Elektriska svängningar: typer och egenskaper, amplitud, frekvens och fas av svängningar
Oscillationer är processer som upprepar sig upprepade gånger eller ungefär upprepar sig med vissa intervall. Fluktuerande processer är utbredda i natur och teknik.
Inom elektroteknik och elektronik måste de hantera en mängd olika typer av elektriska svängningar, d.v.s. fluktuationer av spänningar och strömmar. i olika elektriska kretsarsåväl som mekaniska vibrationer såsom vibrationer mikrofonmembran eller högtalare.
Vibrationsegenskaper
Svängningar som repetitiva processer kännetecknas först av allt av de största avvikelser som uppnås av det fluktuerande värdet, eller vibrationsamplitud, för det andra den frekvens med vilken upprepningar av samma tillstånd inträffar, eller vibrationsfrekvens, och för det tredje, från vilken stat, vad processfas motsvarar tidpunkten för start av nedräkningen. Denna sistnämnda egenskap hos oscilleringsprocessen kallas "initialfasen" eller helt enkelt "fas" för kort.
Strängt taget är dessa begrepp endast tillämpliga på vissa typer av svängningar, nämligen periodiska och i synnerhet, sinus-… Termerna: amplitud, frekvens och fas tillämpas dock generellt i ovanstående mening för alla vibrationer i allmänhet (se — Grundläggande parametrar för AC).
Oscillationsegenskaper (amplitud, period, frekvens och fas):
Typer av vibrationer
Beroende på vad som händer med amplituden skiljer sig oscillationerna:
-
stationär eller odämpad, vars amplitud inte förändras över tiden;
-
amorteras, vars amplitud minskar med tiden;
-
ökar, vars amplitud ökar med tiden;
-
amplitudmodulering vars amplitud ökar och minskar med tiden.
Beroende på hur svängningarna upprepas i tiden, skiljer sig svängningarna:
-
periodiska, det vill säga de där alla tillstånd upprepas exakt med vissa intervall;
-
ungefär periodiskt, där alla tillstånd endast ungefärligen upprepar sig, till exempel dämpning eller frekvensmodulerad (dvs svängningar vars frekvens hela tiden ändras inom vissa gränser kring ett visst värde).
Se -Fridämpade och forcerade svängningar
Beroende på formen särskiljs svängningar:
-
sinusformad (harmonisk) eller nära sinusformad;
-
avslappning, vars form skiljer sig väsentligt från sinusformad.
Slutligen, enligt ursprunget till den oscillerande processen, särskiljs de:
-
naturliga eller fria svängningar som inträffade som ett resultat av en chock i systemet (eller i allmänhet en kränkning av systemets jämvikt);
-
påtvingad, som uppstår som ett resultat av en förlängd extern oscillerande verkan på systemet, och självsvängningar som uppstår i systemet i frånvaro av yttre påverkan, på grund av systemets förmåga att upprätthålla den oscillerande processen i det.
Elektriska vibrationer — fluktuationer i ström, spänning, laddning, som förekommer i elektriska kretsar, kretsar, ledningar etc. Den vanligaste typen av elektriska vibrationer är de vanliga växelström, där spänningen och strömmen i kretsen periodiskt ändras. De händer med en frekvens på 50 Hz. Sådana relativt långsamma svängningar erhålls vanligtvis med användning av Växelströms elektriska maskiner.
Snabba vibrationer skapas med speciella metoder, bland vilka i modern teknik spelar de den största rollen elektroniska generatorer.
Beroende på frekvensen är det vanligt att dela in elektriska vibrationer i två grupper — lågfrekventa, vars frekvens är under 15 000 Hz, och högfrekvens, vars frekvens är mer än 15 000 Hz. Denna gräns valdes eftersom vibrationer under 15 000 Hz producerar känslan av ljud i det mänskliga örat, medan vibrationer över 15 000 Hz inte kan höras av det mänskliga örat.
Oscillatorsystem — System där naturliga svängningar kan förekomma.
Oscillatorkrets — en krets i vilken naturliga elektriska svängningar kan uppstå om den elektriska "jämvikten" störs i den, det vill säga om initiala spänningar eller strömmar skapas i den.
Kedja — en normalt sluten elektrisk krets. Denna term gäller dock även öppna kretsar, nämligen antenner. För att skilja mellan dessa två typer av slingor kallas de för slutna respektive öppna.Termen "kontur" har ibland en speciell betydelse. En oscillerande krets kallas ofta helt enkelt en «krets» för korthetens skull.
För att naturliga svängningar ska uppstå i en krets måste den ha kapacitans och induktans, inte för mycket motstånd. Frekvensen av naturliga svängningar i kretsen kommer att bero på värdet på kapacitansen C och induktansen L. Ju större kapacitans och induktans som är inblandad i svängningskretsen, desto lägre frekvens för dess naturliga svängningar (för mer detaljer se här — Oscillatorkrets).
Frekvensen av naturliga vibrationer i kretsen bestäms ungefär av den så kallade med Thomsons formel:
Eftersom varje krets har ett motstånd där energiförluster uppstår och värme frigörs, så kommer de naturliga svängningarna i kretsen alltid att vara dämpande. Med andra ord återgår den oscillerande kretsen till elektrisk "jämvikt" som ett resultat av en dämpad oscillerande process.
Om resistansen i kretsen är mycket hög, är det en aperiodisk krets där inga naturliga svängningar förekommer. De initiala spänningarna och strömmarna som skapas i en sådan krets avklingar utan att uppleva svängningar, men monotont. Med andra ord, när den elektriska "jämvikten" störs, återgår en sådan slinga aperiodiskt (dvs utan oscillationer) till "jämvikts"-läget.
Se även om detta ämne:
Induktivt kopplade oscillerande kretsar
Kontinuerliga svängningar och parametrisk resonans