoh, kekerapan kitaran boleh dinyatakan dari segi kemuatan dan kearuhan.

Walau bagaimanapun, formula yang paling mudah yang membolehkan untuk mengira tidak diketahui ramai - Thomson persamaan (dinamakan sempena ahli fizik British William Thomson, yang membawa beliau pada tahun 1853):

• T = 2 * f * (L * C) ^1/2.
  T - antara ayunan elektromagnet,
  L dan C - dengan itu, kearuhan gegelung litar berayun dan elemen litar kapasitan,
  n - bilangan pi.

faktor kualiti

Terdapat satu lagi kuantiti penting mencirikan kontur kerja - faktor kualiti. Untuk memahami apa itu, anda perlu merujuk kepada proses ini sebagai resonans. fenomena ini, di mana amplitud menjadi kuasa maksimum pada nilai yang tetap, yang merupakan sokongan swing. Resonance dapat menjelaskan dengan contoh yang mudah: jika anda mula untuk menolak buaian mengikut rentak frekuensi mereka, mereka akan dipercepatkan, dan "amplitud" mereka akan meningkat. Tetapi jika anda tidak menolak rentak, mereka akan melambatkan. Pada resonans, sering hampir habis banyak tenaga. Dalam usaha untuk dapat mengira nilai kerugian, kita dicipta parameter seperti faktor kualiti. Ia adalah pekali yang bersamaan dengan nisbah tenaga, bertempat di sistem, untuk kerugian yang berlaku semasa satu kitaran dalam litar.

faktor kualiti litar dikira mengikut formula:

• Q = (w ₀ * W) / P, di mana
  w ₀ - resonans frekuensi sudut ayunan;
  W - tenaga yang tersimpan dalam sistem bergetar;
  P - pelesapan kuasa.

Parameter ini - berdimensi sejak sebenarnya menunjukkan nisbah tenaga: Disimpan untuk dibelanjakan.

Apa yang litar berayun yang sesuai

Untuk pemahaman yang lebih baik mengenai proses dalam sistem fizik datang dengan litar berayun ideal yang dipanggil. Ini adalah model matematik yang mewakili litar sebagai satu sistem dengan rintangan sifar. Di dalamnya terdapat ayunan harmonik tak teredam. Model ini membolehkan untuk mendapatkan anggaran formula pengiraan parameter litar. Salah satu parameter ini - jumlah tenaga:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

pemudahan seperti banyak mempercepatkan pengiraan dan membenarkan untuk menilai ciri-ciri litar dengan ciri-ciri pratetap.

Bagaimana ia berfungsi?

Semua kitaran operasi litar berayun boleh dibahagikan kepada dua bahagian. Sekarang kita akan melihat dengan jelas proses yang berlaku di setiap bahagian.

• Pertama kapasitor plat fasa, bercas positif, mula melaksanakan, menjadikan arus dalam litar. Pada ketika ini, semasa pergi dari yang positif untuk cas negatif, manakala melalui gegelung. Akibatnya, getaran elektromagnet berlaku dalam litar. lulus semasa melalui gegelung, ia bergerak ke plat kedua dan caj positif (sedangkan elektrod pertama, yang semasa berjalan, bercas negatif).
• Fasa kedua mengambil tempat proses langsung bertentangan. Semasa pas dari plat positif (yang pada mulanya adalah negatif) kepada negatif, lulus sekali lagi melalui gegelung. Dan semua caj jatuh ke tempatnya.

Kitaran ini berulang selagi kapasitor dikenakan bayaran. Dalam litar salunan yang ideal proses ini adalah tidak terbatas, dan kehilangan kuasa sebenar tidak dapat dielakkan disebabkan oleh pelbagai faktor: pemanasan yang berlaku kerana adanya rintangan dalam litar (haba Joule), dan sebagainya.

reka bentuk litar penjelmaan

Selain litar mudah "gegelung-kapasitor" dan "gegelung-perintang-kapasitor", ada pilihan lain, menggunakan sebagai litar asas ayunan. Ini, sebagai contoh, litar selari yang dicirikan dalam bahawa terdapat satu litar elemen (kerana kerana ia wujud bersendirian, ia akan menjadi satu litar siri dan yang telah dibincangkan dalam artikel).

Terdapat juga lain-lain jenis pembinaan, termasuk pelbagai komponen elektrik. Sebagai contoh, ia adalah mungkin untuk menyambung ke transistor rangkaian yang akan membuka dan menutup litar dengan frekuensi yang bersamaan dengan frekuensi ayunan litar. Oleh itu, sistem akan memasang ayunan tak teredam.

Di mana litar ayunan digunakan?

Yang paling biasa kepada kita penggunaan komponen litar - ia elektromagnet. Mereka pula, digunakan dalam sistem interkom, motor, sensor, dan banyak kawasan kurang konvensional lain. Satu lagi permohonan - pengayun. Malah, ia adalah penggunaan litar adalah sangat biasa kepada kami: dalam bentuk ini, ia digunakan dalam ketuhar gelombang mikro untuk mencipta gelombang dalam komunikasi mudah alih dan tanpa wayar untuk menghantar maklumat pada satu jarak. Semua ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa ayunan gelombang elektromagnet boleh dikodkan dalam apa-apa cara yang ia akan menjadi mungkin untuk menghantar maklumat pada jarak yang jauh.

Pengaruh itu sendiri boleh digunakan sebagai satu elemen untuk pengubah, dua gegelung dengan nombor berbeza belitan boleh melalui medan elektromagnet jagaan mereka. Tetapi sebagai solenoid ciri-ciri berbeza, dan tokoh-tokoh semasa dalam dua litar, yang disambungkan kepada dua kearuhan akan berbeza-beza. Oleh itu, seseorang boleh menukar voltan semasa, kata 220 volt arus dengan voltan 12 volt.

kesimpulan

Kami memperincikan prinsip litar berayun dan setiap bahagian secara berasingan. Kami belajar bahawa litar berayun - alat yang direka untuk menjana gelombang elektromagnet. Walau bagaimanapun, ini hanya asas-asas mekanik kompleks ini, seolah-olah unsur-unsur mudah. Ketahui lebih lanjut mengenai selok-belok litar dan komponen-komponennya boleh dari kesusasteraan khusus.