Elektriske oscillasjoner: typer og karakteristikker, amplitude, frekvens og fase av oscillasjoner

Oscillasjoner er prosesser som gjentar seg selv gjentatte ganger eller grovt gjentar seg selv med bestemte intervaller. Varierende prosesser er utbredt i natur og teknologi.

I elektroteknikk og elektronikk må de forholde seg til en lang rekke typer elektriske svingninger, d.v.s. svingninger av spenninger og strømmer. i forskjellige elektriske kretsersamt mekaniske vibrasjoner som vibrasjoner mikrofonmembraner eller høyttalere.

Vibrasjonsegenskaper

Oscillasjoner som repeterende prosesser kjennetegnes først og fremst av de største avvikene oppnådd av den svingende verdien, eller vibrasjonsamplitude, for det andre frekvensen som repetisjoner av de samme tilstandene oppstår med, eller frekvens av vibrasjoner, og for det tredje, fra hvilken stat, hva prosessfase tilsvarer tidspunktet for starten av nedtellingen. Denne siste egenskapen til oscillerende prosessen kalles "initialfasen" eller ganske enkelt "fase" for kort.

Strengt tatt gjelder disse konseptene bare for visse typer svingninger, nemlig periodiske og spesielt sinusformet… Begrepene: amplitude, frekvens og fase er imidlertid generelt brukt i den ovennevnte forstand på enhver vibrasjon generelt (se — Grunnleggende parametere for AC).

Oscillasjonskarakteristikk (amplitude, periode, frekvens og fase):

Typer av vibrasjoner

Avhengig av hva som skjer med amplituden, varierer oscillasjonene:

• stasjonær eller udempet, hvis amplitude ikke endres over tid;

• amortisert, hvis amplitude avtar med tiden;

• øker, hvis amplitude øker med tiden;

• amplitudemodulasjon hvis amplitude øker og avtar med tiden.

Avhengig av hvordan svingningene gjentas over tid, varierer svingningene:

• periodisk, det vil si de der alle tilstander gjentas nøyaktig med bestemte intervaller;

• tilnærmet periodisk, der alle tilstander bare tilnærmet gjentar seg selv, for eksempel demping eller frekvensmodulert (dvs. oscillasjoner hvis frekvens hele tiden endres innenfor visse grenser rundt en viss verdi).

Se -Fridempede og forserte svingninger

Avhengig av formen skilles oscillasjoner ut:

• sinusformet (harmonisk) eller nær sinusformet;

• avslapning, hvis form er vesentlig forskjellig fra sinusformet.

Til slutt, i henhold til opprinnelsen til den oscillerende prosessen, skilles de ut:

• naturlige eller frie oscillasjoner som oppsto som et resultat av et sjokk i systemet (eller generelt et brudd på systemets likevekt);

• tvunget, som oppstår som et resultat av en langvarig ekstern oscillerende virkning på systemet, og selvsvingninger som oppstår i systemet i fravær av ytre påvirkninger, på grunn av systemets evne til å opprettholde den oscillerende prosessen i det.

Elektriske vibrasjoner — fluktuasjoner i strøm, spenning, ladning, som forekommer i elektriske kretser, kretser, linjer osv. Den vanligste typen elektriske vibrasjoner er de vanlige elektrisk vekselstrøm, der spenningen og strømmen i kretsen periodisk endres. De skjer med en frekvens på 50 Hz. Slike relativt langsomme oscillasjoner oppnås vanligvis ved å bruke Vekselstrøms elektriske maskiner.

Raske vibrasjoner skapes av spesielle metoder, blant dem spiller de i moderne teknologi den største rollen elektroniske generatorer.

Avhengig av frekvensen er det vanlig å dele elektriske vibrasjoner i to grupper - lavfrekvens, hvis frekvens er under 15.000 Hz, og høyfrekvens, hvis frekvens er mer enn 15.000 Hz. Denne grensen ble valgt fordi vibrasjoner under 15 000 Hz produserer følelsen av lyd i det menneskelige øret, mens vibrasjoner over 15 000 Hz ikke kan høres av det menneskelige øret.

Oscillatorsystemer — systemer der naturlige svingninger kan forekomme.

Oscillatorkrets — en krets der naturlige elektriske oscillasjoner kan oppstå hvis den elektriske "likevekten" blir forstyrret i den, det vil si hvis begynnelsesspenninger eller strømmer skapes i den.

Kjede — en normalt lukket elektrisk krets. Dette begrepet gjelder imidlertid også for åpne kretser, nemlig antenner. For å skille mellom disse to typene løkker kalles de henholdsvis lukket og åpen.Begrepet "kontur" har noen ganger en spesiell betydning. En oscillerende krets kalles ofte bare en «krets» for korthets skyld.

For at naturlige oscillasjoner skal oppstå i en krets, må den ha kapasitans og induktans, ikke for mye motstand. Frekvensen av naturlige oscillasjoner i kretsen vil avhenge av verdien av kapasitansen C og induktansen L. Jo større kapasitansen og induktansen som er involvert i oscilleringskretsen, jo lavere er frekvensen av dens naturlige oscillasjoner (for mer detaljer se her — Oscillatorkrets).

Frekvensen av naturlige vibrasjoner i kretsen bestemmes omtrentlig av den såkalte etter Thomsons formel:

Siden hver krets har en motstand der energitap oppstår og varme frigjøres, vil de naturlige svingningene i kretsen alltid være dempende. Med andre ord går den oscillerende kretsen tilbake til elektrisk "likevekt" som et resultat av en dempet oscillerende prosess.

Hvis motstanden til kretsen er veldig høy, er det en aperiodisk krets der ingen naturlige svingninger forekommer. De innledende spenningene og strømmene som skapes i en slik krets forfaller uten å oppleve svingninger, men monotont. Med andre ord, når den elektriske "likevekten" blir forstyrret, går en slik sløyfe aperiodisk (dvs. uten svingninger) tilbake til "likevekts"-posisjonen.

Se også om dette emnet:

Induktivt koblede oscillerende kretser

Kontinuerlige oscillasjoner og parametrisk resonans