Site Loader

Содержание

конденсатор емкостью катушку индуктивностью

конденсатор емкостью катушку индуктивностью


Задача 13591

В колебательном контуре с катушкой, индуктивность которой L, а емкости конденсаторов C, конденсаторы заряжены до напряжения U0 и замкнут ключ К. Найти: а) период собственных колебаний; б) амплитудное значение тока через катушку.


Задача 16516

Катушка с индуктивностью 350 мГн и конденсатор емкостью 2 мкФ образуют колебательный контур. По катушке пропускается постоянный ток силой 400 мА. После отключения источника тока в контуре возникли гармонические колебания. Найдите уравнение колебаний для заряда конденсатора и постройте график для электрической энергии в колебательном контуре.


Задача 17804

В цепь переменного тока последовательно включены резистор сопротивлением 1 кОм, катушка с индуктивностью 0,5 Гн и конденсатор с емкостью 1 мкФ. Найдите полное сопротивление цепи при частоте тока 50 Гц.

При какой частоте тока сопротивление цепи будет минимальным?


Задача 20280

Определите длину волны, излучаемой колебательным контуром, состоящим из последовательно соединённых конденсаторов ёмкостями 25 нФ и 75 нФ и катушки с индуктивностью 55,5 мГн.


Задача 20286

В цепь переменного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц последовательно включены резистор с сопротивлением 100 Ом, катушка с индуктивностью 0,5 Гн и конденсатор ёмкостью 10 мкФ. Определите амплитудное значение силы тока в цепи, падение напряжения на конденсаторе, падение напряжения на катушке.


Задача 21996

Затухающие колебания происходят в колебательном контуре с индуктивностью катушки 250 мГн, емкостью конденсатора 4 мкФ и сопротивлением 20 Ом. В начальный момент времени напряжение на обкладках конденсатора было 30 В, а ток в контуре отсутствовал. Запишите уравнение затухающих колебаний для заряда с числовыми коэффициентами, определите время релаксации, число колебаний за это время и добротность контура.


Задача 22553

Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора колебательного контура равна 5 В. Емкость конденсатора 0,2 мкФ, индуктивность катушки 0,2 Гн. Определить силу тока, ЭДС индукции, развивающуюся в контуре, когда заряд на обкладках конденсатора равен половине максимально возможного заряда.


Задача 22785

Определить коэффициент затухания для колебательного контура с конденсатором емкостью 400 нФ и катушкой индуктивностью 150 мГн, если на поддержание в этом контуре незатухающих колебаний с амплитудой напряжения на конденсаторе 1 В требуется мощность 50 мкВт. Какова добротность этого контура. Примечание: изобразите на рисунке электрический колебательный контур, в котором возникают свободные затухающие колебания.


Задача 22957

Определить коэффициент затухания для колебательного контура с конденсатором емкостью 400 нФ и катушкой индуктивностью 150 мГн, если на поддержание в этом контуре незатухающих колебаний с амплитудой напряжения на конденсаторе 1 В требуется мощность 50 мкВт. Какова добротность этого контура. Определите время релаксации, число колебаний за это время. Изобразить график колебания для напряжения, соответствующих уравнению U(t) в пределах двух времён релаксации. Примечание: изобразите на рисунке электрический колебательный контур, в котором возникают свободные затухающие колебания.


Конденсатор керамический многослойный SMD0402 12 пкф., 50В, NPO, ±5% (катушка 10 тыс.)

Расширенный поиск

Название:

Артикул:

Текст:

Выберите категорию:

Все Кнопки, выключатели, корпуса » Кнопки антивандальные »» Серия GQ (10. ..40 мм) »» Серия GQ-A (12…22 мм) »» Серия GQ22-11-RGB »» Серия LAS1GQ (19 мм) »» Серия GQ-PF (22…30мм) »» Серия LAS2GQ (16 мм) » Кнопки и выключатели управления »» Серия выключателей LAS0-K (22…30 мм) »» Серия кнопок LAS0-K (22…30 мм) »» Серия выключателей Y090 (22…30 мм) »» Серия кнопок Y090 (22.
..30 мм) »» Серия кнопок LAS2 (12 мм) »» Серия кнопок LAS3 (10 мм) »» Серия кнопок LAS4 (8 мм) » Пьезокнопки (16…22 мм) » Сенсорные кнопки (19…25 мм) » Корпуса для кнопок » Концевые выкючатели Индикаторы » Индикаторы антивандальные (6…25 мм) » Индикаторы пластиковые »» Серия AD16 (22 мм) »» Серия LAS0, LAS0-K (22.
..30 мм) » Сигнальные башни Аксессуары для кнопок и индикаторов » Защитные колпачки » Защитные крышки » Колодки » Заглушки » Защита аварийной кнопки Зуммеры, аварийные выключатели » Антивандальные Система хранение проводов «Революция» » Катушки для проводов » Катушки для термоусадки » Шина, стойка » Прочее Светодиоды и аксессуары » Светодиоды SMD 0603 » Светодиоды SMD 2835 » Светодиоды SMD 5050 » Светодиоды SMD 7070 » Светодиоды COB » Светодиоды для растений » Линзы для светодиодов SMD Конденсаторы » SMD Керамические конденсаторы » SMD Танталовые конденсаторы Трансиверы и беспроводные модули » Трансиверы » Приёмо-передатчики Прочие товары

Производитель:

ВсеAlphasenseApacOptoEASTRISING TECHNOLOGY CO. , LIMITEDEEMB CO., LTDEver ReliableFEETECH RC Model Co.,Ltd.FURI/RUNLITEHOLTEKHONGLITRONICHOPERFHOTTECHKefa ElectronicsKORAD TECHNOLOGYMulti-InnoONPOWPIONEER ELECTRONICQNE ElectricSaipwellShenzhen AV-Display Co.,Ltd.SILARTSTEADY POWERSunshine Opto-ElectronicsTexas InstrumentsTOPMAYUTILITY Electrical Co., Ltd.vendor : ПроизводительИП Теунов А.А.ООО «Новая Электроника»

Новинка:

Вседанет

Спецпредложение:

Вседанет

Результатов на странице:

5203550658095

Закрыть

Найти

Артикул: C0402CG120J500NT

Параллельное включение конденсатора и катушки индуктивности в цепь переменного тока.

Подключение ваттметра. Включение ваттметра в измеряемую цепь

Приветствую всех на нашем сайте в рубрике “Электроника для начинающих”!

В предыдущей статье мы обсудили понятия , но все наши примеры были связаны только с постоянным током, поэтому сегодня мы будем разбираться с переменным 🙂 Итак, переходим от слов к делу!

Давайте для начала выясним какова же область применения цепей переменного тока . А область довольно-таки обширна 😉 Смотрите сами – все бытовые электронные приборы, компьютеры, телевизоры и т. д. являются потребителями переменного тока, соответственно, все розетки в нашем доме работают именно с переменным током.

Почему же для данных целей не используется постоянный ток? На этот вопрос можно дать сразу несколько ответов.

Во-первых, гораздо проще преобразовать напряжение переменного тока одной величины в напряжение другой величины, чем произвести аналогичные “махинации” с постоянным током. Данные преобразования осуществляются при помощи трансформаторов, о которых мы обязательно поговорим в рамках нашего курса.

Зачем вообще нужно изменять напряжение переменного тока ? С этим тоже все просто и логично. Давайте для примера рассмотрим ситуацию передачи сигнала с электростанции в отдельно взятый дом.

Как видите, с электростанции “выходит” высоковольтное переменное напряжение, затем оно преобразуется в низковольтное (к примеру, 220В), а затем уже по низковольтным линиям передачи достигает своей цели – а именно потребителей.

Возникает вопрос – к чему такие сложности? Что ж, давайте разберемся…

Задачей электростанции является генерировать и передавать сигнал большой(!) мощности (ведь потребителей много). Поскольку величина мощности прямо пропорциональна и значению тока и значению напряжения, то для достижения необходимой мощности нужно, соответственно, либо увеличивать ток, либо напряжение сигнала. Увеличивать значение тока, протекающего по проводам довольно проблематично, ведь чем больше ток, тем больше должна быть площадь поперечного сечения провода. Это связано с тем, что чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление (вспоминаем формулу из статьи про ). Чем больше сопротивление, тем больше будет нагреваться провод и, соответственно, рано или поздно он прогорит. Таким образом, использование токов огромной величины нецелесообразно, да и экономически невыгодно (нужны “толстые” провода). Поэтому мы логически приходим к выводу, что абсолютно необходимо передавать сигнал с большим значением напряжения. А поскольку в домах у нас требуются низковольтные цепи переменного тока, то сразу же становится понятно, что преобразование напряжения просто неизбежно =) А из этого и вытекает преимущество переменного тока над постоянным (именно для данных целей), поскольку как мы уже упомянули – преобразовывать напряжение переменного тока на порядок легче, чем постоянного.

Ну и еще одно важное преимущество переменного тока – его просто проще получать. И раз уж мы вышли на эту тему, то давайте как раз-таки и рассмотрим пример генератора переменного тока 😉

Генератор переменного тока.

Итак, генератор – это электротехническое устройство, задачей которого является преобразование механической энергии в энергию переменного тока. Давайте рассмотрим пример:

На рисунке мы видим классический пример генератора переменного тока . Давайте разбираться, как же он работает и откуда тут появляется ток 😉

Но для начала пару слов об основных узлах. В состав генератора входит постоянный магнит (индуктор), создающий магнитное поле. Также может использоваться электромагнит. Вращающаяся рамка носит название якоря. В данном случае якорь генератора имеет только одну обмотку/рамку. Именно эта обмотка и является цепью переменного тока, то есть с нее и снимается переменный ток.

Переходим к принципу работы генератора переменного тока

Магнит создает поле, вектор индукции которого B изображен на рисунке. Проводящая рамка площадью S равномерно вращается вокруг своей оси с угловой скоростью w. Поскольку рамка вращается, угол между нормалью к плоскости рамки и магнитным полем постоянно меняется. Запишем формулу для его расчета:

Здесь – это угол в начальный момент времени (t = 0). Примем его равным 0, таким образом:

Вспоминаем курс физики и записываем выражение для магнитного потока, проходящего через рамку:

Величина магнитного потока, как и угол зависит от времени.

Согласно закону Фарадея при вращении проводника в магнитном поле в нем (в проводнике) возникает ЭДС индукции, которую можно вычислить по следующей формуле:

Эта ЭДС и используется для создания тока в цепи (возникает разность потенциалов и, соответственно, начинает течь ток). Как уже видно из формулы – зависимость тока от времени будет иметь синусоидальный характер:

Именно такой сигнал (синусоидальный) и используется во всех бытовых цепях переменного тока. Давайте поподробнее остановимся на основных параметрах, а заодно рассмотрим основные формулы и зависимости.

Основные параметры синусоидального сигнала.

На этом рисунке изображено два сигнала (красный и синий 🙂). Отличаются они только одним параметром – а именно начальной фазой . Начальная фаза – это фаза сигнала в начальный момент времени, то есть при t = 0. При обсуждении генератора мы приняли величину равной нулю, так вот это и есть начальная фаза. Для данных графиков уравнения выглядят следующим образом:

Синий график:

Красный график:

Для второй формулы это фаза переменного тока, а – это начальная фаза.

Часто для упрощения расчетов принимают начальную фазу равной нулю.

Значение в любой момент времени называют мгновенным значением переменного тока . Вообще все эти термины справедливы для любых гармонических сигналов, но раз уж мы обсуждаем переменный ток, то будем придерживаться этой терминологии 🙂 Максимальное значение функции равно 1, соответственно, максимальная величина тока в нашем случае будет равна – амплитудному значению.

Следующий параметр сигнала – циклическая частота переменного тока – – она, в свою очередь, определяется следующим образом:

Где – частота переменного тока. Для привычных нам сетей 220 В частота равна 50 Гц (это значит, что 50 периодов сигнала укладываются в 1 секунду). А период сигнала равен:

Среднее значение тока за период можно вычислить следующим образом:

Эта формула представляет собой ни что иное как суммирование всех мгновенных значений переменного тока. А поскольку среднее значение синуса за период равно 0, то .

На этом мы на сегодня и заканчиваем, надеюсь, что статья получилась понятная и окажется полезна для читателей 🙂 В скором времени мы продолжим изучать электронику в рамках нашего нового курса, так что следите за обновлениями и заходите на наш сайт!

Переменный ток

Как известно, сила тока в любой момент времени пропорциональна ЭДС источника тока (закон Ома для полной цепи). Если ЭДС источника не изменяется со временем и остаются неизменными параметры цепи, то через некоторое время после замыкания цепи изменения силы тока прекращаются, в цепи течет постоянный ток.

Однако в современной технике широко применяются не только источники постоянного тока, но и различные генераторы электрического тока, в которых ЭДС периодически изменяется. При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания или переменный ток.

Переменный ток – это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω по синусоидальному или косинусоидальному закону:

u=Um⋅sinωt u=Um⋅sin⁡ωt или u=Um⋅cosωt u=Um⋅cos⁡ωt ,

где u – мгновенное значение напряжения, U m – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω , то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае

i=Im⋅sin(ωt+φc) i=Im⋅sin⁡(ωt+φc) ,

где φ c – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.

Резистор в цепи переменного тока

Пусть цепь состоит из проводников с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (из резисторов). Например, такой цепью может быть нить накаливания электрической лампы и подводящие провода. Величину R , которую мы до сих пор называли электрическим сопротивлением или просто сопротивлением, теперь будем называть активным сопротивлением . В цепи переменного тока могут быть и другие сопротивления, зависящие от индуктивности цепи и ее емкости. Сопротивление R называется активным потому, что, только на нем выделяется энергия, т.е.

Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным сопротивлением .

Итак, в цепи имеется резистор, активное сопротивление которого R , а катушка индуктивности и конденсатор отсутствуют (рис. 1).

Пусть напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону

u=Um⋅sinωt u=Um⋅sin⁡ωt .

Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому можно считать, что мгновенное значение силы тока определяется законом Ома:

i=UR=Um⋅sinωtR=Im⋅sinωt i=UR=Um⋅sin⁡ωtR=Im⋅sin⁡ωt .

Следовательно, в проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения (рис. 2), а амплитуда силы тока равна амплитуде напряжения, деленной на сопротивление:

При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного тока.

Применение: Постоянный ток широко используется в технике: подавляющее большинство электронных схем в качестве питания используют постоянный ток. Переменный ток используется преимущественно для более удобной передачи от генератора до потребителя. Иногда в некоторых устройствах постоянный ток преобразуют в переменный ток преобразователями (инверторами).

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Всякое движение электрических зарядов называют электрическим током. В металлах могут свободно перемещаться электроны, в проводящих растворах — ионы, в газах могут существовать в подвижном состоянии и электроны, и ионы.

Условно за направление тока считают направление движения положительных частиц, поэтому металлахнаправление тивоположно направлению движения электронов.

Плотность тока — величина заряда, проходящего в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к линиям тока. Эта величина обозначается j и рассчитывается следующим образом:

Здесь n — концентация заряженных частиц, e — заряд каждой из частиц, v — их скорость.

Сила тока i — величина заряда, проходящего в единицу времени через полное сечение проводника. Если за время dt через полное сечение проводника прошел заряд dq, то

По другому, сила тока находится интегрированием плотности тока по всей поверхности любого сечения проводника. Единица измерения силы тока — Ампер. Если состояние проводника (его температура и др.) стабильно, то между приложенным к его концам напряжением и возникающим при этом током существует однозначная связь. Она называется Закон Ома и записывается так:

R — электрическое сопротивление проводника, зависящее от рода вещества и от его геометрических размеров. Единичным сопротивлением обладает проводник, в котором возникает ток 1 А при напряжении 1 В. Эта единица сопротивления называется Ом.

Закон Ома в дифференциальной форме:

где j — плотность тока, Е — напряженность поля,  — проводимость. В этой записи закон Ома содержит величины, характеризующие состояние поля в одной и той же точке.

Различают последовательное и параллельное соединения проводников.
При последовательном соединении ток, протекающий по всем участкам цепи, одинаков, а напряжение на концах цепи складывается как алгебраическая сумма напряжений на всех участках

При параллельном соединении проводников постоянным остается напряжение, а ток складывается из суммы токов, протекающих по всем ветвям. В этом случае складываются величины, обратные сопротивлению:

Для получения постоянного тока на заряды в электрической цепи должны действовать силы, отличные от сил электростатического поля; их называют сторонними силами.

Если рассматривать полную электрическую цепь, необходимо включить в нее действие этих сторонних сил и внутренне сопротивление источника тока r. В этом случае закон Ома для полной цепи примет вид

Е — электродвижущая сила (ЭДС) источника. Она измеряется в тех же единицах, что и напряжение. Величину (R+r) называют иногда полным сопротивлением цепи.

Сформулируем правила Киркгофа :

Первое правило: алгебраическая сумма сил токов в участках цепи, сходящихся в одной точке разветвления, равна нулю.

Второе правило: для любого замкнутого контура сумма всех падений напряжения равна сумме всех ЭДС в этом контуре.

Мощность тока рассчитывается по формуле

Закон Джоуля-Ленца. Работа электрического тока (тепловое действие тока)

A=Q=UIt=I2Rt=U2t/R.

Электрический ток в металлах есть движение электронов, ионы металла участия в переносе электрического заряда не принимают. Другими словами, в металлах есть электроны, способные перемещаться по металлу. Они получили название электронов проводимости. Положительные заряды в металле представляют собой ионы, образующие кристаллическую решетку. В отсутствии внешнего поля электроны в металле движутся хаотично, претерпевая соударения с ионами решетки. Под воздействием внешнего электрического поля электроны начинают упорядоченное движение, накладывающееся на их прежние хаотические флуктуации. В процессе упорядоченного движения электроны по-прежнему сталкиваются с ионами кристаллической решетки. Именно этим и обусловлено электрическое сопротивление.

В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам классической механики. Взаимодействием электронов между собой пренебрегают, взаимодействие электронов с ионами сводят только к соударениям. Можно сказать, что электроны проводимости рассматривают как электронный газ, подобный идеальному атомарному газу в молекулярной физике. Поскольку средняя кинетическая энергия на одну степень свободы для такого газа равна kT/2, а свободный электрон обладает тремя степенями свободы, то

где v2t — среднее значение квадрата скорости теплового движения.
На каждый электрон действует сила, равная еЕ, в результате чего он приобретает ускорение еЕ/m. Скорость к концу свободного пробега равна

где t — среднее время между соударениями.

Поскольку электрон движется равноускоренно, его средняя скорость равна половине максимальной:

Среднее время между соударениями есть отношение длины свободного пробега к средней скорости:

Поскольку обычно скорость упорядоченного движения много меньше тепловой скорости, то скоростью упорядоченного движения пренебрегли.

Окончательно, имеем

Коэффициент пропорциональности между vc и Е называется подвижность электронов.

С помощью классической электронной теории газов могут быть объяснены многие закономерности — закон Ома, закон Джоуля-Ленца и другие явления, однако эта теория не может объяснить, например, явления сверхпроводимости:

При определенной температуре удельное сопротивление для некоторых веществ скачком уменьшается практически до нуля. Это сопротивление настолько мало, что однажды возбужденный в сверхпроводнике электрический ток существует длительное время без источника тока. Несмотря на скачкообразное изменение сопротивления, другие характеристики сверхпроводника (теплопроводность, теплоемкость и др.) не меняются либо меняются мало.

Более точным методом, объясняющим такие явления в металлах, является подход с использованием квантовой статистики.

Электрический ток в газах

В обычном состоянии газы не проводят электричества. Однако под влиянием различных внешних факторов (высокая температура, различные излучения) газы становятся электропроводящими. Это происходит вследствие того, что от нейтральных атомов отделяются электроны и образуются проводящие частицы — положительные ионы и свободные электроны. Часть свободных электронов может быть захвачена нейтральными атомами и образуются отрицательные ионы. Этот процесс называется ионизацией. Ионизация атома (отрыв электрона) требует определенной энергии, величина которой зависит от строения атома и называется энергией ионизации.

Если ионизацию не поддерживать, например, бомбардируя атомы электронами, ускоренными во внешнем электрическом поле, то со временем происходит рекомбинация ионов — положительный и отрицательный ион в результате теплового движения сталкиваются и избыточный электрон переходит к положительному иону. В результате образуется два нейтральных атома. Рассмотрим принципиальную схему, изображенную на рисунке:

Пусть на отрицательный электрод падают ультрафиолетовые лучи, обеспечивающие ионизацию газа. Если увеличивать напряжение между электродами (например, плавно уменьшая сопротивление r) то сила тока будет увеличиваться, пока не достигнет максимума (тока насыщения), при котором все свободные электроны достигают противоположного электрода.

Сила тока насыщения зависит только от интенсивности процесса ионизации (в нашем случае, от интенсивности ультрафиолетовых лучей). Если снять внешнюю ионизацию, разряд между электродами исчезнет. Такие разряды называются несамостоятельными. Если же продолжать уменьшать сопротивление (увеличивая тем самым напряжение) произойдет резкое (в сотни раз) увеличение силы тока, в газе появятся световые и тепловые эффекты. Если прекратить действие ионизатора, то разряд будет продолжаться. Это значит, что новые ионы для поддержания разряда образуются благодаря процессам в самом разряде. Такие разряды называют самостоятельными.

Дело в том, что с увеличением напряжения возрастает скорость и кинетическая энергия электрона, и он при столкновении с атомом сам способен произвести его ионизацию — высвободить еще один электрон. На следующем этапе два электрона образуют уже четыре и т.д. Происходит лавинообразное увеличение количества носителей. Это явление получило название электронной (или ионной) лавины, а напряжение, при котором это происходит — напряжением пробоя газового промежутка (напряжением зажигания газового разряда).

В зависимости от свойств и внешнего вида разрядов различают коронный, искровой, дуговой, тлеющий и другие разряды.

В различных формах газового разряда иногда образуется сильно ионизированный газ, в котором концентрация электронов приблизительно равна концентрации положительных ионов. Такая система получила название ионной плазмы.

Ток в вакууме

Как известно, в металлах имеются электроны проводимости, образующие «электронный газ» и участвующие в тепловом движении. Для того, чтобы свободный электрон мог выйти из металла, должна быть совершена определенная работа, различная для разных металлов и названная работой выхода.

Существование работы выхода показывает, что в поверхностном слое металла существует электрическое поле, значит, электрический потенциал при переходе через этот слой изменяется на некоторую величину, также специфичную для разных металлов. Эта поверхностная разность потенциалов связана с работой выхода соотношением:

Поскольку выйти из металла могут только «самые быстрые» электроны, то можно записать условие выхода так mv 2 /2>ef

В обычных условиях работа выхода в сотни раз больше энергии теплового движения электронов, поэтому подавляющее большинство их остается в металле. Но если сообщить электронам дополнительную энергию, можно наблюдать явление испускания электронов или электронной эмиссии. В зависимости от того, каким образом сообщена дополнительная энергия, различают термоэлектронную эмиссию, фотоэмиссию, вторичную электронную эмиссию и др.

Для наблюдения термоэлектронной эмиссии используется принципиальная схема, содержащая вакуумный диод (см. рис.).

В такой цепи возникнет ток, только если катод раскалить до высокой температуры. Вольт-амперная характеристика диода показывает, что при нулевой разности потенциалов ток очень мал. В дальнейшем, при увеличении потенциала на аноде, увеличивается и ток, пока не достигнет некоторого постоянного значения — тока насыщения Is. Его значение увеличивается с увеличением температуры катода. Также с увеличением температуры растет и напряжение Us, при котором достигается ток насыщения.

По графику наглядно видно, что зависимость между током и напряжением для диода носит нелинейный характер, то есть диод не подчиняется закону Ома. Богуславский и Лэнгмюр независимо друг от друга показали, что зависимость тока диода от потенциала анода имеет вид:

Где С зависит от формы и размеров электродов.

Зависимость плотности тока насыщения от температуры известна под названием формулы Ричардсона:Js=CT 1/2 exp(-ef/kT),

где С — константа, различная для разных металлов. Эта формула выведена на основании классической электронной теории. Квантовая теория металлов дает следующее соотношение:Js=АT 2 exp(-ef/kT)

Заметим, что это различие не существенно, так как зависимость плотности тока от температуры определяется главным образом экспоненциальным множителем exp(-e/kT).

Соединение в звезду

На рис. 6 приведена трехфазная система при соединении фаз генератора и нагрузки в звезду. Здесь провода АА’, ВВ’ и СС’ – линейные провода.

Линейным называется провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной (на рис. 6 N и N’ – соответственно нейтральные точки генератора и нагрузки).

Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом – четырехпроводной.

Все величины, относящиеся к фазам, носят название фазных переменных, к линии — линейных. Как видно из схемы на рис. 6, при соединении в звезду линейные токи и равны соответствующим фазным токам. При наличии нейтрального провода ток в нейтральном проводе

.

Если система фазных токов симметрична, то . Следовательно, если бы симметрия токов была гарантирована, то нейтральный провод был бы не нужен. Как будет показано далее, нейтральный провод обеспечивает поддержание симметрии напряжений на нагрузке при несимметрии самой нагрузки.

Поскольку напряжение на источнике противоположно направлению его ЭДС, фазные напряжения генератора (см. рис. 6) действуют от точек А,В и С к нейтральной точке N; — фазные напряжения нагрузки.

Линейные напряжения действуют между линейными проводами. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для линейных напряжений можно записать

; (1)

; (2)

. (3)

Отметим, что всегда — как сумма напряжений по замкнутому контуру.

На рис. 7 представлена векторная диаграмма для симметричной системы напряжений. Как показывает ее анализ (лучи фазных напряжений образуют стороны равнобедренных треугольников с углами при основании, равными 300), в этом случае

Обычно при расчетах принимается . Тогда для случая прямого чередования фаз , (при обратном чередовании фаз фазовые сдвиги у и меняются местами). С учетом этого на основании соотношений (1) …(3) могут быть определены комплексы линейных напряжений. Однако при симметрии напряжений эти величины легко определяются непосредственно из векторной диаграммы на рис. 7. Направляя вещественную ось системы координат по вектору (его начальная фаза равна нулю), отсчитываем фазовые сдвиги линейных напряжений по отношению к этой оси, а их модули определяем в соответствии с (4). Так для линейных напряжений и получаем:

;

.

3. Соединение источника энергии и приемника по схеме треугольник .В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывает несимметричной, очень важно на практике, например, в схемах с осветительными приборами, обеспечивать независимость режимов работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной, подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника в треугольник. Но в треугольник также можно соединить и фазы генератора (см. рис. 8).


Для симметричной системы ЭДС имеем

.

Таким образом, при отсутствии нагрузки в фазах генератора в схеме на рис. 8 токи будут равны нулю. Однако, если поменять местами начало и конец любой из фаз, то и в треугольнике будет протекать ток короткого замыкания. Следовательно, для треугольника нужно строго соблюдать порядок соединения фаз: начало одной фазы соединяется с концом другой.

Схема соединения фаз генератора и приемника в треугольник представлена на рис. 9.

Очевидно, что при соединении в треугольник линейные напряжения равны соответствующим фазным. По первому закону Кирхгофа связь между линейными и фазными токами приемника определяется соотношениями

Аналогично можно выразить линейные токи через фазные токи генератора.

На рис. 10 представлена векторная диаграмма симметричной системы линейных и фазных токов. Ее анализ показывает, что при симметрии токов

Помимо рассмотренных соединений «звезда — звезда» и «треугольник — треугольник» на практике также применяются схемы «звезда — треугольник» и «треугольник — звезда».

Явление резонанса

Явление резонанса относится к наиболее важным с практической точки зрения свойствам электрических цепей. Оно заключается в том, что электрическая цепь, имеющая реактивные элементы обладает чисто резистивным сопротивлением.

Общее условие резонанса для любого двухполюсника можно сформулировать в виде Im[Z]=0 или Im[Y]=0, где Z и Y комплексное сопротивление и проводимость двухполюсника. Следовательно, режим резонанса полностью определяется параметрами электрической цепи и не зависит от внешнего воздействия на нее со стороны источников электрической энергии.

Для определения условий возникновения режима резонанса в электрической цепи нужно:

найти ее комплексное сопротивление или проводимость;

выделить мнимую часть и приравнять нулю.

Все параметры электрической цепи, входящие в полученное уравнение, будут в той или иной степени влиять на характеристики явления резонанса.

Уравнение Im[Z]=0 может иметь несколько корней решения относительно какого-либо параметра. Это означает возможность возникновения резонанса при всех значениях этого параметра, соответствующих корням решения и имеющих физический смысл.

В электрических цепях резонанс может рассматриваться в задачах:

анализа этого явления при вариации параметров цепи;

синтеза цепи с заданными резонансными параметрами.

Электрические цепи с большим количеством реактивных элементов и связей могут представлять значительную сложность при анализе и почти никогда не используются для синтеза цепей с заданными свойствами, т. к. для них не всегда возможно получить однозначное решение. Поэтому на практике исследуются простейшие двухполюсники и с их помощью создаются сложные цепи с требуемыми параметрами.

Сдвиг фаз между током и напряжением. Понятие двухполюсника

Простейшими электрическими цепями, в которых может возникать резонанс, являются последовательное и параллельное соединения резистора, индуктивности и емкости. Соответственно схеме соединения, эти цепи называются последовательным и параллельным резонансным контуром . Наличие резистивного сопротивления в резонансном контуре по определению не является обязательным и оно может отсутствовать как отдельный элемент (резистор). Однако при анализе резистивным сопротивлением следует учитывать по крайней мере сопротивления проводников.

Последовательный резонансный контур представлен на рис. 1 а). Комплексное сопротивление цепи равно

Условием резонанса из выражения (1) будет

Таким образом, резонанс в цепи наступает независимо от значения резистивного сопротивления R когда индуктивное сопротивление xL = wL равно емкостному xC = 1/(wC) . Как следует из выражения (2), это состояние может быть получено вариацией любого их трех параметров — L, C и w , а также любой их комбинацией. При вариации одного из параметров условие резонанса можно представить в виде

Все величины, входящие в выражение (3) положительны, поэтому эти условия выполнимы всегда, т.е. резонанс в последовательном контуре можно создать

изменением индуктивности L при постоянных значениях C и w ;

изменением емкости C при постоянных значениях L и w ;

изменением частоты w при постоянных значениях L и C.

Наибольший интерес для практики представляет вариация частоты. Поэтому рассмотрим процессы в контуре при этом условии.

При изменении частоты резистивная составляющая комплексного сопротивления цепи Z остается постоянной, а реактивная изменяется. Поэтому конец вектора Z на комплексной плоскости перемещается по прямой параллельной мнимой оси и проходящей через точку R вещественной оси (рис. 1 б)). В режиме резонанса мнимая составляющая Z равна нулю и Z = Z = Zmin = R , j = 0 , т. е. полное сопротивление при резонансе соответствует минимальному значению .

Индуктивное и емкостное сопротивления изменяются в зависимости от частоты так, как показано на рис. 2. При частоте стремящейся к нулю xC®µ , xL® 0 , и j® — 90° (рис. 1 б)). При бесконечном увеличении частоты — xL®µ , xC ® 0 , а j® 90° . Равенство сопротивлений xLи xC наступает в режиме резонанса при частоте w0 .

Рассмотрим теперь падения напряжения на элементах контура. Пусть резонансный контур питается от источника, обладающего свойствами источника ЭДС, т.е. напряжение на входе контура u = const, и пусть ток в контуре равен i=Imsinwt. Падение напряжения на входе уравновешивается суммой напряжений на элементах

Переходя от амплитудных значений к действующим, из выражения (4) получим напряжения на отдельных элементах контура

а при резонансной частоте

величина, имеющая размерность сопротивления и называемая волновым или характеристическим сопротивлением контура.

Следовательно, при резонансе

напряжение на резисторе равно напряжению на входе контура;

напряжения на реактивных элементах одинаковы и пропорциональны волновому сопротивлению контура;

соотношение напряжения на входе контура (на резисторе) и напряжений на реактивных элементах определяется соотношением резистивного и волнового сопротивлений.

Отношение волнового сопротивления к резистивному r /R = Q, называется добротностью контура , а величина обратная D=1/Q — затуханием . Таким образом, добротность числено равна отношению напряжения на реактивном элементе контура к напряжению на резисторе или на входе в режиме резонанса. Добротность может составлять несколько десятков единиц и во столько же раз напряжение на реактивных элементах контура будет превышать входное. Поэтому резонанс в последовательном контуре называется резонансом напряжений .

Рассмотрим зависимости напряжений и тока в контуре от частоты. Для возможности обобщенного анализа перейдем в выражениях (5) к относительным единицам, разделив их на входное напряжение при резонансе

где i =I/I0, uk=Uk/U, v = w /w0 — соответственно ток, напряжение и частота в относительных единицах, в которых в качестве базовых величин приняты ток I0, напряжение на входе U и частота w0 в режиме резонанса.

Абсолютный и относительный ток в контуре равен

Из выражений (7) и (8) следует, что характер изменения всех величин при изменении частоты зависит только от добротности контура. Графическое представление их при Q=2 приведено на рис. 3 в логарифмическом (а) и линейном (б) масштабах оси абсцисс.

На рис. 3 кривые A(v), B(v) и C(v) соответствуют напряжению на индуктивности, емкости и резисторе или току в контуре. Кривые A(v)=uL(v) и B(v)=uC(v) имеют максимумы, напряжения в которых определяются выражением

, (9)

а относительные частоты максимумов равны

(10)

При увеличении добротности Q ®µAmax = Bmax®Q,

С уменьшением добротности максимумы кривых uL(v) и uС(v) смещаются от резонансной частоты, а при Q2

Напряжение на резисторе и ток в контуре имеют при резонансной частоте максимум равный 1,0. Если на оси ординат отложить абсолютные значения тока или напряжения на резисторе, то для различных значений добротности они будут иметь вид, показанный на рис. 4. В целом они дают представлние о характере изменения величин, но удобнее делать сопоставление в относительных единицах.

На рис. 5 представлены кривые рис. 4 в относительных единицах. Здесь видно, что увеличение добротности влияет на скорость изменения тока при изменении частоты.

Можно показать, что разность относительных частот, соответствующих значениям относительного тока , равна затуханию контура D=1/Q =v2-v1.

Перейдем теперь к анализу зависимости фазового сдвига между током и напряжением на входе контура от частоты. Из выражения (1) угоj j равен

Как и следовало ожидать, значение j определяется добротностью контура. Графически эта зависимость для двух значений добротности показана на рис. 6 .

При уменьшении частоты значение фазового сдвига стремится к значению — 90° , а при увеличении к +90° , проходя через нулевое значение при частоте резонанса. Скорость изменения функции j (v) определяется добротностью контура.

Последовательный резонансный контур может питаться также от источника электрической энергии, обладающего свойствами источника тока, т. е. обеспечивающего постоянный ток в нагрузке. Выражения (5) остаются справедливыми и в этом случае, но ток в них будет константой. Поэтому постоянным будет падение напряжения на резисторе UR = RI = const. Разделив все напряжения на это базовое значение, В выражении (12) добротность также есть отношение волнового сопротивления к резистивному Q=r /R .

Общее относительное падение напряжения на входе контура является гипотенузой прямоугольного еугольника напряжений, поэтому

Функции uL(v) и uС(v) монотонны, а u(v) имеет минимум u =1.0 при резонансной частоте, когда uL(v) -uС(v) = 0. В случае стремления относительной частоты к бесконечности и к нулю, напряжения на одном из реактивных элементов стремится к бесконечности. При резонансной частоте они одинаковы и их отношение ко входному напряжению равно добротности.

Графическое представление функций uL(v)=A(v), uС(v)=B(v) и u(v)=С(v) при добротности Q=2 дано на рис. 7 в логарифмическом (а) и линейном (б) масштабах оси частот.

Для функции u (v)=С(v) можно показать, что разность относительных частот v1 и v2 , соответствующих значениям , равна затуханию контура D=1/Q=v2-v1.

Фазовые характеристики контура при питании от источника тока ничем не отличаются от характеристик режима питания от источника ЭДС (рис. 6).

Сопоставляя частотные характеристики при питании последовательного резонансного контура от источника тока с характеристиками при питании его от источника ЭДС, можно сделать следующие выводы:

частотные характеристики напряжений и тока контура принципиально отличаются друг от друга, т.к. при питании от источника ЭДС сумма напряжений остается постоянной и происходит только их перераспределение между элементами, а при питании от источника тока падения напряжения на каждом элементе формируются независимо;

режимы резонанса для обоих случаев полностью идентичны;

фазовые частотные характеристики для обоих случаев также идентичны.

Режим резонанса можно создать также при параллельном соединении R, L и C (рис. 8а)). Такая цепь называется параллельным резонансным контуром . В этом случае условие резонанса удобнее сформулировать для мнимой части комплексной проводимости в виде

Следовательно, для параллельного контура возможны те же вариации параметров, что и для последовательного и выражения для них будут идентичным

900+

При изменении частоты питания изменяется только мнимая составляющая вектора комплексной проводимости Y , поэтому его конец перемещается на комплексной плоскости по прямой параллельной мнимой оси и проходящей через точку G=1/R , соответствующую вещественной составляющей проводимости (рис. 8 б)). При частоте резонанса модуль вектора минимален, а при стремлении частоты к нулю и бесконечности, его значение стремится к бесконечности. При этом угол сдвига фаз между током и напряжением j на входе контура стремится к 90° при w® 0 и к — 90° при w®µ .

Для параллельного соединения токи в отдельных элементах можно представить через проводимости и общее падение напряжения U в витщ
Пусть в режиме резонанса падение напряжения на входе контура равно U0, тогда токи в отдельных элементах будут

волновая или характеристическая проводимость контура. Как следует из выражений (17), при резонансе токи в реактивных элементах одинаковы, а входной ток равен току в резисторе R. Отношение Q=g /G называется добротностью, а величина обратная D=1/Q — затуханием параллельного резонансного контура. Таким образом, добротность равна отношению токов в реактивных элементах контура к току на входе или в резисторе. В электрических цепях добротность может достигать значений в несколько десятков единиц и во столько же раз токи в индуктивности и емкости будут превышать входной ток. Поэтому резонанс в параллельном контуре называется резонансом токов .

Падение напряжения на входе контура U при питании его от источника, обладающего свойствами источника тока и формирующего ток с действующим значением I, будет равно

Il = U / XL и IC = U / XC

Резонанс токов

Следовательно:

fрез = 1 / 2π√LC

Lрез = 1 / ω 2 С

Срез = 1 / ω 2 L

Резонанс напряжений

Когда источник ЭДС, емкость, индуктивность и сопротивление включены между собой последовательно, то резонанс в такой цепи называется последовательным резонансом или резонансом напряжений. Характерная черта резонанса напряжений — значительные напряжения на емкости и на индуктивности, по сравнению с ЭДС источника.

Причина появления такой картины очевидна. На активном сопротивлении по закону Ома будет напряжение Ur, на емкости Uc, на индуктивности Ul, и составив отношение Uc к Ur можно найти величину добротности Q. Напряжение на емкости будет в Q раз больше ЭДС источника, такое же напряжение окажется приложенным к индуктивности.

То есть резонанс напряжений приводит к возрастанию напряжения на реактивных элементах в Q раз, а резонансный ток будет ограничен ЭДС источника, его внутренним сопротивлением и активным сопротивлением цепи R. Таким образом, сопротивление последовательного контура на резонансной частоте минимально.

Резонанс токов

Когда источник ЭДС, емкость, индуктивность и сопротивление включены между собой параллельно, то резонанс в такой цепи называется параллельным резонансом или резонансом токов. Характерная черта резонанса токов — значительные токи через емкость и индуктивность, по сравнению с током источника.

Причина появления такой картины очевидна. Ток через активное сопротивление по закону Ома будет равен U/R, через емкость U/XC, через индуктивность U/XL, и составив отношение IL к I можно найти величину добротности Q. Ток через индуктивность будет в Q раз больше тока источника, такой же ток будет течь каждые пол периода в конденсатор и из него.

То есть резонанс токов приводит к возрастанию тока через реактивные элементы в Q раз, а резонансная ЭДС будет ограничена ЭДС источника, его внутренним сопротивлением и активным сопротивлением цепи R. Таким образом, на резонансной частоте сопротивление параллельного колебательного контура максимально.

Применение резонанса токов

Аналогично резонансу напряжений, резонанс токов применяется в различных фильтрах. Но включенный в цепь, параллельный контур действует наоборот, чем в случае с последовательным: установленный параллельно нагрузке, параллельный колебательный контур позволит току резонансной частоты контура пройти в нагрузку, поскольку сопротивление самого контура на собственной резонансной частоте максимально.

Установленный последовательно с нагрузкой, параллельный колебательный контур не пропустит сигнал резонансной частоты, поскольку все напряжение упадет на контуре, а на нагрузку придется мизерная доля сигнала резонансной частоты.

Так, основное применение резонанса токов в радиотехнике — создание большого сопротивления для тока определенной частоты в ламповых генераторах и усилителях высокой частоты.

В электротехнике резонанс токов используется с целью достижения высокого коэффициента мощности нагрузок, обладающих значительными индуктивными и емкостными составляющими.

Например, установки компенсации реактивной мощности (КРМ) представляют собой конденсаторы, подключаемые параллельно обмоткам асинхронных двигателей и трансформаторов, работающих под нагрузкой ниже номинальной.

К таким решениям прибегают как раз с целью достижения резонанса токов (параллельного резонанса), когда индуктивное сопротивление оборудования делается равным емкостному сопротивлению подключаемых конденсаторов на частоте сети, чтобы реактивная энергия циркулировала между конденсаторами и оборудованием, а не между оборудованием и сетью; чтобы сеть отдавала энергию только тогда, когда оборудование нагружено и потребляет активную мощность.

Когда же оборудование работает в холостую, сеть оказывается подключена параллельно резонансному контуру (внешние конденсаторы и индуктивность оборудования), который представляет для сети очень большое комплексное сопротивление и позволяет снизитьсякоэффициенту мощности.

ЛитератураПравить

§ Власов В. Ф. Курс радиотехники. М.: Госэнергоиздат, 1962. С. 928.

§ Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники. М.: Госэнергоиздат, 1959. С. 512.

Параллельное включение конденсатора и катушки индуктивности в цепь переменного тока

Рассмотрим явления в цепи переменного тока, содержащей генератор, конденсатор и катушку индуктивности, соединенные параллельно. Предположим при этом, что активным сопротивлением цепь не обладает.

Очевидно, в такой цепи напряжение как на катушке, так и на конденсаторе в любой момент времени равно напряжению, развиваемому генератором.

Общий же ток в цепи слагается из токов в ее разветвлениях. Ток в индуктивной ветви отстает по фазе от напряжения на четверть периода, а ток в емкостной ветви опережает его на те же четверть периода. Поэтому токи в ветвях в любой момент времени оказываются сдвинутыми по фазе один относительно другого на полупериода, т. е. находятся в противофазе. Таким образом токи в ветвях в любой момент времени направлены навстречу один другому, а общий ток в неразветвленной части цепи равен разности их.

Это дает нам право написать равенство I = IL -IC

где I — действующее значение общего тока в цепи, IL и IC — действующие значения токов в.ветвях.

Пользуясь законом Ома для определения действующих значений тока в ветвях, получим:

Il = U / XL и IC = U / XC

Если в цепи преобладает индуктивное сопротивление, т. е. XL больше XC, ток в катушке меньше тока в конденсаторе; следовательно, ток в неразветвленном участке цепи носит емкостный характер, и цепь в целом для генератора будет емкостной. И, наоборот, при ХC большем XL, ток в конденсаторе меньше тока в катушке; следовательно, ток в неразветвленном участке цепи имеет индуктивный характер, и цепь в целом для генератора будет индуктивной.

При этом не следует забывать, что в том и другом случае нагрузка реактивная, т. е. цепь не потребляет энергии генератора.

Резонанс токов

Рассмотрим теперь случай, когда у параллельно соединенных конденсатора и катушки оказались равными их реактивные сопротивления, т. е. XlL = XC.

Если мы, как и прежде, будем считать, что катушка и конденсатор не обладают активным сопротивлением, то при равенстве их реактивных сопротивлений (YL = YC) общий ток в неразветвленной части цепи окажется равным нулю, тогда как в ветвях будут протекать равные токи наибольшей величины. В цепи в этом случае наступает явление резонанса токов.

При резонансе токов действующие значения токов в каждом разветвлении, определяемые отношениями IL = U / XL и IC= U / XC будут равны между собой, так XL = ХC.

Вывод, к которому мы пришли, может показаться на первый взгляд довольно странным. Действительно, генератор нагружен двумя сопротивлениями, а тока в неразветвленной части цепи нет, тогда как в самих сопротивлениях протекают равные и притом наибольшие по величине токи.

Объясняется это поведением магнитного поля катушки и электрического поля конденсатора. При резонансе токов, как и при резонансе напряжений, происходит колебание энергии между полем катушки и полем конденсатора. Генератор, сообщив однажды энергию цепи, сказывается как бы изолированным. Его можно было бы совсем отключить, и ток в разветвленной части цепи поддерживался бы без генератора энергией, которую в самом начале запасла цепь. Равно и напряжение на зажимах цепи оставалось бы точно таким, какое развивал генератор.

Таким образом, и при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора мы получили колебательный контур, отличающийся от описанного выше только тем, что генератор, создающий колебания, не включен непосредственно в контур и контур получается замкнутым.

Графики токов, напряжения и мощности в цепи при резонансе токов: а — активное сопротивление равно нулю, цепь мощности не потребляет; б — цепь обладает активным сопротивлением, в неразветвленной части цепи появился ток, цепь потребляет мощность

Значения L, С и f, при которых наступает резонанс токов, определяются, как и при резонансе напряжений (если пренебречь активным сопротивлением контура), из равенства:

Следовательно:

fрез = 1 / 2π√LC

Lрез = 1 / ω 2 С

Срез = 1 / ω 2 L

Изменяя любую из этих трех величин, можно добиться равенства Xl = Xc, т. е. превратить цепь в колебательный контур.

Итак, мы получили замкнутый колебательный контур, в котором можно вызвать электрические колебания, т. е. переменный ток. И если бы не активное сопротивление, которым обладает всякий колебательный контур, в нем непрерывно мог бы существовать переменный ток. Наличие же активного сопротивления приводит к тому, что колебания в контуре постепенно затухают и, чтобы поддержать их, необходим источник энергии — генератор переменного тока.

В цепях несинусоидального тока резонансные режимы возможны для различных гармоничных состовляющих.

Резонанс токов широко используется в практике. Явление резонанса токов используется в полосовых фильтрах как электрическая «пробка», задерживающая определенную частоту. Так как току с частотой f оказывается значительное сопротивление, то и падение напряжения на контуре при частоте f будет максимальным. Это свойство контура получило название избирательность, оно используется в радиоприемниках для выделения сигнала конкретной радиостанции. Колебательный контур, работающий в режиме резонанса токов, является одним из основных узловэлектронных генераторов.

Если в цепь переменного тока включены последовательно катушка индуктивности иконденсатор, то они по-своему воздействуют на генератор, питающий цепь, и на фазовые соотношения между током и напряжением.

Катушка индуктивности вносит сдвиг фаз, при котором ток отстает от напряжения на четверть периода, конденсатор же, наоборот, заставляет напряжение в цепи отставать по фазе от тока на четверть периода. Таким образом, действие индуктивного сопротивления на сдвиг фаз между током и напряжением в цепи противоположно действию емкостного сопротивления.

Это приводит к тому, что общий сдвиг фаз между током и напряжением в цепи зависит от соотношения величин индуктивного и емкостного сопротивлений.

Если величина емкостного сопротивления цепи больше индуктивного, то цепь носит емкостный характер, т. е. напряжение отстает по фазе от тока. Если же, наоборот, индуктивное сопротивление цепи больше емкостного, то напряжение опережает ток, и, следовательно, цепь носит индуктивный характер.

Общее реактивное сопротивление Хобщ рассматриваемой нами цепи определяется путем сложения индуктивного сопротивления катушки X L и емкостного сопротивления конденсатора Х С.

Но так как действие этих сопротивлений в цепи противоположно, то одному из них, а именно Хс приписывается знак минус, и общее реактивное сопротивление определяется по формуле:

Применив к этой цепи закон Ома, получим:

Формулу эту можно преобразовать следующим образом:

В полученном равенстве IX L -действующее значение слагающей общего напряжения цепи, идущей на преодоление индуктивного сопротивления цепи, а IХ С -действующее значение слагающей общего напряжения цепи, идущей на преодоление емкостного сопротивления.

Таким образом, общее напряжение цепи, состоящей из последовательного соединения катушки и конденсатора, можно рассматривать как состоящее из двух слагаемых, величины которых зависят от величин индуктивного и емкостного сопротивлений цепи.

Мы считали, что такая цепь не обладает активным сопротивлением. Однако в тех случаях, когда активное сопротивление цепи не настолько уже мало, чтобы им можно было пренебречь, общее сопротивление цепи определяется следующей формулой:

где R — общее активное сопротивление цепи, X L -Х С — ее общее реактивное сопротивление. Переходя к формуле закона Ома, мы вправе написать:

20 Измерение мощности в однофазных и трехфазных цепях

Значение активной мощности в однофазной цепи переменного тока определяют по формуле P = UI cos фи, где U — напряжение приемника, В, I — ток приемника, А, фи — фазовый сдвиг между напряжением и током.

Из формулы видно, что мощность в цепи переменного тока можно определить косвенным путем, если включить три прибора: амперметр, вольтметр и фазометр. Однако в этом случае нельзя рассчитывать на большую точность измерения, так как погрешность измерения мощности будет зависеть не только от суммы погрешностей всех трех приборов, но и от погрешности метода измерения, вызванной способом включения амперметра и вольтметра. Поэтому данный метод можно применять только в случае, когда не требуется большая точность измерений.

Если активную мощность нужно измерить точно, то лучше всего применить ваттметры электродинамической системы или электронные ваттметры. При грубых измерениях могут быть использованы ферродинамические ваттметры.

Если напряжение в цепи меньше предела измерений ваттметра по напряжению, ток нагрузки меньше допустимого тока измерительного прибора, то схема включения ваттметра в цепь переменного тока аналогична cхеме включения ваттметра в цепь постоянного тока . То есть токовую катушку включают последовательно с нагрузкой, а обмотку напряжения — параллельно нагрузке.

При подключении электродинамических ваттметров следует учитывать, что они полярны не только в цепи постоянного, но и в цепи переменного тока. Чтобы обеспечить правильное (в сторону шкалы) отклонение стрелки прибора от нуля, начала обмоток на панели прибора обозначены точкой или звездочкой. Зажимы, по меченные таким образом, называют генераторными, так как именно их подключают к источнику энергии.

Неподвижную катушку ваттметра можно включать последовательно с нагрузкой только при токах нагрузки 10 — 20 А. Если ток нагрузки больше, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока.

Для измерения мощности в цепи переменного тока с низким коэффициентом мощности следует применять специальные низкокосинусные ваттметры. На их шкале указано, для каких значений cos фи они предназначены.

Когда cos фи

Включение ваттметра в цепь переменного тока, при токе нагрузки больше допустимого

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I 1 и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I 1 и / I 2 и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Измерение мощности в трехфазных цепях можно осуществлять при помощи одного (рис. 3.8),

двух (рис. 3.9) или трех измерительных приборов.

Активную мощность симметричной нагрузки в трехфазных цепях можно измерять одним ваттметром (рис. 3.8). Тогда и вся мощность равна:

Если нагрузка несимметричная, то необходимо в каждую фазу включить по ваттметру и сумма их показаний даст суммарную мощность всей цепи. В случае трехфазной цепи без нулевого

провода достаточно использовать два ваттметра (рис. 3.9), тогда сумма их показаний даст суммарную мощность нагрузок:

Докажем, что сумма двух показаний ваттметров есть мощность, потребляемая трехфазной

Для включения ваттметра его генераторные зажимы (зажимы, обозначенные *I и *V), соединяются накоротко одним проводником. Для правильного показания ваттметра оба генераторных зажима должны быть присоединены к одному проводу со стороны генератора источника тока, а не нагрузки. Затем другим проводом включается последовательно в цепь неподвижная катушка; при этом в зависимости от предела тока этот провод подключается к зажиму 1А – при измеряемом токе не превышающем 1А, или 5А при токе, не превышающем 5А.

Затем включается параллельно цепи рамки; для этого предварительно к зажиму подключается одно из дополнительных сопротивлений (в зависимости от предела напряжения: 30V – до 30В, 150V – до 150В и 300V – 300В).

В передний паз крышки прибора устанавливается рабочая шкала так, чтобы лицевая сторона прибора была обращена к шкале с пределом измерения, равным произведению предела по току на предел по напряжению.

Опыты с ваттметром

Ниже описаны только отдельные опыты, характеризующие возможности демонстрационного ваттметра.

Опыт 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой.

Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 3.

При проведении опыта целесообразно иметь возможность плавного изменения напряжения, поэтому следует провода А, Б подключить к зажимам регулируемого напряжения школьного распределительного щита или воспользоваться школьным регулятором напряжения (или иным трансформатором), допускающим плавное или ступенчатое регулирование напряжения.

Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1.

В качестве нагрузки следует включить ползунковый реостат сопротивлением до 20 Ом (с допустимым током 5А).

Ваттметр включают в цепь через добавочное сопротивление 150V и через зажим 5А (см. схему).

Остановив ползунок реостата так, что в цепь включается все сопротивления реостата, устанавливается напряжение на нагрузку 50В, и наблюдают показания ваттметра, вольтметра и амперметра. Затем повышают напряжение на нагрузку, устанавливая последовательно 60, 80, 100В наблюдая каждый раз показания всех приборов.

Результаты этого опыта подтверждают, что мощность равна произведению напряжения на силу тока.

Опыт 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой.

С помощью одного демонстрационного ваттметра можно произвести опыт по измерению активной мощности трёхфазного тока при равномерной нагрузке всех фаз (т.е. когда в каждую фазу включены одинаковые нагрузки).

Для проведения этого опыта собирают электрическую цепь, как показано на рисунке 7.

В каждую фазу в качестве нагрузки включают по одной электрической лампе одинакового сопротивления.

Измерительные приборы используются те же, что и в предыдущем опыте.

Пределы ваттметра (по току и напряжению) устанавливаются в зависимости от напряжения и мощности электрических ламп.

ис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2.

По показаниям приборов устанавливают, что мощность одной фазы равна произведению фазного напряжения на ток в фазе.

Учитывая полную симметрию цепи трёхфазного тока, приведённой на рисунке 4, высчитывают мощность всей цепи, умножив показания ваттметра на 3.

8.4.1 Установки мультиметра

Этот раздел описывает детали по установкам мультиметра.

Опции измерения

Для выбора типа измерения:

1. Щелкните по одной из следующих кнопок:

Ammeter — измеряет ток, протекающий через цепь в ветке между двумя узлами. Включите мультиметр последовательно с цепью для измерения протекающего тока, как и реальный амперметр (как показано на диаграмме ниже).


Для измерения тока другого узла в цепи, включите другой мультиметр последовательно в эту цепь и активизируйте схему опять. Когда используется амперметр, внутреннее сопротивление очень низкое (1 Ом). Для изменения сопротивления, щелкните по Set. См. «Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings».

Voltmeter — измерение напряжения между двумя узлами. Выберите V и подключите клеммы вольтметра параллельно нагрузке (как показано на диаграмме ниже).


При использовании в качестве вольтметра мультиметр имеет высокое входное сопротивление 1 Гом, которое может быть изменено щелчком по Set. См. «Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings».

Ohmmeter — эта опция измерения сопротивления между двумя узлами. Узлы и все, что лежит между ними, относится к «сети компонентов». Для измерения сопротивления выберите эту опцию и подключите клеммы мультиметра параллельно компонентам сети (как показано на диаграмме ниже).


Чтобы измерение получилось точным, удостоверьтесь, что:

Нет источника в сети компонентов

Компонент или сеть компонентов заземлены

Нет ничего в параллели с компонентом или сетью компонентов.

Омметр генерирует ток 10 нА, который может быть изменен после щелчка по Set. См. «Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings» . Если вы меняете подключение омметра, активизируйте схему вновь, чтобы прочитать результат.

Decibels — измеряет падение напряжения в децибелах между двумя узлами схемы. Для измерения в децибелах выберите эту опцию и подключите клеммы мультиметра параллельно нагрузке (как показано на диаграмме ниже).


Стандарт для расчетов в децибелах установлен 774.597 mV, но это может быть изменено щелчком по Set . См. «Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings». Потери в децибелах вычисляются следующим образом:


Режим работы (AC или DC)

Кнопка с синусоидой для измерений среднеквадратичных (RMS) напряжений или токов сигналов переменного напряжения. Сигнал любого DC компонента будет устранен, так что только сигнал AC компонента будет измеряться.

Кнопка измерения постоянного тока и напряжения для DC сигнала.

Примечание: Для измерения RMS напряжения схемы и с AC, и с DC компонентами подключите AC вольтметр, как и DC вольтметр к соответствующим узлам и измерьте AC и DC напряжение.

Следующая формула может использоваться для расчета RMS напряжения, когда и AC, и DC компоненты есть в схеме. Это не универсальная формула, и должна использоваться только в сочетании с Multisim.

Внутренние установки — диалоговое окно Multimeter Settings

Идеальные приборы не вносят изменений в измеряемые цепи. Идеальный вольтметр должен иметь бесконечное сопротивление, так что ток через него не должен протекать, когда он подключен к цепи. Идеальный амперметр не должен вносить сопротивление в цепь. Реальные приборы не соответствуют этому идеалу, так что их показания будут очень близки к теоретическим, расчетным значениям для схемы, но никогда не будут абсолютно точны.

Мультиметр в Multisim использует очень маленькие и очень большие числа, которые приближаются к нулю и бесконечности для расчета неидеальных значений в схеме. Для специальных случаев, однако, поведение измерителя может быть изменено измением этих значений для моделирования влияния на схему (значения должны быть выше 0).

Например, если измеряется напряжение в схеме с очень большим сопротивлением, увеличьте сопротивление вольтметра. Если измеряемый ток в цепи с очень маленьким сопротивлением, уменьшите сопротивление амперметра еще больше.

Примечание: Очень маленькое сопротивление амперметра в высокоомной цепи может вызвать математическую ошибку округления.

Для отображения внутренних установок по умолчанию:

1. Щелкните Set. Появится диалоговое окно Multimeter Settings.

2. Измените нужные опции.

3. Для сохранения ваших изменений щелкните по ОК. Для отмены щелкните по Cancel.

8.5 Функциональный генератор

Функциональный генератор — источник напряжения сигналов синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы. Это дает удобный и реалистичный способ подать стимулирующие сигналы в схему. Форма сигнала может меняться, а его частота, амплитуда, скважность и постоянная составляющая (DC offset) могут управляться. Частотный диапазон функционального генератора достаточно велик для подачи удобных AC и аудио, и радиочастотных сигналов.

Функциональный генератор имеет три вывода для подключения к схеме. Общий вывод имеет опорный уровень для сигнала.

Function Generator на панели Instruments и щелкните для размещения иконки в рабочей области. Иконка используется для соединения функционального генератора со схемой. Дважды щелкните по иконке, чтобы открыть панель, которая используется для ввода установок и просмотра результатов измерения.

Для соотнесения сигнала с землей подключите общий вывод к земле компонента. Положительный вывод (+) дает положительный сигнал относительно нейтрального общего вывода. Отрицательный (-) вывод, отрицательный сигнал.

Примечание: Если вы не знакомы с подключением и настройкой инструментов, см. «Добавление инструментов в схему» и «Использование инструментов».

8.5.1 Установки функционального генератора

Выбор формы сигнала

Вы можете выбрать один из трех разных типов формы сигнала в качестве выхода.

Для выбора формы сигнала щелкните по Sine- , Triangular — или Square-wave кнопке.

Для установки временных параметров установки/спада прямоугольного сигнала:

1. Щелкните по кнопке Square-wave. Кнопка Set Rise/Fall Time становится активной.

2. Щелкните по кнопке Set Rise/Fall Time для отображения диалогового окна Set Rise/Fall Time.

3. Введите нужное время Rise/Fall Time и щелкните по Accept.

Опции сигнала

Frequency (1Hz — 999 MHz) — количество циклов в секунду, генерируемого сигнала.

Duty Cycle (1% — 99%) -отношение активного состояния к пассивному (on-period to off-period) для треугольной и прямоугольной формы сигнала. Опция не применима к
синусоидальному сигналу.

Amplitude (1mV — 999 kV) — управляет напряжением сигнала, измеряемого от его DC уровня до пика. Если подводящий провод соединен с общим и положительным или отрицательным выводом прибора, измерение от пика до пика сигнала — двойная амплитуда. Если выход идет от положительного и отрицательного выводов, измерение от пика до пика — учетверенная амплитуда.

Offset (-999 kV and 999 kV) — управляет уровнем DC, относительно которого переменный сигнал меняется. Offset в положении 0, сигнал проходит по оси x осциллографа (при условии, что Y POS установлено в 0). Положительное значение поднимает уровень DC вверх, тогда как отрицательное значение опускает вниз. Offset использует единицы, заданные для Amplitude.

8.6 Ваттметр

Ваттметр измеряет мощность. Он используется для измерения величины активной мощности, производимой падением напряжения и током, протекающим через выводы в схеме. Результат отображается в ваттах. Ваттметр также показывает коэффициент мощности, вычисляемый по сдвигу между напряжением и током и их произведению. Коэффициент мощности — это косинус фазового угла между напряжением и током.

Wattmeter на панели Instruments и щелкните, чтобы поместить иконку, в рабочей области. Иконка используется для соединения Wattmeter со схемой. Дважды щелкниет по иконке, чтобы открыть панель прибора, которая используется для ввода установок и просмотра результатов.

8.6.1 Подключение ваттметра

Пример подключения ваттметра показан ниже. Детально подключение инструментов, включая ваттметр, описано в «Добавление инструментов к схеме».

Примечание: Если вы не знакомы с подключением и настройкой инструментов, см. «Добавление инструментов к схеме» и «Использование инструментов» перед использованием этих инструментов.

8.7 Осциллограф

Для использования инструмента щелкните по кнопке Oscilloscope на панели Instruments и щелкните по месту, где следует поместить иконку в рабочей области. Иконка используется для подключения осциллографа к схеме. Дважды щелкните по иконке, чтобы открыть панель прибора, которая используется для ввода установок и просмотра результатов измерений.

Двухканальные осциллограф отображает величину и изменение частоты электрического сигнала. Он показывает график одного или двух сигналов одновременно, или позволяет сравнивать сигналы.

Примечание: Если вы выбрали сохранение результатов в файлах.lvm или.tdm, появится диалог Data resampling settings. См. «Сохранение файлов». Кроме сохранения кнопкой Save осциллографа, вы можете сохранить результаты
симуляции в окне Grapher. См. «Сохранение файлов».

Примечание: Если вы не знакомы с подключением и настройкой инструментов, см. «Добавление инструментов к схеме» и «Использование инструментов».

8.7.1 Установки осциллографа

Временная база

Установка временной базы управляет масштабом горизонтали осциллографа или оси X, когда сравниваются величина сигнала и времени (Y/T).

Чтобы получить хорошо считываемый дисплей, настройте временную базу в обратном отношении к установкам частоты функционального генератора или источника переменного напряжения — чем выше частота, тем меньше (меньше величина) временная база.

Например, если вы хотите увидеть один цикл сигнала 1 кГц, временная база должна быть около 1 миллисекунды.

Положение по X

Эта установка управляет начальной точкой сигнала на оси X. Когда положение 0, сигнал начинается с левого края дисплея. Положительное значение (например, 2.00) сдвигает начальную точку вправо. Отрицательное значение (например, -3.00) сдвигает начальную точку влево.

Оси (Y/T, A/B и B/A)

Оси дисплея осциллографа могут переключаться между показом отношения значение/время (Y/T) и показом отношения каналов (A/B и B/A). Последние установки отображают соотношение частот и фаз, известные как фигуры Лиссажу, или они могут показывать петлю гистерезиса. Когда сравнивается вход канала А и В (A/B), масштаб оси X определяется установкой вольт/деление для канала B (и наоборот).

Заземление

Нет необходимости заземлять осциллограф, если схема, к которой он подключен, заземлена.

Установки Channel A и Channel B

Масштаб

Эта установка определяет масштаб по оси Y. Также она управляет масштабом по оси X, если выбрано A/B или B/A.

Чтобы получить удобочитаемый дисплей, установите масштаб соответственно ожидаемому напряжению в канале. Например, входной AC сигнал в 3 вольта заполняет дисплей осциллографа вертикально, когда ось Y установлена в 1 V/Div (1 вольт/деление). Если установку масштаба увеличить, форма сигнала уменьшится. Если масштаб уменьшить, верхняя часть сигнала выйдет за рамки дисплея.

Положение по Y

Эти установки управляют исходной точкой по оси Y. Когда положение Y установлено в 0.00, начальная точка пересекает ось X. Увеличение положения Y до 1.00, например, сместит 0 (начальную точку) вверх на первое деление над осью X. Уменьшение положения Y до -1.00, сместит ее вниз до первого деления ниже оси X.

Изменение установки положения Y для каналов А и В могут помочь разглядеть форму сигналов для сравнения.

Подключение входов (AC, 0 и DC)

При выборе подключения AC отображается только переменная составляющая сигнала. Подключение AC похоже на добавление конденсатора последовательно со входом осциллографа. Как и в реальном осциллографе при использовании подключения AC, первый цикл отображается не точно. Когда постоянная составляющая сигнала рассчитывается и удаляется при первом цикле, форма сигнала становится точной. При подключении DC отображается сумма переменной и постоянной составляющих сигнала. Выбор 0 отображает прямую линию в точке исходной установки положения Y.

Примечание: Не размещайте конденсатор последовательно со входом осциллографа. Через осциллограф не будет проходить ток, и анализы будут рассматривать конденсатор, как неправильно включенный. Вместо этого выберите подключение AC.

Триггер

Эти установки определяют условия при которых сигнал первоначально отображается на дисплее осциллографа.

Trigger Edge (фронт внешнего сигнала)

Чтобы начать отображать сигнал в его положительном направлении или нарастающий сигнал, щелкните по кнопке «ascending edge».

Чтобы начать отображать сигнал в его отрицательном направлении или спадающий сигнал, щелкните по кнопке «descending edge».

Trigger Level (уровень переключения)

Уровень переключения — это точка на оси Y осциллографа, которая должна пересечься с уровнем сигнала перед его отображением на дисплее.

Trigger Signal (переключающий сигнал)

Переключающий сигнал может быть внутренним, со ссылкой на входной сигнал канала А или В, или внешним, со ссылкой на сигнал на выводе внешней синхронизации. Если этот сигнал «плоский», или если сигнал должен быть отображен как можно раньше, выберите Auto.

Используйте кнопку Sing., чтобы обеспечить триггеру осциллографа единственный проход до встречи с точкой переключения. Когда кривая достигнет конца экрана осциллографа, кривая не изменится пока вы вновь не щелкните по кнопке Sing.

Используйте кнопку Nor. , чтобы осциллограф обновлял каждый раз изображение при достижении уровня переключения.

Используйте кнопку None , если вам не нужно использовать переключение.

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I 1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I 1и / I 2и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

На рис. 2, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 2. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 2, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iuпараллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ.

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью βy, которая носит название угловой погрешности.

При малом значении угла γ (γ обычно составляет не более 40 — 50″), относительная погрешность

При углах φ, близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 3, а и б:

где Рi и Рu — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β(а) и β(б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Рi и Рu соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Контрольные вопросы:

1. Какую энергию измеряет ваттметр электродинамической системы?

2. Влияет ли величина нагрузки на схему включения ваттметра?

3. Как расширяют пределы измерения ваттметра на переменном токе?

4. Как определить мощность в цепи постоянного тока по результатам измерения силы тока и напряжения?

5. Как правильно включить ваттметр однофазного тока при измерении мощности в контролируемой цепи?

6. Как измерить полную мощность однофазного тока, пользуясь амперметром и вольтметром?

7. Как определить реактивную мощность схемы?

Катушки Теслы

— конструкция конденсатора (стр. 1) Катушки Теслы

— конструкция конденсатора (стр. 1)

Конденсатор в цепи бака действительно живет очень тяжело! Он должен не только выдерживать высокое напряжение (более чем вдвое превышающее напряжение питания!), но и выдерживать чрезвычайно высокие токи на высокой частоте (примерно от 100 кГц до 300 кГц).

Имеющиеся в продаже конденсаторы, способные выдержать использование катушки Тесла, не являются стандартными товарами. Обычный подход к приобретению подходящего конденсатора — изготовить его самостоятельно! Это может обойтись намного дешевле, чем покупка нового, но может потребовать запуска совершенно нового собственного проекта!

Для вашей самой первой катушки вы можете сделать один из самых дешевых высоковольтных конденсаторов — конденсатор с морской водой.Все, что вам нужно, это несколько пустых стеклянных бутылок (любимый выбор — пивные бутылки!), соль, вода, несколько ведер и немного проволоки! Производительность не велика, но они, безусловно, дешевы и просты в изготовлении. Я решил не использовать этот тип крышки. Первоначально я планировал сделать колпачок из полиэтилена, но на полпути к сборке я передумал и вместо этого построил MMC (Multi Mini Cap). Это было быстрее и проще построить, но я все еще собираюсь закончить крышку из полимерной пластины.

 

Полиэтиленовый конденсатор:

Крышка из полиэтилена состоит из чередующихся металлических пластин и полиэтиленовых диэлектрических листов с электрическими соединениями, выполненными на металлических листах, что дает вам две клеммы конденсатора.Весь стек помещается в подходящий контейнер и погружается в изоляционное масло (трансформаторное масло) для улучшения изоляции и устранения/уменьшения потерь на коронный разряд.

Особенности дизайна:

Тип работы конденсатора определяет, из каких материалов он может быть изготовлен. Небольшое значение емкости приводит к физически малому конденсатору. Если вы увеличите напряжение, которое требуется для обработки, оно должно быть физически больше.

Скорость, с которой энергия требуется для входа и выхода из конденсатора, определяет тип диэлектрического материала, который вы можете использовать.Чем выше рабочая частота, тем более тщательным должен быть выбор диэлектрика.

Номинальное напряжение:

Изоляция: две пластины конденсатора должны быть достаточно изолированы друг от друга, чтобы при рабочем напряжении искра не могла проскочить через промежуток и вызвать короткое замыкание. Диэлектрик между пластинами обеспечивает эту изоляцию. Разные материалы имеют разную изоляционную способность, диэлектрическую прочность или с. Ориентировочная цифра 160 В (среднеквадратичное значение)* стоимости изоляции на каждый мил (0.001 дюйм) из полиэстера продлит срок службы вашей кепки. Это значение относится к диэлектрику, состоящему из нескольких листов тонкого полиэтилена (например, с использованием листов толщиной 6 мил).

Пример: Для одиночной крышки на 10 кВ (СКЗ) NST потребуется диэлектрик толщиной 62,5 мил.

По мере увеличения толщины диэлектрика до значения, при котором его изоляционные свойства соответствуют вашим требованиям к напряжению, значение емкости будет соответственно уменьшаться (оба свойства зависят от толщины диэлектрика).Чтобы восстановить потерянную емкость, необходимо увеличить размер пластин.

Corona Trouble: Помимо прямого отказа из-за недостаточной изоляции, необходимо учитывать повреждение коронным разрядом. Любой высоковольтный проводник может генерировать корону. Он выглядит как мутное фиолетовое свечение на поверхности проводников. Помещение проводников в масло значительно уменьшит образование коронного разряда, но возможности масла ограничены. Коронный разряд может образовываться в пузырьках воздуха между пластинами и вызывать локальный нагрев.Это может расплавить полиэтилен и закоротить крышку, что приведет к взрыву! Корона также может разъедать диэлектрик, ослабляя его.

Рекомендуется ограничение 5 кВ (СКЗ)* на конденсатор, чтобы уменьшить вероятность выхода из строя крышки.

*RMS используется для обозначения среднего напряжения переменного тока источника питания (номинальное значение на этикетке), но фактическое напряжение может достигать пика 1,4 x VRMS

Маловероятно, что вы будете использовать напряжение питания для вашей катушки ниже 5 кВ (среднеквадратичное значение), поэтому, чтобы ограничить напряжение на любом одном конденсаторе, вы можете соединить 2 или более последовательно.Это приводит к равномерному распределению напряжения между крышками, но только в том случае, если все крышки, соединенные последовательно, имеют одинаковую конструкцию. Последовательное соединение разных емкостей может привести к неравномерному распределению напряжения, и вы можете неожиданно перегрузить одну из них (обратите внимание: короткое замыкание в одной последовательной крышке немедленно перегрузит остальные!).

Диэлектрик:

В качестве диэлектрика мы используем LDPE (полиэтилен низкой плотности).

Наиболее важным компонентом любого конденсатора является диэлектрический слой.Для использования катушки Тесла есть три особых требования , о которых следует знать. Во-первых, мы имеем дело с очень высокими напряжениями, поэтому диэлектрическая прочность должна быть адекватной (см. раздел «Номинальное напряжение» выше). Второе, и менее очевидное свойство, о котором следует помнить, — это коэффициент рассеяния материалов . Последним свойством, которое следует рассмотреть, является диэлектрическая проницаемость .

Коэффициент рассеяния: DF является мерой того, насколько хорошо диэлектрик выполняет свою работу, не поглощая энергию при нагреве.Он дается как значение на определенной рабочей частоте. При пиковых уровнях мощности (мегаватт) и рабочих частотах (от 100 кГц до 300 кГц), характерных для контуров катушек Тесла, нагрев является большой проблемой и может разрушить колпачок, расплавив его! Когда диэлектрик плавится, дуга может прыгнуть между пластинами и разрядить всю накопленную энергию. С плохим рейтингом DF, даже если крышка не выйдет из строя из-за того, что вы используете ее только в течение коротких периодов времени, она все равно будет отнимать у вашей системы энергию и снижать производительность.Облом!

Диэлектрическая проницаемость: постоянный ток материала показывает, насколько хорошо он будет хранить энергию. Чем выше значение постоянного тока, тем выше значение емкости при той же толщине диэлектрика. DC вакуума равен 1, LDPE — около 2, а стекла — от 5 до 10 (см. таблицу «Свойства материала» в разделе «Списки данных»). Хотя высокое значение постоянного тока приведет к физически меньшему конденсатору, низкий DF — это то, что вам следует искать , а затем жить с его значением постоянного тока. Стекло может дать вам в 3-5 раз большую емкость (для данной толщины), чем LDPE, но его потери энергии (на типичных частотах ТП) могут быть в 65-200 раз хуже, чем у LDPE!

(Термин «диэлектрическая проницаемость» правильнее называть «относительной диэлектрической проницаемостью», поскольку ее значение определяется относительно диэлектрической проницаемости вакуума).


Расчет конденсатора:

До сих пор я не говорил о емкости или номинальном напряжении, но сейчас мы посмотрим, как определить их значения.

Максимальное значение емкости:

Ограничивающим фактором для размера конденсатора является блок питания (PSU), который вы собираетесь использовать. Для максимальной выходной мощности вашей катушки требуется, чтобы блок питания полностью перезаряжал конденсатор в каждом полупериоде сети. Это произойдет, когда импеданс блока питания будет соответствовать импедансу основного конденсатора (при частоте вашей сети 50 Гц или 60 Гц).Максимальное значение конденсатора можно рассчитать следующим образом:

PSU:
Z = полное сопротивление
E = выходное напряжение
I = выходной ток в амперах

Конденсатор:
C = емкость в мкФ (микрофарад)
Z = полное сопротивление блока питания (из приведенного выше уравнения)
(обратите внимание, замените 0,00005 на 0,00006 для питания 60 Гц)

Пример: Для NST 10 кВ 100 мА Z = 100000, поэтому C = 0,0318 мкФ

Последовательное и параллельное подключение конденсаторов:

Значение одного конденсатора (рис.1) это (не удивительно!)

Значение последовательно соединенных конденсаторов (рис.2) равно

Значение параллельно соединенных конденсаторов (рис.3) равно

Пример последовательно и параллельно соединенных конденсаторов (рис.4)

(Примечание. Чтобы рассчитать большее или меньшее количество конденсаторов, соединенных последовательно/параллельно, добавьте или удалите члены «Cn» или «1/Cn», где «n» — целое число).

Размеры физического конденсатора:

Значение емкости конденсатора является произведением его физических размеров и типа используемого диэлектрика.Простейшая форма конденсатора состоит из двух пластин площадью «А», разделенных диэлектриком толщиной «D» (см. рис. 1)

 

Значение емкости двухпластинчатого колпачка рассчитывается следующим образом:

C = емкость в фарадах
DC = диэлектрическая проницаемость
A = площадь перекрытия в квадратных метрах
D = расстояние между плитами в метрах

(Следите за тем, чтобы при расчетах использовались правильные единицы измерения.Фарада в миллион раз больше, чем микрофарад).

В отличие от простого конденсатора, показанного на рис.1, настоящие конденсаторы имеют проводные соединения на краях пластин. Будьте осторожны с площадью «А» и учитывайте только перекрывающиеся части пластин при расчете ее значения (см. рис. 2).

Настоящий конденсатор состоит из нескольких пластин и диэлектрика. Когда это будет сделано, вы начнете использовать обе стороны всех пластин, кроме двух крайних. Трехпластинчатый колпачок имеет вдвое большую емкость, чем двухпластинчатый (рис.2 и рис.3)

Уравнение для расчета стоимости многопластинчатого колпачка:-

C = емкость в фарадах
DC = диэлектрическая проницаемость
A = площадь перекрытия в квадратных метрах
D = расстояние между плитами в метрах
N = количество пластин

 

Используйте калькулятор емкости для расчета собственных параметров ->
(требуется браузер с поддержкой JavaScript)

Продолжение следует….

Катушка конденсатор-зарядник для vespa 125 et3, px, pe

AllVespa Коленчатые валы, шатуны и детали (221)Стартер (6)Поршни (131)Передние амортизаторы Vespa и детали (173)Задние амортизаторы Vespa и детали ( 107)Штанги топливного бака Vespa (7)Аккумуляторы и запчасти Vespa (26)Перчаточный ящик Vespa (22)Катушки Vespa (79)Болты коробки передач Vespa (40)Гайки и болты цилиндра Vespa (80)Болты кузова Vespa (28)Гайки деталей двигателя Vespa и болты (148)Гайки и болты тормозной системы Vespa (27)Внутренние трубы и различные запчасти (22)Свечи зажигания Vespa (53)Карбюраторы Vespa (142)Карбюратор и детали Vespa (102)Стойки и детали Vespa (79)Vespa air тросы и рычаги (41)Электронные блоки управления Vespa (22)Колеса Vespa — классические (35)Колеса Vespa — бескамерные (60)Корзина сцепления Vespa (59)Роговые сигналы и детали Vespa (26)Боковая панель и крышка Vespa (48)Коллекторы Vespa (124)Устройства дроссельной заслонки и переключения передач Vespa (69)Одометры и детали Vespa (159)Крышки ступиц и барабанов Vespa (32)Крышки и детали седел Vespa (23)Vespa w подпятник (7)Чехлы запасного колеса Vespa (23)Кожух маховика Vespa (32)Кольца и держатели номерного знака Vespa (17)Переходная крестовина усиленная Vespa (50)Перекидная крестовина стандартная Vespa (30)Кожух цилиндра Vespa (13)Подшипники Vespa и игольчатые подшипники (82)Подушки Vespa (14)Переключатели фар и указателей поворота Vespa (66)Тюнинговые глушители Vespa (156)Фары и детали Vespa (129)Задние фонари и детали Vespa (132)Воздушные фильтры Vespa (54)Вилки, ступицы и детали Vespa Запчасти (72)Индикаторы Vespa (71)Накладки, украшения и гербы для защиты ног Vespa (55)Комплектные сцепления Vespa (114)Тормозные колодки и детали Vespa (34)Багажные крючки Vespa (8)Жиклеры Vespa (194)Смазки и смазки Vespa (18) )Кожухи Vespa (9)Прокладки карбюратора Vespa (47)Прокладки двигателя Vespa (108)Прокладка топливного бака Vespa (20)Электросистемы Vespa (79)Шестерни и механические части Vespa (16)Шестерни коробки передач Vespa (123)Первичные шестерни Vespa (238) )Переключатели и селекторы Vespa (19)Комплект трансмиссии Vespa (32)Комплект цилиндров в сборе (183)Комплект дисков сцепления Vespa (162)Ремонтные листы Vespa (67)Лампы Vespa (47)Рычаги, гайки и болты, кронштейны Vespa (62)Буклеты Vespa по использованию и обслуживанию (50)Ручки седел Vespa (15)Ручки Vespa (23)Рули и детали Vespa (46)Глушители Vespa classic (68) )Мелкие детали Vespa (23)Крышки звуковых сигналов Vespa (31)Смесевое масло Vespa (28)Масло Vespa — двигатель и коробка передач (11)Лобовое стекло Vespa (12)Передние брызговики Vespa (36)Задние брызговики Vespa (11)Сальники двигателя Vespa ( 65)Резиновые детали кузова Vespa (112)Резиновые детали электродвигателя Vespa (37)Резиновые детали двигателя Vespa (45)Педаль кик-стартера Vespa (24)Педали тормоза Vespa (8)Внешние ограждения Vespa (30)Кронштейны подушек Vespa (8)Выбор Vespa фары и мигалки (7)Vespa Tyres 2.75×9 (8)Шины Vespa 3.00×10 (41)Шины Vespa 3.50×10 (59)Шины Vespa 3.50×8 (18)Шины Vespa 90x90x10 (20)Подножка Vespa (4)Багажник Vespa (46)Крепление запасного колеса Vespa (22)Vespa распределительные коробки низкого напряжения (18)Предселектор коробки передач Vespa (50)Очистка и обслуживание Vespa (57)Точки и конденсаторы Vespa (26)Регуляторы напряжения Vespa (17)Запчасти карбюратора Vespa (60)Детали и болты сцепления Vespa (116) Другие электрические детали Vespa (39)Пружины амортизатора Vespa (39)Детали глушителя Vespa (21)Запчасти Vespa Carbon look (56)Запчасти Vespa Carbon (12)Запчасти Vespa из стекловолокна (13)Приводы одометра Vespa (21)Краны подачи топлива Vespa ( 31)Наборы седел Vespa (167)Топливный бак Vespa и детали (48)Сильфоны и втулки карбюратора Vespa (27)Зеркала заднего вида Vespa (26)Предупреждающие лампы и кнопки Vespa (6)Статоры и маховики Vespa (62)Полосы и подножки Vespa профиль деталей (87)Передние тормозные барабаны и детали Vespa (40)Задние тормозные барабаны и детали Vespa (34)Коврики и брызговики Vespa (20)Пластики, эмблемы, наклейки Vespa (179)Головки цилиндров Vespa (51)Передачи одометра Vespa (24)

(a) Положение электромагнитной катушки относительно одиночного конденсатора и…

Контекст 1

… a jj 2,32 10 с/м. Уравнение (4) можно получить, просто взяв градиент электрического поля свободной потенциальной магнитоэлектрической энергии, см. определение этого оператора градиента в [1]. 16. На рис. 3 показано рассчитанное внутреннее магнитное поле, нормированное по отношению к внешнему возбуждающему магнитному полю, h ex , в зависимости от частоты. Зависимость от частоты можно объяснить тем фактом, что магнитная восприимчивость масштабируется с частотой на низких частотах ниже ферромагнитного резонанса, см. уравнение.(3). При мультиконденсаторном детектировании P d и/или E d в плоскости пластины имеется несколько электродов (шесть электродов в нашем устройстве) на плоскости пластины параллельно друг другу (см. рис. 1) на расстоянии 0,5 мм между двумя последовательными полосками или электродами. Образец пластины был поляризован или смещен магнитным полем, H b , двумя разными постоянными магнитными полями 1800 и 550 Э, перпендикулярными h ex . Ось соленоида была параллельна h ex и лежала в плоскости плиты. H b наносили перпендикулярно h ex , но также и в плоскости плиты.Постоянное напряжение смещения 3 В подавалось на батарею резисторов так, чтобы каждый конденсатор был смещен одинаково. Расстояние между конденсаторами и резистором на каждом конденсаторе было спроектировано таким образом, чтобы оно было одинаковым для всех конденсаторов, чтобы обнаруживаемое переменное напряжение, появляющееся на каждом конденсаторе, было одинаковым. На рис. 4 показан делитель напряжения и модель эквивалентной схемы метода обнаружения с несколькими конденсаторами. Отмечено, что регистрируемые поля Е в мультиконденсаторах параллельны возбуждаемым полям Н в схеме соленоида, но перпендикулярны друг другу для возбуждения спиральной катушки.Последнее состояние представляет собой необычное возбуждение, поскольку h ex не параллельно индуцированным или обнаруженным полям E d. Обычно a измеряют в экспериментальных условиях, когда поля E и H параллельны друг другу. Ясно, что исследуются анизотропные свойства а. Поскольку обнаруженная поляризация P d пропорциональна току, протекающему только через C, а не через R, нам нужно было определить напряжение на C и значение C. Чтобы получить значение C, мы построили график V out / V in в зависимости от частоты. , см. рис.5, где Vвых — выходное напряжение на Ro, а Vвх — переменное напряжение, приложенное либо к соленоиду, либо к спиральной катушке. Мы можем рассматривать это как график усиления, рис. 5, или как график Боде с нулем на частоте 1 МГц, в котором 1/RO 1/4 x C, где RO 1/4 8,9 KXC был рассчитан как C 1/4. 17 пФ. Основное различие между методом обнаружения одиночного конденсатора, описанным в гл. III A и метод обнаружения параллельных электродов с несколькими конденсаторами заключается в том, что обнаруженная поляризация, P d , и/или электрическое поле, E d , индуцированное приложенным переменным магнитным полем, h ex , направлены в плоскость пластины для мульти- корпус конденсатора, но перпендикулярно плоскости плиты для корпуса с одним конденсатором.В любом случае h ex параллелен E d или P d для возбуждения магнитного поля катушки соленоида. Для возбуждения магнитного поля спиральной катушки h перпендикулярно E d в конфигурации с несколькими конденсаторами. Как и в гл. III A обнаруженная поляризация P может быть определена либо из P d 1/4 Io = A jx, либо из P d 1/4 e 0 ve Vc d , где VC — напряжение на каждом конденсаторе, а I o — ток, протекающий через каждый конденсатор. . Однако здесь необходимо очень осторожно интерпретировать A, d и v e.В разд. III A, для одиночного конденсатора эти интерпретации условны и просты. Однако это не так просто для нескольких конденсаторов, которые мы имеем в этом разделе. Мы выбрали следующие приближения: d 1/4 1 = 2 мм, а v e 1/4 3500. Среднее значение v e включает значение v e, полученное в разд. III A и свободное пространство. Значение d оценивается по расстоянию полос. Можно было бы ожидать, что это отношение P d /h ex будет увеличиваться с частотой, поскольку h ex обратно пропорционально частоте.Это означает, что он уменьшается с частотой вдоль оси C для обнаружения одиночного конденсатора. Для схемы обнаружения с одним конденсатором и соленоидного возбуждения (метод прямого МЭ) отношение P d /h ex уменьшается с частотой, поскольку P d пропорционально h i (P d 1/4 a jj h i ). a jj измеряется вдоль оси C, которая перпендикулярна плоскости пластины, и ее значение указано в [1]. 15. Зависимость от частоты устанавливается по уравнению (3), где магнитная восприимчивость зависит от частоты.Это означает, что P d уменьшается с частотой, направление которой находится вдоль оси C для обнаружения одиночного конденсатора. Однако для схемы обнаружения с несколькими конденсаторами h i $ h ex . Таким образом, P d $ a ? ч экс, где а? измеряется перпендикулярно оси C, так как возбуждаемое и детектируемое поля находятся в плоскости пластины для возбуждения магнитного поля катушки соленоида. Направление электрического поля, измеренного на каждой последующей полоске (E d 1/4 Vc/d), и h ex, создаваемого в соленоиде, параллельны друг другу и оба направлены в плоскости пластины, перпендикулярно ( ? ) к C — ось.Следовательно, из P d a ? ч экс . Мы вывели ? быть порядка 10 < a ? < 2 Â 10 À 8 с/м. Делаем вывод, что а? меньше, чем k, что неудивительно, поскольку МЭ-связь анизотропна в монокристаллических МЭ-гексаферритах. 17 Для спирального случая возбуждений в многоконденсаторной схеме детектируемые электрическое и возбуждающее магнитные поля перпендикулярны друг другу (рис. 4). Так как направление электрического поля, измеренного поперек каждой последующей полоски (E d 1/4 VC/d), находится в плоскости пластины, а h ex направлено перпендикулярно плоскости пластины вдоль оси C, определим новый a ij, который представляет недиагональный элемент в тензорном представлении a .Диагональные элементы a ? (когда поля E и H направлены в одном направлении и перпендикулярны оси C) и a k (когда поля E и H снова направлены в одном направлении и вдоль оси C). 17 Используя соотношение 15,16 P d 1/4 a ij hi , где hi связано с h ex через коэффициент размагничивания (см. обсуждение в разделе III A), можно вычислить, что a ij равно 3 Â 10 À 8 –3,5 Â 10 À 6 с/м. В случае мультиконденсаторов индуцированная поляризация имеет максимум около $ 800 кГц как для соленоида, так и для возбуждения поля спиральной катушки.Похоже, что имеет место резонансное поведение. Если предположить ферромагнитный резонанс в нулевом поле или резонанс доменных стенок, то естественные резонансы возникают в гигагерцовом режиме. 16 Однако, если мы принимаем акустическую скорость $ 5 Â 10 5 см/с (подходит для гексаферритов 18,19 ), мы вычисляем длину полуволны $ 3 мм, которая соответствует размерности многоэлектродного расположения нашего эксперимент. Наконец, мы определяем чувствительность как отношение измеренного или обнаруженного наведенного электрического поля либо на одном конденсаторе, либо на одном из конденсаторов в схеме с несколькими конденсаторами по отношению к внутреннему магнитному полю, h , как S 1/4 E = h .Поскольку E d масштабируется как P d, частотная зависимость S очень похожа на поведение, показанное на рис. 6, см. рис. 7. Меньшая чувствительность, измеренная в схеме обнаружения с несколькими конденсаторами, по сравнению с обнаружением с одним конденсатором, обусловлена меньший коэффициент МЭ связи ( a ? , a ij ( a jj ) для любого режима возбуждения магнитного поля в многоконденсаторном случае. Отмечено, что за счет уменьшения зазора между полосками в многоконденсаторной схеме детектируемое электрическое поле может быть повышена в 1000 раз и более и, следовательно, увеличить чувствительность в этот раз.Снова максимум чувствительности наблюдался при использовании мультиконденсаторного детектирования на частоте около 800 кГц. Это подтверждает, что S действительно масштабируется как индуцированная поляризация, как и следовало ожидать. В обратном методе МЭ переменное напряжение или электрическое поле Е прикладывают или возбуждают к образцу МЭ через один конденсатор или несколько конденсаторов (см. рис. 1), а изменение намагниченности М определяют с помощью напряжение на соленоиде или спиральной катушке за счет индукции тока в катушке. При возбуждении с одним конденсатором наведенная намагниченность или направление потока перпендикулярны плоскости пластины.В режиме возбуждения с несколькими конденсаторами переменная намагниченность или поток индуцируются в плоскости пластины. Напряжение на соленоиде или спиральной катушке индуцируется изменением тока, протекающего в катушке, поскольку магнитное поле или поток генерируется индуцированными изменениями намагниченности внутри образца МЭ. Схема цепи детектирования показана на рис. 8. Переменное напряжение 0,6 Впик-пик прикладывается или возбуждается к конденсатору С, см. рис. 8. Размах возбуждаемого электрического поля, Е ex , составлял 1 кВ/м. . Кроме того, H b 120 Oe наносили параллельно E ex , перпендикулярно плоскости пластины.Целью H b является подготовка образца в единый магнитный домен. Эффект ME допускает изменения M из-за E ex . Изменение намагниченности индуцирует «магнитный» заряд на поверхности образца (закон Гаусса), очень похожий на электрический заряд, а магнитные «заряды» излучают силовые линии, которые обнаруживаются катушкой N раз. Размах напряжения, V out (V t ), был измерен или обнаружен на катушке в соответствии с законом Фарадея и рассмотрен как обнаруженный выходной сигнал, уравнение. ...

Контекст 2

… а jj 2,32 10 с/м. Уравнение (4) можно получить, просто взяв градиент электрического поля свободной потенциальной магнитоэлектрической энергии, см. определение этого оператора градиента в [1]. 16. На рис. 3 показано рассчитанное внутреннее магнитное поле, нормированное по отношению к внешнему возбуждающему магнитному полю, h ex , в зависимости от частоты. Зависимость от частоты можно объяснить тем фактом, что магнитная восприимчивость масштабируется с частотой на низких частотах ниже ферромагнитного резонанса, см. уравнение.(3). При мультиконденсаторном детектировании P d и/или E d в плоскости пластины имеется несколько электродов (шесть электродов в нашем устройстве) на плоскости пластины параллельно друг другу (см. рис. 1) на расстоянии 0,5 мм между двумя последовательными полосками или электродами. Образец пластины был поляризован или смещен магнитным полем, H b , двумя разными постоянными магнитными полями 1800 и 550 Э, перпендикулярными h ex . Ось соленоида была параллельна h ex и лежала в плоскости плиты. H b наносили перпендикулярно h ex , но также и в плоскости плиты.Постоянное напряжение смещения 3 В подавалось на батарею резисторов так, чтобы каждый конденсатор был смещен одинаково. Расстояние между конденсаторами и резистором на каждом конденсаторе было спроектировано таким образом, чтобы оно было одинаковым для всех конденсаторов, чтобы обнаруживаемое переменное напряжение, появляющееся на каждом конденсаторе, было одинаковым. На рис. 4 показан делитель напряжения и модель эквивалентной схемы метода обнаружения с несколькими конденсаторами. Отмечено, что регистрируемые поля Е в мультиконденсаторах параллельны возбуждаемым полям Н в схеме соленоида, но перпендикулярны друг другу для возбуждения спиральной катушки.Последнее состояние представляет собой необычное возбуждение, поскольку h ex не параллельно индуцированным или обнаруженным полям E d. Обычно a измеряют в экспериментальных условиях, когда поля E и H параллельны друг другу. Ясно, что исследуются анизотропные свойства а. Поскольку обнаруженная поляризация P d пропорциональна току, протекающему только через C, а не через R, нам нужно было определить напряжение на C и значение C. Чтобы получить значение C, мы построили график V out / V in в зависимости от частоты. , см. рис.5, где Vвых — выходное напряжение на Ro, а Vвх — переменное напряжение, приложенное либо к соленоиду, либо к спиральной катушке. Мы можем рассматривать это как график усиления, рис. 5, или как график Боде с нулем на частоте 1 МГц, в котором 1/RO 1/4 x C, где RO 1/4 8,9 KXC был рассчитан как C 1/4. 17 пФ. Основное различие между методом обнаружения одиночного конденсатора, описанным в гл. III A и метод обнаружения параллельных электродов с несколькими конденсаторами заключается в том, что обнаруженная поляризация, P d , и/или электрическое поле, E d , индуцированное приложенным переменным магнитным полем, h ex , направлены в плоскость пластины для мульти- корпус конденсатора, но перпендикулярно плоскости плиты для корпуса с одним конденсатором.В любом случае h ex параллелен E d или P d для возбуждения магнитного поля катушки соленоида. Для возбуждения магнитного поля спиральной катушки h перпендикулярно E d в конфигурации с несколькими конденсаторами. Как и в гл. III A обнаруженная поляризация P может быть определена либо из P d 1/4 Io = A jx, либо из P d 1/4 e 0 ve Vc d , где VC — напряжение на каждом конденсаторе, а I o — ток, протекающий через каждый конденсатор. . Однако здесь необходимо очень осторожно интерпретировать A, d и v e.В разд. III A, для одиночного конденсатора эти интерпретации условны и просты. Однако это не так просто для нескольких конденсаторов, которые мы имеем в этом разделе. Мы выбрали следующие приближения: d 1/4 1 = 2 мм, а v e 1/4 3500. Среднее значение v e включает значение v e, полученное в разд. III A и свободное пространство. Значение d оценивается по расстоянию полос. Можно было бы ожидать, что это отношение P d /h ex будет увеличиваться с частотой, поскольку h ex обратно пропорционально частоте.Это означает, что он уменьшается с частотой вдоль оси C для обнаружения одиночного конденсатора. Для схемы обнаружения с одним конденсатором и соленоидного возбуждения (метод прямого МЭ) отношение P d /h ex уменьшается с частотой, поскольку P d пропорционально h i (P d 1/4 a jj h i ). a jj измеряется вдоль оси C, которая перпендикулярна плоскости пластины, и ее значение указано в [1]. 15. Зависимость от частоты устанавливается по уравнению (3), где магнитная восприимчивость зависит от частоты.Это означает, что P d уменьшается с частотой, направление которой находится вдоль оси C для обнаружения одиночного конденсатора. Однако для схемы обнаружения с несколькими конденсаторами h i $ h ex . Таким образом, P d $ a ? ч экс, где а? измеряется перпендикулярно оси C, так как возбуждаемое и детектируемое поля находятся в плоскости пластины для возбуждения магнитного поля катушки соленоида. Направление электрического поля, измеренного на каждой последующей полоске (E d 1/4 Vc/d), и h ex, создаваемого в соленоиде, параллельны друг другу и оба направлены в плоскости пластины, перпендикулярно ( ? ) к C — ось.Следовательно, из P d a ? ч экс . Мы вывели ? быть порядка 10 < a ? < 2 Â 10 À 8 с/м. Делаем вывод, что а? меньше, чем k, что неудивительно, поскольку МЭ-связь анизотропна в монокристаллических МЭ-гексаферритах. 17 Для спирального случая возбуждений в многоконденсаторной схеме детектируемые электрическое и возбуждающее магнитные поля перпендикулярны друг другу (рис. 4). Так как направление электрического поля, измеренного поперек каждой последующей полоски (E d 1/4 VC/d), находится в плоскости пластины, а h ex направлено перпендикулярно плоскости пластины вдоль оси C, определим новый a ij, который представляет недиагональный элемент в тензорном представлении a .Диагональные элементы a ? (когда поля E и H направлены в одном направлении и перпендикулярны оси C) и a k (когда поля E и H снова направлены в одном направлении и вдоль оси C). 17 Используя соотношение 15,16 P d 1/4 a ij hi , где hi связано с h ex через коэффициент размагничивания (см. обсуждение в разделе III A), можно вычислить, что a ij равно 3 Â 10 À 8 –3,5 Â 10 À 6 с/м. В случае мультиконденсаторов индуцированная поляризация имеет максимум около $ 800 кГц как для соленоида, так и для возбуждения поля спиральной катушки.Похоже, что имеет место резонансное поведение. Если предположить ферромагнитный резонанс в нулевом поле или резонанс доменных стенок, то естественные резонансы возникают в гигагерцовом режиме. 16 Однако, если мы принимаем акустическую скорость $ 5 Â 10 5 см/с (подходит для гексаферритов 18,19 ), мы вычисляем длину полуволны $ 3 мм, которая соответствует размерности многоэлектродного расположения нашего эксперимент. Наконец, мы определяем чувствительность как отношение измеренного или обнаруженного наведенного электрического поля либо на одном конденсаторе, либо на одном из конденсаторов в схеме с несколькими конденсаторами по отношению к внутреннему магнитному полю, h , как S 1/4 E = h .Поскольку E d масштабируется как P d, частотная зависимость S очень похожа на поведение, показанное на рис. 6, см. рис. 7. Меньшая чувствительность, измеренная в схеме обнаружения с несколькими конденсаторами, по сравнению с обнаружением с одним конденсатором, обусловлена меньший коэффициент МЭ связи ( a ? , a ij ( a jj ) для любого режима возбуждения магнитного поля в многоконденсаторном случае. Отмечено, что за счет уменьшения зазора между полосками в многоконденсаторной схеме детектируемое электрическое поле может быть повышена в 1000 раз и более и, следовательно, увеличить чувствительность в этот раз.Снова максимум чувствительности наблюдался при использовании мультиконденсаторного детектирования на частоте около 800 кГц. Это подтверждает, что S действительно масштабируется как индуцированная поляризация, как и следовало ожидать. В обратном методе МЭ переменное напряжение или электрическое поле Е прикладывают или возбуждают к образцу МЭ через один конденсатор или несколько конденсаторов (см. рис. 1), а изменение намагниченности М определяют с помощью напряжение на соленоиде или спиральной катушке за счет индукции тока в катушке. При возбуждении с одним конденсатором наведенная намагниченность или направление потока перпендикулярны плоскости пластины.В режиме возбуждения с несколькими конденсаторами переменная намагниченность или поток индуцируются в плоскости пластины. Напряжение на соленоиде или спиральной катушке индуцируется изменением тока, протекающего в катушке, поскольку магнитное поле или поток генерируется индуцированными изменениями намагниченности внутри образца МЭ. Схема цепи детектирования показана на рис. 8. Переменное напряжение 0,6 Впик-пик прикладывается или возбуждается к конденсатору С, см. рис. 8. Размах возбуждаемого электрического поля, Е ex , составлял 1 кВ/м. . Кроме того, H b 120 Oe наносили параллельно E ex , перпендикулярно плоскости пластины.Целью H b является подготовка образца в единый магнитный домен. Эффект ME допускает изменения M из-за E ex . Изменение намагниченности индуцирует «магнитный» заряд на поверхности образца (закон Гаусса), очень похожий на электрический заряд, а магнитные «заряды» излучают силовые линии, которые обнаруживаются катушкой N раз. Размах напряжения, V out (V t ), был измерен или обнаружен на катушке в соответствии с законом Фарадея и рассмотрен как обнаруженный выходной сигнал, уравнение. ...

Контекст 3

…. однофазные магнитоэлектрические (МЭ) гексаферриты 1–6 продемонстрировали высокую МЭ-связь a при комнатной температуре. Таким образом, представляется возможным разработать и изготовить новые устройства на основе МЭ-эффекта. МЭ-эффект подразумевает, что приложение магнитного поля H индуцирует электрическую поляризацию P, а в обратном случае приложения электрического поля E индуцируется намагниченность M в материале. Хотя однофазные МЭ материалы, работающие при комнатной температуре, стали недавним открытием, композитные материалы, состоящие из магнитострикционных и пьезоэлектрических слоев, механически связанных друг с другом, использовались в разработках МЭ устройств гораздо дольше.7–9 Обычно механизм связи между двумя слоями осуществляется через поле деформации. Эволюция однофазных гексаферритов МЭ, демонстрирующих высокие значения а при комнатной температуре, позволяет иметь перекрестную связь между электрическим и магнитным полями в однослойной структуре. Таким образом, возможно, настало время рассмотреть следующее поколение устройств, таких как датчики 10 или перестраиваемые микроволновые устройства, использующие однофазные МЭ-гексаферритовые материалы. Опять же, напряжение является посредником для связи между магнитными и электрическими полями, но оно генерируется внутри одного слоя или плиты гексаферрита ME.Недавно были проведены эксперименты с МЭ гексаферритами на очень низких частотах ($ DC) для изучения поляризационных измерений 11 и на высоких частотах 12 в микроволновом режиме (диапазоны ГГц). В этой статье мы исследуем МЭ-эффект в однофазных гексаферритах в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц с целью исследования свойств МЭ-эффектов и исследования потенциалов для датчиков магнитного поля и электрического поля или любых настраиваемых устройств в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц. этот диапазон частот. Потенциальные применения включают биомедицинское зондирование, например, в магнитоэнцефалографии (МЭГ) 13 и магнитокардиографии (МКГ).14 Для этих исследований были разработаны и реализованы два типа экспериментальных методик. В первом методе мы называем его прямым экспериментальным методом МЭ: переменное магнитное поле H, создаваемое с помощью соленоида или спиральной катушки, индуцирует электрическое поле E или поляризацию P в МЭ материале. Наведенная поляризация измеряется в схеме обнаружения емкости. В одной схеме емкостной детектор состоял из одного конденсатора, при этом пластина МЭ помещалась между двумя электродами конденсатора.В другой схеме емкостной детектор состоял из набора мультиконденсаторов, при этом на поверхность пластины МЭ были нанесены параллельные электроды. Второй метод, называемый здесь обратным экспериментальным методом МЭ, в котором переменное напряжение или электрическое поле E прикладывают к одному конденсатору или группе мультиконденсаторов, а наведенная намагниченность M индуцируется в материале МЭ. . Индуцированная намагниченность обнаруживается с помощью соленоида или спиральной катушки как индуцированный ток в катушке из-за индукции магнитных полей из-за изменений намагниченности.В обратном методе МЭ поля возбуждения E прикладывались либо к одному конденсатору, либо к нескольким конденсаторам. Цель размещения нескольких конденсаторов состояла в том, чтобы уменьшить требуемое напряжение для создания реальных Е-полей в МЭ пластине. Например, при подаче 1 В на два электрода многоэлектродной системы, разделенных расстоянием 1 м, будет генерироваться поле Е порядка 10 6 В/м в плоскости пластины. Без установки нескольких конденсаторов потребовалось бы напряжение 10 000 В для создания такого же электрического поля, если предположить, что пластина толщиной 1 см.Ясно, что это не практическое напряжение, особенно для потенциальных приложений интегральных схем. Для возбуждения электрического поля одиночным конденсатором требуемые напряжения были достаточно ниже для проведения экспериментов, поскольку толщина пластины составляла $ 0,5 мм. Однако в этом случае поля E были направлены перпендикулярно плоскости пластины, в отличие от случая возбуждения с несколькими конденсаторами (E направлена ​​в плоскости пластины). Таким образом, в заключение мы представляем две альтернативы для магнитных возбуждений и детекторов (спираль против соленоида) и две альтернативы для возбуждений и детекторов электрического поля (один конденсатор против нескольких конденсаторов).Акцент экспериментов был сделан на разработку методов изучения свойств гексаферритов МЭ и изучения эффектов МЭ для потенциальных сенсорных детекторов. В разд. II, дано описание методов измерения и аппаратуры. В пп. III (метод прямого МЭ) и IV (метод обратного МЭ). В разд. V приведены нелинейные возбуждения для обратных экспериментов и, наконец, обсуждения и выводы включены в гл.VI. Объемные монокристаллические пластины гексаферрита Z-типа, Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41 , использовались во всех наших экспериментах. Однофазный МЭ материал был охарактеризован в предыдущих экспериментах с вибрационным магнитометром (VSM), давшим значение 10 À 6 с/м. 15 Как показано на рис. 1, мы использовали два типа катушек для создания или обнаружения магнитных полей H: спиральные и соленоидные катушки. Для обнаружения и возбуждения поля E использовались один конденсатор и несколько конденсаторов. В режиме возбуждения поле Е прикладывалось нормально, а также в плоскости МЭ пластины.Нанесение Е по нормали к плите является простым, но для Е в плоскости плиты мы разработали метод поддержания требований к напряжению на относительно низком уровне, чтобы вызвать МЭ эффекты в устройствах, рис. 1. Параллельные металлические полоски были нанесены на плоскость плиты. . Таким образом, обнаружение (прямое) или возбуждение (обратное) Е может быть просто выполнено с использованием одного конденсатора или нескольких конденсаторов, рис. 1, устройств. В схеме с одним конденсатором электроды нанесены на обе поверхности пластины.В схеме с несколькими конденсаторами имеется пять конденсаторов для генерации или обнаружения E в плоскости пластины. Толщина плиты 0,5 мм, поперечные размеры 5 и 6 мм. Ширина токопроводящих полосок 0,5 мм, зазор между полосками 0,5 мм. Соленоид или спиральная катушка использовались для обнаружения (обратного) или приложения H-поля (прямого). Диаметр соленоида 10 мм, длина 16 мм, число витков 500. Спиральная катушка с 1200 витками, шириной 2 мкм и расстоянием 2 мкм была изготовлена ​​на подложке Si/SiO 2 путем формирования Au толщиной 150 нм в процессе отрыва.Общий диаметр спирального витка 1 см. Спиральный чип был соединен проволокой с держателем чипа, чтобы сделать электрические соединения двух контактных площадок катушки, а затем пластина ME была установлена ​​поверх чипа, разделенного листом майлара. Переменное напряжение прикладывалось к соленоидной катушке (значение индуктивности 5,4 мГн) для создания переменного магнитного поля H на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ регистрировали либо с помощью одного конденсатора (Е перпендикулярно плоскости пластины), либо с помощью схемы с несколькими конденсаторами (Е в плоскости пластины), см.2. Таким образом, переменный ток, протекающий через любое расположение конденсаторов, контролирует поляризацию P и, следовательно, E . В случае использования спиральной катушки к спиральной катушке прикладывалось переменное напряжение (значение индуктивности 1,7 л Гн) для создания возбуждаемого переменного магнитного поля Н на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ определялось либо с помощью одного конденсатора, либо с помощью нескольких конденсаторов, см. рис. 1, аналогично возбуждению соленоидной катушки. В схеме, показанной на рис.2, единственный конденсатор был электрически смещен на E b 1/4 180 В/м через конденсатор емкостью 20 мкФ. На конденсатор подавалось постоянное напряжение 0,11 В (V b 1/4 0,2 В). Кроме того, мы поляризуем или смещаем МЭ материал в статических магнитных полях H b 1800 и 550 Э. H b прикладывали перпендикулярно переменному магнитному полю, создаваемому в катушке соленоида, h ex . Целью смещающих полей было удаление остаточных доменов и подготовка образца в виде одиночных магнитных и электрических поляризованных доменов. Полярное постоянное магнитное поле, Hb, было удалено при измерении электрической поляризации переменного тока.Наведенная поляризация P измерялась путем контроля тока через резистор Ro, где P 1/4 Io = j x . A — площадь поперечного сечения конденсатора, вставленного A в катушку соленоида, а x — радиальная частота. Электрическая восприимчивость образца v e была получена из соотношения P 1/4 e 0 v e v d d , где v d — размах напряжения на конденсаторе, а d — толщина пластины или ширина конденсатора. Мы измерили v e как 7020 . Возбужденные или примененные и предвзятые помечены нижними индексами «ex» и «b» соответственно.Обнаруженные поля отмечены нижним индексом «d». Отмечено, что для обнаружения одиночного конденсатора все поля параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пластины (ось C), за исключением смещающих или поляризованных магнитных полей, приложенных в плоскости пластины, см. рис. 2. Однако это показано, что h ex представляет внешнее поле возбуждения, поскольку основное взаимодействие или связь происходит между внутренними магнитными полями возбуждения, такими как hi, и внутренними электрическими полями. Обычно h ex 1/4 h i , особенно для образцов в форме пластин.В частности, внутреннее переменное магнитное поле h i в МЭ образце, перпендикулярном плоскости пластины, значительно уменьшается по сравнению с h ex за счет размагничивающего поля. Соотношение между h и h приведено 16 …

Контекст 4

… однофазные магнитоэлектрические (МЭ) гексаферриты 1–6 продемонстрировали высокое МЭ-взаимодействие a при комнатной температуре. Таким образом, представляется возможным разработать и изготовить новые устройства на основе МЭ-эффекта. МЭ-эффект подразумевает, что приложение магнитного поля H индуцирует электрическую поляризацию P, а в обратном случае приложения электрического поля E индуцируется намагниченность M в материале.Хотя однофазные МЭ материалы, работающие при комнатной температуре, стали недавним открытием, композитные материалы, состоящие из магнитострикционных и пьезоэлектрических слоев, механически связанных друг с другом, использовались в разработках МЭ устройств гораздо дольше. 7–9 Обычно механизм связи между двумя слоями осуществляется через поле деформации. Эволюция однофазных гексаферритов МЭ, демонстрирующих высокие значения а при комнатной температуре, позволяет иметь перекрестную связь между электрическим и магнитным полями в однослойной структуре.Таким образом, возможно, настало время рассмотреть следующее поколение устройств, таких как датчики 10 или перестраиваемые микроволновые устройства, использующие однофазные МЭ-гексаферритовые материалы. Опять же, напряжение является посредником для связи между магнитными и электрическими полями, но оно генерируется внутри одного слоя или плиты гексаферрита ME. Недавно были проведены эксперименты с МЭ гексаферритами на очень низких частотах ($ DC) для изучения поляризационных измерений 11 и на высоких частотах 12 в микроволновом режиме (диапазоны ГГц).В этой статье мы исследуем МЭ-эффект в однофазных гексаферритах в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц с целью исследования свойств МЭ-эффектов и исследования потенциалов для датчиков магнитного поля и электрического поля или любых настраиваемых устройств в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц. этот диапазон частот. Потенциальные применения включают биомедицинское зондирование, например, в магнитоэнцефалографии (МЭГ) 13 и магнитокардиографии (МКГ). 14 Для этих исследований были разработаны и реализованы два типа экспериментальных методик.В первом методе мы называем его прямым экспериментальным методом МЭ: переменное магнитное поле H, создаваемое с помощью соленоида или спиральной катушки, индуцирует электрическое поле E или поляризацию P в МЭ материале. Наведенная поляризация измеряется в схеме обнаружения емкости. В одной схеме емкостной детектор состоял из одного конденсатора, при этом пластина МЭ помещалась между двумя электродами конденсатора. В другой схеме емкостной детектор состоял из набора мультиконденсаторов, при этом на поверхность пластины МЭ были нанесены параллельные электроды.Второй метод, называемый здесь обратным экспериментальным методом МЭ, в котором переменное напряжение или электрическое поле E прикладывают к одному конденсатору или группе мультиконденсаторов, а наведенная намагниченность M индуцируется в материале МЭ. . Индуцированная намагниченность обнаруживается с помощью соленоида или спиральной катушки как индуцированный ток в катушке из-за индукции магнитных полей из-за изменений намагниченности. В обратном методе МЭ поля возбуждения E прикладывались либо к одному конденсатору, либо к нескольким конденсаторам.Цель размещения нескольких конденсаторов состояла в том, чтобы уменьшить требуемое напряжение для создания реальных Е-полей в МЭ пластине. Например, при подаче 1 В на два электрода многоэлектродной системы, разделенных расстоянием 1 м, будет генерироваться поле Е порядка 10 6 В/м в плоскости пластины. Без установки нескольких конденсаторов потребовалось бы напряжение 10 000 В для создания такого же электрического поля, если предположить, что пластина толщиной 1 см. Ясно, что это не практическое напряжение, особенно для потенциальных приложений интегральных схем.Для возбуждения электрического поля одиночным конденсатором требуемые напряжения были достаточно ниже для проведения экспериментов, поскольку толщина пластины составляла $ 0,5 мм. Однако в этом случае поля E были направлены перпендикулярно плоскости пластины, в отличие от случая возбуждения с несколькими конденсаторами (E направлена ​​в плоскости пластины). Таким образом, в заключение мы представляем две альтернативы для магнитных возбуждений и детекторов (спираль против соленоида) и две альтернативы для возбуждений и детекторов электрического поля (один конденсатор против нескольких конденсаторов).Акцент экспериментов был сделан на разработку методов изучения свойств гексаферритов МЭ и изучения эффектов МЭ для потенциальных сенсорных детекторов. В разд. II, дано описание методов измерения и аппаратуры. В пп. III (метод прямого МЭ) и IV (метод обратного МЭ). В разд. V приведены нелинейные возбуждения для обратных экспериментов и, наконец, обсуждения и выводы включены в гл.VI. Объемные монокристаллические пластины гексаферрита Z-типа, Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41 , использовались во всех наших экспериментах. Однофазный МЭ материал был охарактеризован в предыдущих экспериментах с вибрационным магнитометром (VSM), давшим значение 10 À 6 с/м. 15 Как показано на рис. 1, мы использовали два типа катушек для создания или обнаружения магнитных полей H: спиральные и соленоидные катушки. Для обнаружения и возбуждения поля E использовались один конденсатор и несколько конденсаторов. В режиме возбуждения поле Е прикладывалось нормально, а также в плоскости МЭ пластины.Нанесение Е по нормали к плите является простым, но для Е в плоскости плиты мы разработали метод поддержания требований к напряжению на относительно низком уровне, чтобы вызвать МЭ эффекты в устройствах, рис. 1. Параллельные металлические полоски были нанесены на плоскость плиты. . Таким образом, обнаружение (прямое) или возбуждение (обратное) Е может быть просто выполнено с использованием одного конденсатора или нескольких конденсаторов, рис. 1, устройств. В схеме с одним конденсатором электроды нанесены на обе поверхности пластины.В схеме с несколькими конденсаторами имеется пять конденсаторов для генерации или обнаружения E в плоскости пластины. Толщина плиты 0,5 мм, поперечные размеры 5 и 6 мм. Ширина токопроводящих полосок 0,5 мм, зазор между полосками 0,5 мм. Соленоид или спиральная катушка использовались для обнаружения (обратного) или приложения H-поля (прямого). Диаметр соленоида 10 мм, длина 16 мм, число витков 500. Спиральная катушка с 1200 витками, шириной 2 мкм и расстоянием 2 мкм была изготовлена ​​на подложке Si/SiO 2 путем формирования Au толщиной 150 нм в процессе отрыва.Общий диаметр спирального витка 1 см. Спиральный чип был соединен проволокой с держателем чипа, чтобы сделать электрические соединения двух контактных площадок катушки, а затем пластина ME была установлена ​​поверх чипа, разделенного листом майлара. Переменное напряжение прикладывалось к соленоидной катушке (значение индуктивности 5,4 мГн) для создания переменного магнитного поля H на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ регистрировали либо с помощью одного конденсатора (Е перпендикулярно плоскости пластины), либо с помощью схемы с несколькими конденсаторами (Е в плоскости пластины), см.2. Таким образом, переменный ток, протекающий через любое расположение конденсаторов, контролирует поляризацию P и, следовательно, E . В случае использования спиральной катушки к спиральной катушке прикладывалось переменное напряжение (значение индуктивности 1,7 л Гн) для создания возбуждаемого переменного магнитного поля Н на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ определялось либо с помощью одного конденсатора, либо с помощью нескольких конденсаторов, см. рис. 1, аналогично возбуждению соленоидной катушки. В схеме, показанной на рис.2, единственный конденсатор был электрически смещен на E b 1/4 180 В/м через конденсатор емкостью 20 мкФ. На конденсатор подавалось постоянное напряжение 0,11 В (V b 1/4 0,2 В). Кроме того, мы поляризуем или смещаем МЭ материал в статических магнитных полях H b 1800 и 550 Э. H b прикладывали перпендикулярно переменному магнитному полю, создаваемому в катушке соленоида, h ex . Целью смещающих полей было удаление остаточных доменов и подготовка образца в виде одиночных магнитных и электрических поляризованных доменов. Полярное постоянное магнитное поле, Hb, было удалено при измерении электрической поляризации переменного тока.Наведенная поляризация P измерялась путем контроля тока через резистор Ro, где P 1/4 Io = j x . A — площадь поперечного сечения конденсатора, вставленного A в катушку соленоида, а x — радиальная частота. Электрическая восприимчивость образца v e была получена из соотношения P 1/4 e 0 v e v d d , где v d — размах напряжения на конденсаторе, а d — толщина пластины или ширина конденсатора. Мы измерили v e как 7020 . Возбужденные или примененные и предвзятые помечены нижними индексами «ex» и «b» соответственно.Обнаруженные поля отмечены нижним индексом «d». Отмечено, что для обнаружения одиночного конденсатора все поля параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пластины (ось C), за исключением смещающих или поляризованных магнитных полей, приложенных в плоскости пластины, см. рис. 2. Однако это показано, что h ex представляет внешнее поле возбуждения, поскольку основное взаимодействие или связь происходит между внутренними магнитными полями возбуждения, такими как hi, и внутренними электрическими полями. Обычно h ex 1/4 h i , особенно для образцов в форме пластин.В частности, внутреннее переменное магнитное поле h i в МЭ образце, перпендикулярном плоскости пластины, значительно уменьшается по сравнению с h ex за счет размагничивающего поля. Соотношение между h и h приведено 16 …

Контекст 5

… однофазные магнитоэлектрические (МЭ) гексаферриты 1–6 продемонстрировали высокую МЭ-связь, a , при комнатной температуре. Таким образом, представляется возможным разработать и изготовить новые устройства на основе МЭ-эффекта. МЭ-эффект подразумевает, что приложение магнитного поля H индуцирует электрическую поляризацию P, а в обратном случае приложения электрического поля E индуцируется намагниченность M в материале.Хотя однофазные МЭ материалы, работающие при комнатной температуре, стали недавним открытием, композитные материалы, состоящие из магнитострикционных и пьезоэлектрических слоев, механически связанных друг с другом, использовались в разработках МЭ устройств гораздо дольше. 7–9 Обычно механизм связи между двумя слоями осуществляется через поле деформации. Эволюция однофазных гексаферритов МЭ, демонстрирующих высокие значения а при комнатной температуре, позволяет иметь перекрестную связь между электрическим и магнитным полями в однослойной структуре.Таким образом, возможно, настало время рассмотреть следующее поколение устройств, таких как датчики 10 или перестраиваемые микроволновые устройства, использующие однофазные МЭ-гексаферритовые материалы. Опять же, напряжение является посредником для связи между магнитными и электрическими полями, но оно генерируется внутри одного слоя или плиты гексаферрита ME. Недавно были проведены эксперименты с МЭ гексаферритами на очень низких частотах ($ DC) для изучения поляризационных измерений 11 и на высоких частотах 12 в микроволновом режиме (диапазоны ГГц).В этой статье мы исследуем МЭ-эффект в однофазных гексаферритах в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц с целью исследования свойств МЭ-эффектов и исследования потенциалов для датчиков магнитного поля и электрического поля или любых настраиваемых устройств в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц. этот диапазон частот. Потенциальные применения включают биомедицинское зондирование, например, в магнитоэнцефалографии (МЭГ) 13 и магнитокардиографии (МКГ). 14 Для этих исследований были разработаны и реализованы два типа экспериментальных методик.В первом методе мы называем его прямым экспериментальным методом МЭ: переменное магнитное поле H, создаваемое с помощью соленоида или спиральной катушки, индуцирует электрическое поле E или поляризацию P в МЭ материале. Наведенная поляризация измеряется в схеме обнаружения емкости. В одной схеме емкостной детектор состоял из одного конденсатора, при этом пластина МЭ помещалась между двумя электродами конденсатора. В другой схеме емкостной детектор состоял из набора мультиконденсаторов, при этом на поверхность пластины МЭ были нанесены параллельные электроды.Второй метод, называемый здесь обратным экспериментальным методом МЭ, в котором переменное напряжение или электрическое поле E прикладывают к одному конденсатору или группе мультиконденсаторов, а наведенная намагниченность M индуцируется в материале МЭ. . Индуцированная намагниченность обнаруживается с помощью соленоида или спиральной катушки как индуцированный ток в катушке из-за индукции магнитных полей из-за изменений намагниченности. В обратном методе МЭ поля возбуждения E прикладывались либо к одному конденсатору, либо к нескольким конденсаторам.Цель размещения нескольких конденсаторов состояла в том, чтобы уменьшить требуемое напряжение для создания реальных Е-полей в МЭ пластине. Например, при подаче 1 В на два электрода многоэлектродной системы, разделенных расстоянием 1 м, будет генерироваться поле Е порядка 10 6 В/м в плоскости пластины. Без установки нескольких конденсаторов потребовалось бы напряжение 10 000 В для создания такого же электрического поля, если предположить, что пластина толщиной 1 см. Ясно, что это не практическое напряжение, особенно для потенциальных приложений интегральных схем.Для возбуждения электрического поля одиночным конденсатором требуемые напряжения были достаточно ниже для проведения экспериментов, поскольку толщина пластины составляла $ 0,5 мм. Однако в этом случае поля E были направлены перпендикулярно плоскости пластины, в отличие от случая возбуждения с несколькими конденсаторами (E направлена ​​в плоскости пластины). Таким образом, в заключение мы представляем две альтернативы для магнитных возбуждений и детекторов (спираль против соленоида) и две альтернативы для возбуждений и детекторов электрического поля (один конденсатор против нескольких конденсаторов).Акцент экспериментов был сделан на разработку методов изучения свойств гексаферритов МЭ и изучения эффектов МЭ для потенциальных сенсорных детекторов. В разд. II, дано описание методов измерения и аппаратуры. В пп. III (метод прямого МЭ) и IV (метод обратного МЭ). В разд. V приведены нелинейные возбуждения для обратных экспериментов и, наконец, обсуждения и выводы включены в гл.VI. Объемные монокристаллические пластины гексаферрита Z-типа, Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41 , использовались во всех наших экспериментах. Однофазный МЭ материал был охарактеризован в предыдущих экспериментах с вибрационным магнитометром (VSM), давшим значение 10 À 6 с/м. 15 Как показано на рис. 1, мы использовали два типа катушек для создания или обнаружения магнитных полей H: спиральные и соленоидные катушки. Для обнаружения и возбуждения поля E использовались один конденсатор и несколько конденсаторов. В режиме возбуждения поле Е прикладывалось нормально, а также в плоскости МЭ пластины.Нанесение Е по нормали к плите является простым, но для Е в плоскости плиты мы разработали метод поддержания требований к напряжению на относительно низком уровне, чтобы вызвать МЭ эффекты в устройствах, рис. 1. Параллельные металлические полоски были нанесены на плоскость плиты. . Таким образом, обнаружение (прямое) или возбуждение (обратное) Е может быть просто выполнено с использованием одного конденсатора или нескольких конденсаторов, рис. 1, устройств. В схеме с одним конденсатором электроды нанесены на обе поверхности пластины.В схеме с несколькими конденсаторами имеется пять конденсаторов для генерации или обнаружения E в плоскости пластины. Толщина плиты 0,5 мм, поперечные размеры 5 и 6 мм. Ширина токопроводящих полосок 0,5 мм, зазор между полосками 0,5 мм. Соленоид или спиральная катушка использовались для обнаружения (обратного) или приложения H-поля (прямого). Диаметр соленоида 10 мм, длина 16 мм, число витков 500. Спиральная катушка с 1200 витками, шириной 2 мкм и расстоянием 2 мкм была изготовлена ​​на подложке Si/SiO 2 путем формирования Au толщиной 150 нм в процессе отрыва.Общий диаметр спирального витка 1 см. Спиральный чип был соединен проволокой с держателем чипа, чтобы сделать электрические соединения двух контактных площадок катушки, а затем пластина ME была установлена ​​поверх чипа, разделенного листом майлара. Переменное напряжение прикладывалось к соленоидной катушке (значение индуктивности 5,4 мГн) для создания переменного магнитного поля H на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ регистрировали либо с помощью одного конденсатора (Е перпендикулярно плоскости пластины), либо с помощью схемы с несколькими конденсаторами (Е в плоскости пластины), см.2. Таким образом, переменный ток, протекающий через любое расположение конденсаторов, контролирует поляризацию P и, следовательно, E . В случае использования спиральной катушки к спиральной катушке прикладывалось переменное напряжение (значение индуктивности 1,7 л Гн) для создания возбуждаемого переменного магнитного поля Н на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ определялось либо с помощью одного конденсатора, либо с помощью нескольких конденсаторов, см. рис. 1, аналогично возбуждению соленоидной катушки. В схеме, показанной на рис.2, единственный конденсатор был электрически смещен на E b 1/4 180 В/м через конденсатор емкостью 20 мкФ. На конденсатор подавалось постоянное напряжение 0,11 В (V b 1/4 0,2 В). Кроме того, мы поляризуем или смещаем МЭ материал в статических магнитных полях H b 1800 и 550 Э. H b прикладывали перпендикулярно переменному магнитному полю, создаваемому в катушке соленоида, h ex . Целью смещающих полей было удаление остаточных доменов и подготовка образца в виде одиночных магнитных и электрических поляризованных доменов. Полярное постоянное магнитное поле, Hb, было удалено при измерении электрической поляризации переменного тока.Наведенная поляризация P измерялась путем контроля тока через резистор Ro, где P 1/4 Io = j x . A — площадь поперечного сечения конденсатора, вставленного A в катушку соленоида, а x — радиальная частота. Электрическая восприимчивость образца v e была получена из соотношения P 1/4 e 0 v e v d d , где v d — размах напряжения на конденсаторе, а d — толщина пластины или ширина конденсатора. Мы измерили v e как 7020 . Возбужденные или примененные и предвзятые помечены нижними индексами «ex» и «b» соответственно.Обнаруженные поля отмечены нижним индексом «d». Отмечено, что для обнаружения одиночного конденсатора все поля параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пластины (ось C), за исключением смещающих или поляризованных магнитных полей, приложенных в плоскости пластины, см. рис. 2. Однако это показано, что h ex представляет внешнее поле возбуждения, поскольку основное взаимодействие или связь происходит между внутренними магнитными полями возбуждения, такими как hi, и внутренними электрическими полями. Обычно h ex 1/4 h i , особенно для образцов в форме пластин.В частности, внутреннее переменное магнитное поле h i в МЭ образце, перпендикулярном плоскости пластины, значительно уменьшается по сравнению с h ex за счет размагничивающего поля. Соотношение между h и h приведено 16 …

Контекст 6

… однофазные магнитоэлектрические (МЭ) гексаферриты 1–6 продемонстрировали высокую МЭ-связь, a , при комнатной температуре. Таким образом, представляется возможным разработать и изготовить новые устройства на основе МЭ-эффекта. МЭ-эффект подразумевает, что приложение магнитного поля H индуцирует электрическую поляризацию P, а в обратном случае приложения электрического поля E индуцируется намагниченность M в материале.Хотя однофазные МЭ материалы, работающие при комнатной температуре, стали недавним открытием, композитные материалы, состоящие из магнитострикционных и пьезоэлектрических слоев, механически связанных друг с другом, использовались в разработках МЭ устройств гораздо дольше. 7–9 Обычно механизм связи между двумя слоями осуществляется через поле деформации. Эволюция однофазных гексаферритов МЭ, демонстрирующих высокие значения а при комнатной температуре, позволяет иметь перекрестную связь между электрическим и магнитным полями в однослойной структуре.Таким образом, возможно, настало время рассмотреть следующее поколение устройств, таких как датчики 10 или перестраиваемые микроволновые устройства, использующие однофазные МЭ-гексаферритовые материалы. Опять же, напряжение является посредником для связи между магнитными и электрическими полями, но оно генерируется внутри одного слоя или плиты гексаферрита ME. Недавно были проведены эксперименты с МЭ гексаферритами на очень низких частотах ($ DC) для изучения поляризационных измерений 11 и на высоких частотах 12 в микроволновом режиме (диапазоны ГГц).В этой статье мы исследуем МЭ-эффект в однофазных гексаферритах в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц с целью исследования свойств МЭ-эффектов и исследования потенциалов для датчиков магнитного поля и электрического поля или любых настраиваемых устройств в диапазоне частот от 100 Гц до 10 МГц. этот диапазон частот. Потенциальные применения включают биомедицинское зондирование, например, в магнитоэнцефалографии (МЭГ) 13 и магнитокардиографии (МКГ). 14 Для этих исследований были разработаны и реализованы два типа экспериментальных методик.В первом методе мы называем его прямым экспериментальным методом МЭ: переменное магнитное поле H, создаваемое с помощью соленоида или спиральной катушки, индуцирует электрическое поле E или поляризацию P в МЭ материале. Наведенная поляризация измеряется в схеме обнаружения емкости. В одной схеме емкостной детектор состоял из одного конденсатора, при этом пластина МЭ помещалась между двумя электродами конденсатора. В другой схеме емкостной детектор состоял из набора мультиконденсаторов, при этом на поверхность пластины МЭ были нанесены параллельные электроды.Второй метод, называемый здесь обратным экспериментальным методом МЭ, в котором переменное напряжение или электрическое поле E прикладывают к одному конденсатору или группе мультиконденсаторов, а наведенная намагниченность M индуцируется в материале МЭ. . Индуцированная намагниченность обнаруживается с помощью соленоида или спиральной катушки как индуцированный ток в катушке из-за индукции магнитных полей из-за изменений намагниченности. В обратном методе МЭ поля возбуждения E прикладывались либо к одному конденсатору, либо к нескольким конденсаторам.Цель размещения нескольких конденсаторов состояла в том, чтобы уменьшить требуемое напряжение для создания реальных Е-полей в МЭ пластине. Например, при подаче 1 В на два электрода многоэлектродной системы, разделенных расстоянием 1 м, будет генерироваться поле Е порядка 10 6 В/м в плоскости пластины. Без установки нескольких конденсаторов потребовалось бы напряжение 10 000 В для создания такого же электрического поля, если предположить, что пластина толщиной 1 см. Ясно, что это не практическое напряжение, особенно для потенциальных приложений интегральных схем.Для возбуждения электрического поля одиночным конденсатором требуемые напряжения были достаточно ниже для проведения экспериментов, поскольку толщина пластины составляла $ 0,5 мм. Однако в этом случае поля E были направлены перпендикулярно плоскости пластины, в отличие от случая возбуждения с несколькими конденсаторами (E направлена ​​в плоскости пластины). Таким образом, в заключение мы представляем две альтернативы для магнитных возбуждений и детекторов (спираль против соленоида) и две альтернативы для возбуждений и детекторов электрического поля (один конденсатор против нескольких конденсаторов).Акцент экспериментов был сделан на разработку методов изучения свойств гексаферритов МЭ и изучения эффектов МЭ для потенциальных сенсорных детекторов. В разд. II, дано описание методов измерения и аппаратуры. В пп. III (метод прямого МЭ) и IV (метод обратного МЭ). В разд. V приведены нелинейные возбуждения для обратных экспериментов и, наконец, обсуждения и выводы включены в гл.VI. Объемные монокристаллические пластины гексаферрита Z-типа, Sr 3 Co 2 Fe 24 O 41 , использовались во всех наших экспериментах. Однофазный МЭ материал был охарактеризован в предыдущих экспериментах с вибрационным магнитометром (VSM), давшим значение 10 À 6 с/м. 15 Как показано на рис. 1, мы использовали два типа катушек для создания или обнаружения магнитных полей H: спиральные и соленоидные катушки. Для обнаружения и возбуждения поля E использовались один конденсатор и несколько конденсаторов. В режиме возбуждения поле Е прикладывалось нормально, а также в плоскости МЭ пластины.Нанесение Е по нормали к плите является простым, но для Е в плоскости плиты мы разработали метод поддержания требований к напряжению на относительно низком уровне, чтобы вызвать МЭ эффекты в устройствах, рис. 1. Параллельные металлические полоски были нанесены на плоскость плиты. . Таким образом, обнаружение (прямое) или возбуждение (обратное) Е может быть просто выполнено с использованием одного конденсатора или нескольких конденсаторов, рис. 1, устройств. В схеме с одним конденсатором электроды нанесены на обе поверхности пластины.В схеме с несколькими конденсаторами имеется пять конденсаторов для генерации или обнаружения E в плоскости пластины. Толщина плиты 0,5 мм, поперечные размеры 5 и 6 мм. Ширина токопроводящих полосок 0,5 мм, зазор между полосками 0,5 мм. Соленоид или спиральная катушка использовались для обнаружения (обратного) или приложения H-поля (прямого). Диаметр соленоида 10 мм, длина 16 мм, число витков 500. Спиральная катушка с 1200 витками, шириной 2 мкм и расстоянием 2 мкм была изготовлена ​​на подложке Si/SiO 2 путем формирования Au толщиной 150 нм в процессе отрыва.Общий диаметр спирального витка 1 см. Спиральный чип был соединен проволокой с держателем чипа, чтобы сделать электрические соединения двух контактных площадок катушки, а затем пластина ME была установлена ​​поверх чипа, разделенного листом майлара. Переменное напряжение прикладывалось к соленоидной катушке (значение индуктивности 5,4 мГн) для создания переменного магнитного поля H на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ регистрировали либо с помощью одного конденсатора (Е перпендикулярно плоскости пластины), либо с помощью схемы с несколькими конденсаторами (Е в плоскости пластины), см.2. Таким образом, переменный ток, протекающий через любое расположение конденсаторов, контролирует поляризацию P и, следовательно, E . В случае использования спиральной катушки к спиральной катушке прикладывалось переменное напряжение (значение индуктивности 1,7 л Гн) для создания возбуждаемого переменного магнитного поля Н на образце МЭ. Индуцированное электрическое поле Е в образце МЭ определялось либо с помощью одного конденсатора, либо с помощью нескольких конденсаторов, см. рис. 1, аналогично возбуждению соленоидной катушки. В схеме, показанной на рис.2, единственный конденсатор был электрически смещен на E b 1/4 180 В/м через конденсатор емкостью 20 мкФ. На конденсатор подавалось постоянное напряжение 0,11 В (V b 1/4 0,2 В). Кроме того, мы поляризуем или смещаем МЭ материал в статических магнитных полях H b 1800 и 550 Э. H b прикладывали перпендикулярно переменному магнитному полю, создаваемому в катушке соленоида, h ex . Целью смещающих полей было удаление остаточных доменов и подготовка образца в виде одиночных магнитных и электрических поляризованных доменов. Полярное постоянное магнитное поле, Hb, было удалено при измерении электрической поляризации переменного тока.Наведенная поляризация P измерялась путем контроля тока через резистор Ro, где P 1/4 Io = j x . A — площадь поперечного сечения конденсатора, вставленного A в катушку соленоида, а x — радиальная частота. Электрическая восприимчивость образца v e была получена из соотношения P 1/4 e 0 v e v d d , где v d — размах напряжения на конденсаторе, а d — толщина пластины или ширина конденсатора. Мы измерили v e как 7020 . Возбужденные или примененные и предвзятые помечены нижними индексами «ex» и «b» соответственно.Обнаруженные поля отмечены нижним индексом «d». Отмечено, что для обнаружения одиночного конденсатора все поля параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пластины (ось C), за исключением смещающих или поляризованных магнитных полей, приложенных в плоскости пластины, см. рис. 2. Однако это показано, что h ex представляет внешнее поле возбуждения, поскольку основное взаимодействие или связь происходит между внутренними магнитными полями возбуждения, такими как hi, и внутренними электрическими полями. Обычно h ex 1/4 h i , особенно для образцов в форме пластин.В частности, внутреннее переменное магнитное поле h i в МЭ образце, перпендикулярном плоскости пластины, значительно уменьшается по сравнению с h ex за счет размагничивающего поля. Взаимосвязь между h и h дана 16 …

Сравнение надежности визуализации при изменении нагрузки образца для МРТ 3 Tesla

Приемные катушки с фазированной решеткой (ФАР) построены таким образом, что элементы катушки приближаются к независимому поведению антенны. Одним из методов достижения этой цели является использование доступного метода развязки для развязки соседних элементов катушки.Цель этой работы состояла в том, чтобы сравнить относительную производительность двух методов развязки в зависимости от изменения нагрузки образца. На относительное отношение сигнал/шум (SNR) оценивались две приемные катушки УМ с 5 каналами (5 каналов) в каждой, одинаковые внешние размеры, сформированные на цилиндрических фантомах диаметром 12 см с проводимостями 0,3, 0,6 и 0,9 См/м. и производительность параллельной обработки изображений. Они были только настроены и согласованы с фантомом 0,6 См/м. Смоделированные и измеренные аксиальные, сагиттальные и корональные отношения SNR 5-канальной PA катушки сравнивались путем деления перекрытия на результаты SNR емкостной развязанной катушки.Вопросы, связанные с выбором номиналов конденсаторов для двух методов развязки, оценивались путем определения соотношения согласующих и настроечных конденсаторов для больших и малых 2-канальных (2-канальных) катушек УМ. Отношения SNR показали, что SNR двух методов развязки были очень похожими. Карты обратного геометрического фактора показали аналогичную, но лучшую общую производительность параллельного изображения для метода емкостной развязки. Отношения максимальной и минимальной емкости конденсаторов 2-канальных катушек УМ равны 3.28 и 1,38 для больших и 3,28 и 2,22 для малых PA. Результаты этой статьи демонстрируют, что при изменении нагрузки образца методы емкостной развязки и развязки с перекрытием очень похожи по относительному SNR, и это сходство сохраняется для характеристик параллельной визуализации. Хотя для исследованных 5-канальных катушек метод емкостной развязки имеет небольшое преимущество SNR и параллельной визуализации, было отмечено, что катушка с емкостной развязкой с большей вероятностью столкнется с несобираемыми конфигурациями катушек PA.

1. Введение

Одновременная и независимая визуализация с помощью нескольких поверхностных катушек, также известных как катушки с фазированной решеткой (ФАР), дает много преимуществ [1]. Преимущества, упомянутые Roemer et al., заключаются в увеличенном поле зрения массива катушек (FOV) при сохранении местного высокого отношения сигнал-шум (SNR) каждого отдельного элемента катушки [2]. Ремер предложил первый метод объединения отдельных изображений попиксельно для формирования составного изображения с использованием оптимальных весов и фаз; они были получены в предположении независимого поведения антенны (нулевая взаимная связь между элементами катушки).

Катушки PA можно использовать даже при наличии сильной связи между элементами катушки, если известны амплитуда и фаза всех взаимодействий между элементами катушки. Информация о связи может использоваться для удаления любого сигнала и шума, которые были переданы от одного элемента катушки к другому через взаимную связь [3]. Результирующие сигналы будут выглядеть так, как если бы они были получены от элементов катушки с независимым поведением антенны. Однако гораздо проще спроектировать и построить PA-катушку с минимальной связью между элементами катушки.Когда элемент катушки отделен от других элементов катушки, его настройку можно изменить, не влияя на настройку остальных элементов катушки. Это не относится к связанным усилителям мощности, где на настройку других элементов катушки могут сильно влиять, что делает непрактичной настройку усилителей мощности с большим количеством элементов катушки.

В настоящее время для разделения используется множество методов [3]. Одним из наиболее распространенных способов минимизации взаимной индуктивности между соседними элементами катушки является их частичное перекрытие или метод развязки с перекрытием (OD) [2].Альтернативный метод магнитной развязки реализуется путем соединения поверхностных катушек вместе с общей перемычкой и использования конденсатора на этой общей перемычке для устранения взаимной индуктивности или методом емкостной развязки (CD) [4–7]. Эти типы УМ обычно называют лестничными катушками [6, 8–10]. Дополнительные методы для приемных УМ-катушек включают гашение потока с помощью катушек индуктивности [11, 12], использование развязывающих экранов [13, 14], пассивных резонаторов [15] и саморазвязанных катушек [16]. Обзор различных методов развязки, их преимуществ и недостатков представлен Hui et al.[3].

Указанные методы развязки относятся к соседним элементам катушки. Для несмежных элементов катушки эффекты взаимной связи можно уменьшить, используя несогласованные предусилители. Эти предусилители уменьшают магнитную потокосцепление, помогая создать высокий импеданс на входе катушки, который подавляет ток, генерирующий магнитный поток [17]. Этот метод обычно используется в дополнение к уже упомянутым методам развязки.

Хотя были статьи, в которых представлены различные методы развязки, прямое сравнение различных методов не публиковалось.Остается показать, имеет ли один метод преимущество в SNR, устойчив к изменениям нагрузки или имеет проблемы, связанные с конструкцией.

В этой работе сравнивались смоделированные и измеренные SNR и характеристики параллельной визуализации 5-канальной (5-канальной) катушки CD PA и 5-канальной катушки OD PA в зависимости от загрузки катушки. 5-канальные PA-катушки были сформированы вокруг цилиндрических фантомов, и была исследована устойчивость в характеристиках изображения между этими двумя распространенными методами развязки. Наконец, возможность сборки PA катушек с использованием любого из этих методов развязки была исследована с использованием малых и больших 2-канальных PA катушек.

2. Теория

Как указывалось ранее, Roemer et al. получили оптимальные веса и фазы для ЯМР PA в предположении отсутствия магнитной связи [2]. Магнитная связь между элементами катушки приводит не только к расщеплению частот, но и к совместному использованию как сигнала, так и шума (перекрестных помех) [2, 18]. Если не компенсировать перекрестные помехи перед объединением отдельных изображений в единое составное изображение, то при использовании метода объединения Ремера качество изображения может ухудшиться [18, 19]. По этой причине крайне важно максимально минимизировать магнитную связь.

2.1. Теория развязки с перекрытием

Развязку за счет перекрытия соседних элементов катушки можно понять с помощью закона индукции Фарадея и закона Ленца: где и — электродвижущая сила, магнитный поток, магнитное поле и площадь поверхности соответственно. Перекрестные помехи между катушками 1 и 2 диктуются законами Фарадея и Ленца. Из закона Фарадея следует уравнение для взаимной индуктивности (уравнение (2)) [20], где и : — магнитный поток, взаимная индуктивность и электрический ток соответственно.Величина взаимной индуктивности зависит от геометрии элементов катушки.

Взаимное сопротивление, через которое сигнал и шум передаются между катушками, показано в [4, 21]:

Имеется резистивная составляющая R 21 , связанная с коррелированным шумом и реактивной составляющей M 21 , через которые возникают перекрестные помехи [4, 18, 21]. Резистивная составляющая будет рассмотрена ниже, но для уравнения (2) взаимная индуктивность M 21 будет равна нулю, когда суммарный магнитный поток равен нулю при ненулевом токе, протекающем в контуре 1.При соблюдении уравнения (1) это возможно, потому что элемент катушки 1 может генерировать компоненты магнитного поля, перпендикулярные площади поверхности элемента катушки 2, которые являются как положительными, так и отрицательными, когда две катушки перекрываются. В результате сумма интеграла в уравнении (1) может быть равна нулю, а два элемента катушки могут быть развязаны путем исключения взаимной индуктивности. Ремер и др. обнаружили, что расстояние развязки между идентичными круглыми элементами катушки составляет ∼75% диаметра при измерении от центра каждого элемента катушки [2].На практике имеется еще и взаимная емкость, но реактивность этой взаимной емкости обычно мала по сравнению с реактивностью взаимной индуктивности и принималась равной нулю [16].

2.2. Теория емкостной развязки

В емкостной развязке используется конденсатор для компенсации реактивного сопротивления взаимной индуктивности между соседними элементами катушки, как показано в уравнении (4) [4]. Соседние элементы катушки CD не перекрываются, а вместо этого имеют общую ступеньку.Перекрёстные помехи между соседними элементами катушки устраняются за счёт добавления конденсатора в общую цепочку, который формирует реактивное сопротивление, которое может компенсировать реактивное сопротивление взаимной индуктивности. Наибольшая степень развязки между катушками возникает, когда величина реактивного сопротивления конденсатора равна величине реактивного сопротивления взаимной индуктивности на резонансной частоте:

2.3. Электрическое поле и коррелированный шум

Используя принцип взаимности, электрические поля, генерируемые каждым элементом катушки PA, взаимодействуют с образцом, что приводит к коррелированному шуму образца.Эта корреляция характеризуется сопротивлением R 21 взаимного импеданса, как указано выше. Эти сопротивления представляют собой ковариацию шума между элементами катушки. Углубленное исследование влияния коррелированного шума представлено Hayes et al. [22]. Эти сопротивления не приводят к смещению частоты и разделению сигнала/шума (перекрестным помехам) [2], но могут ограничивать SNR [22].

3. Методы

Был проведен смоделированный анализ с использованием SNR и данных параллельной визуализации, чтобы определить, какой метод развязки будет более устойчивым к изменениям нагрузки образца с использованием 5-канальных катушек PA.Были сконструированы 5-канальные PA-катушки и измерены SNR и параллельные данные визуализации для сравнения с данными моделирования. Кроме того, при использовании больших и малых 2-канальных PA-катушек сравнивалась степень изменения значения конденсатора элемента катушки для каждого метода развязки, чтобы определить, какой метод, скорее всего, столкнется с несобираемыми конфигурациями PA-катушек из-за нереализуемых значений емкости. Все симуляции были выполнены с использованием технологии компьютерного моделирования (CST), совместного моделирования Microwave Studio (MWS) и CST Design Studio (DS).

3.1. Моделирование 5-канальных катушек

SNR и характеристики параллельной визуализации были рассчитаны с использованием двух 5-канальных PA-катушек, развязанных одним из описанных методов развязки. Они были настроены и согласованы с фантомом 0,6 См/м, а затем, без внесения каких-либо изменений в настройку и согласование, численно измерены на фантомах с проводимостями 0,3, 0,6 и 0,9 См/м.

Отношение сигнал-шум было определено с помощью расчетов напряжения сигнала и шума. Напряжение сигнала рассчитывалось с помощью CST-MWS из магнитного поля каждого элемента катушки, генерируемого током в один ампер в элементе катушки [23].Значения поля B1 были рассчитаны с использованием уравнения (5b) [24]:

Магнитное поле передающей катушки, B1 + из уравнения (5a), обычно используется для определения угла поворота; однако передающая катушка не моделировалась в CST-MWS, и предполагался постоянный угол поворота 90 °. Намагниченность рассчитывалась с использованием уравнения (6а) с намагниченностью в равновесии, плотностью протонов, гиромагнитным отношением, постоянной Планка, деленной на 2 π , напряженностью статического магнитного поля, постоянной Больцмана, температурой (Кельвин), намагниченностью (положительная вращающаяся система отсчета). ), угол переворота, время повторения, время продольной релаксации и время поперечной релаксации соответственно [25].Наконец, уравнение (7) было использовано для расчета сигнала [24]:

Шумовое напряжение было рассчитано с использованием уравнения (8), где и – ковариационная матрица шума и ширина полосы (обратно времени задержки), а – произведение число фазовых и частотных кодов. Ковариационная матрица шума была извлечена из CST-DS путем удаления согласующих конденсаторов и последующего измерения действительной части z-параметров [26]. Ковариационная матрица шума была масштабирована, чтобы получить значения SNR, более соответствующие тому, что будет измерено на МРТ-сканере с использованием метода, описанного Kellman et al.[27]. Уравнения (7) и (8) относятся к области изображения, и уравнение (8) дало бы шум в k-пространстве, если бы не деление на . Уравнение (9) использовалось для объединения изображений с отдельных каналов в единое составное изображение SNR [2]:

. Параллельное сравнение изображений было выполнено между 5-канальными катушками CD и OD PA путем расчета обратных карт геометрического фактора (1/g -фактор) со скоростями ускорения ×2–×5 [28]. Каждая 5-канальная УМ-катушка была настроена и согласована с фантомом 0,6 См/м, и, без изменения значений каких-либо пассивных компонентов, были проведены расчеты карты с коэффициентом 1/g на фантоме 0.Были изготовлены фантомы 3, 0,6 и 0,9 См/м. 5-канальная PA-катушка и настройки фантома для сравнения параллельных изображений были такими же, как и для сравнения SNR (см. Рисунок 1).

Две 5-канальные катушки УМ были смоделированы со следующими общими физическими ограничениями, используя измерения межцентрового проводника: одинаковые общие размеры x и z , внешние размеры 15 см ×8 см соответственно, медная дорожка шириной 5 мм и пятью каналами на катушку PA. 5-канальная катушка CD PA имела элементы катушки x и z размеры 3 см ×8 см соответственно для всех элементов катушки, в то время как 5-канальные катушки OD PA имели все элементы катушки x и z . размеры 3.6 см × 8 см соответственно. Катушки PA также должны были иметь одинаковые внешние размеры. Каждый элемент катушки имел 4 равноудаленных конденсатора по периметру, включая согласующий конденсатор. На рисунке 1 показан пример конфигурации катушки и направления осей.

Было смоделировано три цилиндрических фантома с каждой 5-канальной катушкой PA. Используемые свойства фантома: вода в качестве материала, 78 в качестве диэлектрической проницаемости и 0,3, 0,6 или 0,9 См/м в качестве проводимости воды. Выбранные значения проводимости представляют собой типичные диапазоны проводимости человеческого тела [29].Каждый фантом имел диаметр и длину 12 и 20 см соответственно. Между каждой катушкой PA и фантомом сохранялось расстояние 3  мм без формирователя.

В установках, использованных для моделирования 5-канальной PA катушки, было примерно 24 миллиона ячеек шестигранной сетки для моделирования 5-канальной катушки CD PA и приблизительно 14 миллионов ячеек гексаэдрической сетки для моделирования 5-канальной катушки OD PA. Все симуляции имели следующие настройки: точность −80 дБ, онлайн-анализ AR-фильтра с максимальной установившейся ошибкой 0.001, минимальный размер ячейки сетки 0,1 мм, максимальный размер ячейки сетки 8,4 мм вблизи модели, максимальный размер ячейки 7,5 см вдали от модели и отсутствие адаптивного измельчения сетки. Равновесное отношение составило 1,1 и 1,25 для 5-канальных катушек CD и 5-канальных OD PA соответственно. Развязка предусилителя была реализована путем включения катушки индуктивности через согласующий конденсатор и установки импеданса порта на 3 Ом. Все элементы катушки 5-канальных PA катушек всегда настраивались и согласовывались только на 50 Ом на фантоме 0,6 См/м.

3.2. Измерения изображений 5-канальных катушек

Для сбора данных измерений были сконструированы 5-канальная катушка CD PA, 5-канальная катушка OD PA и три фантома. Размеры и компоновка сконструированных 5-канальных катушек УМ были эквивалентны смоделированным 5-канальным катушкам УМ, за исключением того, что физические катушки были сконструированы на цилиндрическом поликарбонатном каркасе толщиной 3 мм, чтобы обеспечить разделение катушки 3 мм от фантома. Желаемая величина активной развязки была достигнута за счет помещения каждой катушки индуктивности активной развязки на настроечный конденсатор.Размещение активных катушек индуктивности только через согласующие конденсаторы привело к недостаточной активной величине развязки. Все элементы катушки настраивались и согласовывались только на 50 Ом на фантоме 0,6 См/м и подключались к предусилителю с помощью кабеля длиной 25 см и фазовращателя пи, который выполнял фазовый сдвиг на 180° для оптимальной расстройки предусилителя. Три фантома диаметром 12 см и длиной 20 см каждый были заполнены фантомными растворами, содержащими 1,955 г CuSO 4  × H 2 0 в сочетании с 1.094, 3,020 и 4,915 г NaCl для электропроводности 0,3, 0,6 и 0,9 См/м соответственно при 20°С.

Измерения SNR и параллельной визуализации были получены с использованием МРТ-сканера MAGNETOM 3T Trio (Siemens Healthcare, Erlangen, DE). Измерения проводились с помощью двухмерного градиентного эхо (GRE) аксиальных, сагиттальных и корональных изображений с TE/TR = 4,0/500 мс, углом поворота = 90°, размером матрицы = 320 × 320, FOV = 300 × 300, толщиной среза. = 5 мм, полоса пропускания = 256 герц/пиксель и изображения только с шумом, использующие ту же последовательность с напряжением передачи RF, установленным на 0 вольт и TR = 50 мс.Аксиальные, сагиттальные и коронарные изображения были получены путем размещения каждого среза таким образом, чтобы он отображался через центр фантома.

3.3. Изменение значения конденсатора элемента катушки для 2-канальных катушек

Было выполнено моделирование, чтобы сравнить, насколько сильно различаются значения конденсаторов согласования, развязки (только для конфигурации CD) и настроечного конденсатора для каждого настроенного и согласованного элемента катушки 2-канального компакт-диска и Катушки OD PA с малыми и большими конфигурациями элементов катушки. 2-канальные катушки УМ CD имели два предопределенных типа емкости, определяемых нагрузкой (согласованный конденсатор) и взаимной индуктивностью (развязывающий конденсатор), а 2-канальные катушки OD PA имели только один тип номинала конденсатора, определяемый нагрузкой (согласованный конденсатор). конденсатор).

Сравнение значений конденсатора элемента катушки было выполнено с использованием четырех 2-канальных PA катушек: маленькой и большой 2-канальной катушки CD PA, а также малой и большой катушки OD PA. Размер элемента катушки каждой небольшой 2-канальной катушки УМ (маленькая пара УМ) был ограничен равным, независимо от метода развязки. То же самое верно и для размера элемента катушки каждой большой 2-канальной катушки УМ (большая пара УМ). Это ограничение было соблюдено за счет того, что внешние размеры каждой пары PA были разными. Размеры элемента катушки для небольшой пары PA составляли 3 ×5 см в направлениях x и z соответственно с шириной дорожки 3.5 мм. Размеры элемента катушки для большой пары PA составляли 5 ×10 см в направлениях x и z , соответственно, с шириной дорожек 5 мм. Размеры элементов катушки измерялись от центра каждой дорожки. Каждый элемент катушки малой пары УМ имел 4 равноудаленных конденсатора по периметру, в то время как для большой пары УМ, включая согласующий конденсатор, их было 6. См. рис. 2 для конфигураций катушек и рис. 1 для направлений осей.

Малая и большая 2-канальные катушки УМ были смоделированы в двух конфигурациях (настройка C d и C t ).TUNE C D Конфигурация D определяется сдерживая все потенциала Rung ( C D и C T / C D ) Значения, которые будут равны при настройке Tune C T Конфигурация определяется путем ограничения значений емкости внешней ступени ( C t / C d ) и настроечной емкости ( C t1 и C 9024 ) равными значениям 30241 9094 .Условие настройки C d является попыткой продемонстрировать ограничения, которые могут возникнуть во внутренних элементах массива катушек большего размера. В этой простой двухканальной геометрии мы моделируем большее количество элементов катушки, требуя, чтобы емкость C t / C d была равна емкости развязки, C d . Обозначения конденсаторов можно посмотреть на рис. 2.

Для малой и большой 2-канальных катушек PA использовался один смоделированный прямоугольный фантом.Используемые свойства фантома: вода в качестве материала, 78 в качестве диэлектрической проницаемости и 0,6 См/м в качестве проводимости. Прямоугольный фантом был смоделирован с размерами x , z и y и размером 15 ×15 ×10 см соответственно.

В установке, использованной для 5-канального моделирования, было примерно от 8 до 9 миллионов шестигранных ячеек сетки для малых и больших 2-канальных УМ, соответственно, и приблизительно от 10 до 11,5 миллионов ячеек шестигранной сетки для малых и больших 2-х ОД ПА соответственно.Все симуляции имели следующие настройки: точность -80 дБ, онлайн-анализ AR-фильтра с максимальной установившейся ошибкой 0,001, минимальный размер ячейки сетки 0,1 мм, максимальный размер ячейки сетки 8,4 мм рядом с моделью, максимальный размер ячейки на расстоянии 7,5  см от модели, без адаптивного измельчения сетки и уравновешивающим коэффициентом 1,1. Развязка предусилителя была реализована путем включения катушки индуктивности через согласующий конденсатор и установки импеданса порта на 3 Ом. Все элементы катушек 2-канальных УМ были настроены и согласованы на 50 Ом.

4. Результаты
4.1. 5-канальные PA-катушки: SNR

Смоделированные и измеренные аксиальные, сагиттальные и корональные 2D-изображения SNR, рис. 3(a), и графики 1D SNR, рис. 3(b), для 5-канальных PA-катушек показаны на рис. 3. Между изображениями SNR, рассчитанными на основе моделирования, и изображениями, полученными в ходе экспериментов со сканером, имелось разумное соответствие. При просмотре изображений отношения SNR можно было увидеть несоответствие в поверхностной области под элементами катушки.

4.2.5-канальные катушки УМ: Корреляция шума

Соответствующие графики корреляции шума показаны на рисунке 4. Максимальное значение внедиагональных значений для смоделированной катушки УМ 5-канального CD, округленное до второго знака после запятой, составило 0,38, 0,41. , и 0,40, а смоделированные значения 5-канальной катушки OD PA были 0,53, 0,55 и 0,54 для фантомов 0,3, 0,6 и 0,9   См / м соответственно. Измеренные значения для 5-канальной катушки CD PA составили 0,25, 0,30 и 0,32, а для 5-канальной катушки OD PA были 0,40, 0,45 и 0,46 для 0.3, 0,6 и 0,9 См/м фантомы соответственно.


4.3. 5-канальные катушки PA: параллельная визуализация

Результаты параллельной визуализации показаны на рисунке 5. Карты коэффициента 1/g в передне-заднем и левом-правом направлениях показаны на рисунках 5(a) и 5(b). Смоделированные различия в картах 1 / g-фактора путем вычитания 5-канальных катушек OD PA из 5-канальных карт CD PA катушек 1 / g-фактора показаны на рисунке 5 (c). Максимальные и средние значения g-фактора показаны в таблице 1. 5-канальная катушка CD PA имеет лучшие общие характеристики параллельной визуализации.






99256.00

передне-задней левый-правый

0,3 / м × 2 × 3 × 4 × 5 × 2 × 3 × 4 × 4 × 5 × 5

CD CD 1.47 2,96 2,96 11.68 65.30 4 4.43 9.59 9.59 37.80 714259 .59
(1.15) (1.78) (1.98) (3.92) (13.74) (1.30) (2.37) (6.76) (43.88)
ОД 1,55 3,09 11,72 78,04 5,15 11,61 43,39 2775,42
(1,17) (1,87) (4 .30) (16.51) (1,36) (2,58) (7,39) (45.69)
Измеренный CD 1,66 3,55 15,14 847.96 5,82 10.80 79.26 2256.00
(1.23) (2.00) (2.00) (4.00) (4.21) (15.25) (1.30) (2.49) (6.14) (18.01) )
ОД 1.79 4,09 17,04 506,96 6,34 12,79 82,29 4480,72
(1,28) (2,14) (4,80) (18.21) (1,32) (2.64) (6.62) (22.08)

0,6 с / м × 2 × 3 × 4 × 5 × 2 ×3 ×4 ×5

Моделирование CD 1.50 3,29 10,88 60,83 2,28 7,16 31,21 1867,61
(1,14) (1,73) (3,67) (12.10) (1.16) (1,92) (5,46) (39.40)
ОД 1,50 3,40 11,21 68,30 2,65 8,37 38,72 2665,41
(1.16) (1.83) (4.05) (14.64) (1.21) (2.11) (2.11) (6.20) (44.39) (44.39)
Измеренный CD 1.90 4,27 15,05 191,98 2,54 6,48 44,91 2354,87
(1,23) (2,02) (4.13) (14.70) (1,19) (2,07 ) (5,63) (20.42)
ОД 2,04 4,81 17,83 183,64 2,57 7,24 53,77 4401,27
(1,28) (2,15) (4,64) (16.64) (1.21) (1.21) (2.17) (6.24) (30.10)

0,9 S / M × 2 × 4 × 4 × 5 × 2 × 2 × 4 × 4 × 5 × 5


Simated CD 166 3,94 11,97 59,15 1,73 6,28 29,63 992,37
(1,14) (1,77) (3,73) (11.51) (1.11) (1,76) (4,98) (31.86)
ОД 1,64 3,93 12,22 61,17 1,80 6,98 34,27 925,98
(1.16) (1.84) (3.98) (13.32) (1.13) (1.86) (5.40) (5.40) (32.28) (32.28) (32.28)
измеренные CD 2.14 2.14 4,86 13,54 167,99 1,89 5,71 67,80 3620,02
(1,23) (2,00) (4,06) (13.04) (1.12) (1,90 ) (5.37) (24.52)
ОД 2,25 5,25 16,65 177,03 1,93 6,29 71,22 4881,34
(1,29) (2.13) (4,48) (14.87) (1.14) (1.99) (5.80) (30.53)

4.4. 5-канальные катушки УМ: S-параметры

Измеренные S-параметры 5-канальных катушек УМ показаны в таблице 2.Эти измерения проводились на входе предусилителя. Были установлены все предусилители, кроме тех, которые необходимо было снять для измерения. С помощью сетевого анализатора измеряли значение S2,1 для каждого S-параметра.



Эль # 2 3 4 5

/ м 0,3 (0,6) 0,9 0,3 (0,6 ) 0,9 0.3 (0,6) 0,9 0.3 (0,6) 0,9
1 S-CD -14.3 (-13.4) -13.4 -5.30 (-7.90) -9.70 -12.1 (-16,0) -18,8 -12.9 (-17.6) -21.9 (-17.6) -21.5
S-OD -12.1 (-10.5) -10.3 -4.10 (-6.00) -7.50 -10.1 (-13,3) -15.6 10,8 (-15,1) -18,6
М-ЦД -16,8 (-15,3) -14,4 -6,80 (-9,30) -10,7 -4,9 13,3 (-17,09) -2,09 0,3 (-17,06)0 (−19,4) −21,9
М-ОД −11,2 (−11,4) −9,70 −5,70 (−7,80) −9,00 −12,9 −12,9 −19 17,4 −402,5 −402,5 13.5) -15.8

2 S-CD -14.5 (-13.6) -13.5.50 (-13,6) -13.5.50 (-8.10) -10,0 -12.1 (-16,0) -18,8
S-OD −12,5 (−10,6) −10,2 −4,00 (−5,90) −7,30 −10,0 (−13,3) −15.6
M-CD -20.4 (-17.0) -16.6 -7.70 (-10.4) -12.0 -15.0 (-18.1) -20.6
M-OD -14.7 (-12.3) -11.9 -5.80 (-8.60) -10.2 -12.42 (-16.6) -19.1


3 S-Cd -14,5 (−13,6) −13,5 −5,40 (−7,90) −9,70
S-OD −12.6 (-10.6) -10.2 -4.00 (-6.00) -7.50
M-C CD -17,0 (-16,0) 15.7 -7.80 (-9.70) -10.9
M-OD —15.2 (-13,0) -12.1 -8-5.60 (-7.70) -8.60

4 S-Cd — 14,2 (−13,4) −13,4
S-OD −12.2 (-10.5) -10.3
9 -16.7 (-15.4) -14.0
M-OD -11,0 (-11,8 ) −9,60

4.5. 5-канальные катушки PA: Коэффициент качества

Измеренные факторы качества 5-канальных PA катушек показаны в таблице 3. Эти значения были измерены на готовых катушках с фантомами и без них.Предусилитель для измеряемого элемента катушки был удален, и для измерения S2,1 был использован зонд, слабо связанный с этим элементом катушки. Эти измерения S2, 1 позволили извлечь фактор качества.

L 22 (3.1) 3.8

5-CH 5-CH CHOIL 9104 5-CH CH
Q U Q Q U / Q л Q U Q л Q U / Q л

С/м
Эл#
0.0 0,3 0,6 0,9 0,3 (0,6) 0,9 0,0 0,3 0,6 0,9 0,3 (0,6) 0,9
1 192 88 61 49 49 2.2 (3.1) 3.9 74 74 74 55 45 45 29
2 2 81 54 43 2.1 ( 3.2) 4.0 140 140 48 48 40 40 9 21 (2.9) 3.5
9 3 173 80 60424 51 2,2 (2.9) 3.4 140 76 56 49 1,8 (2,5) 2,9
4 183 78 55 47 2,4 (3,3) 3,9 165 74 50 40 2.2 (3.3) 4.1
5 5 85 85 59 59 49 29 160 84 60424 46 1,9 (2.7) 3.5

Примечание. Измерения выполнены на готовых рулонах.

4.6. 2-канальные катушки PA: Значение конденсатора элемента катушки Изменение

Результаты значений емкости показаны в таблице 4.Расположение каждого конденсатора по отношению к каждому элементу катушки показано на рисунке 2. Изменение значений конденсатора в элементах катушки сравнивалось путем определения соотношения согласующего и настроечного конденсаторов. Отношения максимальной и минимальной емкости конденсаторов составляют 3,28 (настройка C d ), 1,68 (настройка C t ) и 1,38 для большой 2-канальной катушки CD PA и большой 2-канальной OD. Конфигурации настройки катушки PA соответственно и 3,28 (настройка C d ), 2.44 (настройка C t ) и 2,22 для небольшой конфигурации с 2-канальной PA-катушкой CD и 2-канальной OD PA-катушкой соответственно.

~18.30 ~8.84
91 525

Малые (пФ) C макс / С мин С м1 С м2 С t1 С t2 С д С т / С д С эквивалентно

Емкостные
(Tune C D ) 328 137,7 137,7 42,03 42,03 84,75 84,75
( мелодия C т) 2,44 137,5 137,5 56,26 56.26 80424 84.75 56.26 ~18.31
2940424 144.8 144.8 145.3 145.3 65.24 65.06 ~18.91
Большой (пФ)
(настройка С д ) 3,28 69,45 69,45 21.15 21.15 75.00 75.00 ~ 8.69
(Tune C T ) 1.68 68.65 68.65 68.65 40.97 40,97 75,00 40,97 ~8.74
Перекрытие 1,38 69,70 68,60 50,60 50,59
5. Обсуждение

В этой статье моделирование и физические измерения использовались для сравнения относительной производительности двух методов развязки соседних элементов катушки в приемных ВЧ-усилителях при изменении нагрузки образца.Как для моделирования, так и для эксперимента, усилители мощности каждого метода развязки должны были иметь одинаковое количество элементов катушки и одинаковые внешние размеры. При этих ограничениях с пятью общими элементами, сформированными на цилиндрическом фантоме, имитирующем ткань, как моделирование, так и данные измерений показывают, что существует очень небольшая разница в SNR между двумя разными PA, которые были созданы с помощью двух разных методов развязки.

Изменение отношения сигнал-шум между 5-канальной катушкой CD PA и 5-канальной катушкой OD PA при изменении нагрузки образца в значительной степени связано с тем, что каждая матрица имеет элементы катушки разного размера.При сравнении изображения отношения SNR, рассчитанного для фантома 0,3 или 0,9 См/м, с изображением, рассчитанным для фантома 0,6 См/м, как видно из рисунка 3, относительная производительность 5-канальной катушки OD PA увеличивается по мере увеличения проводимости. уменьшается. Это наблюдается несмотря на то, что решетки были настроены и согласованы на уровне 0,6 См/м. Это наблюдение, скорее всего, происходит из-за того, что катушки PA должны доминировать над шумом выборки, чтобы достичь максимального собственного SNR [30]; в противном случае сопротивление катушки станет дополнительным источником некоррелированного шума [22].Сопротивление элемента катушки двух 5-канальных катушек УМ остается постоянным, тогда как общее сопротивление увеличивается примерно на 230% от 0,3 до 0,9 См/м фантома для обеих 5-канальных катушек УМ. Это увеличение почти полностью связано с увеличением сопротивления образца. Хотя процент увеличения общего сопротивления почти одинаков для двух 5-канальных катушек PA, отношение сопротивления образца к сопротивлению катушки отличается. По мере уменьшения проводимости сопротивление образца 5-канальной катушки OD PA уменьшается быстрее, чем сопротивление 5-канальной катушки CD PA, из-за большего размера петли, но преобладание шума образца все еще сохраняется.Большее падение шума выборки 5-канальной катушки OD PA приводит к увеличению относительной производительности при уменьшении проводимости.

Метод CD можно использовать в конструкциях PA катушек более сложной компоновки [31–35]. Сложная компоновка требует наличия хотя бы одного настроечного конденсатора для настройки каждого элемента катушки. Например, три внутренних элемента катушки 5-канальной катушки CD PA имеют на один конденсатор настройки меньше, чем внешние элементы катушки, но все же имеют по крайней мере один конденсатор настройки.В некоторых случаях может потребоваться использование дополнительных методов развязки; как видно из работы Elabyad et al., где два одинаковых конденсатора и зазор использовались для развязки элементов катушки, которые в противном случае не остались бы с настроечным конденсатором, если бы они были развязаны исключительно методом CD.

Результаты изменения значения конденсатора элемента катушки помогают проиллюстрировать проблемы, которые могут возникнуть из-за уменьшения количества настроечных конденсаторов при использовании метода CD. Одним из них является то, что метод CD, скорее всего, столкнется с невозможностью создания 2-канальной конфигурации катушек PA из-за нереализуемых значений емкости.Примерами, которые могут привести к нереализуемым значениям емкости, являются значения согласованной емкости, которые ниже, чем любое значение емкости, продаваемое на рынке, или бесконечно большие емкости, необходимые для правильной настройки и согласования элементов катушки, поскольку значение согласованной емкости ниже, чем значение эквивалентной емкости настройки. Приблизительное значение эквивалентной настроечной емкости, необходимой для настройки элемента катушки, можно определить путем расчета эквивалентной емкости всех конденсаторов вокруг этого элемента катушки, включая согласующий конденсатор.Значение согласующего конденсатора уменьшается по мере увеличения сопротивления образца, и оба метода развязки могут иметь нереализуемые согласующие емкости, если элементы катушки в 2-канальных катушках PA достаточно велики или проводимость образца достаточно высока, чтобы это произошло. Большой размер 2-канальных элементов катушки OD PA делает их более восприимчивыми к этому. Помимо больших сопротивлений образцов, существует огромное количество конфигураций, которые потенциально могут привести к нереализуемым конфигурациям УМ, но 2-канальные УМные катушки CD в настроенных конфигурациях Cd с наибольшей вероятностью столкнутся с этой проблемой из-за их больших значений коэффициента.Чем больше значение частного, тем более вероятно, что отдельная емкость вокруг элемента катушки будет иметь значение ниже или близко к эквивалентной емкости настройки.

Общая производительность параллельной визуализации лучше для 5-канальной катушки CD PA. Этого следует ожидать, поскольку элементы катушки не перекрываются при использовании метода CD. Даже в тех случаях, когда максимальные значения g-фактора 5-канальной катушки CD PA больше, чем у 5-канальной катушки OD PA, среднее значение g-фактора 5-канальной катушки CD PA все еще меньше, чем у 5-канальной катушки CD PA. 5-канальная катушка OD PA.По мере увеличения скорости ускорения разница в характеристиках 5-канальной катушки CD PA увеличивалась по сравнению с 5-канальной катушкой OD PA. Особенно это было заметно в направлении лево-право. Значения g-фактора лучше в переднезаднем направлении по сравнению с таковыми в направлении слева направо. Можно было бы ожидать, что лево-правое направление будет иметь лучшую визуализацию, чем передне-заднее направление, но в нашем случае передне-заднее направление лучше из-за кривизны катушек PA.

Значения шумовой корреляции соседних элементов катушки меньше для 5-канальной катушки CD PA по сравнению с 5-канальной катушкой OD PA для всех фантомов. Корреляция между элементами катушки в основном определяется их геометрией, поэтому изменение корреляции между фантомами столь незначительно. Небольшие изменения являются результатом разницы электрических полей между фантомами. Кроме того, значения корреляции шума, рассчитанные в этих симуляциях, были бы меньше, если бы был включен некоррелированный шум от предусилителя и приемной цепи МРТ-сканера.

В целом, процесс изготовления катушки CD или OD PA очень похож. Все медные дорожки/провода обычно могут быть проложены для обоих усилителей мощности до начала настройки и согласования. Как только конденсаторы заполнены, расстояние перекрытия и значение емкости развязки между двумя соседними элементами катушки определяются путем минимизации S21, когда оба элемента катушки настроены и согласованы с одним и тем же импедансом. Изгиб провода или небольшая регулировка положения дорожки могут использоваться для минимизации S21 для метода развязки с перекрытием, при этом начальное расстояние перекрытия предпочтительно должно быть близко к конечному расстоянию.Используя регулируемый конденсатор, значение емкости для метода CD можно найти так же, как и расстояние перекрытия, за исключением того, что значение конденсатора регулируется вместо расстояния перекрытия. Как только S21 будет сведен к минимуму для двух катушек PA, это итеративный процесс для завершения настройки и согласования всех элементов катушки PA.

Теория, обсуждавшаяся ранее в теоретическом разделе, может быть применена к методам CD и OD при более высоких напряженностях поля [36–39]. Теория верна для более высоких напряженностей поля с учетом того, что в дополнение к магнитной связи может потребоваться учитывать электрическую связь, которую в нашем случае можно было пренебречь [16].

Предстоит проделать большую работу, прежде чем делать общие выводы о двух методах разделения. Это исследование ограничено наличием только PA-катушек с пятью элементами катушки прямоугольной формы, которые настроены только на фантом 0,6 См/м перед тестированием на фантомах 0,3 и 0,9 См/м. Используются только фантомы цилиндрической формы диаметром 12 см. Есть много других тестовых случаев, которые необходимо изучить, поэтому будущая работа может включать в себя PA-катушки с числом каналов, отличным от пяти, элементы катушек разных форм и размеров, фантомы с различными формами и размерами, а также тестирование производительности PA-катушек, когда PA-катушки изначально настроен и согласован с фантомом с проводимостью, отличной от 0.6 См/м.

6. Заключение

Результаты этой статьи показывают, что при изменении нагрузки образца 5-канальные катушки CD и OD PA очень похожи по относительному SNR, и это сходство сохраняется для коэффициента 1/g при параллельной визуализации. Фактически, 5-канальная катушка CD PA обеспечивает несколько более высокое соотношение сигнал-шум и параллельную визуализацию, чем 5-канальная катушка OD PA во многих областях. При выборе между катушкой CD или OD PA разработчик должен знать, что существуют некоторые конфигурации катушки CD PA, которые невозможно реализовать из-за меньшего количества настроечных конденсаторов по сравнению с катушкой OD PA аналогичных размеров.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить по запросу у Дж. Рока Хэдли по адресу [email protected] или у Майкла Дж. Бека по адресу [email protected]

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данного исследования.

Благодарности

Эта работа была поддержана Siemens Healthcare, USA, наградой VA Merit Award и NIH R01 HL 127582.

Важность изоляции!

«…моя изоляция пропала…вы меня перегружаете…»

-Эйс Фрехли

Чтобы машина функционировала должным образом или вообще функционировала, необходимо понимать важность изоляции. Поток тока по проводам машины должен быть ограничен только проводами, и все, что вступает в непосредственный контакт с проводами или клеммами проводов — например, верхние и нижние зажимные клеммы, нуждаются в прямом контакте с клеммами. Открытые провода никогда не должны касаться рамы или стойки катушки, это только заземлит поток тока и приведет к неработоспособности машины, пока проблема с заземлением не будет устранена.

Что нужно изолировать?

Начиная с самых основных частей:

Стойки катушки

Стойки катушки

должны быть изолированы, чтобы предотвратить контакт с ними медного провода. Кусок изоляционной ленты рекомендуется окружить столб только там, где будет наматываться провод, между верхней и нижней пластиковыми/нейлоновыми/неопреновыми стопорными шайбами. Несмотря на то, что медный провод, используемый для намотки катушек катушки, обычно изолирован, изоляция обычно тонкая и может быть легко снята, обнажая провод внутри.

Провода катушек

Провода, выходящие из катушки, должны быть изолированы термоусадкой перед тем, как они будут соединены одна катушка с другой и провода с клеммами. Из-за близости проводов, выходящих из нижней части бобин катушки, к ярму или основанию рамы, важно убедиться, что провода полностью изолированы на всем протяжении до пластиковых стопорных шайб на катушке, от которых они отходят. выход. Не забудьте оставить место для неизолированного провода для подключения к клеммам.

Конденсаторные провода

Провода конденсатора, выходящие из верхней и нижней части цилиндрического конденсатора, также должны быть изолированы. После установки конденсатор будет располагаться очень близко к раме, и может возникнуть риск контакта одного из его проводов с рамой. Также рекомендуется изолировать сам конденсатор, так как в некоторых случаях конденсатор может не иметь надлежащей изоляции, а также может вызвать проблемы с заземлением, если он напрямую соприкасается с корпусом.Термоусадки бывают разных цветов и размеров, соответствующих толщине проводов и конденсатора, и могут использоваться как в эстетических, так и в функциональных целях. Не забудьте оставить место для неизолированного провода для подключения к клеммам.

Правильно изолированный конденсатор с правильно изолированной катушкой в ​​сборе.

изолированные клеммы.

Использование термофена для термоусадочных проводов дает гладкие результаты.

Клеммы

Клеммы, прикрепленные к проводам конденсатора и катушки, по-прежнему будут проводить ток, поэтому важно изолировать нижнюю часть клеммы, оставив достаточно открытой часть кольца на клемме, чтобы разместить соединительный штифт, чтобы он соединился напрямую и полностью с указанным Терминал.

Винты

Единственными винтами, которые не должны соприкасаться с рамой машины, являются винты, соединяющие соединительные стойки с рамами. Они должны быть изолированы с помощью пластиковых или нейлоновых Т-образных шайб, или плоских пластиковых/нейлоновых шайб ИЛИ кусочка электрической или изоляционной ленты (если у вас нет Т-образных шайб) вокруг резьбы, чтобы ни одна часть этого винта не соприкасалась с резьбой. рама машины. Винты крепления катушки — единственные винты, которые могут касаться рамы.

Идеально изолированная машина… у этого не будет проблем с заземлением.

Продолжить чтение здесь: Как прикрепить катушки Eikon Tattoo к конденсаторам

Была ли эта статья полезной?

Постановка койлгана конденсатора прослушивается? | Дети Мертвой Земли

Сообщение jtyotjotjipaefvj на

8 июня 2018 г. 14:10:10 GMT Я заметил, что койлганы с многокаскадным конденсатором, по-видимому, работают при тех же предположениях, что и койлганы без конденсатора.Добавление второй идентичной ступени (включая второй конденсатор) к койлгану никак не должно повлиять на первую ступень. Однако это почти вдвое снижает ускорение на обоих этапах, что для меня не имеет смысла. Также кажется, что в результате этого эффективность многоступенчатого койлгана ограничена 1 / количество ступеней. Без конденсатора у меня нет проблем с КПД 100-ступенчатого койлгана выше 80%, но с конденсатором даже двухступенчатого ружья невозможно получить намного выше 40%. Мне кажется, что в логике конденсатора есть ошибка, когда только один конденсатор фактически используется для управления катушкой, но создаются и заряжаются дополнительные конденсаторы, несмотря на то, что они остаются неиспользованными.Это, в сочетании с ограничением в 50 оборотов на одиночных этапах, вероятно, является причиной того, что койлганы так плохо работают в игре, по крайней мере, по сравнению с рейлганами.

Ниже приведены несколько скриншотов, показывающих одно- и двухступенчатую версию одного и того же койлгана, демонстрирующих падение как пикового ускорения, так и эффективности. Вы ожидаете, что такой медленный койлган просто получит более высокую начальную скорость со второй ступенью, но здесь это не так из-за того, что, как я предполагаю, должно быть ошибкой.

Одноступенчатая версия:

Двухступенчатая версия.

Сообщение jtyotjotjipaefvj на

3 июля 2018 г. 17:55:43 GMT Сомнительная эффективность конденсатора при каскадировании все еще имеет место в последней версии.

Я также заметил, что время стрельбы койлгана вообще не учитывается, что может привести к тому, что койлганы будут иметь более 100% реальной эффективности, несмотря на то, что заявлено на экране информации об оружии. Если время стрельбы больше, чем один такт симуляции, вы можете использовать более быстрый загрузчик, чтобы получить бесплатную энергию из вашего койлгана. Например, это орудие стреляет снарядами мощностью 8,2 кДж со скоростью 15 выстрелов в секунду, что определяется скоростью заряжания, производя 125 кВт выходной кинетической энергии при расходе только 10 кВт мощности.

Скорострельность тоже должна ограничиваться временем стрельбы, а не только заряжающим и конденсатором.Я не проверял это на рельсотронах, но предполагаю, что и там происходит то же самое.

Сообщение AtomHeartDragon на

3 июля 2018 г. 18:59:03 GMT Сомнительная эффективность конденсатора при каскадировании все еще имеет место в последней версии.

Я также заметил, что время стрельбы койлгана вообще не учитывается, что может привести к тому, что койлганы будут иметь более 100% реальной эффективности, несмотря на то, что заявлено на экране информации об оружии.Если время стрельбы больше, чем один такт симуляции, вы можете использовать более быстрый загрузчик, чтобы получить бесплатную энергию из вашего койлгана. Например, это орудие стреляет снарядами мощностью 8,2 кДж со скоростью 15 выстрелов в секунду, что определяется скоростью заряжания, производя 125 кВт выходной кинетической энергии при расходе только 10 кВт мощности.

Скорострельность тоже должна ограничиваться временем стрельбы, а не только заряжающим и конденсатором. Я не проверял это на рельсотронах, но предполагаю, что и там происходит то же самое.

Подтверждено, то же самое относится и к рельсотронам — есть такой, который стреляет за 2 мс, но перезаряжается быстрее.

С койлганами вы могли бы, по крайней мере, утверждать, что вы могли бы одновременно ускорять несколько достаточно разнесенных снарядов по стволу — хотя, конечно, это потребовало бы либо большего потребления энергии (и потребовало бы распорки, чтобы справиться с возросшими силами), либо передачи меньшей силы снарядам. . С рельсотроном у вас нет даже такого оправдания.

Кстати: это может быть еще одним вариантом использования многоствольных орудий.

Сообщение tepidbread от

4 июля 2018 г. 3:01:36 GMT Извините, если я неправильно понимаю это, я только что получил игру в продаже.Я склонен согласиться с тем, что конденсаторы сломаны. Деталь не сохранял, но получил койлган с КПД примерно 105% в последней версии игры указанным выше способом.

Я заметил, что общая емкость пушки остается неизменной независимо от количества ступеней, даже несмотря на то, что количество конденсаторов зависит от количества ступеней. Кроме того, также кажется, что генерируемый нагрев изменился, хотя общее количество энергии и емкость не изменились.Летом многокаскадная пушка X каскада окупается за материалы X конденсаторов и страдает от нагрева X конденсаторов, в то время как емкость остается неизменной. По сути, одноступенчатые винтовые пушки объективно лучше, но имеют серьезные недостатки в отношении снарядов, которые они могут запускать, по сравнению с рельсовыми пушками.

Сообщение antonindvorak на

8 июля 2018 г. 19:04:15 GMT
Эффективность 50 % – это теоретический предел накопленной/восстановленной электроэнергии в конденсаторах.

Энергия конденсатора 1/2 C В 2 Дж(уле), правильно?
И когда мы заряжаем конденсатор (от источника постоянного напряжения), мы теряем столько же, верно?

Итак… давайте зарядим конденсатор от источника, который дает на 7 В больше, чем конденсатор.
Энергия потрачена впустую: 1/2 C 7 2 Дж

Давайте повторим это.
Затраченная энергия: 2* 1/2 C 7 2 J

И снова…
Затраченная энергия: 3* 1/2 C 7 2 J

… всего 10 раз:
Потрачено энергии: 10* 1/2 C 7 2 Дж

Конденсатор теперь имеет 10 * 7 Вольт == 70 Вольт (здесь напряжение пробоя конденсатора койлгана), и следовательно, накопленная энергия равна … 1/2 C 70 2 Дж.

Потери энергии (всего) = 5   * C *    49 Дж ==   245 * CJ
Накопленная энергия (всего) = 1/2 * C * 4,900 Дж == 2,450 * CJ

Это больше похоже на КПД 91%.

Я думаю, вы обнаружите, что ваша теоретическая эффективность верна только для простого заряда постоянным напряжением и не верна ни для многоступенчатого заряда постоянным напряжением, ни для заряда постоянным током или с ограничением тока, ни для индуктивной катушки в соответствии с Источник V/2
заряд…

… но, конечно, это означает более медленный процесс зарядки.

Объяснение визга конденсатора и визга катушки

Феномен, известный как визг конденсатора/визг катушки/странный шум, исходящий от моего ПК, был предметом обсуждения среди владельцев электронных устройств в течение многих лет и широко распространен в индустрии игровых ПК. Как ни странно, термин «визг конденсатора» имеет более одного описания и причины; мы поднимаем крышку на всю тему.

Что это?

Короче говоря, это пронзительный визг/свист/шипение/жужжание, исходящий от компьютера или электронного устройства. Часто он может быть расположен в направлении определенного компонента, такого как блок питания или графическая карта, и шум часто меняет громкость и высоту звука, особенно когда на ПК выполняется определенная задача, например, при высокой рабочей нагрузке. Практически любое электронное устройство так или иначе подвержено этому, но это не обязательно означает, что что-то вот-вот взорвется.

 

Поиск шума

Здесь преобладает здравый смысл. Вам нужно смотреть и слушать, чтобы определить местонахождение шума, но это не всегда простая задача, поскольку виновник может быть труднодоступен или может быть закрыт кулером. То, что вы ищете, обычно является конденсатором или катушкой индуктивности/мощности. Конденсаторы не сильно изменились за эти годы, но катушки индуктивности изменились, когда катушка в катушке индуктивности была ясно видна;

Теперь они обычно скрыты под крышкой, которая хорошо выглядит, но также помогает сдерживать издаваемый шум.

Одним из лучших способов является взять соломинку или воронку и поднести ее к уху. Это поможет определить местонахождение соломинки/воронки, блокируя большую часть фонового шума.

Чаще всего указанный индуктор/катушка или конденсатор не обнаруживается, но вы, вероятно, будете иметь хорошее представление о том, какой компонент имеет шумный индуктор/катушку или конденсатор. В пользовательском ПК это обычно блок питания, видеокарта или материнская плата.

Причина

На самом деле есть 2 причины;

Визг конденсатора на самом деле является шумом, который слышен, когда конденсатор вот-вот выйдет из строя.По сути, это когда газ выходит через крошечные отверстия в конденсаторе и издает «свистящий» звук. Обычно вы можете визуально определить это, просто взглянув на верхнюю часть конденсатора, который издает шум — если он вздут или вы видите коричневую жидкость, то это настоящий визг конденсатора.

Утечка конденсаторов длится недолго, поэтому к тому времени, когда вы уже прочтете эту статью, ваше устройство, вероятно, выйдет из строя, к счастью, это самый редкий случай этого явления, поэтому не стоит слишком беспокоиться.

Виновником в 99% случаев является свист катушки. За этим стоит огромное количество научных исследований, но, короче говоря, вы найдете катушку в чем-то вроде трансформатора или проводника. Назначение этих трансформаторов/катушек индуктивности состоит в том, чтобы сгладить неравномерность подачи питания и отфильтровать ее. Время для простой картинки, чтобы помочь объяснить;

Чаще всего они работают в тандеме с конденсаторами, и именно здесь термины «визг конденсатора» и «визг катушки» имеют тенденцию пересекаться.

Проще говоря, катушки вибрируют, когда через них проходит ток — именно эти мельчайшие вибрации вызывают визг. Когда через них проходит разное количество тока, они вибрируют с разной скоростью, поэтому громкость и высота этого шума меняются. Вы когда-нибудь замечали этот гул электроподстанции? Это же явление. Каждое электронное устройство будет страдать от шума катушки в разной степени, и это не является признаком того, что устройство неисправно, если что; это звуковой способ сказать: «Я работаю».

Что можно с этим сделать?

Визг конденсатора почти наверняка приведет к отказу, если он уже не произошел. Это будет время RMA для этого компонента.

Свист катушки — это отдельная история, но ее не всегда можно решить, ведь акустический шум — это побочный продукт нормальной работы чего-то;

1 — Оставьте это в покое — Если устройство новое, это может просто означать, что катушка просто «притирается». Часто хныканье исчезает или значительно стихает через несколько недель.Вы также можете обнаружить, что шум будет появляться и исчезать, поэтому в первый день он может быть незаметен.

2 – Закрепите катушку. Другими словами, демпфируйте катушку, чтобы уменьшить вибрацию. Если виновник может быть обнаружен, нанесите немного горячего клея вокруг катушки, что должно привести к постоянному или близкому к постоянному исправлению.

Если вы когда-либо разбирали дешевый компонент, то знаете, что его внутренняя часть покрыта демпфирующим материалом, так как в этих компонентах используется более дешевая катушка более низкого качества, которая больше подвержена вибрациям.Это еще одна причина убедиться, что вы всегда используете компьютерные компоненты хорошего качества. Это не то, что мы рекомендуем делать, пока сначала не попробуем другие решения.

3 — Ограничьте количество потребляемой энергии. Это отличное решение, если вы обнаружите, что скуление более распространено при выполнении определенных задач, таких как определенные компьютерные игры. Вы когда-нибудь замечали, что когда на плитке или экране загрузки на ПК игровая катушка скулит преобладает, но в игре его гораздо меньше?

Многие игры и приложения не имеют «верхнего предела» отображаемого количества кадров в секунду (FPS). Это означает, что если ваш компьютер значительно мощнее требуемой задачи, он попытается запустить игру как можно быстрее.Чтобы игра работала как можно быстрее, видеокарта будет работать максимально усердно, большая работа требует большей мощности, а большая мощность соответствует большему току и, следовательно, большему гулу. Внезапно идея запуска этой 5-летней игры со скоростью 2000 кадров в секунду теряет свою привлекательность — то же самое относится к названию игры для ПК или загрузочному экрану — они не требовательны, и поэтому ПК может отображать ее со скоростью миллиард кадров в секунду, но все же, когда в игре вы можете вижу только 40FPS.

Ограничьте FPS в играх самостоятельно. Параметр Vsync, который можно найти в некоторых играх, является простым способом сделать это — он ограничивает FPS частотой обновления монитора, поэтому, если у вас монитор с частотой 60 Гц, игра будет установлена ​​​​на 60 FPS. .
Если приложение или игра не имеют встроенного ограничения или не предлагают какой-либо способ ограничения FPS, вам нужно будет сделать это вручную. Пользователи видеокарт Nvidia могут использовать программу Nvidia Inspector или взломать драйвер/панель управления Nvidia. Для пользователей AMD/ATI MSI Afterburner или RadeonPro сделают то же самое. Учитывая, что именно графическая карта будет потреблять наибольшую мощность в ПК, снижение мощности, используемой графической картой, также приведет к снижению мощности, используемой материнской платой и блоком питания.

4 — RMA it — некоторые производители разрешают вам RMA видеокарты, блока питания и материнской платы в соответствии с условиями гарантии, если звук раздражающе громкий, даже если компонент на самом деле не неисправен. Просто имейте в виду, что если у вас чувствительный слух, это может быть одна и та же ситуация в той или иной части.

5 — Смиритесь с этим — В конечном счете, свист катушки в той или иной степени возникает в каждом электрическом устройстве, и слух каждого человека более чувствителен к другим.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.