Värähtelypiiri on yksinkertainen sähköpiiri, joka koostuu induktorista ja kondensaattorista. Tällaisessa piirissä voi esiintyä virran tai jännitteen vaihteluita. Tällaisten värähtelyjen resonanssitaajuus määritetään Thomsonin kaavalla.

Tämän tyyppinen LC-värähtelypiiri (OC) on yksinkertaisin esimerkki resonanssivärähtelypiiristä. Koostuu sarjaan kytketystä kelasta ja kondensaattorista. Kun vaihtovirta kulkee tällaisen piirin läpi, sen arvo määräytyy: I = U / X Σ, Missä X Σ- induktorin ja kapasitanssin reaktanssien summa.

Haluan muistuttaa, että kapasitanssin ja induktanssin reaktanssi riippuu jännitetaajuudesta, ja niiden kaavat näyttävät tältä:

Kaavoista näkyy selvästi, että taajuuden kasvaessa induktanssireaktanssi kasvaa. Toisin kuin kelan, kondensaattorin reaktanssi pienenee taajuuden kasvaessa. Alla oleva kuva esittää kelan reaktanssin graafiset riippuvuudet XL ja säiliöt X C syklisestä taajuudesta omega ω , ja riippuvuuskaavio ω niiden algebrallinen summa X Σ. Kaavio esittää kondensaattorista ja induktanssista koostuvan sarjavärähtelypiirin kokonaisreaktanssin taajuusriippuvuutta.

Kaavio osoittaa selvästi, että tietyllä taajuudella ω=ω р, induktanssin ja kapasitanssin reaktanssit ovat arvoltaan samat, mutta etumerkillisesti vastakkaiset ja piirin kokonaisresistanssi on nolla. Tällä taajuudella virtaa virtapiirissä suurin mahdollinen virta, jota rajoittavat vain ohmiset häviöt induktanssissa (eli käämin aktiivinen vastus) ja virtalähteen sisäinen aktiivinen vastus. Tätä taajuutta, jolla tämä ilmiö esiintyy, kutsutaan resonanssitaajuudeksi. Lisäksi kaaviosta voidaan vetää seuraava johtopäätös: resonanssitaajuuden alapuolella olevilla taajuuksilla sarjan CC reaktanssilla on kapasitiivinen kerroin ja korkeammilla taajuuksilla se on luonteeltaan induktiivinen. Resonanssitaajuus voidaan löytää käyttämällä Thomsonin kaavaa, joka on helposti johdettavissa CC:n molempien komponenttien reaktanssien kaavoista vertaamalla niiden reaktanssit:

Alla olevassa kuvassa näytämme sarjaresonanssipiirin vastaavan piirin aktiiviset ohmiset häviöt huomioiden R, jossa on ihanteellinen virranlähde harmonisella jännitteellä tietyllä amplitudilla U. Impedanssi tai jota kutsutaan myös piirin impedanssiksi, lasketaan: Z = √(R2 +X Σ 2), Missä X S = ω L-1/ωC. Resonanssitaajuudella, kun molemmat reaktanssit XL = ωL Ja X C = 1/ωС yhtä suuri moduulissa, X Σ pyrkii nollaan ja on aktiivinen vain luonnossa, ja virta piirissä lasketaan virtalähteen jännitteen amplitudin suhteesta tappioresistanssiin Ohmin lain mukaan: I=U/R. Tässä tapauksessa sama jännitearvo putoaa käämiin ja säiliöön, jossa on reaktiivisten energiakomponenttien syöttö, ts. U L = U C = IX L = IX C.

Millä tahansa taajuudella paitsi resonanssilla, induktanssin ja kapasitanssin jännitteet ovat erilaisia ​​- ne riippuvat piirin virran amplitudista ja reaktanssimoduulien arvoista XL Ja X C Siksi sarjavärähtelypiirin resonanssia kutsutaan jänniteresonanssi.

CC:n erittäin tärkeitä ominaisuuksia ovat myös sen aaltoimpedanssi ρ ja laatutekijä QC K. Aaltoimpedanssi ρ laske molempien komponenttien reaktanssiarvo (L,C) resonanssitaajuudella: ρ = X L = X C klo ω =ω р. Ominainen impedanssi voidaan laskea seuraavalla kaavalla: ρ = √(L/C). Ominainen impedanssi ρ pidetään kvantitatiivisena mittana piirin reaktiivisten komponenttien varastoimasta energiasta - W L = (LI 2)/2 Ja W C = (CU 2)/2. CC:n reaktiivisten elementtien varastoiman energian suhdetta resistiivisten häviöiden energiaan ajanjakson aikana kutsutaan laatutekijäksi K KK. Värähtelypiirin laatutekijä- suure, joka määrittää resonanssin amplitudi-taajuusominaisuuden amplitudin ja leveyden ja osoittaa, kuinka monta kertaa avaruusalukseen varastoitu energia on suurempi kuin energiahäviö yhden värähtelyjakson aikana. Laatutekijä ottaa huomioon myös aktiivisen vastuksen R. RLC-piirien sarja-QC:lle, jossa kaikki kolme passiivista komponenttia on kytketty sarjaan, laatutekijä lasketaan lausekkeella:

Missä R, L Ja C- resonanssipiirin KK resistanssi, induktanssi ja kapasitanssi.

Laatutekijän käänteisluku d = 1/Q fyysikot kutsuivat sitä KK-vaimennuksena. Laatutekijän määrittämiseen käytetään yleensä lauseketta Q = ρ/R, Missä R- CC:n ohmisen häviöiden vastus, joka kuvaa CC:n aktiivisten häviöiden tehoa P = I 2 R. Useimpien värähtelevien piirien laatukerroin vaihtelee useista yksiköistä satoihin ja korkeampiin. Tällaisten värähtelyjärjestelmien, kuten pietsosähköisten tai, laatutekijä voi olla useita tuhansia tai jopa enemmän.

CC:n taajuusominaisuuksia arvioidaan yleensä taajuusvasteen avulla, kun taas itse piirejä pidetään neljän päätelaitteen verkkoina. Alla olevissa kuvissa on esitetty alkeisquadripoliverkot, jotka sisältävät peräkkäisen CC:n ja näiden piirien taajuusvasteen. Kaavioiden X-akselilla näkyy piirin jännitteensiirtokerroin K eli lähtöjännitteen suhde tuloon.

Passiivisille piireille (ilman vahvistimia ja energialähteitä) arvo TO ei koskaan yhtä korkeampi. AC-resistanssi on minimaalinen resonanssitaajuudella. Sitten lähetyskerroin pyrkii yksikköön. Muilla kuin resonanssitaajuuksilla vaihtovirtavastus on korkea ja lähetyskerroin on lähellä nollaa.

Resonanssissa tulosignaalilähde on käytännössä oikosulussa matalaresistanssin KK takia, joten lähetyskerroin putoaa lähes nollaan. Päinvastoin, tulotaajuuksilla, jotka ovat kauempana resonanssista, kerroin pyrkii yhteyteen. CC:n ominaisuus muuttaa lähetyskerrointa resonanssien lähellä olevilla taajuuksilla on laajalti käytössä radioamatöörikäytännössä, kun on tarpeen valita vaaditulla taajuudella signaali monista samanlaisista, mutta eri taajuuksilla. Joten missä tahansa radiovastaanottimessa CC:tä käyttämällä viritys suoritetaan halutun radioaseman taajuudelle. Ominaisuutta valita vain yksi monista taajuuksista kutsutaan selektiivisyydeksi. Tässä tapauksessa päästökaista kuvaa lähetyskertoimen muutoksen voimakkuutta säädettäessä resonanssin vaikutuksen taajuutta. Se on otettu taajuusalueeksi, jolla lähetyskertoimen lasku (lisäys) suhteessa sen arvoon resonanssitaajuudella ei ole suurempi kuin 0,7 (dB).

Kuvien katkoviivat osoittavat samankaltaisten piirien taajuusvastetta, joiden CC:illä on samat resonanssit, mutta heikompi laatutekijä. Kuten kaavioista näemme, kaistanleveys kasvaa ja sen selektiivisyys pienenee.

Tässä piirissä kaksi reaktiivista elementtiä, joilla on eri reaktiivisuustasot, on kytketty rinnan. Alla oleva kuva esittää induktanssin reaktiivisten johtavuuksien graafiset riippuvuudet B L = 1/ωL ja kondensaattorin kapasitanssi B C = -ωC sekä yleinen johtavuus Kirjassa Σ. Ja tässä värähtelevässä piirissä on resonanssitaajuus, jolla molempien komponenttien reaktanssit ovat samat. Tämä viittaa siihen, että tällä taajuudella rinnakkaisella CC:llä on valtava vastus vaihtovirralle.

Todellisen rinnakkaisen CC:n resistanssi (häviöineen) ei tietenkään pyri äärettömyyteen - se on pienempi, mitä suurempi on ohminen häviöiden vastus piirissä, eli se pienenee suoraan suhteessa laatutekijän laskuun.

Tarkastellaan yksinkertaisinta piiriä, joka koostuu harmonisten värähtelyjen lähteestä ja rinnakkaisesta CC:stä. Jos generaattorin (jännitelähteen) luonnollinen taajuus on sama kuin piirin resonanssitaajuus, niin induktiivisilla ja kapasitiivisilla haaroilla on sama vaihtovirtavastus, ja haarojen virrat ovat täsmälleen samat. Siksi voimme luottavaisesti sanoa, että tässä järjestelmässä on virran resonanssi. Molempien komponenttien reaktiivisuus kompensoi varsin onnistuneesti toisiaan, ja CC:n resistanssi virtaavalle virralle muuttuu täysin aktiiviseksi (sillä on vain resistiivinen komponentti). Tämän resistanssin arvo lasketaan kertomalla QC:n laatutekijä ja ominaisvastus R eq = Q ρ. Muilla taajuuksilla rinnakkaisen CC:n resistanssi putoaa ja muuttuu reaktiiviseksi matalilla taajuuksilla induktiiviseksi ja korkeammilla taajuuksilla kapasitiiviseksi.

Tarkastellaan tässä tapauksessa neljän pääteverkon lähetyskertoimien riippuvuutta taajuudesta.

Nelinapainen verkko resonanssitaajuudella edustaa melko suurta vastusta virtaavalle vaihtovirralle, joten kun ω=ω р sen siirtokerroin pyrkii nollaan (ja tämä jopa todelliset ohmiset häviöt huomioon ottaen). Muilla taajuuksilla kuin resonanssilla CC:n resistanssi laskee ja nelipolin lähetyskerroin kasvaa. Toisen vaihtoehdon kahden pääteverkon tapauksessa tilanne on täysin päinvastainen - resonanssitaajuudella CC:llä on erittäin suuri resistanssi, eli lähetyskerroin on maksimi ja pyrkii yhtenäisyyteen). Jos taajuus poikkeaa merkittävästi resonanssista, signaalilähde käytännössä ohitetaan ja lähetyskerroin pyrkii nollaan.

Oletetaan, että meidän täytyy valmistaa rinnakkainen CC, jonka resonanssitaajuus on 1 MHz. Suoritetaan alustava yksinkertaistettu laskenta tällaisesta QC:stä. Eli laskemme tarvittavat kapasitanssin ja induktanssin arvot. Käytetään yksinkertaistettua kaavaa:

L=(159,1/F) 2 / C missä:

L kelan induktanssi µH:na; KANSSA kondensaattorin kapasiteetti pF; F resonanssitaajuus MHz:ssä

Asetetaan taajuus 1 MHz ja kapasiteetti 1000 pF. Saamme:

L = (159,1/1) 2/1000 = 25 uH

Siten, jos kotitekoinen amatööriradiomme käyttää CC:tä 1 MHz:n taajuudella, meidän on otettava kapasitanssi 1000 pF ja induktanssi 25 μH. Kondensaattori on melko helppo valita, mutta IMHO on helpompi tehdä kela itse.

Voit tehdä tämän laskemalla kierrosten lukumäärän kelalle ilman sydäntä

N=32 *v(L/D) Missä:

N vaadittu määrä kierroksia; L määritetty induktanssi µH:na; D on kelan rungon halkaisija.

Oletetaan, että kehyksen halkaisija on 5 mm, niin:

N=32*v(25/5) = 72 kierrosta

Tätä kaavaa pidetään likimääräisenä, se ei ota huomioon omaa väliinduktanssin kapasitanssia. Kaavaa käytetään alustavasti kelan parametrien laskemiseen, joita sitten säädetään laitteen piiriä säädettäessä.

Radioamatöörikäytännössä käytetään hyvin usein keloja, joissa on ferriitistä valmistettu viritysydin, joiden pituus on 12-14 mm ja halkaisija 2,5 - 3 mm. Tällaisia ​​ytimiä käytetään aktiivisesti vastaanottimien värähtelevissä piireissä.

Nykyään olemme kiinnostuneita yksinkertaisimmista värähtelevä piiri, sen toimintaperiaate ja sovellus.

Hyödyllistä tietoa muista aiheista saat sähkekanavaltamme.

Värähtelyt– prosessi, joka toistuu ajan myötä ja jolle on ominaista järjestelmän parametrien muutos tasapainopisteen ympärillä.

Ensimmäisenä mieleen tulee matemaattisen tai jousiheilurin mekaaniset värähtelyt. Mutta tärinä voi olla myös sähkömagneettista.

A-priory värähtelevä piiri(tai se on sähköpiiri, jossa esiintyy vapaita sähkömagneettisia värähtelyjä.

Tällainen piiri on sähköpiiri, joka koostuu induktanssikelasta L ja kondensaattori, jolla on kapasiteetti C . Nämä kaksi elementtiä voidaan kytkeä vain kahdella tavalla - sarjaan ja rinnan. Esitetään alla olevassa kuvassa kuva ja kaavio yksinkertaisesta värähtelypiiristä.

Muuten! Nyt on alennus kaikille lukijoillemme 10% päällä .

Muuten! Nyt on alennus kaikille lukijoillemme 10% päällä .

Värähtelypiirin toimintaperiaate

Katsotaanpa esimerkkiä, jossa lataamme ensin kondensaattorin ja täydennämme piiriä. Tämän jälkeen piirissä alkaa virrata sinimuotoista sähkövirtaa. Kondensaattori puretaan kelan kautta. Kelassa, kun virta kulkee sen läpi, a Itse aiheutettu emf, joka on suunnattu kondensaattorin virran vastakkaiseen suuntaan.

Täysin purkautunut kondensaattori energian ansiosta EMF kela, joka tällä hetkellä on maksimi, alkaa latautua uudelleen, mutta vain käänteisessä polariteetissa.

Piirissä esiintyvät värähtelyt - vapaat vaimennetut värähtelyt. Tuo on Ilman lisäenergian syöttöä värähtelyt missä tahansa todellisessa värähtelypiirissä ennemmin tai myöhemmin pysähtyvät, kuten kaikki värähtelyt luonnossa.

Tämä johtuu siitä, että piiri koostuu todellisista materiaaleista (kondensaattori, käämi, johdot), joilla on sellainen ominaisuus kuin sähkövastus, ja energiahäviöt todellisessa värähtelypiirissä ovat väistämättömiä. Muuten tästä yksinkertaisesta laitteesta voi tulla ikuinen liikkuri, jonka olemassaolo, kuten tiedämme, on mahdotonta.

Toinen tärkeä ominaisuus on laatutekijä K . Laatutekijä määrittää resonanssin amplitudin ja näyttää kuinka monta kertaa piirin energiavarastot ylittävät energiahäviöt yhden värähtelyjakson aikana. Mitä korkeampi järjestelmän laatutekijä on, sitä hitaammin värähtelyt vaimentuvat.

LC-piirin resonanssi

Sähkömagneettiset värähtelyt tapahtuvat tietyllä taajuudella, jota kutsutaan resonanssiksi. Lue lisää erillisestä artikkelistamme. Värähtelytaajuutta voidaan muuttaa vaihtelemalla piiriparametreja, kuten kondensaattorin kapasiteettia C , kelan induktanssi L , vastuksen vastus R (Sillä LCR piiri).

Värähtelypiirin soveltaminen

Värähtelypiiriä käytetään laajasti käytännössä. Taajuussuodattimet on rakennettu sen pohjalle, yksikään tietyn taajuuden radiovastaanotin tai signaaligeneraattori ei pärjää ilman sitä.

Jos et osaa lähestyä LC-piirin laskemista tai sinulla ei ole siihen ollenkaan aikaa, ota yhteyttä ammatilliseen opiskelijapalveluun. Laadukas ja nopea apu ongelmien ratkaisemisessa ei jätä sinua odottamaan!

Värähtelevä piiri

sähköpiiri, joka sisältää induktorin ja kondensaattorin, joissa sähköisiä värähtelyjä voidaan herättää. Jos kondensaattori jossain vaiheessa latautuu jännitteeseen V 0, niin kondensaattorin sähkökenttään keskittynyt energia on yhtä suuri kuin E s = , jossa C on kondensaattorin kapasitanssi. Kun kondensaattori purkautuu, virta kulkee kelassa. minä, joka kasvaa, kunnes kondensaattori on täysin tyhjä. Tällä hetkellä kelan sähköenergia on E c = 0 ja kelaan keskittynyt magneettinen energia E L = L on kelan induktanssi, I 0 on virran maksimiarvo. Sitten kelan virta alkaa laskea ja kondensaattorin yli oleva jännite kasvaa absoluuttisesti, mutta päinvastaisella merkillä. Jonkin ajan kuluttua induktanssin läpi kulkeva virta pysähtyy ja kondensaattori latautuu jännitteeseen - V 0. QC:n energia keskittyy jälleen varattuun kondensaattoriin. Sitten prosessi toistetaan, mutta virran vastakkaisella suunnalla. Kondensaattorilevyjen jännite muuttuu lain mukaan V= V 0 cos ω 0 t, a induktorivirta I = I 0 sin ω 0 t eli jännitteen ja virran luonnolliset harmoniset värähtelyt virittyvät CC:ssä taajuudella ω 0 = 2 π/T 0, missä T0- luonnollisten värähtelyjen jakso yhtä suuri kuin T0= 2π

Todellisissa kosmisissa säteissä osa energiasta kuitenkin katoaa. Se kuluu aktiivisen vastuksen omaavien kelajohtojen lämmittämiseen, sähkömagneettisten aaltojen säteilyyn ympäröivään tilaan ja eristehäviöihin (katso Dielektriset häviöt) , mikä johtaa värähtelyjen vaimenemiseen. Värähtelyn amplitudi pienenee vähitellen, jolloin kondensaattorilevyjen jännite muuttuu lain mukaan: V = V 0 e -δt cosω t, jossa kerroin δ = R/2L - vaimennusindikaattori (kerroin), ja ω = - vaimennettujen värähtelyjen taajuus. Siten häviöt eivät johda muutokseen vain värähtelyjen amplitudissa, vaan myös niiden jaksossa T = 2π/ω. Kondensaattorin laadulle on yleensä tunnusomaista sen laatutekijä Q, joka määrittää värähtelyjen määrän, jonka kondensaattori suorittaa, kun kondensaattori on ladattu kerran, ennen kuin värähtelyjen amplitudi pienenee e kerran ( e- luonnollisten logaritmien kanta).

Jos sisällytät KK:hen generaattorin, jossa on muuttuva emf: U = U 0 cosΩ t(), silloin QC:ssä syntyy kompleksinen värähtely, joka on sen omien värähtelyjen taajuudella ω 0 ja pakotettujen värähtelyjen taajuudella Ω summa. Jonkin ajan kuluttua generaattorin käynnistämisen jälkeen piirin luonnolliset värähtelyt sammuvat ja vain pakotetut jäävät jäljelle. Näiden stationaaristen pakotettujen värähtelyjen amplitudi määräytyy suhteesta

Eli se ei riipu vain ulkoisen emf:n amplitudista U0, mutta myös sen taajuudella Ω. K. k.:n värähtelyjen amplitudin riippuvuus.

ulkoisen emf:n taajuudella kutsutaan piirin resonanssiominaiskäyräksi. Amplitudin jyrkkä nousu tapahtuu arvoilla Ω, jotka ovat lähellä ominaistaajuutta ω 0 K.c, kun Ω = ω 0 värähtelyjen amplitudi V makc on Q kertaa suurempi kuin ulkoisen emf:n amplitudi U. Koska yleensä 10 Q 100, QC mahdollistaa sen, että värähtelyjoukosta voidaan valita ne, joiden taajuudet ovat lähellä ω 0:a. Tätä CC:n ominaisuutta (selektiivisyyttä) käytetään käytännössä. Taajuuksien ΔΩ lähellä ω 0 -alue (kaista), jonka sisällä QC:n värähtelyjen amplitudi muuttuu vähän, riippuu sen laatutekijästä Q. Numeerisesti Q on yhtä suuri kuin luonnollisen värähtelyn taajuuden ω 0 suhde taajuuteen. kaistanleveys ΔΩ.

Q-kertoimen selektiivisyyden lisäämiseksi on tarpeen lisätä Q-arvoa. Laatutekijän kasvuun liittyy kuitenkin Q-laatikon värähtelyjen muodostumiseen kuluva aika. Muutokset värähtelyjen amplitudissa piirissä, jossa on korkea laatukerroin, ei ole aikaa seurata nopeita muutoksia ulkoisen emf:n amplitudissa. Vaatimus CC:n korkeasta selektiivisyydestä on ristiriidassa nopeasti muuttuvien signaalien lähettämisen vaatimuksen kanssa. Siksi esimerkiksi televisiosignaalivahvistimissa QC:iden laatukerrointa pienennetään usein. Tällaisilla järjestelmillä on oikein valituilla liitännöillä lähes suorakulmainen resonanssikäyrä (pisteviiva).

Kuvattujen lineaaristen kertoimien lisäksi vakioilla L ja C, käytetään epälineaarisia QK:ita, joiden parametrit L tai C riippuvat värähtelyjen amplitudista. Esimerkiksi jos kelan induktanssikelaan laitetaan rautasydän, niin raudan magnetointi ja sen mukana induktanssi L käämi muuttuu sen läpi kulkevan virran muutoksen myötä. Värähtelyjakso tällaisessa kosmisessa renkaassa riippuu amplitudista, joten resonanssikäyrä saa kaltevuuden ja suurilla amplitudeilla siitä tulee epäselvä (). Jälkimmäisessä tapauksessa amplitudihypyt tapahtuvat ulkoisen emf:n taajuuden Ω tasaisella muutoksella. Epälineaariset vaikutukset ovat selvempiä, mitä pienemmät häviöt resonanssipiirissä Heikkolaatuisessa resonanssipiirissä epälineaarisuus ei vaikuta resonanssikäyrän luonteeseen ollenkaan.

Lit.: Strelkov S.P.. Johdatus värähtelyteoriaan, M. - L., 1951.

V. N. Parygin.

Riisi. 2. Värähtelevä piiri muuttuvan emf:n lähteellä U=U 0 cos Ωt.

Riisi. 3. Värähtelypiirin resonanssikäyrä: ω 0 - luonnollisten värähtelyjen taajuus; Ω - pakkovärähtelyjen taajuus; ΔΩ - taajuuskaista lähellä ω 0:ta, jonka rajoilla värähtelyjen amplitudi V = 0,7 V makc. Pisteviiva on kahden kytketyn piirin resonanssikäyrä.

Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1969-1978 .

Edellisessä artikkelissa tarkastelimme sarjavärähtelypiiriä, koska kaikki siihen osallistuvat radioelementit oli kytketty sarjaan. Samassa artikkelissa tarkastellaan rinnakkaista värähtelypiiriä, jossa kela ja kondensaattori on kytketty rinnan.

Rinnakkaisvärähtelypiiri kaaviossa

Kaaviossa ihanteellinen värähtelypiiri näyttää tältä:

Todellisuudessa käämillämme on kunnollinen häviönvastus, koska se on kierretty johdosta, ja kondensaattorissa on myös jonkin verran häviönvastusta. Kapasitanssihäviöt ovat hyvin pieniä ja yleensä jätetään huomiotta. Siksi jätämme vain yhden kelan häviöresistanssin R. Sitten piiri todellinen värähtelevä piiri näyttää tältä:

Missä

R on piirin häviövastus, ohm

L on itse induktanssi, Henry

C on itse kapasitanssi, Farad

Rinnakkaisvärähtelypiirin toiminta

Yhdistetään todellinen rinnakkaisvärähtelypiiri taajuusgeneraattoriin

Mitä tapahtuu, jos syötämme virtaa piiriin taajuudella nolla hertsiä, eli tasavirtaa? Se kulkee rauhallisesti kelan läpi ja sitä rajoittavat vain itse kelan häviöt R. Kondensaattorin läpi ei kulje virtaa, koska kondensaattori ei päästä tasavirtaa läpi. Kirjoitin tästä artikkelissa: kondensaattori tasa- ja vaihtovirtapiireissä.

Lisätään sitten taajuus. Joten taajuuden kasvaessa kondensaattorimme ja käämimme alkavat tarjota reaktanssia sähkövirralle.

Kelan reaktanssi ilmaistaan ​​kaavalla

ja kondensaattori kaavan mukaan

Jos lisäät taajuutta vähitellen, voit ymmärtää kaavoista, että heti alussa, tasaisella taajuuden kasvulla, kondensaattorilla on suurempi vastus kuin kelalla. Jollakin taajuudella kelan X L ja kondensaattorin X C reaktanssit ovat yhtä suuret. Jos lisäät taajuutta edelleen, kelalla on jo suurempi vastus kuin kondensaattorilla.

Rinnakkaisvärähtelypiirin resonanssi

Erittäin mielenkiintoinen rinnakkaisen värähtelypiirin ominaisuus on, että kun X L = X C värähtelypiirimme tulee sisään resonanssi. Resonanssissa värähtelevä piiri alkaa tarjota suurempaa vastusta vaihtosähkövirralle. Tätä vastusta kutsutaan usein myös resonanssivastusääriviiva ja se ilmaistaan ​​kaavalla:

Missä

Rres on piirin resistanssi resonanssitaajuudella

L on kelan todellinen induktanssi

C on kondensaattorin todellinen kapasitanssi

R - kelan häviövastus

Resonanssikaava

Rinnakkaiselle värähtelypiirille Thomsonin kaava resonanssitaajuudelle toimii samoin kuin sarjavärähtelypiirille:

Missä

F on piirin resonanssitaajuus, Hertz

L - kelan induktanssi, Henry

C - kondensaattorin kapasitanssi, Farads

Kuinka löytää resonanssi käytännössä

Okei, mennään asiaan. Otamme juotosraudan käsiimme ja juotamme käämin ja kondensaattorin rinnakkain. Käämi on 22 µH ja kondensaattori 1000 pF.

Joten tämän piirin todellinen kaavio on seuraava:

Jotta kaikki näkyy selkeästi ja selkeästi, lisätään piiriin sarjaan 1 KOhm vastus ja kootaan seuraava piiri:

Muutamme generaattorin taajuutta ja poistamme jännitteen liittimistä X1 ja X2 ja katsomme sitä oskilloskoopilla.

Ei ole vaikea arvata, että rinnakkaisen värähtelypiirin vastus riippuu generaattorin taajuudesta, koska tässä värähtelypiirissä näemme kaksi radioelementtiä, joiden reaktanssi riippuu suoraan taajuudesta, joten korvaamme värähtelypiirin vastaava resistanssi piirissä R con.

Yksinkertaistettu kaavio näyttäisi tältä:

Mietin miltä tämä piiri näyttää? Onko se jännitteenjakaja? Tarkalleen! Muista siis jännitteenjakajan sääntö: pienemmällä resistanssilla pienempi jännite putoaa, suuremmalla resistanssilla suurempi jännite putoaa. Mikä johtopäätös voidaan tehdä värähtelypiirimme suhteen? Kyllä, kaikki on yksinkertaista: resonanssitaajuudella resistanssi Rcon on suurin, minkä seurauksena suurempi jännite "putoaa" tällä resistanssilla.

Aloitetaan kokemuksemme. Suurennamme generaattorin taajuutta aloittaen alhaisimmista taajuuksista.

200 hertsiä.

Kuten näette, pieni jännite "putoaa" värähtelypiiriin, mikä tarkoittaa jännitteenjakajasäännön mukaan, että nyt piirissä on pieni resistanssi R con

Lisää taajuutta. 11,4 kilohertsiä

Kuten näet, piirin jännite on kasvanut. Tämä tarkoittaa, että värähtelypiirin vastus on kasvanut.

Lisätään toinen taajuus. 50 kilohertsiä

Huomaa, että piirin jännite on kasvanut entisestään. Tämä tarkoittaa, että hänen vastustuskykynsä on kasvanut entisestään.

723 kilohertsiä

Kiinnitä huomiota yhden neliön pystysuoraan jakamisen kustannuksiin verrattuna aikaisempaan kokemukseen. Siellä oli 20 mV neliötä kohti, ja nyt se on 500 mV neliötä kohti. Jännite kasvoi, kun värähtelypiirin vastus kasvoi entisestään.

Ja niin sain kiinni taajuuden, jolla värähtelypiirin maksimijännite saatiin. Kiinnitä huomiota pystyjaon hintaan. Se on yhtä suuri kuin kaksi volttia.

Taajuuden lisäys saa jännitteen laskemaan:

Lisäämme taajuuden uudelleen ja näemme, että jännite on vieläkin pienempi:

Analysoidaan resonanssitaajuutta

Katsotaanpa tätä aaltomuotoa lähemmin, kun meillä oli suurin jännite piiristä.

Mitä täällä tapahtui?

Koska tällä taajuudella oli jännitepiikki, tällä taajuudella rinnakkaisvärähtelypiirillä oli suurin vastus R con. Tällä taajuudella X L = X C. Sitten taajuuden kasvaessa piirin vastus laski jälleen. Tämä on sama piirin resonanssiresistanssi, joka ilmaistaan ​​kaavalla:

Nykyinen resonanssi

Oletetaan siis, että olemme saaneet värähtelypiirimme resonanssiin:

Mikä resonanssivirta on yhtä suuri? leikkaan? Laskemme Ohmin lain mukaan:

I res = U gen /R res, missä R res = L/CR.

Mutta siistiä on, että kun resonoimme piirissä, oma piirivirtamme ilmestyy I con, joka ei ylitä ääriviivaa ja pysyy vain itse ääriviivassa! Koska minulla on vaikeuksia matematiikan kanssa, en anna erilaisia ​​matemaattisia laskelmia derivaatoilla ja kompleksiluvuilla ja selitä mistä silmukkavirta tulee resonanssin aikana. Tästä syystä rinnakkaisen värähtelypiirin resonanssia kutsutaan virtaresonanssiksi.

Laatutekijä

Muuten, tämä silmukkavirta on paljon suurempi kuin kulkeva virta kautta piiri. Ja tiedätkö kuinka monta kertaa? Aivan oikein, Q kertaa. Q on laatutekijä! Rinnakkaisvärähtelypiirissä se näyttää kuinka monta kertaa virran voimakkuus piirissä Icon on suurempi kuin virran voimakkuus yhteisessä piirissä I res

Tai kaava:

Jos lisäämme tähän myös hävikkivastuksen, kaava on seuraavanlainen:

Missä

Q - laatutekijä

R - käämin häviövastus, ohm

C - kapasiteetti, F

L - induktanssi, H

Johtopäätös

No, lopuksi haluaisin lisätä, että rinnakkaisvärähtelypiiriä käytetään radiovastaanottolaitteissa, joissa on tarpeen valita aseman taajuus. Lisäksi oskilloivan piirin avulla voimme rakentaa erilaisia, jotka korostaisivat tarvitsemamme taajuutta ja ohjaavat muita taajuuksia itsensä läpi, mikä on periaatteessa mitä teimme kokeessamme.

Sähköinen värähtelypiiri on pakollinen elementti missä tahansa radiovastaanottimessa sen monimutkaisuudesta riippumatta. Ilman värähtelevää piiriä radiosignaalien vastaanottaminen on yleensä mahdotonta.

Yksinkertaisin sähköinen värähtelypiiri (kuva 20) on suljettu piiri, joka koostuu induktorista L ja kondensaattori C. Tietyissä olosuhteissa voi syntyä sähköisiä värähtelyjä, jotka voivat säilyä siinä.

Ymmärtääksesi tämän ilmiön olemuksen, suorita ensin useita kokeita kierreheilurilla (kuva 21). Ripusta muovailuvahasta tai muusta 20...40 g painava pallo 100 cm pitkälle langalle. Nosta heiluri tasapainoasennostaan ​​ja laske sekuntiosoittimella, kuinka monta täydellistä värähtelyä se tekee minuutissa. . Noin 30. Siksi tämän heilurin luonnollinen värähtelytaajuus on 0,5 Hz ja jakso (yhden täydellisen värähtelyn aika) on 2 s. Jakson aikana heilurin potentiaalienergia muuttuu kahdesti kineettiseksi energiaksi ja kineettinen energia potentiaalienergiaksi.

Lyhennä heilurin lankaa puoleen. Heilurin luonnollinen värähtelytaajuus kasvaa puolitoista kertaa ja värähtelyjakso pienenee saman verran. Johtopäätös: heilurin pituuden pienentyessä sen luonnollisten värähtelyjen taajuus kasvaa ja jakso pienenee suhteessa.

Muuttamalla heiluriripustuksen pituutta varmista, että sen luonnollinen värähtelytaajuus on 1 Hz (yksi täydellinen värähtely sekunnissa). Tämän tulisi olla noin 25 cm:n langan pituudella. Tässä tapauksessa heilurin värähtelyjakso on 1 s.

Lankaheilurin värähtelyt vaimentuvat. Minkä tahansa kehon vapaat värähtelyt vaimentuvat aina. Ne voivat muuttua vaimentamattomiksi vain, jos heiluria työnnetään hieman ajoissa värähtelyineen, mikä kompensoi energiaa, jonka se kuluttaa voittaakseen ilman ja kitkan sille aiheuttaman vastuksen.

Heilurin luonnollisen värähtelyn taajuus riippuu sen massasta ja jousituksen pituudesta.

Venytä nyt ohut köysi tai lanka vaakasuoraan. Sido sama heiluri paariin (kuva 22). Heitä toinen samanlainen heiluri köyden päälle, mutta pidemmällä langalla. Tämän heilurin ripustuksen pituutta voidaan muuttaa vetämällä langan vapaasta päästä kädellä. Tuo se värähtelevään liikkeeseen. Tässä tapauksessa ensimmäinen heiluri alkaa myös värähdellä, mutta pienemmällä heilahduksella (amplitudilla). Pysäyttämättä toisen heilurin värähtelyjä, vähennä vähitellen sen jousituksen pituutta - ensimmäisen heilurin värähtelyjen amplitudi kasvaa.

Tässä kokeessa, joka havainnollistaa värähtelyjen resonanssia, ensimmäinen heiluri on mekaanisten värähtelyjen vastaanotin, jonka toinen heiluri, näiden värähtelyjen lähettäjä, herättää. Syy, joka pakottaa ensimmäisen heilurin värähtelemään, ovat kiristystangon jaksolliset värähtelyt taajuudella, joka on yhtä suuri kuin toisen heilurin värähtelytaajuus. Ensimmäisen heilurin pakotetuilla värähtelyillä on maksimiamplitudi vain, kun sen luonnollinen taajuus on sama kuin toisen heilurin värähtelytaajuus.

Näissä kokeissa havaitsemasi luonnollinen taajuus, pakotetut värähtelyt ja resonanssi ovat ilmiöitä, jotka ovat ominaisia ​​myös sähköiselle värähtelypiirille.

Sähkövärähtelyt piirissä. Piirin värähtelyjen herättämiseksi on tarpeen ladata sen kondensaattori vakiojännitelähteestä, sitten sammuttaa lähde ja sulkea piiripiiri (kuva 23). Tästä hetkestä lähtien kondensaattori alkaa purkaa induktorin läpi, mikä luo kasvavan virran piiriin; ja induktorin ympärillä on virran magneettikenttä. Kun kondensaattori on täysin purkautunut ja virtapiirissä nolla, magneettikenttä kelan ympärillä on vahvimmillaan - kondensaattorin sähkövaraus on muunnettu kelan magneettikenttään. Virta virtapiirissä jatkaa virtaamista samaan suuntaan jonkin aikaa, mutta johtuen käämin keräämän magneettikentän energian vähenemisestä ja kondensaattori alkaa latautua. Heti kun käämin magneettikenttä häviää, virta piirissä pysähtyy hetkeksi. Mutta tähän hetkeen mennessä kondensaattori-fop on ylivarattu, joten virta kulkee jälleen piirissä, mutta vastakkaiseen suuntaan. Seurauksena on, että piirissä esiintyy sähkövirran värähtelyjä, jotka jatkuvat, kunnes kondensaattorin varastoima energia käytetään loppuun piirin johtimien resistanssin voittamiseksi.

Kondensaattorivarauksen piirissä virittävät sähköiset värähtelyt ovat vapaita ja siksi vaimentuneet. Varaamalla kondensaattori uudelleen, piiriin voidaan herättää uusi sarja vaimennettuja värähtelyjä.

Liitä sähkömagneettiset kuulokkeet 3336L akkuun. Piirin sulkeutuessa puhelimiin kuuluu napsautusta muistuttava ääni. Sama napsahdus kuuluu, kun puhelimet irrotetaan akusta. Lataa tästä akusta suurimman kapasiteetin omaava paperikondensaattori ja kytke sitten samat puhelimet siihen irrottamalla akku. Puhelimessa kuulet lyhyen matalan äänen. Mutta kun puhelimet irrotetaan kondensaattorista, tällaista ääntä ei kuulu.

Ensimmäisessä näistä kokeista puhelimien napsautukset ovat seurausta niiden kalvojen yksittäisistä värähtelyistä, kun puhelimien sähkömagneettisten järjestelmien kelojen magneettikenttien voimakkuus muuttuu virran ilmaantumisen ja katoamisen hetkinä niissä. Toisessa kokeessa puhelimessa oleva ääni on niiden kalvojen värähtelyä puhelinkelojen vaihtuvien magneettikenttien vaikutuksesta. Ne syntyvät hyvin matalataajuisten vaimennettujen värähtelyjen lyhyestä purskeesta, joka viritetään sisään. tämä piiri ladatun kondensaattorin kytkemisen jälkeen.

Sähköisten värähtelyjen luonnollinen taajuus piirissä riippuu sen käämin induktanssista ja kondensaattorin kapasitanssista. Mitä suurempia ne ovat, sitä pienempi on värähtelytaajuus piirissä ja päinvastoin, mitä pienempiä ne ovat, sitä suurempi on värähtelytaajuus piirissä. Muutamalla kelan induktanssia (kierrosten lukumäärää) ja kondensaattorin kapasitanssia, voit vaihdella luonnollisten sähköisten värähtelyjen taajuutta piirissä laajalla alueella.

Jotta piirin pakotetut värähtelyt eivät vaimenisi, piiri on täydennettävä lisäenergialla ajoissa siinä olevien värähtelyjen kanssa. Vastaanottopiirissä tämän energian lähde voi olla radiovastaanottimen antennissa olevien radioaaltojen aiheuttamia suurtaajuisia sähköisiä värähtelyjä.

Piiri radiovastaanottimessa. Jos kytket antennin, maadoituksen ja ilmaisimena toimivasta diodista ja puhelimista koostuvan piirin värähtelypiiriin, saat yksinkertaisimman radiovastaanottimen - ilmaisimen (kuva 24).

Käytä tällaisen vastaanottimen värähtelypiirissä kelaa, jonka käämit kolmannen työpajan aikana. Muuttuva kondensaattori (G2) sileälle ja. Hienosäätääksesi piirin radioaseman taajuudelle, tee se kahdesta tinalevystä juottamalla niihin johtimet. Levyjen väliin, jotta ne eivät oikosulje, aseta arkki kuivaa kirjoituspaperia tai sanomalehtipaperia. Mitä suurempi levyjen keskinäinen limitysalue ja mitä pienempi niiden välinen etäisyys, sitä suurempi on tällaisen kondensaattorin kapasitanssi. Kun levykoot ovat 150X250 mm ja niiden välinen etäisyys yhtä suuri kuin paperin paksuus, tuon kondensaattorin suurin kapasitanssi voi olla 400...450 pF, mikä sopii sinulle täydellisesti ja pienin on useita pikofaradia. Väliaikainen antenni (W1) voi toimia 10...15 m pituisena, maasta ja rakennuksen seinistä hyvin eristettynä, 10...12 m korkeudelle ripustettuna johtona maahan, vesi- tai keskuslämmitysputkiin, joilla on yleensä hyvä kosketus maahan.

Ilmaisimen rooli (VI) voi suorittaa pistediodin, esimerkiksi D9- tai D2-sarjan millä tahansa kirjainindeksillä. KOHDASSA 1— sähkömagneettiset, korkeaohmiset kuulokkeet (sähkömagneettikeloilla, joiden tasavirtavastus on 1500...2200 ohmia), esimerkiksi tyyppi TON-1. Kytke kondensaattori rinnan puhelimiin (NW) kapasiteetti 3300...6200 pF.

Kaikkien liitäntöjen tulee olla sähköisesti luotettavia. On parempi, jos ne on juotettu. Viritinvahvistin ei toimi, koska liitännät ovat huonoja. Vastaanotin ei toimi, jos sen piireissä on oikosulkuja tai vääriä liitäntöjä.

Vastaanotinpiirin viritys radioaseman taajuudelle suoritetaan: karkea - muuttamalla äkillisesti piiriin sisältyvien kelojen kierrosten määrää (esitetty kuvassa 24 katkoviivalla nuolella); sileä ja tarkka - muuttamalla kondensaattorin kapasitanssia siirtämällä toinen sen levyistä toiseen nähden. Jos asuinkaupungissasi tai alueellasi on pitkäaaltoinen radioasema (735,3...2000 m, joka vastaa taajuuksia 408...150 kHz), ota kaikki kelan kierrokset mukaan piiriin, ja jos asema on keskiaalto (186,9...571,4 m, mikä vastaa taajuuksia 1,608 MHz. "525 kHz), niin vain osa sen kierroksista.

Jos kahden radioaseman lähetykset ovat kuultavissa samanaikaisesti, kytke antennin ja piirin väliin 62...82 pF kapasiteetiltaan kondensaattori (kuvassa 24 - kondensaattori C1, esitetty katkoviivoilla). Tämä vähentää puhelimien äänenvoimakkuutta jonkin verran, mutta vastaanottimen selektiivisyys, eli sen kyky virittää häiritseviä asemia, paranee.

Miten tällainen vastaanotin yleensä toimii? Moduloidut suurtaajuiset värähtelyt, jotka monien asemien radioaaltojen indusoivat antennijohtimessa, herättävät eri taajuuksia ja amplitudeja värähtelyjä vastaanotinpiirissä, joka sisältää itse antennin. Piirissä voimakkaimmat värähtelyt tapahtuvat vain sillä taajuudella, jolle se on viritetty resonanssiksi. Piiri heikentää kaikkien muiden taajuuksien värähtelyjä. Mitä parempi (laadukkaampi) piiri on, sitä selvemmin se korostaa oman taajuutensa värähtelyjä vastaavat värähtelyt ja sitä suurempi niiden amplitudi.

Ilmaisin on myös tärkeä elementti vastaanottimessa. Yksisuuntaisen virranjohtavuuden omaava se tasaa värähtelypiiristä sille tulevat suurtaajuiset moduloidut värähtelyt ja muuntaa ne matalataajuisiksi eli äänitaajuisiksi värähtelyiksi, jotka puhelimet muuntavat äänivärähtelyiksi.

Kondensaattori NW, puhelimien rinnan kytkettynä se on vastaanottimen apuelementti: tasoittamalla ilmaisimen tasasuunnatun virran aaltoilua parantaa puhelimien käyttöolosuhteita.

Tee joitain kokeita.

1. Kun olet virittänyt vastaanottimen radioasemalle, työnnä paksu naula kelaan ja säädä sitten virtapiiriä säädettävällä kondensaattorilla palauttaaksesi puhelimen äänten edellisen äänenvoimakkuuden.

2. Tee samoin, mutta ota naulan sijaan kupari- tai messinkitanko.

3. Kytke silmukkakelaan säädettävän kondensaattorin sijaan vakiokondensaattori (valitse kokeellisesti) niin, että vastaanotin on viritetty paikallisen aseman taajuudelle.

Muista näiden kokeiden lopulliset tulokset. Ottamalla metalliytimen kelan sisälle, huomasit tietysti, että piirin luonnollinen taajuus muuttuu: teräsydin vähentää värähtelyjen luonnollista taajuutta piirissä ja kupari- tai messinkiydin päinvastoin lisää sitä. . Tämä voidaan päätellä siitä, että ensimmäisessä tapauksessa piirin sovittamiseksi saman aseman signaaleihin jouduttiin pienentämään piirikondensaattorin kapasiteettia ja toisessa tapauksessa sitä oli lisättävä.

Contour käämi korkeataajuisella sydämellä. Suurin osa nykyaikaisten vastaanottimien silmukkakäämeistä on varustettu korkeataajuisilla, yleensä ferriittisillä ytimillä sauvojen, kuppien tai renkaiden muodossa. Lisäksi ferriittisauvat ovat pakollisia elementtejä kaikkien kannettavien transistori- ja ns. taskuvastaanottimien tulopiireissä.

Korkeataajuinen ydin ikään kuin "paksuttaa" kelan magneettikenttälinjoja lisäämällä sen induktanssia ja laatutekijää. Liikkuvan ytimen avulla voit lisäksi säätää kelan induktanssia, jota käytetään virittämään piirejä tietylle taajuudelle, ja joskus jopa virittää piirejä radioasemien taajuuksille. Kokeiluksi tehdään värähtelevä vastaanotin, säädettävä ferriittitanko 400NN tai 600NN, pituus 120...150 mm (kuva 25). Tällaisia ​​sauvoja käytetään transistorivastaanottimien magneettisissa antenneissa. Liimaa ja kuivaa paperiliuskasta sauvan ympärille 3...4 kertaa 80...90 mm pitkä holkki. Tangon tulee mahtua vapaasti holkin sisään. Leikkaa pahvista 9...10 rengasta ja liimaa ne holkkiin 6...7 mm etäisyydellä toisistaan. Tuloksena olevaan leikatun rungon päälle kelataan 300...350 kierrosta PEV-, PEL- tai PELSHO 0,2...0,25 lankaa, asetettaessa sitä 35...40 kierrosta jokaiseen osaan. Tee 35...40:stä ja 75...80:sta kierroksesta kaksi kosketusta silmukoiden muodossa, jotta voit muuttaa piiriin kuuluvien kelan kierrosten määrää.

Liitä antenni, maadoitus ja ilmaisin-puhelinpiiri käämiin. Mitä enemmän kelan kierroksia on mukana piirin toiminnassa ja mitä syvemmälle ferriittisauva työnnetään kelan sisään, sitä pidemmälle aallonpituudelle vastaanotin voidaan virittää.

Ilmaisinvastaanotin toimii yksinomaan radioaseman lähetinantennin lähettämällä sähkömagneettisella energialla. Siksi puhelimet eivät kuulosta kovalta. Ilmaisinvastaanottimen äänenvoimakkuuden lisäämiseksi sinun on lisättävä siihen vahvistin, esimerkiksi transistori.

Kirjallisuus: Borisov V.G. Työpaja aloittelevalle radioamatöörille, 2. painos. ja ylimääräisiä - M.: DOSAAF, 1984. 144 s., ill. 55k.