Elektromos rezonancia - Electrical resonance

A rezonanciaáramkörök nagyon nagy feszültséget generálhatnak. A tesla tekercs magas Q rezonancia áramkör.

Elektromos rezonancia akkor fordul elő egy elektromos áramkörben, ha egy adott rezonanciafrekvencia van, amikor az áramköri elemek impedanciái vagy bemenetei megszüntetik egymást. Néhány áramkörben ez akkor fordul elő, ha az áramkör bemenete és kimenete közötti impedancia majdnem nulla, és az átviteli funkció közel egy.

A rezonanciaáramkörök csengetést mutatnak, és nagyobb feszültséget vagy áramot tudnak generálni, mint amennyit beadagolnak. Széles körben használják vezeték nélküli ( rádió ) átvitelben mind az átvitelhez, mind a vételhez.

LC áramkörök

A kondenzátorokat és induktivitásokat magában foglaló áramkör rezonanciája azért fordul elő, mert az induktivitás összeomló mágneses mezője elektromos áramot generál a tekercsekben, amely tölti a kondenzátort, majd a kisülő kondenzátor elektromos áramot biztosít, amely felépíti az induktivitás mágneses mezőjét. Ez a folyamat folyamatosan megismétlődik. Az analógia egy mechanikus inga , és mindkettő egy egyszerű harmonikus oszcillátor .

Rezonanciánál a két elem soros impedanciája minimális, a párhuzamos impedancia pedig maximális. A rezonanciát hangoláshoz és szűréshez használják , mivel adott frekvencián fordul elő az induktivitás és a kapacitás adott értékeihez . Káros lehet a kommunikációs áramkörök működésében, ha nem kívánt tartós és átmeneti rezgéseket okoz , amelyek zajt , jel torzulást és az áramkör elemeinek károsodását okozhatják.

Párhuzamos rezonancia vagy rezonancia-közeli áramkörök alkalmazhatók az elektromos energia pazarlásának megelőzésére, amely egyébként akkor fordulhat elő, amikor az induktivitás építi a mezőjét, vagy a kondenzátor feltöltődik és lemerül. Például az aszinkron motorok induktív áramot pazarolnak el, míg a szinkron motorok kapacitív áramot. A két típus párhuzamos használata miatt az induktor táplálja a kondenzátort, és fordítva , ugyanazt a rezonanciaáramot tartja az áramkörben, és az összes áramot hasznos munkává alakítja.

Mivel az induktív reaktancia és a kapacitív reaktancia is egyenlő nagyságú,

,

így

,

ahol , ahol f a rezonanciafrekvencia hertzben , L az induktivitás a henriákban , és C a kapacitás a faradokban , standard SI -egységek használata esetén.

A minőséget a rezonancia (mennyi ideig fog csenget gerjesztve) határozza meg a Q faktor , amely függvénye a rezisztencia: . Egy idealizált, veszteségmentes LC áramkör végtelen Q -val rendelkezik , de minden tényleges áramkörnek van némi ellenállása és véges Q -ja , és általában reálisabban közelíti meg őket egy RLC áramkör .

RLC áramkör

Soros RLC áramkör: ellenállás, induktivitás és kondenzátor

Az RLC áramkör (vagy LCR áramkör ) egy elektromos áramkör, amely ellenállásból , induktivitásból és kondenzátorból áll, sorba vagy párhuzamosan csatlakoztatva. A név RLC része annak köszönhető, hogy ezek a betűk az ellenállás , az induktivitás és a kapacitás szokásos elektromos szimbólumai . Az áramkör harmonikus oszcillátort képez az áram számára, és az LC áramkörhöz hasonlóan rezonál . A fő különbség az ellenállás jelenlétéből adódik, hogy az áramkörben előidézett rezgések idővel elbomlanak, ha nem tartják őket forrásban. Az ellenállás ezt a hatását csillapításnak nevezik . Az ellenállás jelenléte csökkenti a csillapított rezgés csúcsrezonancia -frekvenciáját is, bár a hajtott rezgések rezonanciafrekvenciája ugyanaz marad, mint az LC áramkör. Bizonyos ellenállás elkerülhetetlen a valós áramkörökben, még akkor is, ha egy ellenállást nem külön tartalmaznak külön alkatrészként. A tiszta LC áramkör ideális, amely csak elméletben létezik .

Ennek az áramkörnek számos alkalmazása van. Sokféle oszcillátor áramkörben használják . Fontos alkalmazás a hangolás , például rádióvevőkben vagy televíziókészülékekben , ahol a környezeti rádióhullámok szűk frekvenciatartományának kiválasztására szolgálnak. Ebben a szerepkörben az áramkört gyakran hangolt áramkörnek nevezik. Egy RLC áramkör lehet használni, mint egy sáváteresztő szűrőt , sávzáró szűrő , aluláteresztő szűrő , vagy felüláteresztő szűrő . A hangolóalkalmazás például példa a sávszűrésre . Az RLC szűrőt másodrendű áramkörként írják le , ami azt jelenti, hogy az áramkörben lévő feszültséget vagy áramot az áramkör- elemzés másodrendű differenciálegyenletével lehet leírni .

A három áramköri elem számos különböző topológiában kombinálható . Mindhárom sorozat vagy mindhárom elem párhuzamosan a legegyszerűbb és a legegyszerűbben elemezhető. Vannak azonban más elrendezések is, amelyeknek gyakorlati jelentőségük van a valós áramkörökben. Az egyik gyakran előforduló probléma az induktivitás ellenállásának figyelembevétele. Az induktorokat jellemzően huzaltekercsekből építik, amelyek ellenállása általában nem kívánatos, de gyakran jelentős hatással van az áramkörre.

Példa

Egy soros RLC áramkör ellenállása 4 Ω, induktivitása 500 mH, és változó kapacitású. A tápfeszültség 100 V váltakozik 50 Hz -en. Rezonanciánál A soros rezonancia megadásához szükséges kapacitást a következőképpen kell kiszámítani:

A rezonancia feszültségek az induktivitáson és a kondenzátoron, és :

Amint ebben a példában látható, ha a soros RLC áramkör rezonanciában van, akkor az induktivitáson és a kondenzátoron lévő feszültségek nagysága sokszorosa lehet a tápfeszültségnek.

Lásd még

Hivatkozások

Közösségi terület Ez a cikk az " Általános szolgáltatások adminisztrációja " dokumentum "Public Standard 1037C" nyilvános anyagát tartalmazza  .