Resonans av stress. Hva er resonans i en elektrisk krets

Resonans er et av de vanligste fysiske fenomenene i naturen . Fenomenet resonans kan observeres i mekaniske, elektriske og jevne termiske systemer. Uten resonans ville vi ikke ha radio, fjernsyn, musikk og til og med en sving på lekeplasser, for ikke å nevne de mest effektive diagnostiske systemene som brukes i moderne medisin. En av de mest interessante og nyttige former for resonans i en elektrisk krets er resonansen av spenninger.

Elementer av resonanskretsen

Fenomenet resonans kan oppstå i den såkalte RLC-kjeden, som inneholder følgende komponenter:

• R - motstander. Disse enhetene, relatert til de såkalte aktive elementene i den elektriske kretsen, konverterer elektrisk energi til termisk energi. Med andre ord fjerner de energi fra kretsen og konverterer den til varme.
• L er induktansen. Induktans i elektriske kretser er en analog av masse eller tröghet i mekaniske systemer. Denne komponenten er ikke så merkbar i den elektriske kretsen, til du prøver å gjøre noen endringer i den. I mekanikk, for eksempel, er en slik endring hastighetsendring. I den elektriske kretsen endres strømmen. Hvis det av en eller annen grunn oppstår, motvirker induktansen en slik endring i modusen til kretsen.
• C er betegnelsen for kondensatorer, som er enheter som lagrer elektrisk energi på en måte som ligner hvordan fjærene beholder mekanisk energi. Induktans konsentrerer og beholder magnetisk energi mens kondensatoren konsentrerer ladningen og derved lagrer elektrisk energi.

Konseptet med resonanskrets

Nøkkelelementene til resonanskretsen er induktans (L) og kapasitans (C). Motstanden har en tendens til å dempe oscillasjonene, slik at den fjerner energien fra kretsen. Når vi vurderer prosessene som forekommer i oscillator-kretsen, ignorerer vi det midlertidig, men det må huskes at, som friksjonskraften i mekaniske systemer, den elektriske motstanden i kretsene ikke kan elimineres.

Resonansresonans og nåværende resonans

Avhengig av måten nøkkelelementene er koblet til, kan resonanskretsen være sekvensiell og parallell. Når en seriell oscillatorisk krets er koblet til en spenningskilde med en frekvens av signalet som faller sammen med den naturlige frekvensen, under visse forhold oppstår en resonans av spenninger i den. Resonans i en elektrisk krets med parallelle tilkoblede reaktive elementer kalles resonans av strømmer.

Den naturlige frekvensen av resonanskretsen

Vi kan få systemet til å svinge på egen frekvens. For å gjøre dette må du først lade kondensatoren, som vist i øverste venstre figur. Når dette er gjort, flyttes nøkkelen til stillingen vist i samme figur til høyre.

På tidspunktet "0" lagres all elektrisk energi i kondensatoren, og strømmen i kretsen er null (figur nedenfor). Merk at kondensatorens øvre plate er ladet positivt, og den nedre er negativ. Vi kan ikke se elektronikkens svingninger i kretsen, men vi kan måle strømmen med et ammeter, og ved hjelp av et oscilloskop kan vi spore tegnet av dagens versus tid. Vær oppmerksom på at T på grafen vår er den tiden det tar å fullføre en svingning, som i elektroteknikk kalles "svingningsperioden".

Strømmen strømmer med klokken (figur nedenfor). Energi overføres fra kondensatoren til induktoren. Ved første øyekast kan det virke rart at induktansen inneholder energi, men dette ligner den kinetiske energien i den bevegelige massen.

Energi-strømmen vender tilbake til kondensatoren, men merk at polariteten til kondensatoren nå er endret. Med andre ord har bunnplaten nå en positiv ladning, og toppplaten - en negativ ladning (figur nedenfor).

Nå har systemet helt vendt, og energien begynner å strømme fra kondensatoren igjen til induktansen (figur nedenfor). Som et resultat returnerer energi helt til startpunktet og er klar til å starte syklusen på nytt.

Oscillasjonsfrekvensen kan tilnærmet som følger:

• F = 1 / 2π (LC) ^0,5 ,

Hvor: F - frekvens, L - induktans, C - kapasitans.

Prosessen vurderes i dette eksemplet reflekterer den fysiske essensen av stressresonans.

Undersøkelse av stressresonans

I ekte LC-kretser er det alltid en liten motstand, som med hver syklus reduserer økningen i dagens amplitude. Etter flere sykluser, senker strømmen til null. Denne effekten kalles "demping av et sinusformet signal". Dempingshastigheten av strømmen til nullverdien avhenger av verdien av motstanden i kretsen. Motstanden endrer imidlertid ikke svingningsfrekvensen til resonanskretsen. Hvis motstanden er stor nok, vil det ikke oppstå noen sinusformede svingninger i kretsen i det hele tatt.

Selvfølgelig, hvor det er en naturlig svingningsfrekvens, er det mulig å spenne en resonansprosess. Vi gjør dette, inkludert vekselstrømforsyningen (AC) i seriekretsen, som vist i figuren til venstre. Begrepet "variabel" betyr at utgangsspenningen til kilden svinger ved en bestemt frekvens. Hvis frekvensen av strømforsyningen faller sammen med den naturlige frekvensen av kretsen, oppstår en resonans av spenningene.

Forutsetninger for forekomst

Vi vurderer nå betingelsene for utseendet av en stressresonans. Som vist i siste figur returnerte vi motstanden til kretsen. I fravær av en motstand i kretsen vil strømmen i resonanskretsen øke til en viss maksimumsverdi bestemt av parametrene til kretselementene og kraften til strømkilden. Øk motstanden av motstanden i resonanskretsen øker tendensen til å dempe strømmen i kretsen, men påvirker ikke frekvensen av resonansoscillasjonene. Som regel oppstår ikke spenningsresonansmodus dersom resonanskretsens motstand tilfredsstiller tilstanden R = 2 (L / C) ^0,5 .

Bruk av spenningsresonans for radiotransmisjon

Fenomenet stressresonans er ikke bare et nysgjerrig fysisk fenomen. Det spiller en enestående rolle i teknologien for trådløs kommunikasjon - radio, fjernsyn, mobiltelefoni. Sendere som brukes til trådløs overføring av informasjon, inneholder nødvendigvis kretser designet for resonans ved en frekvens som er definert for hver enhet, kalt bærefrekvensen. Ved hjelp av en senderantenne som er koblet til senderen, avgir den elektromagnetiske bølger ved en bærefrekvens.

En antenne i den andre enden av sender-mottaksbanen mottar dette signalet og mater det til mottakssløyfen, utformet for å resonere ved bærefrekvensen. Selvfølgelig mottar antennen mange signaler ved forskjellige frekvenser, for ikke å nevne bakgrunnsstøy. På grunn av tilstedeværelsen ved inngangen til mottaksenheten som er innstilt på bærefrekvensen til resonanskretsen, velger mottakeren den eneste riktige frekvensen, og filtrerer ut alle unødvendige.

Etter detektering av det amplitudemodulerte (AM) radiosignalet forsterkes det lavfrekvenssignal (LF) som er ekstrahert fra den og mates til lydgjennomføringsanordningen. Dette er den enkleste formen for radiooverføring er svært følsom for støy og forstyrrelser.

For å forbedre kvaliteten på mottatt informasjon har andre, mer avanserte metoder for radiosignaltransmisjon blitt utviklet og brukt med suksess, som også er basert på bruk av avstemte resonanssystemer.

Frekvensmodulering eller FM-radio løser mange av problemene med radiotransmisjon med et amplitudemodulert transmisjonssignal, men dette oppnås på bekostning av en betydelig komplikasjon av transmisjonssystemet. I FM-radio blir systemlyder i den elektroniske banen konvertert til små endringer i bærefrekvensen. En del av utstyret som utfører denne konverteringen kalles en "modulator" og brukes sammen med senderen.

Følgelig må en demodulator legges til mottakeren for å konvertere signalet tilbake til et skjema som kan reproduseres gjennom høyttaleren.

Andre eksempler på bruk av spenningsresonans

Resonansresonans som et grunnleggende prinsipp er også innebygd i kretsen av mange filtre som er mye brukt i elektroteknikk for å eliminere skadelige og unødvendige signaler, utjevne pulseringer og generere sinusformede signaler.