Oscilații electrice: tipuri și caracteristici, amplitudine, frecvență și faza oscilațiilor
Oscilațiile sunt procese care se repetă în mod repetat sau se repetă aproximativ la anumite intervale. Procesele fluctuante sunt larg răspândite în natură și tehnologie.
În inginerie electrică și electronică, ei trebuie să se ocupe de o mare varietate de tipuri de oscilații electrice, de ex. fluctuaţii ale tensiunilor şi curenţilor. în diferite circuite electriceprecum și vibrațiile mecanice precum vibrațiile membrane de microfon sau difuzoare.
Caracteristicile vibrațiilor
Oscilațiile ca procese repetitive sunt caracterizate, în primul rând, de cele mai mari abateri atinse de valoarea fluctuantă, sau amplitudinea vibrației, în al doilea rând, frecvența cu care apar repetări ale acelorași stări, sau frecvența vibrațiilor, și în al treilea rând, din ce stare, ce faza procesului corespunde orei de începere a numărătorii inverse. Această din urmă caracteristică a procesului oscilant se numește „fază inițială” sau pur și simplu „fază” pe scurt.
Strict vorbind, aceste concepte sunt aplicabile numai anumitor tipuri de oscilații, și anume periodice și, în special, sinusoidal… Termenii: amplitudine, frecvență și fază sunt, totuși, aplicați în general în sensul de mai sus oricărei vibrații în general (vezi — Parametrii de bază ai AC).
Caracteristicile oscilației (amplitudine, perioadă, frecvență și fază):
Tipuri de vibrații
În funcție de ceea ce se întâmplă cu amplitudinea, oscilațiile diferă:
-
staționar sau neamortizat, a cărui amplitudine nu se modifică în timp;
-
amortizate, a căror amplitudine scade cu timpul;
-
crește, a cărui amplitudine crește cu timpul;
-
modulația de amplitudine a cărei amplitudine crește și scade cu timpul.
În funcție de modul în care se repetă oscilațiile în timp, oscilațiile diferă:
-
periodice, adică acelea în care toate stările se repetă exact la anumite intervale;
-
aproximativ periodice, în care toate stările se repetă doar aproximativ, de exemplu, amortizarea sau modulată în frecvență (adică, oscilații a căror frecvență se modifică constant în anumite limite în jurul unei anumite valori).
Uite -Oscilații libere amortizate și forțate
În funcție de formă, oscilațiile se disting:
-
sinusoidal (armonic) sau apropiat de sinusoidal;
-
relaxare, a cărei formă este semnificativ diferită de cea sinusoidală.
În cele din urmă, după originea procesului oscilant, se disting:
-
oscilații naturale sau libere care au apărut ca urmare a unui șoc în sistem (sau, în general, o încălcare a echilibrului sistemului);
-
forțat, apărut ca urmare a unei acțiuni oscilatorii externe prelungite asupra sistemului, și autooscilații care apar în sistem în absența influențelor externe, datorită capacității sistemului însuși de a menține procesul oscilator în el.
Vibrații electrice — fluctuații de curent, tensiune, sarcină, care apar în circuitele, circuitele, liniile electrice etc. Cel mai comun tip de vibrații electrice sunt cele obișnuite curent electric alternativ, în care tensiunea și curentul din circuit se schimbă periodic cu o frecvență de 50 Hz. Astfel de oscilații relativ lente se obțin de obicei folosind Mașini electrice cu curent alternativ.
Vibrațiile rapide sunt create prin metode speciale, printre care în tehnologiile moderne ele joacă cel mai mare rol generatoare electronice.
În funcție de frecvență, este obișnuit să se împartă vibrațiile electrice în două grupe - frecvența joasă, a căror frecvență este sub 15.000 Hz, și frecvența înaltă, a cărei frecvență este mai mare de 15.000 Hz. Această limită a fost aleasă deoarece vibrațiile sub 15.000 Hz produc senzația de sunet în urechea umană, în timp ce vibrațiile peste 15.000 Hz nu pot fi auzite de urechea umană.
Sisteme oscilatoare — sisteme în care pot apărea oscilații naturale.
Circuit oscilator — un circuit în care se pot produce oscilații electrice naturale dacă „echilibrul” electric este perturbat în el, adică dacă în el se creează tensiuni sau curenți inițiali.
Lanţ — un circuit electric normal închis. Cu toate acestea, acest termen se aplică și circuitelor deschise, și anume antenelor. Pentru a distinge aceste două tipuri de bucle, ele se numesc închise și, respectiv, deschise.Termenul „contur” are uneori o semnificație specială. Un circuit oscilant este adesea numit pur și simplu „circuit” pentru concizie.
Pentru ca într-un circuit să apară oscilații naturale, acesta trebuie să aibă capacitate și inductanță, nu prea multă rezistență. Frecvența oscilațiilor naturale în circuit va depinde de valoarea capacității C și a inductanței L. Cu cât capacitatea și inductanța implicate în circuitul oscilant sunt mai mari, cu atât frecvența oscilațiilor sale naturale este mai mică (pentru mai multe detalii vezi aici - Circuit oscilator).
Frecvența vibrațiilor naturale din circuit este determinată aproximativ de așa-numita prin formula lui Thomson:
Deoarece fiecare circuit are o rezistență în care apar pierderi de energie și căldură este eliberată, atunci oscilațiile naturale din circuit vor fi întotdeauna amortizate. Cu alte cuvinte, circuitul oscilant revine la „echilibru” electric ca urmare a unui proces oscilant amortizat.
Dacă rezistența circuitului este foarte mare, atunci este un circuit aperiodic în care nu apar oscilații naturale. Tensiunile și curenții inițiali creați într-un astfel de circuit se diminuează fără a experimenta oscilații, dar monoton. Cu alte cuvinte, atunci când „echilibrul” electric este perturbat, o astfel de buclă aperiodic (adică fără oscilații) revine în poziția de „echilibru”.
Vezi și pe acest subiect:
Circuite oscilante cuplate inductiv
Oscilații continue și rezonanță parametrică