Rezonans en yaygın olanlardan biridirfiziksel olayların doğasında. Rezonans olgusu mekanik, elektriksel ve hatta termal sistemlerde gözlenebilir. Rezonans olmadan, modern tıpta kullanılan en etkili teşhis sistemlerinden bahsetmeden, oyun alanlarındaki radyo, televizyon, müzik ve hatta salıncaklar olmazdı. Elektrik devresindeki en ilginç ve kullanışlı rezonans türlerinden biri voltaj rezonansıdır.
Rezonans devresinin elemanları
Rezonans olgusu, aşağıdaki bileşenleri içeren RLC devresi olarak adlandırılabilir:
- R - dirençler.Bir elektrik devresinin aktif elemanları olarak adlandırılan bu cihazlar, elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürür. Başka bir deyişle, devreden enerjiyi atarlar ve ısıya dönüştürürler.
- L endüktanstır.Elektrik devrelerinde endüktans, mekanik sistemlerde bir kütle veya atalet analogudur. Bu bileşen, herhangi bir değişiklik yapmayı deneyene kadar elektrik devresinde çok belirgin değildir. Mekanikte, örneğin, böyle bir değişiklik, hızdaki bir değişikliktir. Elektrik devresinde - akımda bir değişiklik. Herhangi bir nedenden dolayı meydana gelirse, endüktans, devre modunda böyle bir değişikliğe karşı gelir.
- C - kapasitörler için atamaElektrik enerjisini, yayların mekanik enerjiyi depoladığı gibi depolayan cihazlardır. Endüktans manyetik enerjiyi yoğunlaştırır ve depolar, kapasitör yükü yoğunlaştırır ve böylece elektrik enerjisini depolar.
Rezonans devresi kavramı
Rezonans devresinin temel unsurlarıendüktans (L) ve kapasitans (C). Direnç salınımları nemlendirme eğilimindedir, böylece devreden enerji çıkarır. Salınımlı bir devrede meydana gelen süreçleri göz önüne alırsak, geçici olarak görmezden geliriz, ancak mekanik sistemlerde sürtünme kuvveti gibi devrelerde elektrik direncinin ortadan kaldırılamayacağı unutulmamalıdır.
Gerilim rezonansı ve mevcut rezonans
Bağlantı anahtarının yöntemine bağlı olarakrezonans devresinin elemanları sıralı ve paralel olabilir. Seri salınımlı bir devre, kendi frekansına denk gelen bir sinyal frekansına sahip bir voltaj kaynağına bağlandığında, belirli koşullar altında, içinde bir voltaj rezonansı oluşur. Paralel olarak bağlı reaktif elemanlara sahip bir elektrik devresindeki rezonansa akım rezonansı denir.
Rezonans devresinin doğal frekansı
Sistemin salınım yapmasını sağlayabilirizdoğal frekans. Bunu yapmak için, önce sol üst şekilde gösterildiği gibi kondansatörü şarj etmeniz gerekir. Bu yapıldığında, anahtar sağda aynı şekilde gösterilen konuma hareket ettirilir.
"0" zamanında tüm elektrik enerjisikapasitörde depolanır ve devredeki akım sıfırdır (aşağıdaki şekil). Lütfen kapasitörün üst plakasının pozitif olarak yüklendiğini ve alt plakanın negatif olduğunu unutmayın. Devredeki elektronların salınımlarını göremiyoruz, ancak akımı bir ampermetre ile ölçebiliriz ve bir osiloskop yardımıyla akımın zamana bağımlılığının doğasını izleyebiliriz. Grafiğimizdeki T'nin, elektrik mühendisliğinde "salınım süresi" adı verilen bir salınımı tamamlamak için gereken zaman olduğunu unutmayın.
Akım saat yönünde akar (aşağıdaki şekil).Enerji, kapasitörden indüktöre aktarılır. İlk bakışta, endüktansın enerji içermesi garip görünebilir, ancak bu, hareketli bir kütlenin içerdiği kinetik enerjiye benzer.
Enerji akışı kondansatöre geri döndürülür,ancak kapasitörün polaritesinin şimdi değiştiğine dikkat edin. Diğer bir deyişle, alt plaka şimdi pozitif yüklü ve üst plaka negatif yüklü (aşağıdaki resim).
Şimdi sistem tamamen tersine döndü ve enerjikapasitörden endüktansa geri akmaya başlar (aşağıdaki şekil). Sonuç olarak, enerji tamamen başlangıç noktasına geri döner ve döngüyü yeniden başlatmaya hazırdır.
Titreşim frekansı aşağıdaki şekilde tahmin edilebilir:
- F = 1 / 2π (LC)0,5,
burada: F - frekans, L - endüktans, C - kapasitans.
Bu örnekte ele alınan süreç, stres rezonansının fiziksel özünü yansıtır.
Voltaj rezonansının incelenmesi
Açıkçası, doğal bir frekansın olduğu yerdesalınımlar, bir rezonans sürecinin uyarılma olasılığı vardır. Bunu, soldaki şekilde gösterildiği gibi bir alternatif akım (AC) güç kaynağını papatya dizimiyle yapıyoruz. "Değişken" terimi, kaynağın çıkış voltajının belirli bir frekansta dalgalandığı anlamına gelir. Güç kaynağının frekansı devrenin doğal frekansıyla eşleşirse, voltaj rezonansı oluşur.
Oluş koşulları
Şimdi oluşumun koşullarını ele alacağızvoltaj rezonansı. Son şekilde gösterildiği gibi, direnci döngüye geri koyuyoruz. Devrede bir direnç olmaması durumunda, rezonans devresindeki akım, devre elemanlarının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenen belirli bir maksimum değere yükselecektir. Rezonans devresinde direncin direncinin arttırılması, akımın devrede sönme eğilimini arttırır, ancak rezonans salınımlarının frekansını etkilemez. Kural olarak, rezonans devresinin direnci R = 2 (L / C) koşulunu karşılarsa voltaj rezonans modu oluşmaz.0,5.
Radyo sinyallerini iletmek için voltaj rezonansını kullanma
Voltaj rezonansı fenomeni sadeceen ilginç fiziksel fenomen. Kablosuz iletişim teknolojisinde - radyo, televizyon, hücresel telefon - özel bir rol oynar. Bilginin kablosuz iletimi için kullanılan vericiler, zorunlu olarak, taşıyıcı frekansı adı verilen, her cihaz için belirli bir frekansta rezonansa girecek şekilde tasarlanmış devreler içerir. Vericiye bağlı bir verici anten ile taşıyıcı frekansta elektromanyetik dalgalar yayar.
Gönderme / alma yolunun diğer ucundaki antenbu sinyali alır ve onu taşıyıcı frekansında rezonansa girecek şekilde tasarlanmış bir alıcı devreye besler. Açıktır ki, anten, arka plan gürültüsünden bahsetmeye gerek kalmadan, farklı frekanslarda birçok sinyali alır. Alıcı cihazın girişindeki, rezonans devresinin taşıyıcı frekansına ayarlanmış varlığı nedeniyle, alıcı tek doğru frekansı seçer ve gereksiz olanları filtreler.
Genlik modülasyonlu algılandıktan sonraRadyo sinyalinin (AM), ondan çıkarılan düşük frekanslı sinyal (LF) güçlendirilir ve ses çoğaltma cihazına beslenir. Bu en basit radyo iletimi biçimi, gürültüye ve parazitlere karşı oldukça hassastır.
Alınan bilgilerin kalitesini iyileştirmek içinAyarlı rezonans sistemlerinin kullanımına dayanan diğer, daha gelişmiş radyo sinyali iletim yöntemleri geliştirilmiş ve başarıyla kullanılmaktadır.
Frekans modülasyonu veya FM radyo,genlik modülasyonlu iletim sinyali ile radyo iletimi sorunları, ancak bu, iletim sisteminin önemli bir komplikasyonu pahasına elde edilir. FM radyoda, elektronik yoldaki sistem sesleri, taşıyıcı frekansında küçük değişikliklere dönüştürülür. Bu dönüşümü gerçekleştiren ekipman parçası "modülatör" olarak adlandırılır ve verici ile birlikte kullanılır.
Buna göre, sinyali bir hoparlör aracılığıyla yeniden üretilebilecek bir biçime geri dönüştürmek için alıcıya bir demodülatörün eklenmesi gerekir.
Gerilim Rezonansının Diğer Kullanımları
Temel prensip olarak gerilim rezonansızararlı ve gereksiz sinyalleri ortadan kaldırmak, dalgalanmayı yumuşatmak ve sinüzoidal sinyaller oluşturmak için elektrik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan çok sayıda filtrenin devresine de yerleştirilmiştir.
