Ο συντονισμός είναι ένα από τα πιο κοινάστη φύση των φυσικών φαινομένων. Το φαινόμενο του συντονισμού μπορεί να παρατηρηθεί σε μηχανικά, ηλεκτρικά και ακόμη και θερμικά συστήματα. Χωρίς συντονισμό, δεν θα είχαμε ραδιόφωνο, τηλεόραση, μουσική και ακόμη και μια κούνια σε παιδικές χαρές, για να μην αναφέρουμε τα πιο αποτελεσματικά διαγνωστικά συστήματα που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη ιατρική. Ένας από τους πιο ενδιαφέροντες και χρήσιμους τύπους συντονισμού σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ο συντονισμός τάσης.
Στοιχεία κυκλώματος συντονισμού
Το φαινόμενο συντονισμού μπορεί να συμβεί στο λεγόμενο κύκλωμα RLC, το οποίο περιέχει τα ακόλουθα στοιχεία:
- R - αντιστάσεις.Αυτές οι συσκευές, που σχετίζονται με τα λεγόμενα ενεργά στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος, μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια. Με άλλα λόγια, αφαιρούν την ενέργεια από το κύκλωμα και τη μετατρέπουν σε θερμότητα.
- Το L είναι η επαγωγή.Η επαγωγή στα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι ανάλογη με τη μάζα ή την αδράνεια σε μηχανικά συστήματα. Αυτό το στοιχείο δεν είναι πολύ αισθητό στο ηλεκτρικό κύκλωμα μέχρι να προσπαθήσετε να κάνετε κάποιες αλλαγές σε αυτό. Στη μηχανική, για παράδειγμα, αυτή η αλλαγή είναι μια αλλαγή στην ταχύτητα. Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα - μια αλλαγή στο ρεύμα. Εάν συμβεί για οποιονδήποτε λόγο, η αυτεπαγωγή αντισταθμίζει αυτήν την αλλαγή στη λειτουργία κυκλώματος.
- Γ - ονομασία για πυκνωτές πουείναι συσκευές που αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια με τον ίδιο τρόπο που τα ελατήρια αποθηκεύουν μηχανική ενέργεια. Η επαγωγή συγκεντρώνεται και αποθηκεύει μαγνητική ενέργεια, ενώ ένας πυκνωτής συγκεντρώνει φόρτιση και έτσι αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια.
Η έννοια ενός συντονισμένου κυκλώματος
Ключевыми элементами резонансного контура είναι η επαγωγή (L) και η χωρητικότητα (C). Η αντίσταση έχει την τάση να μειώνει τις ταλαντώσεις, επομένως αφαιρεί την ενέργεια από το κύκλωμα. Όταν εξετάζουμε τις διαδικασίες που συμβαίνουν στο ταλαντωτικό κύκλωμα, το αγνοούμε προσωρινά, αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι, όπως και η δύναμη τριβής στα μηχανικά συστήματα, η ηλεκτρική αντίσταση στα κυκλώματα δεν μπορεί να εξαλειφθεί.
Συντονισμός τάσεων και συντονισμός ρευμάτων
Ανάλογα με τη μέθοδο σύνδεσης κλειδιούστοιχεία του συντονιστικού κυκλώματος μπορεί να είναι σειριακά και παράλληλα. Όταν ένα σειριακό ταλαντωτικό κύκλωμα συνδέεται σε πηγή τάσης με συχνότητα σήματος που συμπίπτει με τη φυσική συχνότητα, υπό ορισμένες συνθήκες, εμφανίζεται συντονισμός τάσης σε αυτό. Ο συντονισμός σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με παράλληλα συνδεδεμένα αντιδραστικά στοιχεία ονομάζεται συντονισμός των ρευμάτων.
Φυσική συχνότητα του συντονισμένου κυκλώματος
Μπορούμε να κάνουμε το σύστημα να ταλαντώνεται μεφυσική συχνότητα. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει πρώτα να φορτίσετε τον πυκνωτή όπως φαίνεται στην επάνω αριστερή εικόνα. Όταν γίνει αυτό, το κλειδί μετακινείται στη θέση που φαίνεται στο ίδιο σχήμα στα δεξιά.
Τη χρονική στιγμή "0" όλη η ηλεκτρική ενέργειααποθηκεύεται στον πυκνωτή και το ρεύμα στον βρόχο είναι μηδέν (σχήμα παρακάτω). Σημειώστε ότι η επάνω πλάκα του πυκνωτή είναι θετικά φορτισμένη και η κάτω αρνητική. Δεν μπορούμε να δούμε τις δονήσεις των ηλεκτρονίων στο κύκλωμα, αλλά μπορούμε να μετρήσουμε το ρεύμα με ένα αμπερόμετρο και με τη βοήθεια ενός παλμογράφου, να εντοπίσουμε τη φύση της εξάρτησης του ρεύματος από τον χρόνο. Σημειώστε ότι το T στο γράφημά μας είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί μια ταλάντευση, η οποία ονομάζεται «περίοδος αιώρησης» στην ηλεκτρική μηχανική.
Το ρεύμα ρέει δεξιόστροφα (σχήμα παρακάτω).Η ενέργεια μεταφέρεται από τον πυκνωτή στον επαγωγέα. Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται περίεργο ότι η επαγωγή περιέχει ενέργεια, αλλά αυτή είναι παρόμοια με την κινητική ενέργεια που περιέχεται σε μια κινούμενη μάζα.
Η ροή ενέργειας επιστρέφει πίσω στον πυκνωτή,αλλά σημειώστε ότι η πολικότητα του πυκνωτή έχει πλέον αλλάξει. Με άλλα λόγια, η κάτω πλάκα είναι τώρα θετικά φορτισμένη και η επάνω πλάκα φορτισμένη αρνητικά (εικόνα παρακάτω).
Τώρα το σύστημα έχει αντιστραφεί πλήρως και η ενέργειααρχίζει να ρέει από τον πυκνωτή πίσω στην αυτεπαγωγή (σχήμα παρακάτω). Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια επιστρέφει πλήρως στο σημείο εκκίνησης και είναι έτοιμη να ξεκινήσει ξανά τον κύκλο.
Η συχνότητα δόνησης μπορεί να προσεγγιστεί ως εξής:
- F = 1 / 2π (LC)0,5,
όπου: F - συχνότητα, L - αυτεπαγωγή, C - χωρητικότητα.
Η διαδικασία που εξετάζεται σε αυτό το παράδειγμα αντικατοπτρίζει τη φυσική ουσία του συντονισμού του στρες.
Μελέτη συντονισμού τάσης
Προφανώς, όπου υπάρχει φυσική συχνότηταταλαντώσεις, υπάρχει πιθανότητα διέγερσης της διαδικασίας συντονισμού. Αυτό το κάνουμε συνδέοντας μια τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), όπως φαίνεται στο σχήμα στα αριστερά. Ο όρος "μεταβλητή" σημαίνει ότι η τάση εξόδου της πηγής ταλαντώνεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Όταν η συχνότητα του τροφοδοτικού ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα του κυκλώματος, εμφανίζεται συντονισμός τάσης.
Συνθήκες εμφάνισης
Τώρα θα εξετάσουμε τις συνθήκες για την εμφάνισησυντονισμός τάσης. Όπως φαίνεται στο τελευταίο σχήμα, επαναφέρουμε την αντίσταση στον βρόχο. Εάν δεν υπάρχει αντίσταση στο κύκλωμα, το ρεύμα στο κύκλωμα συντονισμού θα αυξηθεί σε μια ορισμένη μέγιστη τιμή που καθορίζεται από τις παραμέτρους των στοιχείων του κυκλώματος και την ισχύ του τροφοδοτικού. Η αύξηση της αντίστασης της αντίστασης στο κύκλωμα συντονισμού αυξάνει την τάση για απόσβεση του ρεύματος στο κύκλωμα, αλλά δεν επηρεάζει τη συχνότητα των ταλαντώσεων συντονισμού. Κατά κανόνα, η λειτουργία συντονισμού τάσης δεν εμφανίζεται εάν η αντίσταση του κυκλώματος συντονισμού ικανοποιεί την συνθήκη R = 2 (L / C)0,5.
Χρήση συντονισμού τάσης για μετάδοση ραδιοσημάτων
Το φαινόμενο του συντονισμού τάσης δεν είναι μόνοτο πιο περίεργο φυσικό φαινόμενο. Παίζει αποκλειστικό ρόλο στην τεχνολογία των ασύρματων επικοινωνιών - ραδιόφωνο, τηλεόραση, κινητή τηλεφωνία. Οι πομποί που χρησιμοποιούνται για την ασύρματη μετάδοση πληροφοριών περιέχουν απαραίτητα κυκλώματα σχεδιασμένα να συντονίζονται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα για κάθε συσκευή, που ονομάζεται συχνότητα φορέα. Με μια κεραία εκπομπής συνδεδεμένη στον πομπό, εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φέρουσα συχνότητα.
Κεραία στο άλλο άκρο της διαδρομής μετάδοσης / λήψηςλαμβάνει αυτό το σήμα και το τροφοδοτεί σε ένα κύκλωμα λήψης σχεδιασμένο να αντηχεί στη φέρουσα συχνότητα. Προφανώς, η κεραία λαμβάνει πολλά σήματα σε διαφορετικές συχνότητες, για να μην αναφέρουμε τον θόρυβο του περιβάλλοντος. Λόγω της παρουσίας στην είσοδο της συσκευής λήψης, συντονισμένη στη φέρουσα συχνότητα του κυκλώματος συντονισμού, ο δέκτης επιλέγει τη μόνη σωστή συχνότητα, φιλτράροντας όλες τις περιττές.
Μετά την ανίχνευση του πλάτους-διαμορφωμένο(AM) του ραδιοφωνικού σήματος, το σήμα χαμηλής συχνότητας (LF) που εξάγεται από αυτό ενισχύεται και τροφοδοτείται στη συσκευή αναπαραγωγής ήχου. Αυτή η απλούστερη μορφή ραδιομετάδοσης είναι πολύ ευαίσθητη σε θόρυβο και παρεμβολές.
Για τη βελτίωση της ποιότητας των πληροφοριών που λαμβάνονταιΆλλες, πιο προηγμένες μέθοδοι μετάδοσης ραδιοφωνικού σήματος, οι οποίες βασίζονται επίσης στη χρήση συντονισμένων συστημάτων συντονισμού, έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται με επιτυχία.
Η διαμόρφωση συχνότητας ή το ραδιόφωνο FM λύνει πολλά από αυτάπροβλήματα ραδιομετάδοσης με σήμα μετάδοσης διαμορφωμένου πλάτους, αλλά αυτό επιτυγχάνεται με το κόστος μιας σημαντικής επιπλοκής του συστήματος μετάδοσης. Στο ραδιόφωνο FM, οι ήχοι συστήματος στην ηλεκτρονική διαδρομή μετατρέπονται σε μικρές αλλαγές στη συχνότητα του φορέα. Το κομμάτι του εξοπλισμού που εκτελεί αυτή τη μετατροπή ονομάζεται "διαμορφωτής" και χρησιμοποιείται με τον πομπό.
Κατά συνέπεια, ένας αποδιαμορφωτής πρέπει να προστεθεί στον δέκτη για να μετατρέψει το σήμα ξανά σε μορφή που μπορεί να αναπαραχθεί μέσω ενός ηχείου.
Άλλες χρήσεις για συντονισμό τάσης
Ο συντονισμός τάσης ως θεμελιώδης αρχήείναι επίσης ενσωματωμένο στο κύκλωμα πολλών φίλτρων που χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική για την εξάλειψη των επιβλαβών και περιττών σημάτων, την ομαλή κυματισμό και τη δημιουργία ημιτονοειδών σημάτων.
