إن المعرفة بالفيزياء ونظرية هذا العلم ترتبط مباشرة بالسلوك أُسرَةوالإصلاح والبناء والهندسة الميكانيكية. نقترح النظر في ما هو رنين التيارات والفولتية في دائرة RLC المتسلسلة، وما هو الشرط الرئيسي لتشكيلها، وكذلك الحساب.

تحديد الظاهرة بواسطة TOE: يحدث الرنين الكهربائي في دائرة كهربائيةعند تردد رنين معين، عندما تعوض بعض أجزاء المقاومة أو الموصلية لعناصر الدائرة بعضها البعض. يحدث هذا في بعض الدوائر عندما تكون المعاوقة بين دخل ومخرج الدائرة صفرًا تقريبًا وتكون وظيفة نقل الإشارة قريبة من الوحدة. في هذه الحالة، عامل الجودة لهذه الدائرة مهم جداً.

علامات الرنين:

1. مكونات الفروع التفاعلية للتيار متساوية مع بعضها البعض IPC = IPL، ويتشكل الطور المضاد فقط عندما تكون الطاقة النشطة الصافية عند الإدخال متساوية؛
2. يتجاوز التيار في الفروع الفردية التيار الكامل لدائرة معينة، بينما تكون الفروع في الطور.

وبعبارة أخرى، الرنين في الدائرة التيار المتناوبيتضمن ترددًا خاصًا، ويتم تحديده بواسطة قيم المقاومة والسعة والمحاثة. هناك نوعان من الرنين الحالي:

1. ثابت؛
2. موازي.

بالنسبة للرنين المتسلسل، الحالة بسيطة وتتميز بأقل مقاومة وطور صفر، ويستخدم في الدوائر التفاعلية، ويستخدم أيضًا في الدوائر المتفرعة. يحدث الرنين المتوازي أو مفهوم دارة RLC عندما تكون المدخلات الحثية والسعوية متساوية في الحجم ولكنها تلغي بعضها البعض لأنها تقع بزاوية 180 درجة عن بعضها البعض. يجب أن يكون هذا الاتصال مساويا باستمرار للقيمة المحددة. حصل على أوسع الاستخدام العملي. الحد الأدنى الحاد من المعاوقة الذي يظهره مفيد للعديد من الأجهزة المنزلية الكهربائية. تعتمد حدة الحد الأدنى على قيمة المقاومة.

دائرة RLC (أو الدائرة) هي رسم بياني كهربائي، والذي يتكون من المقاوم، مغو، ومكثف، متصلة على التوالي أو على التوازي. تحصل الدائرة المتذبذبة المتوازية RLC على اسمها من الاختصار كميات فيزيائية، يمثل المقاومة، الحث والسعة، على التوالي. تشكل الدائرة مذبذبًا توافقيًا للتيار. أي تذبذب للتيار المستحث في الدائرة يتلاشى بمرور الوقت إذا تم إيقاف حركة الجسيمات الموجهة بواسطة المصدر. ويسمى تأثير المقاوم هذا بالتوهين. وجود المقاومة يقلل أيضًا من ذروة تردد الرنين. لا يمكن تجنب بعض المقاومة في الدوائر الحقيقية، حتى لو لم يتم تضمين المقاوم في الدائرة.

طلب

تقريبًا كل هندسة الطاقة الكهربائية تستخدم مثل هذه الدائرة التذبذبية، على سبيل المثال، محول الطاقة. الدائرة ضرورية أيضًا لإعداد تشغيل جهاز تلفزيون، ومولد سعوي، وآلة لحام، وجهاز استقبال راديو؛ ويتم استخدامها من خلال تقنية "المطابقة" لهوائيات البث التلفزيوني، حيث تحتاج إلى تحديد نطاق تردد ضيق لبعض من الموجات المستخدمة. يمكن استخدام دائرة RLC كمرشح تمرير النطاق، أو مرشح الشق، لأجهزة استشعار توزيع التمرير المنخفض أو العالي.

يستخدم الرنين أيضًا في الطب التجميلي (العلاج بالتيار الدقيق) وتشخيص الرنين الحيوي.

مبدأ الرنين الحالي

يمكننا صنع دائرة رنين أو متذبذبة بترددها الطبيعي، مثلاً، لتشغيل مكثف، كما يوضح الرسم البياني التالي:

دائرة لتشغيل مكثف

سيكون المفتاح مسؤولاً عن اتجاه الاهتزاز.

الدائرة: مفتاح دائرة الرنين

يقوم المكثف بتخزين كل التيار في اللحظة التي يكون فيها الوقت = 0. ويتم قياس التذبذبات في الدائرة باستخدام مقياس التيار الكهربائي.

المخطط: التيار في دائرة الرنين هو صفر

تتحرك الجسيمات الموجهة الجانب الأيمن. يستقبل المحرِّض التيار من المكثف.

عندما تعود قطبية الدائرة إلى شكلها الأصلي، يعود التيار إلى المبادل الحراري.

الآن تعود الطاقة الموجهة إلى المكثف، وتتكرر الدائرة مرة أخرى.

في دوائر الدوائر المختلطة الحقيقية، توجد دائمًا بعض المقاومة التي تؤدي إلى صغر حجم الجسيمات الموجهة مع كل دائرة. بعد عدة تغييرات في قطبية اللوحات، ينخفض ​​التيار إلى 0. وتسمى هذه العملية إشارة موجة جيبية مخمد. تعتمد سرعة حدوث هذه العملية على المقاومة الموجودة في الدائرة. لكن المقاومة لا تغير تردد الموجة الجيبية. إذا كانت المقاومة عالية بما فيه الكفاية، فإن التيار لن يتقلب على الإطلاق.

يعني تعيين التيار المتردد أن الطاقة الخارجة من مصدر الطاقة تتأرجح عند تردد معين. تساعد الزيادة في المقاومة على تقليل الحد الأقصى لحجم السعة الحالية، لكن هذا لا يؤدي إلى تغيير في تردد الرنين. ولكن يمكن أن تتشكل عملية التيار الدوامي. بعد حدوثه، من الممكن حدوث انقطاع في الشبكة.

حساب دائرة الرنين

تجدر الإشارة إلى أن هذه الظاهرة تتطلب حسابا دقيقا للغاية، خاصة إذا اتصال موازية. من أجل تجنب التدخل في التكنولوجيا، تحتاج إلى استخدام صيغ مختلفة. ستكون مفيدة لك لحل أي مشكلة في الفيزياء من القسم المقابل.

من المهم جدًا معرفة قيمة الطاقة في الدائرة. يمكن التعبير عن متوسط ​​القدرة المتبددة في دارة طنين بدلالة جذر متوسط ​​تربيع الجهد والتيار على النحو التالي:

R av = I 2 جهة اتصال * R = (V 2 جهة اتصال / Z 2) * R.

وفي الوقت نفسه، تذكر أن عامل القدرة عند الرنين هو cos φ = 1

صيغة الرنين نفسها لها الشكل التالي:

ω 0 = 1 / √L*C

يتم تحديد المعاوقة الصفرية عند الرنين باستخدام الصيغة التالية:

F الدقة = 1 / 2π √L*C

يمكن تقريب تردد الرنين للتذبذب على النحو التالي:

F = 1/2 ص (LC) 0.5

حيث: F = التردد

ل = الحث

ج = القدرة

بشكل عام، لن تتأرجح الدائرة إلا إذا كانت المقاومة (R) منخفضة بما يكفي لتلبية المتطلبات التالية:

ص = 2 (خطاب الاعتماد) 0.5

للحصول على بيانات دقيقة، يجب أن تحاول عدم تقريب القيم التي تم الحصول عليها بسبب الحسابات. يوصي العديد من علماء الفيزياء باستخدام طريقة تسمى مخطط متجهاتالتيارات النشطة. مع الحساب الصحيح وتكوين الأجهزة، سوف تحصل على وفورات جيدة في التيار المتردد.

يمكن أن تأخذ المفاعلة أو الموصلية لشبكة ذات طرفين، والتي تتضمن المكثفات والمحاثات، قيمًا موجبة وسالبة، اعتمادًا على تردد الجهد المطبق. في ظل ظروف معينة، قد تكون المفاعلة (الموصلية) صفراً، وتصبح المقاومة المكافئة (الموصلية) للدائرة بأكملها نشطة. في هذه الحالة، يكون التيار والجهد عند مدخل الدائرة في الطور. وتسمى هذه الظاهرة صدىوالنسبة - حالة الرنين.

ترتبط المعلمات المكافئة للشبكة ذات المطرافين بالعلاقات

و

,

وبالتالي الشرط

يعادل المساواة

أو

.

من الشروط

,

يمكن تحديد قيم معلمات عناصر الدائرة الكهربائية التي يتم ملاحظة ظاهرة الرنين فيها وكذلك قيم التردد صدى.

إذا لشبكة ذات محطتين

و

، فيمكن استخدام أي من الشروط لتحديد قيم ترددات الرنين

أو

.

في الحالة التي تكون فيها المقاومة المكافئة النشطة أو التوصيل المكافئ النشط لشبكة ذات طرفين صفرًا، يجب استخدام كلا الشرطين لتحديد قيم ترددات الرنين

و

، لأنه في هذه الحالة

. المساواة

و

يتم تنفيذها، على وجه الخصوص، للدوائر التي تحتوي فقط على ملفات حث ومكثفات.

تستخدم خصائص التردد على نطاق واسع لوصف خصائص تردد الدوائر الكهربائية. تُفهم خصائص التردد على أنها اعتمادات على تردد معلمات الإدخال للدائرة: ص , س , ض , ز , ب , ذ وكذلك الكميات التي تحددها هذه المعلمات

,

إلخ. دعونا نفكر بعد ذلك في خصائص التردد لأبسط الدوائر التي يكون الرنين فيها ممكنًا.

الرنين في الدائرة عندما تكون العناصر متصلة على التوالي

خذ بعين الاعتبار الدائرة الموضحة في الشكل. 10.1 أ

المقاومة المعقدة للدائرة تساوي

زاوية التحول بين تيار الإدخال والجهد

يذهب إلى الصفر عندما تكون مفاعلة الدائرة تساوي الصفر، أي عند استيفاء الشرط

. وبالتالي، فإن حالة الرنين في الدائرة تحدث عند التردد

. ويسمى هذا التردد الزاوي رنين. مخطط متجه للتيارات والفولتية في السلسلة rLC كفاف، بنيت مع

، كما هو موضح في الشكل. 10.1 ب. كما يتبين من الرسم البياني المتجه، المتجه و

متساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه وبالتالي الجهد

عند تردد الرنين صفر . المفاعلة الحثية والمتساوية للدائرة عند تردد الرنين

,

يشار إليه بالرمز ، يسمى مقاومة الموجةالدائرة التذبذبية وتقاس بالأوم.

تسمى نسبة مقاومة الموجة إلى المقاومة النشطة في دائرة تذبذبية متتالية عامل الجودة، ومقلوب عامل الجودة - التوهين:

,

.

وكما يلي من العلاقات المذكورة أعلاه، فإن عامل الجودة والتوهين هما كميتان بلا أبعاد. لأنه في جميع عناصر الدائرة الموضحة في الشكل. 10.1أ يتدفق التيار نفسه، يوضح عامل الجودة عدد المرات التي يتجاوز فيها الجهد على العناصر التفاعلية عند الرنين جهد الدخل. في الدوائر التذبذبية الحقيقية يمكن أن تصل هذه القيمة إلى مستوى كبير. ولذلك، فإن الرنين في الدائرة مع اتصال سلسلة من العناصر ص , ل , ج اتصلت في بعض الأحيان رنين الجهد.

عند تردد الرنين، الممانعة z

مساوية لمقاومة المقاوم ص، الجهد الحالي والمدخل في الطور.

وبالتالي، فإن إجمالي الطاقة التي يزودها المصدر بالدائرة تساوي الطاقة النشطة، يستهلكها عنصر مقاوم واحد، والقدرة التفاعلية للدائرة صفر. وهذا يعني أنه عند الرنين، يحدث التبادل المتبادل للطاقة فقط بين المكثف والمحرِّض. يصاحب انخفاض طاقة المجال الكهربائي عند تفريغ المكثف زيادة في طاقة المجال المغناطيسي للملف والعكس صحيح. لا يوجد تبادل للطاقة بين المصدر والعناصر المتفاعلة.

دعونا نفكر في خصائص تردد الدائرة التي تحتوي على عناصر متصلة على التوالي ص , ل , ج . نحن نفترض أن الجهد الجيبي ذو السعة الثابتة والتردد الزاوي يعمل عند مدخل الدائرة ، تتراوح من 0 إلى ∞. يؤدي تغيير التردد إلى تغيير معلمات الدائرة س , ض , . ويبين الشكل 10.2 خصائص التردد المقابلة

,

المقاومة النشطة للدائرة قيد النظر لا تعتمد على التردد، ولكن المقاومة التفاعلية عند قيم تردد معينة (

) يصبح يساوي إما الصفر أو اللانهاية. تسمى هذه القيم المميزة أصفار وأقطاب الاستجابة الترددية على التوالي. خاصية مهمة للوظيفة

هو أنه يزيد بشكل رتيب مع زيادة التردد

. في نطاق التردد

تزداد المفاعلة من − ∞ إلى 0 ولها بالسعةشخصية، مع

تزداد المفاعلة من 0 إلى ∞ ولها استقرائيةشخصية.

دعونا ننظر في اعتماد التيار في rLC الدائرة على تردد الجهد المطبق:

.

تحليل هذا التعبير يوضح أنه متى

القيمة القصوى

يصل التيار إلى النقطة المقابلة لتردد الرنين.

خاصية هامة rLC الكفاف هو عرض منحنى الرنين أو عرض النطاق الترددي، والذي يتم تعريفه على أنه الفرق بين الجزء العلوي و اقل الترددات التي النسبة

يرقى إلى

:

.

الترددات و ، الحد من عرض النطاق الترددي، يمكن تحديده من العلاقة

,

ومن ثم يترتب على ذلك أنه عند حدود نطاق التمرير تكون المفاعلة بالقيمة المطلقة مساوية للقيمة النشطة

.

العلاقة الأخيرة تعادل المساواة

,

أين

,

.

فرق التردد و (عرض النطاق الترددي) يتم تقديمه بواسطة

إذا قمت ببناء التبعية

في نظام الإحداثيات النسبي

,

(الشكل 10.3)، فإن عرض النطاق الترددي يساوي توهين الدائرة.

من حيث الجهد عبر مغو

كلا العاملين يعتمدان على التردد. في

الجهد االكهربى

. مع زيادة التردد والجهد

يزيد ويميل إلى الإدخال في

. يمكن أن يظهر ذلك عندما

هذا الاعتماد رتيب، ومتى

لديه الحد الأقصى (الشكل 10.4).

جهد المكثف. في

لا يوجد تيار في الدائرة ويتم تطبيق جهد الدخل بالكامل على المكثف. في

يميل الجهد عبر المكثف إلى الصفر. للدائرة التي يتجاوز عامل الجودة

، مدمن

لديه الحد الأقصى. لو

، يتناقص الجهد عبر المكثف بشكل رتيب مع زيادة التردد.