Elektriske svingninger: typer og karakteristika, amplitude, frekvens og fase af oscillationer
Oscillationer er processer, der gentager sig selv gentagne gange eller groft gentager sig selv med bestemte intervaller. Fluktuerende processer er udbredt i natur og teknologi.
I elektroteknik og elektronik skal de håndtere en lang række forskellige typer af elektriske svingninger, dvs. udsving i spændinger og strømme. i forskellige elektriske kredsløbsamt mekaniske vibrationer såsom vibrationer mikrofonmembraner eller højttalere.
Vibrationsegenskaber
Svingninger som gentagne processer er først og fremmest karakteriseret ved de største afvigelser, der nås af den fluktuerende værdi, eller vibrations amplitudefor det andet den hyppighed, hvormed gentagelser af de samme tilstande forekommer, eller frekvens af vibrationer, og for det tredje, fra hvilken stat, hvad proces fase svarer til tidspunktet for starten af nedtællingen. Denne sidste egenskab ved oscilleringsprocessen kaldes "indledende fase" eller blot "fase" for kort.
Strengt taget gælder disse begreber kun for visse typer af svingninger, nemlig periodiske og især sinusformet… Udtrykkene: amplitude, frekvens og fase anvendes dog generelt i ovenstående betydning for enhver vibration generelt (se — Grundlæggende parametre for AC).
Oscillationskarakteristika (amplitude, periode, frekvens og fase):
Typer af vibrationer
Afhængigt af hvad der sker med amplituden, er svingningerne forskellige:
-
stationær eller udæmpet, hvis amplitude ikke ændres over tid;
-
amortiseret, hvis amplitude aftager med tiden;
-
stiger, hvis amplitude stiger med tiden;
-
amplitudemodulation, hvis amplitude stiger og falder med tiden.
Afhængigt af hvordan svingningerne gentages i tid, er svingningerne forskellige:
-
periodisk, det vil sige dem, hvor alle tilstande gentages nøjagtigt med bestemte intervaller;
-
tilnærmelsesvis periodisk, hvor alle tilstande kun tilnærmelsesvis gentager sig selv, for eksempel dæmpning eller frekvensmoduleret (dvs. svingninger, hvis frekvens konstant ændrer sig inden for visse grænser omkring en bestemt værdi).
Se -Frie dæmpede og forcerede svingninger
Afhængigt af formen skelnes oscillationer:
-
sinusformet (harmonisk) eller tæt på sinusformet;
-
afslapning, hvis form er væsentligt forskellig fra sinusformet.
Endelig, i henhold til oprindelsen af den oscillerende proces, skelnes de mellem:
-
naturlige eller frie svingninger, der opstod som følge af et chok i systemet (eller generelt en krænkelse af systemets ligevægt);
-
tvunget, opstået som følge af en langvarig ydre oscillerende virkning på systemet, og selvsvingninger, der forekommer i systemet i fravær af ydre påvirkninger, på grund af systemets evne til selv at opretholde den oscillerende proces i det.
Elektriske vibrationer — udsving i strøm, spænding, ladning, der forekommer i elektriske kredsløb, kredsløb, ledninger osv. Den mest almindelige type elektriske vibrationer er de sædvanlige vekselstrøm, hvor spændingen og strømmen i kredsløbet periodisk ændres. De sker med en frekvens på 50 Hz. Sådanne relativt langsomme svingninger opnås sædvanligvis vha Vekselstrøms elektriske maskiner.
Hurtige vibrationer skabes ved specielle metoder, blandt hvilke de i moderne teknologier spiller den største rolle elektroniske generatorer.
Afhængigt af frekvensen er det almindeligt at opdele elektriske vibrationer i to grupper - lavfrekvens, hvis frekvens er under 15.000 Hz, og højfrekvens, hvis frekvens er mere end 15.000 Hz. Denne grænse blev valgt, fordi vibrationer under 15.000 Hz frembringer fornemmelsen af lyd i det menneskelige øre, mens vibrationer over 15.000 Hz ikke kan høres af det menneskelige øre.
Oscillatorsystemer — systemer, hvor der kan forekomme naturlige svingninger.
Oscillatorkredsløb — et kredsløb, hvori naturlige elektriske svingninger kan opstå, hvis den elektriske "ligevægt" forstyrres i det, det vil sige hvis der skabes begyndelsesspændinger eller strømme i det.
Kæde — et normalt lukket elektrisk kredsløb. Dette udtryk gælder dog også for åbne kredsløb, nemlig antenner. For at skelne mellem disse to typer sløjfer kaldes de henholdsvis lukkede og åbne.Udtrykket "kontur" har nogle gange en særlig betydning. Et oscillerende kredsløb kaldes ofte blot et «kredsløb» for kortheds skyld.
For at naturlige svingninger kan forekomme i et kredsløb, skal det have kapacitans og induktans, ikke for meget modstand. Frekvensen af naturlige oscillationer i kredsløbet vil afhænge af værdien af kapacitansen C og induktansen L. Jo større kapacitans og induktans der er involveret i det oscillerende kredsløb, jo lavere er frekvensen af dets naturlige svingninger (for flere detaljer se her — Oscillatorkredsløb).
Hyppigheden af naturlige vibrationer i kredsløbet bestemmes tilnærmelsesvis af den såkaldte ved Thomsons formel:
Da hvert kredsløb har en modstand, hvor der opstår energitab og varme frigives, så vil de naturlige svingninger i kredsløbet altid være dæmpende. Med andre ord vender det oscillerende kredsløb tilbage til elektrisk "ligevægt" som følge af en dæmpet oscillerende proces.
Hvis modstanden i kredsløbet er meget høj, er det et aperiodisk kredsløb, hvor der ikke forekommer naturlige svingninger. De indledende spændinger og strømme, der skabes i et sådant kredsløb, henfalder uden at opleve svingninger, men monotont. Med andre ord, når den elektriske "ligevægt" er forstyrret, vender en sådan sløjfe aperiodisk (dvs. uden svingninger) tilbage til "ligevægts"-positionen.
Se også om dette emne:
Induktivt koblede oscillerende kredsløb
Kontinuerlige svingninger og parametrisk resonans