Schwingkreis – das ist … Das Funktionsprinzip

Oszillationsschaltung – eine Einrichtung zum Erzeugen (Erstellen) elektromagnetischer Schwingungen. Von Anfang an bis heute ist es in vielen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen, die von den Alltag bis hin zu großen Fabriken zur Herstellung von sehr unterschiedlichen Produkten verwendet.

Von dem, was besteht es?

Der Schwingkreis umfasst eine Spule und einen Kondensator. Darüber hinaus gibt es auch vorhanden Widerstand (variable Widerstandselement) sein kann. Ein Induktor (oder Elektromagneten, wie es manchmal genannt wird) ist ein Stab , an dem Wicklungen gewickelt ist , mehrere Schichten, die im allgemeinen ein Kupferdraht ist. Es ist dieses Element Schwingungen im Schwingkreis erzeugt. Eine Bar, in der Mitte befindet, oft Drossel genannt, oder der Kern und die Spule wird manchmal ein Solenoid.

Schwingkreisspule erzeugt Schwingungen nur dann, wenn gespeicherte Ladung. Wenn ein Strom durchquert, reichert es eine Ladung, die auf die Schaltung gibt dann, wenn die Spannung abfällt.

Spulendrähte haben im Allgemeinen einen sehr geringen Widerstand, die immer konstant bleibt. Die Oszillationsschaltung Schaltung tritt häufig Änderung der Spannung und Stromstärke. Diese Änderung unterliegt bestimmten mathematischen Gesetzen:

• U = U ₀ * cos (w * (tt _0), wobei
  U – Spannung zum Zeitpunkt t,
  U ₀ – Spannung zum Zeitpunkt t _0,
  w – Frequenz elektromagnetische Schwingungen.

Eine weitere wesentliche Komponente der Schaltung ist ein elektrischer Kondensator. Dieses Element besteht aus zwei Platten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Die Dicke der Schicht zwischen den Elektroden kleiner als ihre Größe. Diese Konstruktion ermöglicht auf-Isolator elektrische Ladung zu akkumulieren, die Sie dann an die Schaltung senden.

Im Gegensatz zu Kondensatorbatterie ist, dass es keine Umwandlung von Substanzen durch den elektrischen Strom ist, und es gibt eine direkte Ansammlung von Ladung in einem elektrischen Feld. Somit kann über den Kondensator groß genug sein, um die Ladung zu akkumulieren, die auf einmal gegeben werden können. In diesem Fall wird der Strom in der Schaltung stark erhöht.

Auch ist die Oszillationsschaltung aus einem weiteren Elemente aus: ein Widerstand. Dieses Element hat einen Widerstand und für den Strom und die Spannung in der Schaltung zu steuern. Wenn bei einer konstanten Spannung Widerstand des Widerstands zu erhöhen, verringert sich der Strom durch das Ohmsche Gesetz:

• I = U / R, wobei
  I – Strom,
  U – Spannung,
  R – Widerstand.

Induktivität

Lassen Sie uns alle Details der Induktivität einen genaueren Blick und desto besser wird seine Funktion im Schwingkreis verstehen. Wie wir gesagt haben, neigt der Widerstand dieses Elements auf Null. Wenn also mit einer Gleichschaltung auftreten würde , einen Kurzschluss. Wenn jedoch die Spule mit dem Wechselstromkreis angeschlossen ist, funktioniert es einwandfrei. Dies führt zu dem Schluss, dass das Element einen Widerstandsstrom in Wechselstrom aufweist.

Aber warum ist das passiert und wie Widerstand tritt auf, wenn ein Wechselstrom? Zur Beantwortung dieser Frage, die wir auf das Phänomen der Selbstinduktion drehen müssen. Mit dem Durchgang des Spulenstrom in er gibt es eine elektromotorische Kraft (EMF), die ein Hindernis für die Stromänderung erzeugt. Die Größe dieser Kraft hängt von zwei Faktoren ab: der Spulenstrom und der Ableitung in Bezug auf Zeit. Mathematisch wird diese Abhängigkeit durch die Gleichung ausgedrückt:

• E = L * I ‚(t), wobei
  E – EMF,
  L – Induktivitätswert der Spule (für jede Spule ist unterschiedlich und hängt von der Anzahl der Wicklungen der Spulen und ihre Dicke)
  I ‚(t) – zeitliche Ableitung des Stroms (Stromänderungsrate).

DC-Strom im Laufe der Zeit nicht verändert, so dass ihr Widerstand, wenn entstehen ausgesetzt.

Aber bei AC alle seine Parameter verändern sich ständig in einer Sinus- oder Cosinus-Gesetz, wodurch eine elektromotorische Kraft, die diese Änderungen verhindert. Dieser Widerstand wird durch die Formel Induktion und berechnet genannt:

• X _L = w * _L, wobei
  w – Frequenz-Oszillationsschaltung,
  L – Induktivität der Spule.

Die Stromstärke in der Magnetspule linear zunimmt und abnimmt entsprechend verschiedene Gesetze. Das bedeutet, dass, wenn Sie den Stromfluss in der Spule zu stoppen, ist es für einige Zeit andauern wird die Ladung in der Schaltung zu geben. Und wenn dieser abrupt den Stromfluss unterbricht, wird es aus der Tatsache, gedreht wird, dass die Gebühr wird versuchen, herauszukommen und Spule verteilt werden. Dies ist – ein ernstes Problem in der industriellen Produktion. Dieser Effekt (wenn auch nicht ausschließlich auf die Oszillationsschaltung bezogen) kann beispielsweise beobachtet werden, wenn der Stecker aus der Steckdose zu ziehen. In diesem Fall springt der Funke, der in einem solchen Umfang eine Person nicht schaden kann. Es ist aufgrund der Tatsache, dass das Magnetfeld nicht sofort verschwinden, aber nach und nach abgebaut, induziert Ströme in anderen Leitern. In einem industriellen Maßstab ist die Stromstärke ein Vielfaches größer als unsere üblichen 220 Volt, so kann die Unterbrechung in der Produktionskette Funken verursachen eine solche Kraft, die eine Menge Schaden verursachen wird sowohl in der Pflanze und den Mann.

Coil – ist die Grundlage für das, aus dem der Schwingkreis ist. Induktor enthielt Solenoide nacheinander zugegeben. Als nächstes nehmen wir alle Details der Struktur dieses Elements einen genaueren Blick auf.

Was ist die Induktivität?

Induktanzspule Schwingkreis – ist ein individueller Parameter, numerisch gleich die elektromotorischen Kraft ist (in Volt), die in einer Schaltung für 1 Sekunde, wenn die Stromvariation von 1 A auftritt. Wenn der Elektromagnet mit einer Gleichstromschaltung verbunden ist, beschreibt seine Induktivität die Energie eines magnetischen Feldes, das durch diesen Strom durch die Formel erstellt wird:

• W = (L * I ²⁾ / 2, wobei
  W – die Magnetfeldenergie.

Induktivität Koeffizient hängt von vielen Faktoren ab: die Geometrie des Elektromagneten, die magnetischen Eigenschaften des Kerns und der Anzahl von Drahtspulen. Ein weiteres Merkmal dieses Indikators ist, dass es immer positiv ist, weil die Variablen von denen es abhängt, nicht negativ sein kann.

Die Induktivität kann auch mit einem Strom speichert Energie in einem magnetischen Feld als eine Eigenschaft eines Leiter definiert werden. Es wird in Henry (nach dem amerikanischen Wissenschaftler Dzhozefa Genri genannt) gemessen.

Weiterhin Magnet Oszillationsschaltung besteht aus einem Kondensator, der im folgenden erläutert wird.

Elektrischer Kondensator

Die Kapazität wird von der Oszillatorschaltung bestimmte Kapazität elektrischen Kondensator. Sein Aussehen wurde oben geschrieben. Nun wollen wir die Physik der Prozesse untersuchen, die in ihm auftreten.

Da die Kondensatorplatten aus einem Leiter hergestellt sind, dann kann es elektrischen Strom fließen. Jedoch zwischen den beiden Platten ist Hindernis. Insulator (sie Luft, Holz oder einem anderen Material mit hohem Widerstand aufgrund der Tatsache sein, dass Ladung nicht von einem Ende des Drahts zum anderen bewegen kann, gibt es eine Ansammlung es zu den Kondensatorplatten erhöht somit die magnetische und elektrische Energie. um ihn herum Felder. Somit werden bei der Beendigung der Ladungs alle Ströme auf den Platten angesammelt geht, beginnt zu der Schaltung übertragen werden.

Jeder Kondensator hat eine Nennspannung, optimal für den Betrieb. Wenn Sie lange das Element bei einer Spannung höher als die Nenn zu nutzen, wird die Lebensdauer stark reduziert. Der Kondensator des Schwingkreises wird ständig von Strömungen beeinflusst und daher, wenn sollte sehr vorsichtig sein, ausgewählt.

Zusätzlich zu den herkömmlichen Kondensatoren, die diskutiert wurden, gibt es auch elektrische Doppelschichtkondensatoren. Dies ist ein komplexerer Element: sie kann zwischen einer Batterie und einem Kondensator als Quer beschrieben. Typischerweise sind das Dielektrikum in elektrischen Doppelschichtkondensatoren organische Substanzen auf, zwischen denen ein Elektrolyt ist. Zusammen bilden sie eine elektrische Doppelschicht, schaffen, die in diesem Entwurf an mal mehr Energie als ein herkömmlicher Kondensator akkumulieren kann.

Was ist die Kapazität eines Kondensators?

Kapazität des Kondensators ist das Verhältnis der Kondensatorladung auf eine Spannung, bei der es sich befindet. Berechnen Sie diesen Wert kann mit Hilfe einer mathematischen Formel sehr einfach sein:

• C = (e ₀ * S) / d, wobei
  e ₀ – Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials (tabellarischer Wert)
  S – Fläche der Kondensatorplatten,
  d – der Abstand zwischen den Platten.

Die Abhängigkeit der Kapazität des Kondensators auf dem Abstand zwischen den Elektroden durch das Phänomen der elektrostatischen Induktions erläutert wird, ist kleiner als der Abstand zwischen den Platten sind, desto mehr beeinflussen sie sich gegenseitig (Coulomb), desto größer ist die Ladungselektroden und weniger Belastung. Und wenn der Spannungswert der Kapazität zunimmt, da es auch durch die folgende Formel beschrieben werden kann:

• C = q / U, wobei
  q – die Ladung in Coulomb.

Es geht um die Maßeinheiten der Menge zu sprechen. Kapazität in Farad gemessen. 1 Farad – ausreichend großer Wert, so dass vorhandene Kapazitäten (nicht Superkondensatoren) eine Kapazität in Picofarad (ein Billionstel Farad) gemessen.

Widerstand

Der Strom in dem Schwingkreis hängt auch von dem Widerstand der Schaltung. Und neben den beiden beschriebenen Elemente, die einen Schwingkreis bilden (Spule, Kondensator), gibt es eine dritte – ein Widerstand. Er ist für die Erstellung von Drag verantwortlich. Widerstand unterscheidet sich von den anderen Elementen, dass sie einen hohen Widerstand, der bei einigen Modellen variiert werden kann. Der Schwingkreis es führt die Leistungssteuerfunktion des Magnetfeldes. Es ist möglich, mehrere Widerstände, die in Serie oder parallel zu verbinden, um dadurch den Widerstand der Schaltung zu erhöhen.

Der Widerstand dieses Elements hängt auch von der Temperatur, so Sorgfalt auf seine Arbeit in der Schaltung genommen werden sollte, da sie während des Durchgangs von Strom erwärmt wird.

Der Widerstand wird in Ohm gemessen und sein Wert kann unter Verwendung der Formel berechnet werden:

• R = (p * L) / S, wobei
  p – Materialwiderstand Widerstand (gemessen in (Ohm · ^mm2) / m);
  L – Länge der Widerstände (in Metern);
  S – die Querschnittsfläche (in Quadratmillimeter).

Wie ein Schleifenparameter zu binden?

Jetzt haben wir in der Nähe der Physik des Betriebes des Schwingkreises. Im Laufe der Zeit ändert sich die Ladung auf den Kondensatorplatten entsprechend der Differentialgleichung zweiter Ordnung.

Wenn Sie diese Gleichung lösen, bedeutet es einige interessante Formeln die Prozesse beschreibt, die in der Schaltung auftreten. Zum Beispiel kann ein zyklisches Frequenz in Bezug auf die Kapazität und Induktivität ausgedrückt werden.

Allerdings ist die einfache Formel, die die vielen Unbekannten zu berechnen erlaubt – Thomson Gleichung (benannt nach dem britischen Physiker William Thomson, der brachte sie im Jahr 1853):

• T = 2 * F * (L * C) ^1/2.
  T – zwischen den elektromagnetischen Schwingungen,
  L und C – dementsprechend die Induktivität der Schwingkreisspule und einer Kapazität Schaltungselement,
  n – die Anzahl pi.

Qualitätsfaktor

Es ist eine weitere wichtige Größe, die die Kontur des Werk Charakterisieren – den Qualitätsfaktor. Um zu verstehen, was es ist, sollten Sie in diesem Prozess als Resonanz beziehen. Dieses Phänomen, bei dem die Amplitude, die maximale Leistung auf einem konstanten Wert wird, die eine Schwenklager ist. Resonanz kann mit einem einfachen Beispiel erklären: Wenn Sie beginnen, den Schwung im Takt ihrer Frequenz zu drücken, werden sie beschleunigt werden, und ihre „Amplitude“ werden zunehmen. Aber wenn Sie den Schlag nicht drücken, werden sie verlangsamen. Bei Resonanz leitet oft eine Menge Energie. Um den Wert des Verlustes in der Lage sein zu berechnen, erfanden wir einen Parameter wie der Qualitätsfaktor. Es ist ein Koeffizient, der gleich dem Verhältnis der Energie in dem System befindet, um Verluste während eines Zyklus in der Schaltung auftritt.

Schaltungsgütefaktor wird nach der folgenden Formel berechnet:

• Q = (w ₀ * W) / P, wobei
  w ₀ – Resonanzwinkelfrequenz der Schwingungen;
  W – die gespeicherte Energie in dem Schwingungssystem;
  P – Verlustleistung.

Dieser Parameter – dimensionslos, da tatsächlich zeigt das Energieverhältnis: Stored für abgebrannte.

Was ist der ideale Schwingkreis

Zum besseren Verständnis der Prozesse im System der Physik kam mit dem sogenannten idealen Schwingkreis auf. Dies ist ein mathematisches Modell, um die Schaltung als ein System mit Null-Widerstand darstellt. Darin gibt es ungedämpften harmonischen Schwingungen. Dieses Modell erlaubt einen ungefähren Formel Berechnungsschaltungsparameter zu erhalten. Einer dieser Parameter – die Gesamtenergie:

• W = (L * I ²⁾ / 2.

Eine solche Vereinfachung stark Berechnungen beschleunigen und Schaltungseigenschaften mit vorgegebenen Eigenschaften bewerten lassen.

Wie funktioniert es?

Alle Schwingkreis Betriebszyklus kann in zwei Teile aufgeteilt werden. Jetzt werden wir sehen, genau die Prozesse, die in jedem Teil nehmen.

• Die erste Phase Plattenkondensator, positiv geladen ist , beginnt sich zu entladen, um den Strom in der Schaltung zu machen. An diesem Punkt geht der Strom von einem positiven zu einer negativen Ladung, während durch die Spule. Folglich treten elektromagnetische Schwingungen in der Schaltung. Strom, der durch die Spule, bewegt er sich zu einer zweiten Platte und lädt es positiv (während die erste Elektrode, die Strom ging wird, negativ geladen).
• Die zweite Phase dauert direkt gegenüber Prozess. Der Strom fließt von der positiven Platte (die anfangs negativ war) auf negativ, vorbei wieder durch die Spule. Und alle Gebühren fallen an ihren Platz.

Der Zyklus wird wiederholt, solange der Kondensator geladen wird. In einem idealen Resonanzkreis ist dieser Prozess unendlich, und der wirkliche Leistungsverlust ist unvermeidlich aufgrund verschiedenen Faktoren: die Heizung, die aufgrund der Existenz des Widerstands in der Schaltung (Joule-Wärme) auftritt, und dergleichen.

Ausführungsschaltungsdesign

Neben einfachen circuits „der spulen capacitor“ und „coil-Widerstand-Kondensator“, gibt es andere Möglichkeiten, wie Basis-Oszillationsschaltung verwenden. Dies ist zum Beispiel eine Parallelschaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein Element Schaltung (weil, wie es alleine vorhanden ist, wäre es eine Reihenschaltung und von denen sein, wurde in dem Artikel diskutiert).

Es gibt auch andere Arten von Bau-, einschließlich der verschiedenen elektrischen Komponenten. Beispielsweise ist es möglich, mit dem Netzwerk-Transistor zu verbinden, die die Schaltung mit einer Frequenz gleich die Schwingungsfrequenz des Schaltkreises öffnen und schließen. Somit wird das System ungedämpften Schwingungen installieren.

Wo die Oszillatorschaltung verwendet wird?

Die meisten kennen wir die Verwendung von Komponenten der Schaltung – es Elektromagneten. Diese wiederum werden in Sprechanlagen, Motoren, Sensoren und viele andere weniger konventionellen Bereichen. Eine weitere Anwendung – Oszillator. In der Tat ist es die Verwendung der Schaltung uns sehr vertraut ist: in dieser Form wird es in der Mikrowelle verwendet Wellen in der mobilen und drahtlosen Kommunikation zu erstellen, um Informationen über eine Distanz zu übertragen. All dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Schwingungen der elektromagnetischen Wellen können so codiert werden, dass es möglich sein wird, Informationen über große Entfernungen zu übertragen.

Induktors selbst kann für den Transformator, zwei Spulen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Wicklungen als ein Element verwendet werden kann, durch das elektromagnetische Feld geben ihre Ladung. Aber wie Solenoide Eigenschaften unterscheiden, und die aktuellen Zahlen in den beiden Kreisen, die an die beiden Induktivität verbunden sind, werden unterschiedlich sein. Somit kann eine Spannung zu Strom, etwa 220 Volt in Strom mit einer Spannung von 12 Volt umwandeln.

Abschluss

Stellen wir ausführlich das Prinzip des Schwingkreises und jede Seite einzeln. Wir haben gelernt, dass der Schwingkreis – eine Vorrichtung entwickelt, elektromagnetische Wellen zu erzeugen. Dies ist jedoch nur die Grundlagen der komplexen Mechanik dieser scheinbar einfachen Elementen. Erfahren Sie mehr über die Feinheiten der Schaltung und seine Komponenten aus der Fachliteratur sein kann.