в цепи переменного тока и напряжения
Многие люди, изучая электронику и все, что с ней связано, сталкиваются с таким понятием как резонанс токов. Что оно собой представляет, при каких условиях возникает резонанс токов, как используется и как его правильно подсчитать? Об этом далее.
Что это такое
Резонанс токов — разновидность состояния электрической цепи, когда общий вид токовых показателей совпадает по фазам уровню напряжения, а мощность реактивного вида равна нулю или же она представлена в активном виде.
. Резонанс токовЭтот вариант развития событий характерен для переменного тока и имеет не только положительные свойства, но и некоторые нежелательные последствия. Так, благодаря резонансу работает радиотехника, автоматика и проволочная телефония, но в то же время возникают перенапряжения и сбои в работе электрической системы.
Определение из учебного пособияПри каких условиях возникает
Условием того, чтобы возникло это явление, является равные показатели проводниковой частоты, где BL=BC.
В условиях лаборатории, он возникает во время, когда изменяется емкость и не изменяется индуктивность катушки L. В таком случае формула выглядит как Bc=C
При каких условиях возникаетКак используется
Обратите внимание! Простейшая цепь, где наблюдаются они, это параллельного вида колебательный контур. Такие контуры используются в современном промышленном индукционном котловом оборудовании и улучшают показатели КПД.
Сфера примененияПринцип действия
Токовый резонанс можно заметить во внутренней поверхности электрической цепи, которая имеет параллельное катушечное, резисторное и конденсаторное подсоединение. Главный принцип того, как работает стандартный аппарат, не сложен в понимании.
Когда включается электрическое питание, внутри конденсаторной установки накапливается заряд до номинального напряжения. В этом время отключается питающий источник и замыкается цепь в контур. Этот момент сопровождается переносом разряда на часть катушки. Далее показатели тока, которые проходят по катушке, генерируют магнитное поле. Создается электродвижущая самостоятельная индукционная сила по направлению встречному току. При полном конденсаторном разряде максимально увеличиваются токовые показатели. Объем энергии становится магнитным индукционным полем. В результате данный цикл повторяется, и катушечное поле преобразовывается в конденсаторный заряд.
Как правильно рассчитать
Токовый резонанс очень важно правильно рассчитать, если есть параллельное соединение, предотвращающая появление помех около системы. Для правильного расчета необходимо понять, какие показатели мощности в электросети. Средняя стандартная мощность, рассеивающаяся при резонансном контуре, выражается при помощи среднеквадратичных токовых показателей и напряжения. При резонансе мощностный коэффициент равен единице и формула имеет вид, как на картинке.
Формула расчетаЧтобы правильно определить нулевой импеданс, понадобиться воспользоваться стандартной формулой, которая дана ниже.
Что касается аппроксимирования резонанса колебательных частот, это можно выяснить по следующей формуле.
Расчет колебательного контураОбратите внимание! Для получения максимально точных данных по приведенным формулам, округлять данные не нужно. Благодаря этому получится грамотный расчет, который приведет к достойной экономии переменного тока, если речь идет о подсчете в целях снижения счетов.
В целом, резонанс токов — это то, что происходит в части параллельного колебательного контура, в случае его подключения к источнику напряжения, частота какого может совпадать с контурной. Возникает при условиях, когда цепь, имеющая параллельное соединение резисторной катушки и конденсатора, равна проводимости BL=BC. Правильно сделать весь необходимый подсчет можно по специальной формуле или, прибегая к использованию специальных измерительных инструментов в виде мультиметра.
Определение резонанса простыми словами
Понятие резонанса используется в нескольких науках, известен механический, акустический и электрический резонанс. Нас в первую очередь интересует само понятие и его определение в физике и электротехнике. Нужно отметить, что большую роль в исследовании этого исследования сыграл Никола Тесла, один из самых знаменитых физиков 20 века.
Графическое отображение
Физическое определение имеет довольно сложный и громоздкий вид, на первый взгляд, но если разобраться, там нет ничего сверхъестественного. Резонанс – это частотно-избирательный пиковый отклик колебательной системы на периодическое воздействие силы или сил, при совпадении их амплитуды с внутренними значениями системы.
Физическое определение
Свойство колебательной системы значительно увеличивать амплитуду при воздействии внешней силы с частотой, совпадающей с внутренней частотой системы, было описано ещё Галилео Галилеем в 1602 году в работе, посвящённой изучению струнного инструмента и маятников.
Явление получило название резонанс, от латинского «resono» – «откликаюсь». Позже были выявлены и остальные свойства и характеристики этого физического явления. Также была отмечена интересная особенность этого явления – выделение или усиление слабого сигнала, которая в настоящее время является востребованной во многих областях знаний, в том числе электротехнике.
Исследованием этого явления занимались такие мэтры, как Герц и Тесла. И если Герц только исследовал и структурировал информацию по нему, то Никола Тесла пытался использовать его свойства для передачи энергии на расстояния. Как пример, так называемая башня Ворденклиф, представляющая собой резонансный трансформатор. Теория Теслы о всемирной беспроводной сети была основана на использовании резонансных приёмо-передающих башен. Винтовой резонатор в виде катушки Теслы и расположенный на высоте терминал могли бы использоваться в качестве этих станций.
Данный принцип широко используется в повседневной жизни, например, акустические музыкальные инструменты, особенности архитектуры культурных сооружений и даже выталкивание автомашины, застрявшей в грязи.
Интересно. Наиболее ярким впечатлением от резонанса обладает история с разрушившимся мостом, разрушение произошло из-за совпадения частоты собственных колебаний моста и шагающих по нему в ногу солдат.
Достоинства и недостатки явления
Как и других физических явлений, исследования резонанса велись с целью использовать его действие в полезных целях, но как выяснилось, плюсы и минусы резонанса примерно равноценны. При неверном использовании он может разрушить систему, а при правильном – усилить сигнал, главное – определить границу, до какой мощности его довести.
Эталоном использования его в электротехнике может служить трансформатор Тесла, на сегодняшний день являющийся классическим примером высокочастотных трансформаторов, основанных на этом эффекте. Он представляет собой открытый последовательный колебательный контур, который при подаче на него напряжения, равного по частоте внутренней частоте самой системы, повышает напряжение до критической величины, при необходимости, усиливая любой сигнал, попавший в него. Как и другие резонаторы, это устройство состоит из внешней и внутренней катушек.
Важно! Создание самодельной катушки Теслы высокой мощности при включении может вывести из строя расположенные рядом электроприборы. Причиной будет создание мощного электромагнитного поля и возможный резонанс других электроприборов.
Трансформатор Тесла
Резонанс в электрических цепях
В том случае, если частота напряжения, подаваемого извне, совпадает с частотой колебаний внутри сети, то возникает электрический резонанс. Это проявляется в возрастании напряжения и силы тока внутри системы, это может, как вывести приборы и элементы сети из строя, но, с другой стороны, позволить усилить какой-либо сигнал или ток.
Различают параллельный и последовательный резонанс. Последовательный –происходит в последовательном колебательном контуре при его подключении к напряжению со значением, совпадающим с его собственным. Параллельный, он же резонанс токов, – состоит из параллельного контура. Он усиливает силу тока, в отличие от последовательного, который увеличивает напряжение. Существует также комбинированный, последовательно-параллельный резонанс, он совмещает возможности резонанса тока и напряжения.
На этом принципе основаны так называемые высокочастотные резонансные трансформаторы, известные также как катушки Тесла. Из-за этого явления растут потенциал и сила тока, вплоть до того, что из-за ионизации атомов газа около обмотки возникают различные визуальные эффекты в виде электрической дуги и коронных разрядов.
Башня Ворденклиф (реконструкция)
Эти устройства широко применяются в радиоэлектронике, например, как усилители сигнала. Кроме того на основе открытых колебательных контуров и электрического резонанса созданы и работают антенны, обеспечивающие как связь, так и нужды армии. Резонаторы используются:
- РЛС дальнего и ближнего обзора, как усилители принимаемого отражённого сигнала;
- радиостанции;
- радиоприёмники и другие принимающие устройства.
Явление резонанса исследовалось величайшими учёными-физиками: Герцем, Н. Теслой, Т. Хардом и другими. Его пытались использовать для беспроводниковой передачи энергии и в качестве оружия.
Видео
Оцените статью:Резонанс токов — описание явления и области применения
Резонанс токов, хорошо известный как естественный токовый «параллельный резонанс» — процесс или явление, которое протекает в условиях параллельного типа колебательного контура и наличия напряжения.
В данном случае частота источника напряжения должна иметь совпадение с аналогичными резонансными показателями контура.
Что такое резонанс?
Токовым резонансом называется особый вид состояния цепи, когда общие токовые показатели совпадают по фазным параметрам с уровнем напряжения, а реактивная мощность равняется нулю и цепью потребляется исключительно активная мощность.Данный вариант является характерным преимущественно для схем с переменными показателями токовых величин и обладает не только положительными свойствами, но и некоторыми совершенно нежелательными качествами, которые в обязательном порядке учитываются еще в процессе проектирования.
Положительное резонансное действие — явление из области радиотехники, автоматики и проволочной телефонии. Резонанс напряжений относится к категории нежелательных явлений, обусловленных перенапряжениями. При этом добротным электрическим контуром принято считать величину:
Достижение токового резонанса осуществляется подбором необходимого индуктивного или емкостного значения, а также показателей частотности питающих сетей.
Токовый резонанс получается подбором параметров электроцепи в условиях заданной частоты источника питания, а также посредством выбора обратных показателей.
Применение токового резонанса
Основная область активного применения широко востребованных резонансных токов сегодня представлена:
- некоторыми видами фильтрующих систем, в которых току с определенными частотными параметрами оказываются значительные показатели сопротивления;
- радиотехникой в виде приемников, выделяющих сигналы, предназначенные для конкретных точек радиостанций. Оказание значительного сопротивления току сопровождается снижением показателей контурного напряжения при максимальной частоте;
- асинхронного типа двигателями, в особенности функционирующими в условиях неполной нагрузки;
- установками высокоточной электрической сварки;
- колебательными контурами внутри узлов генераторов электронного типа;
- приборами, отличающимися высокочастотной закалкой;
- снижением показателей генераторной нагрузки. При таких условиях в приемном трансформаторе с первичной обмоткой делается колебательный контур.
Схема цепи
Особенно часто колебательные контуры или токовые резонансы применяются в производстве современного промышленного индукционного котлового оборудования, что позволяет в значительной степени улучшить стартовые показатели коэффициента полезного действия.
Стандартные колебательные контуры, функционирующие в условиях режима токового резонанса, массово применяются в качестве одного из наиболее важных узлов в современных электронных генераторах.
Принцип резонанса токов
Токовый резонанс наблюдается внутри электроцепи, обладающей параллельным катушечным, резисторным и конденсаторным подсоединением. Основной принцип работы стандартного резонанса токов не слишком сложен для понимания простого обывателя:
- включение электропитания сопровождается накоплением заряда внутри конденсатора до номинальных показателей напряжения источника;
- отключение питающего источника с последующим замыканием цепи в контур сопровождается процессом переноса разряда на катушечную часть прибора;
- токовые показатели, проходящие по катушке, вызывают генерирование магнитного поля и создание электродвижущей силы самоиндукции, в направлении, встречном току;
- максимальное значение токовых показателей достигается на стадии полного конденсаторного разряда;
- весь объем накопленной энергетической емкости легко преобразуется в магнитное индукционное поле;
- катушечная самоиндукция не провоцирует остановку заряженных частиц, а повторный этап зарядки с другим типом полярности обусловлен отсутствием конденсаторного противотока.
Резонанс в параллельной цепи (резонанс токов)
Итогом данного цикла является повторяющееся преобразование всего катушечного поля в конденсаторный заряд. Определение стандартной резонансной частоты осуществляется аналогично расчетам резонанса напряжения.
Присутствующая внутренняя активная составляющая R вызывает постепенное угасание колебательного процесса, чем и обуславливается токовый резонанс.
Резонанс токов в цепи с переменным током
Протекание тока внутри электрической цепи с последовательным, параллельным или смешанным типом соединения элементов, вызывает получение различных режимов функционирования.В соединяемых параллельным способом конденсаторе и катушечной части наблюдается равное реактивное сопротивление, чем обусловлен резонанс.
Также должен учитываться тот факт, что для катушечной части и конденсатора характерно полное отсутствие активного сопротивления, а равенство реактивного сопротивления делает нулевыми общие токовые показатели внутри неразветвленной части электрической цепи и большие величины тока в ветвях.
В условиях параллельного соединения индуктивной катушки и конденсатора получается колебательный контур, который отличается наличием создающего колебания генератора, не подключенного в контур, что делает систему замкнутой.
Явление, сопровождающееся резким уменьшением амплитуды силы токовых величин внешней цепи, которая используется для питания параллельно включенного конденсатора и обычной индуктивной катушки в условиях приближения частоты приложенного напряжения к частоте резонанса, носит название токового или параллельного резонанса.
Расчет резонансного контура
Необходимо помнить, что явление, представленное токовым резонансом, нуждается в очень грамотном и тщательном расчете резонансного контура. Особенно важно выполнить правильный и точный расчет при наличии параллельного соединения, что позволит предотвратить развитие помех внутри системы. Чтобы расчет был правильным, требуется определиться с показателями мощности электрической сети. Среднюю стандартную мощность, которая рассеивается в условиях резонансного контура, можно выразить среднеквадратичными показателями тока и напряжения.
В условиях резонанса стандартный коэффициент мощности составляет единицу, а формула расчета имеет вид:
Формула расчета
С целью правильного определения нулевого импеданса в условиях резонанса потребуется использовать стандартную формулу:
Резонансные кривые
Резонанс колебательной частоты аппроксимируется по следующей формуле:
Резонанс колебательного контура
Чтобы получить максимально точные данныепо формулам, все получаемые в процессе расчетов значения рекомендуется не подвергать округлению. Некоторыми физиками расчеты значений резонансного контура осуществляются в соответствии с методом векторной диаграммы активных токовых величин. В таком случае грамотный расчет и правильная настройка приборов гарантирует достойную экономию при условии переменного тока.
Резонансные цепи применяются преимущественно для выделения сигнала на нужных частотах в результате фильтрования других сигналов, поэтому самостоятельные расчеты контура должны быть предельно точными.
Заключение
Резонанс токовых величин в физике — это естественное явление, сопровождающееся резким возрастанием амплитуды колебания внутри системы, что обусловлено совпадением показателей собственных и внешних возмущающих частот.
Подобный вариант явлений характеризует электрические схемы с наличием элементов, представленных нагрузками активного, индуктивного и емкостного типа. Таким образом, токовый резонанс — один из наиважнейших параметров, широко используемых в настоящее время в целом ряде современных отраслей, включая промышленное электрическое снабжение и радиосвязь.
Что такое резонанс токов
В процессе изучения электротехники довольно часто возникает вопрос, что такое резонанс токов. Подобное явление характерно в основном для цепей переменного тока и может обладать как полезными, так и нежелательными свойствами, которые следует учитывать при проектировании различных схем. Явление резонанса часто применяется в радиотехнике. Настройка колебательного контура, связанного с этим свойством, дает возможность усиления радиосигнала в несколько раз, поскольку преобразование емкости-индуктивности приводит к возрастанию действующего напряжения.
Принцип действия резонансных токов
Наглядное представление о резонансе токов дает колебательный контур, применяемый в электронных схемах. В его состав входит конденсатор с емкостью С и катушка с индуктивностью L, включенные параллельно. В процессе передачи энергии из электрического поля емкости в магнитное поле индуктивности возникают самозатухающие колебания с определенной частотой. Возникновение колебаний происходит благодаря активному сопротивлению R, препятствующему свободному прохождению тока.
Явление резонанса токов появляется в цепи, куда параллельно включены конденсатор и катушка. Их номиналы подобраны с таким расчетом, чтобы токи, протекающие по С и L, были равны. Поэтому в контуре С-L ток будет выше, чем его значение на остальных участках цепи.
Принцип работы такого контура заключается в следующем. При подаче питания конденсатор накапливает определенную величину заряда, равную номинальному напряжению источника тока. После этого источник отключается, а конденсатор замыкается в цепь контура, чтобы на катушку пошел разряд. Ток проходит по ней, тем самым вызывает генерацию магнитного поля. В результате создается электродвижущая сила самоиндукции, направленная навстречу току.
Максимальное значение магнитного поля достигается при полном разряде конденсатора. Таким образом, вся энергия, накопленная конденсатором, преображается в магнитное поле индуктивности. Заряженные частицы продолжают двигаться, благодаря самоиндукции катушки.
Поскольку противоток от разряженного конденсатора уже отсутствует, он подвергается повторной зарядке, но уже с изменившейся полярностью. Это приводит к преобразованию поля катушки в заряд конденсатора и повторению всего процесса. Активная составляющая R приводит к постепенному угасанию колебаний. В этом и заключается основная суть резонанса.
Практическое использование резонанса токов
Резонанс токов широко используется на практике. В случае изменения величины емкости конденсатора или индуктивности контура, становится возможной регулировка частоты свободных колебаний. Таким образом, контур может быть настроен на определенную частоту.
Природа свободных электрических колебаний, возникающих в контуре, всегда затухающая. Колебания затухают постепенно под влиянием сопротивления, которым обладают соединительные провода. Кроме того, энергия затрачивается на нагрев провода катушки индуктивности при прохождении в контуре электрического тока. Потери энергии приводят к постепенному снижению амплитуды колебаний и их окончательное затухание. Сопротивление контура оказывает непосредственное влияние на скорость затухания колебаний, связанную с потерями энергии.
Для электронных устройств очень важно иметь возможность получения незатухающих электрических колебаний с неизменной амплитудой в течение продолжительного времени. Для обеспечения этого процесса выполняется подключение к контуру генератора переменного тока. В результате, частота вынужденных колебаний не будет зависеть от емкости и индуктивности контура, а будет находится в зависимости от частоты переменного тока, вырабатываемого генератором.
Необходимо соблюдать условия, когда токи в емкости и индуктивности имели бы одинаковое значение. Это важное свойство дает возможность регулировок на любых участках электронных схем.
«Положительный заряд». Новые решения в электрике — LiveJournal
Разнообразие цветов и материалов серии GaleaTM Life дает простор творчеству и позволяет найти дизайн, отвечающий индивидуальному стилю клиента.
Не повиновение моде, а самовыражение: настоящие металлические рамки для Вашего и только Вашего стиля.
Воплощая свои жизненные планы, Вы не привыкли оставлять детали без внимания. Очень часто именно они служат инструментом для выражения индивидуальности. Как, например, эти рамки из природных материалов.
Управление коммуникациями
Телефонные розетки
Розетка RJ 11 — Розетка RJ 45 — Розетка двойная RJ 11/RJ 45
Информационные розетки
Розетки RJ 45 кат.5е (монтаж на винтах или захватах) — Розетки RJ 45 кат.6
Управление приводами (рольставни, жалюзи, тенты) и отоплением
Устройства управления приводами
Индивидуальный механизм для управления рольставнями / жалюзи / тентом — Механизм для управления группой рольставней — Выключатель с ключом для рольста
Управление освещением
Устройства управления освещением
Выключатели — Выключатели с подсветкой / индикацией — Выключатели двойные — Переключатели — Кнопки — Переключатели поворотные — Выключатели с выдержкой времени — Выключатели с ключом — Свет
Розетки силовые 2К — Розетки силовые 2К+З немецкий стандарт — Розетки с защитными шторками
Безопасность, контроль доступа
Устройства систем сигнализации
Детектор затопления — Детектор газа метан — Детектор газа пропан/бутан
Устройства контроля доступа
Устройство доступа с электроным ключом — Выключатель с картой
Звуковая трансляция, акустические розетки, зуммеры и звонки
Устройства звуковой трансляции
FM-тюнер стерео — Центральный блок звуковой трансляции — Устройство управления c LCD экраном — Локальный FM-тюнер с модулем связи — Колонка 6,5”/100 Вт —
Это и многое другое вы можете приобрести в нашем-интернет-магазине: http://www.grand-electro.ru/shop
Газета Восточный Экспресс Ногинск Электросталь » Страшная трагедия в Ногинске унесла шесть человеческих жизней, в том числе троих детей.
Жертвами неисправного газового оборудования в старом доме в Ногинске стали две семьи, в том числе трое детей.
Трагедия произошла в ветхом доме 1950-х годов постройки на улице Центральная в микрорайоне Красный Электрик. Началось все с того, что 31-летняя Яна перестала выходить на связь с родственниками и не появлялась на работе в парикмахерской, где ей разрешали раньше уходить с работы, чтобы забирать детей из детского сада.Дело в том, что она одна воспитывала троих детей — 10, 5 и 4 лет от роду. Финансовое положение женщины было тяжелым, платить за коммуналку ей помогал брат и в последнее время она занималась оформлением субсидии на квартплату. В декабре 2017 года многодетная мать продала комнату в коммунальной квартире в микрорайоне Поселок ЖБИ в Ногинске и, добавив материнский капитал, купила двухкомнатную квартиру, где и произошла страшная трагедия. Тревогу забили и в школе, когда на уроках после длинных выходных не появился 10-летний сын Яны. Брат многодетной матери Вячеслав, не на шутку обеспокоившись, решил приехать к сестре. Дверь никто не открывал. Квартира Яны на первом этаже. Через окно мужчине удалось разглядеть, что в квартире работает газовая колонка, также чувствовался запах гари. Заподозрив неладное, Вячеслав вызвал спасателей и полицейских. В квартире они обнаружили ужасную картину — Яна и трое ее детей были мертвы. В коридоре лежало бездыханное тело одного ребенка, в комнате было обнаружено еще два детских трупа, а саму хозяйку нашли мертвой в ванной. По словам полицейских, помимо включенной газовой колонки, на кухне работали все газовые конфорки, а над плитой была натянута верёвка, на которой сушились детские вещи. Все окна были закрыты. По предварительным данным, люди скончались около трех дней. Основная версия трагедии — они отравились угарным газом. При обходе квартир в этом доме в аналогичном жилище этажом выше обнаружили еще два трупа — 73-летней пенсионерки Светланы Игоревны и ее 54-летнего сына Вячеслава. Они тоже надышались угарным газом. Причиной гибели шести человек, скорее всего, стала забитая вытяжка в квартире многодетной матери, где накопился угарный газ и затем пошел в квартиру выше. — По нормативам состояние газового хозяйства должно проверяться раз в год, и отвечает за этот процесс управляющая компания «Партнер Сервис», — рассказал главный инженер подрядной организации, которую наняла управляющая компания. — В этом доме опрессовка газового оборудования проводилась 1 июня 2017 года. В квартире, где жила пенсионерка с сыном, неполадок не обнаружили, а Яны не было дома. Что касается вытяжек, то их должны проверять раз в квартал. Трагедия на Красном Электрике получила огромный резонанс по всей стране: о ней рассказали многие центральные СМИ. Подруга погибшей женщины Наталья рассказала «Пятому каналу», что Яна всего два месяца назад приобрела новую квартиру, но, не успев даже порадоваться покупке, стала замечать постоянные утечки газа. Около месяца назад ее дети чуть не задохнулись — их пришлось откачивать. Потом уже дети стали жаловаться на недомогание, да и сама женщина стала замечать слабость и головокружение. Наталья отозвалась о Яне как об очень ответственной матери: -«Вся ее жизнь была в детях». Она даже не успела порадоваться покупке. Близкие говорят, что Яна была оптимисткой, хотя ее личная жизнь не сложилась. Она дважды была замужем, разочаровалась в мужчинах и после второго развода зареклась больше не выходить замуж. Но все это сделало ее самостоятельной, она любила детей и стремилась к лучшему. Следственный комитет возбудил уголовное дело по факту гибели двух и более лиц, а также оказания услуг, не отвечающих требованиям безопасности.Смартфон — помощник электрика (часть 1)
Сегодня в онлайн-магазинах можно скачать приложения на любой случай жизни: кулинария и полезные советы, навигаторы и здоровье, напоминания и электрика. О последнем пункте и пойдет речь в данной статье.
Приложения для электриков можно классифицировать по языку, функционалу, способу распространения. Если Вы не владеете английским, лучше поискать версии на русском языке, а если не переносите надоедливую рекламу, то придётся купить платную версию. В интернет-магазинах Google Play и Apple Store присутствует множество справочников для электриков, а также сервисов, способных производить расчеты технических параметров. Представим некоторые из них.
Мобильный электрик
Рейтинг: 4,6. Бесплатная версия содержит рекламу, но можно купить приложение, что уберёт надоедливые баннеры. Сервис способен рассчитывать плотность и работу тока, сечение и длину проводника, падение напряжения в цепи, мощность электродвигателя, нагрузку сети, ток короткого замыкания и многие другие характеристики. Также Мобильный электрик содержит математический калькулятор и справочники. Большинство отзывов положительные.
Электра Лайт
Рейтинг: 4,4. Есть платная и бесплатная версия. Неплохое приложение для расчетов по электрике. С его помощью можно определить и высчитать сечение проводника и кабеля, слаботочные системы и электропроводку. Отзывы, как правило, положительные, но пользователи жалуются на рекламу.
ElectroDroid
Рейтинг: 4,7. Имеется платная и бесплатная версия. ElectroDroid — полный набор инструментов для радиолюбителя. В приложении содержится цветовая кодировка резисторов (3-6 полос), чип-резисторов, дросселей, расчет по закону Ома, реактивного сопротивления и резонанса, делитель напряжения и многие другие технические параметры и справочники. Большинство пользователей хвалят приложение.
Электрическая цепь. Калькулятор
Рейтинг: 3,8. Бесплатный калькулятор электрической цепи, в котором можно рассчитать ток в параллельных цепях, напряжение и сопротивление. Сервис подходит для школьников и студентов. Некоторые пользователи жалуются на непонятный интерфейс.
Разнорабочий калькулятор
Рейтинг: 4,5. Неплохое бесплатное приложение для строительства. Помогает рассчитать необходимые стройматериалы, сэкономить время и деньги. Недавно сервис был переведён на русский язык. Пользователи жалуются на баги в определении количества стройматериалов и не принятые в России единицы измерения.
Существует еще множество сервисов для электриков, но главным их минусом является отсутствие версий на русском языке. Напомним, что при использовании какого-либо приложения нужно помнить, что электричество опасно, поэтому следует четко понимать все свои действия. По этой же причине не стоит стесняться обратиться к профессионалам, так как программы рассчитаны на людей с опытом работы.
Мы продолжим знакомить Вас с приложениями для электриков.
резонанс
НОВИНКА! ‣ — Пакеты электронных компонентов Amazon. Посетите страницу Amazon Electronic Component Packs.
Что такое резонанс?
Резонанс возникает, когда реактивное сопротивление катушки индуктивности уравновешивает реактивное сопротивление конденсатора на некоторой заданной частоте. В таком резонансном контуре, где он находится в последовательном резонансе, ток будет максимальным и иметь минимальное сопротивление.В параллельных резонансных цепях все наоборот.
Формула резонанса
Формула резонанса:
2 * пи * f * L = 1 / (2 * пи * f * C)
где: 2 * пи = 6,2832; f = частота в герцах, L = индуктивность в Генри и C = емкость в Фарадах.
Что приводит нас к:
f = 1 / [2 * пи (sqrt LC)]
где: 2 * пи = 6,2832; f = частота в герцах, L = индуктивность в Генри и C = емкость в Фарадах.
Особенно простая формула для радиочастот (обязательно выучите ее):
LC = 25330.3 / f 2
где: f = частота в мегагерцах (МГц), L = индуктивность в микрогенри (мкГн) и C = емкость в пикофарадах (пФ)
Исходя из этого, используя простую алгебру, мы можем определить:
LC = 25330,3 / f 2 и L = 25330,3 / f 2 C и C = 25330,3 / f 2 L
Импеданс при резонансе
В последовательном резонансном контуре полное сопротивление является самым низким для резонансной частоты, тогда как в параллельном резонансном контуре полное сопротивление является максимальным для резонансной частоты.См. Рисунок 1.
Рисунок 1 — Резонанс в последовательной и параллельной цепях
«Для последовательной цепи в резонансе, частоты, удаленные от резонанса, видят постоянно увеличивающийся импеданс. Для параллельной цепи в резонансе, частоты, удаляющиеся от резонанса, видят постоянно уменьшающийся импеданс» .
Это было очень важное заявление. Пожалуйста, прочтите его несколько раз, чтобы полностью понять.
Типичным примером, иллюстрирующим это утверждение, являются многочисленные параллельные схемы, используемые в радио.Посмотрите на параллельный резонансный контур выше. В резонансе этот контур оказывает такое высокое сопротивление резонансному контуру, что он почти невидим, и сигнал проходит мимо. По мере того, как цепь отклоняется от своей резонансной частоты вверх или вниз, она представляет собой уменьшающееся сопротивление и постепенно позволяет другим сигналам просачиваться на землю. На частотах, далеких от резонанса, параллельный резонансный контур выглядит как короткий путь к земле. Для последовательного резонанса верно обратное.
Система пользовательского поиска Google
Есть вопросы по этой теме?
Если вы занимаетесь электроникой, подумайте о том, чтобы присоединиться к нашей группе новостей «Электроника Вопросы и ответы», чтобы задать там свой вопрос, а также поделиться своими тернистыми вопросами и ответами.Помогите своим коллегам !.
Абсолютно самый быстрый способ получить ответ на свой вопрос, и да, я DO читал большинство сообщений.
Это группа взаимопомощи с очень профессиональной атмосферой. Я ничего не узнал. Это отличный обучающий ресурс как для скрытых, так и для активных участников.
ТЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С РЕЗОНАНСОМ
емкостьток
импеданс
индуктивность
«Q»
реактивное сопротивление
напряжение
Ссылка на страницу
НОВИНКА! — Как перейти по прямой ссылке на эту страницу
Хотите создать ссылку на мою страницу со своего сайта? Нет ничего проще.Знания HTML не требуются; даже технофобы могут это сделать. Все, что вам нужно сделать, это скопировать и вставить следующий код. Все ссылки приветствуются; Искренне благодарю вас за вашу поддержку.
Скопируйте и вставьте следующий код для текстовой ссылки :
<а
href = "https://www.electronics-tutorials.com/basics/resonance.htm" target = "_ top"> посетите страницу Ian Purdie VK2TIP "Resonance"
, и он должен выглядеть так:
посетите Ian Purdie VK2TIP «Resonance» Страница
ВЫ ЗДЕСЬ: ГЛАВНАЯ> ОСНОВЫ> РЕЗОНАНС
автор Ян К.Purdie, VK2TIP сайта www.electronics-tutorials.com заявляет о моральном праве на
быть идентифицированным как автор этого веб-сайта и всего его содержания. Copyright © 2000, все права защищены. См. Копирование и ссылки.
Эти электронные учебные пособия предназначены для индивидуального частного использования, и автор не несет никакой ответственности за применение, использование, неправильное использование любого из этих проектов или учебных пособий по электронике, которое может привести к прямому или косвенному ущербу или убыткам, связанным с этими проектами или учебными пособиями. .Все материалы предоставляются для бесплатного частного и общественного использования.
Коммерческое использование запрещено без предварительного письменного разрешения www.electronics-tutorials.com.
Авторские права © 2000, все права защищены. URL — https://www.electronics-tutorials.com/basics/resonance.htm
Обновлено 15 мая 2000 г.
Связаться ВК2ТИП
применений резонанса | Резонанс
Пока что явление резонанса кажется бесполезным любопытством или, в лучшем случае, неприятностью, которую следует избегать (особенно, если последовательный резонанс вызывает короткое замыкание в нашем источнике переменного напряжения!).Тем не менее, это не так. Резонанс — очень ценное свойство реактивных цепей переменного тока, используемых во множестве приложений. Одно из применений резонанса — установить условие стабильной частоты в цепях, предназначенных для генерации сигналов переменного тока. Обычно для этой цели используется параллельная (баковая) цепь, в которой конденсатор и катушка индуктивности напрямую соединены вместе, обмениваясь энергией между собой. Подобно тому, как маятник может использоваться для стабилизации частоты колебаний часового механизма, так и контур резервуара может использоваться для стабилизации электрической частоты цепи генератора переменного тока .Как было отмечено ранее, частота, устанавливаемая контуром резервуара, зависит исключительно от значений L и C, а не от величин напряжения или тока, присутствующих в колебаниях:
Резонансный контур служит источником стабильной частоты.
Другое применение резонанса — в приложениях, где желательны эффекты значительного увеличения или уменьшения импеданса на определенной частоте. Резонансный контур может использоваться для «блокировки» (представления высокого импеданса) частоты или диапазона частот, таким образом действуя как своего рода частотный «фильтр», чтобы исключить определенные частоты из смеси других.Фактически, эти конкретные схемы называются фильтрами , , и их конструкция сама по себе является предметом изучения:
Резонансный контур служит фильтром.
По сути, так работают схемы тюнера аналогового радиоприемника для фильтрации или выбора частоты одной станции из смеси сигналов различных частот радиостанций, перехваченных антенной.
ОБЗОР:
- Резонанс может использоваться для поддержания колебаний цепи переменного тока на постоянной частоте, так же как маятник может использоваться для поддержания постоянной скорости колебаний в механизме хронометража.
- Резонанс можно использовать из-за его свойств импеданса: резкого увеличения или уменьшения импеданса для определенных частот. Цепи, предназначенные для экранирования определенных частот из смеси различных частот, называются фильтрами .
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
Физика резонанса
Электрические цепи
Трудно понять идею, что электрические цепи могут резонируют, потому что мы не видим, как это происходит.Тем не менее, это один из самых полезные и распространенные формы резонанса.
Резонанс может возникать в так называемом RLC схема. Буквы обозначают разные части схемы. р для резистора. Это устройства, преобразующие электрическую энергию. в тепловую энергию. Другими словами, они удаляют энергию из цепь и преобразовать ее в тепло. L обозначает индуктор. (Как они придумали L для индуктора трудно понять.) Индуктивность в электрических цепях подобна массе или инерция в механических системах. Это ничего не значит, пока вы не попытаетесь изменить. В механике изменение — это изменение скорости. В электрическая цепь это изменение тока. Когда это происходит, индуктивность сопротивляется изменение. C — для конденсаторов, которые хранят электрическую энергия почти так же, как пружины хранят механическую энергию. Индуктор концентрирует и хранит магнитную энергию, в то время как конденсатор концентрирует заряд и тем самым накапливает электрическую энергию.
Конечно, первый шаг в понимании резонанса в любой системе — найти собственную частоту системы. Здесь индуктор (L) и конденсатор (C) являются ключевыми компонентами. В резистор имеет тенденцию гасить колебания, потому что он забирает энергию из схема. Для удобства мы временно проигнорируем его, но помните, Как и трение в механических системах, сопротивление в цепях невозможно устранить.
|
| |||||
Мы можем заставить цепь колебаться с естественной частоты, сначала сохраняя электрическую энергию или, другими словами, заряжает свой конденсатор, как показано на рисунке 1.Когда это будет выполнено переключатель переведен в положение, показанное на рисунке 2.
| В момент времени = 0 все электрические энергия накапливается в конденсаторе, и ток равен нулю (см. Рисунок 3). Обратите внимание, что верхняя пластина конденсатора заряжена. положительно и низко отрицательно. Мы не видим электроны колебания в цепи, но мы можем измерить его с помощью амперметра и построить график зависимости тока от времени, чтобы представьте себе, что такое колебание.Обратите внимание, что T на нашем графике — это время, необходимое для завершения одного колебания. |
| ||||
| Ток течет по часовой стрелке (см. Рис. 4).Энергия перетекает из конденсатора в катушку индуктивности. Вначале может показаться странным, что индуктор содержит энергию, но это подобна кинетической энергии, содержащейся в движущейся массе. |
| ||||
| В конце концов энергия возвращается в конденсатор, но обратите внимание, что полярность конденсатора теперь обратная.В других словами, нижняя пластина теперь имеет положительный заряд, а верхняя пластина отрицательный заряд (см. рисунок 5). |
| ||||
| Теперь ток меняется на противоположный, и энергия течет. из конденсатора обратно в катушку индуктивности (см. рисунок 6).Наконец-то энергия полностью возвращается в исходную точку, готовая начать Повторите цикл, как показано на Рисунке 3. |
|
Частота колебаний может быть приблизительно равна следует:
| f | = | 1 | |
| 2p (LC) 0.5 |
| Где: | f = частота |
| L = индуктивность | |
| C = емкость |
| Рисунок 7: Резонирующий контур |
В реальных цепях LC всегда есть некоторое сопротивление, которое вызывает рост амплитуды тока меньше с каждым циклом.Через несколько циклов ток уменьшается до нуль. Это называется «затухающей синусоидальной» формой волны. Как быстро ток демпфирования до нуля зависит от сопротивления в схема. Однако сопротивление не меняет частоту синусоидальная волна. Если сопротивление достаточно высокое, ток будет вообще не колеблются.
Очевидно, что там, где есть собственная частота, есть способ возбуждают резонанс.Делаем это, подсоединив переменный ток (AC) источник питания до схемы, показанной на рисунке 7. Термин «чередование» означает, что выходной сигнал источника питания колеблется с определенной частотой. Если частота источника питания переменного тока и цепь, к которой он подключен, являются то же самое, то возникает резонанс. В этом случае мы измеряем амплитуду или величина колебания при измерении тока.
Обратите внимание на рисунок 7, что мы снова вставили резистор в схему.Если нет резистора в цепи амплитуда тока будет увеличиваться, пока цепь не сгорит вверх. Увеличение сопротивления ведет к уменьшению максимального размера амплитуда тока, но не меняет резонансную частоту.
Как показывает практика, цепь не будет колебаться, если сопротивление (R) достаточно низкое, чтобы соответствовать следующему условию:
| R | = | 2 (аккредитив) 0.5 | |
Резонанс в схемах может быть просто любопытством, за исключением за его полезность при передаче и приеме беспроводных средства связи, включая радио, телевидение и сотовые телефоны. Передатчики, используемые для отправки сигналов, обычно представляют собой схемы, разработанные резонировать на определенной частоте, называемой несущей частотой.В передатчик затем подключается к антенне, которая излучает электромагнитные волны на несущей частоте.
Антенна на другом конце принимает сигнал и подает его в еще один контур, также предназначенный для резонанса на несущая частота. Очевидно, что антенна принимает много сигналов на разные частоты, не говоря уже о фоновом шуме. Резонирующий схема по существу выбирает правильную частоту из всех нежелательные.
В радиомодулях с амплитудной модуляцией (AM) амплитуда несущая частота изменена так, чтобы она содержала звуки снял микрофон. Это простейшая форма радио передачи, но очень восприимчив к шуму и помехам.
Радио с частотной модуляцией или FM-радио решают многие проблемы. проблемы AM-радио, но ценой более высокой сложности в система. В системе FM звуки преобразуются электронным способом в небольшие изменения несущей частоты.Единица оборудования, которая выполняет преобразование, называется модулятором и используется с передатчик. Кроме того, к разъему должен быть добавлен демодулятор. приемник для преобразования сигнала обратно в форму, которую можно воспроизвести на динамик.
- Артикул:
- Физика для ученых и инженеров, 4-е издание Том 2 , Раймонд А.Serway, Saunders College Publishing, p.949 .
- Благодарности:
- Этот проект поддержан
Национальный научный фонд
Грант Research
Experience for Teachers в рамках программы Clemson University Лето
, бакалавриат, исследования в области беспроводной связи.Особая благодарность д-ру Чалмерсу Батлеру из Университета Клемсона. за его руководство и вклад в подготовку этой страницы.
Для получения дополнительной информации о беспроводной связи и электромагнитном спектре посетите «Скрытый мир электромагнитного спектра».
<предыдущая | содержание | следующая>
Резонанс
Формулы
Последовательный резонанс
Последовательная цепь, состоящая из индуктивности L , сопротивления R и емкости C имеет полное сопротивление Z S из:
из:
S = R + j (X L — X C )
где X L = wL и X C = 1 / wC
При резонансе мнимая часть Z S равно нулю:
X C = X L
Z Sr = R
w r = (1 / LC) ½ ½ r
Добротность при резонансе Q r составляет:
Q r = w r L / R = (L / CR 2 ) ½ = (1 / R) (L / C) ½ = 1 / w r CR 9000 3
Параллельный резонанс
Параллельная цепь, содержащая индуктивность L с последовательным сопротивлением R , подключенная параллельно емкости C , имеет проводимость Y P из:
Y P = 1 / (R + jX L ) + 1 / (- jX C ) = (R / (R 2 + X L 2 )) — j (X L / ( R 2 + X L 2 ) — 1 / X C )
где X L = wL и X C = 1 / wC
При резонансе мнимая часть Y P равна нулю:
X C = (R 2 + X L 2 ) / X L = X L + R 2 / X L = X L (1 + R 2 / X L 2 )
Z Pr = Y 905 21 Pr -1 = (R 2 + X L 2 ) / R = X L X C / R = L / CR
w r = (1 / LC — R 2 / L 2 ) ½ = 2pf r
Коэффициент добротности при резонансе Q r составляет:
Q r = w r L / R = (L / CR 2 — 1) ½ = (1 / R) (L / C — R 2 ) ½
Обратите внимание, что для тех же значений L , R и C , частота параллельного резонанса ниже, чем частота последовательного резонанса, но если отношение R / L мало, то частота параллельного резонанса близка к частоте последовательного резонанса.
| ОБОЗНАЧЕНИЕ | ||||||
| Символьный шрифт используется для некоторых обозначений и формул. Если греческие символы для альфа-бета дельта не отображаются здесь [a b d] , необходимо установить символьный шрифт для правильного отображения обозначений и формул. | ||||||
| B C E f G h I j L емкость источник напряжения частота проводимость h-оператор ток j-оператор индуктивность активная мощность реактивная мощность | [сименс, S] [фарады, F] [вольт, В] [герц, Гц] [сименс, См] [1–120 °] [амперы, А] [1–90 °] [Генри, В] [Вт, Вт] [ВАреактивная, ВАрс] | Q R S t V W X Y Z f w | коэффициент качества мощность e падение напряжения энергия реактивное сопротивление проводимость импеданс фазовый угол угловая частота | [число] [Ом, Вт] [вольт-ампер, ВА] [секунды, с] [вольт, В] [джоули, Дж] [Ом, Вт] [сименс, S] [Ом, Вт] [градусы, °] [рад / сек] | ||
Соответствующее содержимое EEP с рекламными ссылками
12.5 Резонанс в цепи переменного тока — Введение в электричество, магнетизм и схемы
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу раздела вы сможете:
- Определите пиковую резонансную угловую частоту переменного тока для цепи RLC
- Объясните ширину кривой зависимости средней мощности от угловой частоты и ее значение, используя такие термины, как полоса пропускания и коэффициент качества
В последовательной цепи, показанной на рисунке 12.3.1, амплитуда тока определяется уравнением 12.3,2,
(12.5.1)
Если мы можем изменять частоту генератора переменного тока, сохраняя при этом постоянную амплитуду его выходного напряжения, то ток изменится соответствующим образом. График зависимости показан на рисунке 12.5.1.
(рисунок 12.5.1)
Рисунок 12.5.1 На резонансной частоте цепи амплитуда тока имеет максимальное значение.Рисунок 12.5.1 имеет вид, аналогичный графику изменения амплитуды затухающего гармонического осциллятора в зависимости от угловой частоты синусоидальной движущей силы.Это сходство — больше, чем просто совпадение, как показывает применение правила петли Кирхгофа к схеме на рис. 12.3.1. Это дает
(12.5.2)
или
, где мы заменили уравнение 12.5.2, имеет общую форму дифференциального уравнения для затухающего гармонического движения, демонстрируя, что ведомая последовательная цепь является электрическим аналогом ведомого затухающего гармонического генератора.
Резонансная частота цепи — это частота, при которой амплитуда тока максимальна, и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения.При осмотре это соответствует угловой частоте, при которой полное сопротивление в уравнении 12.5.1 является минимальным, или когда
и
(12.5.3)
Это резонансная угловая частота контура. Подставляя ω0ω0 в уравнения 12.3.1, 12.3.2 и 12.3.3, мы находим, что при резонансе
Следовательно, в резонансе цепь является чисто резистивной, с приложенной ЭДС и током в фазе.
Что происходит с мощностью при резонансе? Уравнение 12.4.3 говорит нам, как средняя мощность, передаваемая от генератора переменного тока к комбинации, изменяется в зависимости от частоты. Кроме того, достигает максимума, когда зависит от частоты, является минимумом, то есть когда и Таким образом, при резонансе средняя выходная мощность источника в последовательной цепи является максимальной. Из уравнения 12.4.3 этот максимум составляет
.Рисунок 12.5.2 представляет собой типичный график зависимости максимальной выходной мощности.Ширина полосы резонансного пика определяется как диапазон угловых частот, в котором средняя мощность превышает половину максимального значения. Резкость пика описывается безразмерной величиной, известной как коэффициент качества схема. По определению
(12.5.4)
где — резонансная угловая частота. Высокий уровень указывает на резкий пик резонанса. Мы можем дать в терминах параметров схемы как
(12.5.5)
(рисунок 12.5.2)
Рисунок 12.5.2 Как и в случае с током, средняя мощность, передаваемая от генератора переменного тока к цепи, достигает пика на резонансной частоте.Резонансные цепи обычно используются для пропускания или отклонения выбранных частотных диапазонов. Это делается путем регулировки значения одного из элементов и, следовательно, «настройки» схемы на определенную резонансную частоту. Например, в радиоприемнике приемник настраивается на желаемую станцию путем регулировки резонансной частоты его схемы в соответствии с частотой станции.Если схема настройки имеет высокий уровень, она будет иметь небольшую полосу пропускания, поэтому сигналы от других станций на частотах, даже немного отличающихся от резонансной частоты, сталкиваются с высоким импедансом и не проходят через схему. Сотовые телефоны работают аналогичным образом, передавая сигналы от окружающих, которые настраиваются цепью индуктивности и конденсатора. Одним из наиболее распространенных применений конденсаторов является их использование в цепях синхронизации переменного тока, основанное на достижении резонансной частоты. Металлоискатель также использует сдвиг резонансной частоты при обнаружении металлов (Рисунок 12.5.3).
(рисунок 12.5.3)
Рисунок 12.5.3 Когда металлоискатель приближается к куску металла, самоиндукция одной из его катушек изменяется. Это вызывает сдвиг резонансной частоты цепи, содержащей катушку. Этот сдвиг фиксируется схемой и передается дайверу через наушники.ПРИМЕР 12.5.1
Резонанс в последовательной цепи
(а) Какова резонансная частота цепи из Примера 12.2.1? (b) Если генератор переменного тока настроен на эту частоту без изменения амплитуды выходного напряжения, какова амплитуда тока?
Стратегия
Резонансная частота цепи рассчитывается по уравнению 12.5.3, которое получается из баланса между реактивными сопротивлениями конденсатора и катушки индуктивности. Поскольку цепь находится в резонансе, полное сопротивление равно сопротивлению. Затем максимальный ток рассчитывается делением напряжения на сопротивление.
Решение
а.Резонансная частота находится из уравнения 12.5.3:
.г. В резонансе полное сопротивление цепи чисто резистивное, а амплитуда тока составляет
.Значение
Если бы цепь не была настроена на резонансную частоту, нам потребовалось бы полное сопротивление всей цепи для расчета тока.
ПРИМЕР 12.5.2
Передача мощности в последовательной цепи
RLC при резонансе(а) Какова резонансная угловая частота контура с и? (b) Если на эту частоту установлен источник переменного тока постоянной амплитуды, какова средняя мощность, передаваемая в цепь? (c) Определите полосу пропускания этой цепи.
Стратегия
Резонансная угловая частота рассчитывается по уравнению 12.5.3. Средняя мощность рассчитывается на основе действующего значения напряжения и сопротивления в цепи. Добротность рассчитывается по уравнению 12.5.5, зная резонансную частоту. Полоса пропускания рассчитывается по уравнению 12.5.4 и с учетом коэффициента качества.
Решение
а. Резонансная угловая частота
г. На этой частоте средняя мощность, передаваемая в цепь, является максимальной.Это
г. Добротность схемы
.Затем находим для пропускной способности
Значение
Если требуется более узкая полоса пропускания, могут помочь более низкое сопротивление или более высокая индуктивность. Однако более низкое сопротивление увеличивает мощность, передаваемую в схему, что может быть нежелательно, в зависимости от максимальной мощности, которая может быть передана.
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 12.6
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 12.7
Что происходит с резонансной частотой последовательной цепи, когда следующие величины увеличиваются в раз: (а) емкость, (б) самоиндукция и (в) сопротивление?
ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 12.8
Резонансная угловая частота последовательной цепи равна. Источник переменного тока, работающий на этой частоте, передает в цепь среднюю мощность. Сопротивление цепи: Напишите выражение для ЭДС источника.
Кандела Цитаты
Лицензионный контент CC, конкретная атрибуция
- Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]. Получено с сайта : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution
ECE 291 Лаборатория 8: Резонансные схемы
ЗАДАЧИ
Демонстрация резонансных явлений в цепях RLC.Измерения резонанса характеристики и их сравнение с теорией.
ВВЕДЕНИЕ
Резонанс — одно из важнейших и общих явлений практически во всех отраслях науки и техники. Например, в механических системах часто наблюдается резонанс при колебаниях балки или пружины, поддерживающей груз. Вибрации вызываются передачей потенциальной энергии, накопленной за счет отклонения балки или сжатия пружины, кинетической энергии движущейся массы, вперед и назад в периодическом движении.В электрических цепях энергия, накопленная в виде электрического поля в конденсаторе, передается электрическому току в цепи, в которой индуктивность играет роль, эквивалентную инерционной массе в механической системе. Уравнения, описывающие оба резонанса, идентичны, только их коэффициенты имеют значения, связанные с механическими (масса, жесткость пружины) или электрическими (емкость, индуктивность) параметрами. Еще одна важная аналогия между двумя системами заключается в том, что вибрации можно гасить; трением в механических системах и сопротивлением электрических цепей.
Резонанс может быть очень полезен в таких устройствах, как генераторы в радиопередатчиках или электронных часах. Однако чаще они могут быть вредными, вызывая нежелательные широкие отклонения механических систем (мостов, крыльев самолетов и т. Д.) Или колебания напряжения и тока. Контроль или предотвращение нежелательного резонанса — важный аспект инженерного проектирования. Поскольку каждый электрический компонент или даже соединительный провод имеет некоторую емкость и индуктивность, в каждой цепи есть потенциал для резонанса.Как вы уже знаете, чем меньше значения индуктивности и емкости, тем выше резонансная частота. Поэтому проектирование высокочастотных цепей намного сложнее, ведь даже небольшая индуктивность и емкость соединений играют роль. В этом наборе экспериментов вы исследуете резонанс в последовательном RLC-контуре, который имеет резонанс в относительно низком и легком для обработки частотном диапазоне.
| Важные взаимосвязи в электрическом резонансе: |
Частота резонанса: |
Пропускная способность: |
Фактор качества: |
PRELAB
Изобразите так называемую резонансную кривую для последовательного резонансного контура на рис.7. По вертикальной оси отложите ток (или напряжение на резисторе R), а по горизонтальной оси отложите лог f . Укажите резонансную частоту f o и ширину резонансной кривой (полосы пропускания), которая представляет собой интервал Δf = 2πΓ между две частоты, при которых мощность, рассеиваемая в цепи, составляет ½ от максимум. Рассчитайте эти числа для конкретных значений компонентов, которые вы можно использовать в лаборатории, например: R = 1k, C = 1nF, L = 50 mH.
Подсказка: Обратите внимание, что три компоненты соединены последовательно с источником напряжения, поэтому легко написать выражение для тока (с использованием комплексных чисел). Ток достигает максимума (резонанс) для определенной частоты, на которой полное сопротивление цепи равно равно R (какова фаза тока на этой частоте?). При половинной мощности частот ток падает до 1 / √2.
Если у вас есть выражение для тока, вы можете использовать его в программе для работы с электронными таблицами (например, MS Excel) или использовать другое программное обеспечение (например, Matlab) для расчета и построения кривой резонанса (соотношение V R / V s как функция от log f ).Он также понадобится вам для вашего отчета.
В качестве альтернативы вы можете смоделировать работу схемы с помощью Multisim. Распечатайте кривую частотной характеристики, используя полулогарифмический график для компонентов R, L и C, указанных выше. Для лабораторного отчета измените моделирование с фактическими значениями компонентов, используемых в лаборатории.
Независимо от метода создания резонансной кривой (ваши собственные расчеты или Multisim), определите количество точек данных и их местоположение (частоту) для лучшего определения резонансной частоты и ширины полосы.
ЛАБОРАТОРИЯ
Необходимое оборудование со склада: Протоборд, поводки, прицел зонды.
1. СЕРИЙНАЯ РЕЗОНАНСНАЯ ЦЕПЬ, ПРИВОДИМАЯ А СИНУСОИДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
a) Соберите последовательный резонансный контур, показанный ниже. Используйте катушку 50 мГн из вашего комплекта деталей для L, выберите резистор примерно 1 кОм и конденсатор от 1 до нескольких нФ. Перед сборкой измерьте значения этих компонентов. Также измерьте сопротивление катушки с помощью цифрового омметра.Рассчитайте ожидаемую резонансную частоту.
Рис.7 Последовательный резонансный контур
b) Подключите один пробник осциллографа к источнику напряжения, другой — к R, и одновременно наблюдайте за двумя сигналами на разных каналах осциллографа. Обратите внимание на амплитуды и разность фаз при изменении частоты. Если амплитуда напряжения генератора зависит от частоты, вы можете отрегулировать ее, чтобы она оставалась постоянной, в противном случае запишите ее значения для разных частот.Получите достаточное количество точек данных для построения резонансной кривой. Постарайтесь точно определить резонансную частоту на пике кривой и частоты в точках половинной мощности по обе стороны от максимума. Измерьте также фазовый сдвиг между V s и V R на этих трех частотах и нескольких других частотах по обе стороны от максимума. Обычно легче точно определить резонансную частоту по измерению фазы, чем по амплитуде.c) Измерьте также напряжение на конденсаторе в резонансе, используя функцию вычитания сигналов цифрового осциллографа, которая вычитает сигналы двух каналов осциллографа. Обратите внимание, что оно больше, чем напряжение генератора. Отношение этих напряжений равно значению цепи Q .
2. РЕЗОНАНСНАЯ ЦЕПЬ ВОЗБУЖДАЕТСЯ СТУПЕНЧАТЫЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Переключите генератор сигналов с синусоидальной волны на прямоугольную на резонансной частоте контура.Какова форма текущего сигнала? Вы можете объяснить это наблюдение?
Затем отрегулируйте частоту прямоугольной волны примерно до одной десятой резонансной частоты контура. Разверните изображение по горизонтали и наблюдайте за формой сигнала после шага входного сигнала. Распечатайте изображение осциллографа. Вы можете определить частоту колебаний?
Изображение показывает реакцию любой резонансной системы на внешнее возмущение, представленное здесь импульсом (прямоугольной волной).
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕПИ (дома).
Моделирование измерений 1 и 2: частотная характеристика амплитуды и фазы и временная зависимость тока с прямоугольным сигналом на входе. Используйте те же значения R, L и C при моделировании, что и в лаборатории. Сравните результаты моделирования с измерениями.
ОТЧЕТ
- Постройте графики резонансных кривых, показывающих амплитуду (график V R / V S ) и фаза ( ∠ V R — ∠ V S ).Представьте расчетные (смоделированные) результаты в виде непрерывных кривых, а экспериментальные данные — в виде точек на одном графике.
- Сравните измеренные значения резонансной частоты и ширины резонансных кривых при максимуме половинной мощности (ширина полосы) со значениями, рассчитанными или смоделированными для компонентов схем, фактически используемых в лаборатории.
Как изменяется фаза на резонансной кривой? - Сравните результаты п. 1 c) с вычисленным Q и Γ, полученным из частотного распределения в 1 b).
Факторы комплексности шумовых проблем | Базовый курс по шумоподавлению
3-1. Введение
В главе 2 описан механизм возникновения электромагнитного шума и, среди прочего, подробно описан шум, который генерируется цифровыми схемами.
Чтобы справиться с шумовыми помехами для электронных устройств, вам необходимо понимать не только источник шума, но и характеристики линий передачи и антенн.В этой главе конкретно описываются линии передачи среди них.
До сих пор возникновение шума объяснялось относительно простыми выражениями (за исключением гармоник). Однако для объяснения механизма передачи и излучения шума вам потребуются термины, которые используются в теории передачи, электромагнетизма и теории антенн, как показано на рис. 3-1-1. Без понимания этих терминов вы не сможете справиться с проблемами шума.
Таким образом, в этой главе будут объяснены эти термины (постарайтесь использовать как можно меньшее количество формул), а также представлены важные темы, касающиеся шума, такие как резонанс и затухание, проводимость и отражение шума, а также сопротивление источника.
3-2. Резонанс и затухание
Резонанс является одним из важных факторов при возникновении шума или индукции шума. Если цепь содержит непредусмотренный резонансный контур, он генерирует очень большой ток или напряжение на резонансной частоте, что повышает вероятность возникновения шумовых помех. Важно максимально устранить резонанс в цепи. Для подавления резонанса используются демпфирующие резисторы.В этом разделе описываются резонансные и демпфирующие резисторы.
3-2-1. Параллельный резонанс и последовательный резонанс
(1) LC резонансный контур
Резонанс означает, что индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление в цепи взаимно компенсируются на определенной частоте, и конкретная частота называется «резонансной частотой». Хотя типичные части, которые могут генерировать реактивное сопротивление (мнимую составляющую импеданса), включают катушки индуктивности (катушки) и конденсаторы, любые другие части (даже простой провод) могут быть элементом резонанса, поскольку они все еще содержат очень маленькое реактивное сопротивление.(Хотя резонанс в связи с ЭМС может быть вызван антенной, параллельными пластинами, линией передачи и т. Д., Помимо вышеупомянутого, мы фокусируемся только на ЖК-резонансе катушки индуктивности и конденсатора).
(2) Импеданс резонансного контура
Как показано на рис. 3-2-1, существует два типа резонансного контура: последовательный резонанс и параллельный резонанс. Как показано в примере расчета на рис. 3-2-2, последовательный резонанс делает импеданс минимальным (в идеале нулевым), в то время как параллельный резонанс делает его максимальным (в идеале ∞ ).
(3) Реактивность отменена до нуля
Как показано на рис. 3-2-3, понятно, что величины реактивного сопротивления катушки индуктивности и реактивного сопротивления конденсатора становятся одинаковыми на резонансной частоте, компенсируя друг друга и, таким образом, сводя их к нулю.
Хотя рис. 3-2-3 объясняет случай последовательного резонанса, реактивное сопротивление заменяется проводимостью (мнимая составляющая проводимости) в случае параллельного резонанса, что приводит к уменьшению проводимости до нуля на резонансной частоте.Поэтому легко понять, что импеданс становится максимальным.
(4) Резонансная частота
Резонансная частота ƒ 0 можно оценить по приведенной ниже формуле как для последовательного, так и для параллельного резонанса. В примере на рис. 3-2-2, ƒ 0 составляет ок. 50 МГц.
(Формула 3-2-1)
(5) Резонанс Q
Сила этого резонанса выражается показателем Q (коэффициент качества).Более высокая добротность указывает на более сильный резонанс. Индекс Q также используется в качестве индекса для представления характеристик конденсатора и катушки индуктивности. Существует связь, когда вы используете конденсатор или катушку индуктивности с большой добротностью, вы можете создать резонансный контур с большой добротностью. Как оценить добротность, будет объяснено в разделе 3-2-5.
(6) Собственный резонанс конденсатора и катушки индуктивности
Когда конденсатор или катушка индуктивности используются в высокочастотном диапазоне, сама деталь вызывает резонанс на определенной частоте из-за паразитных компонентов, присущих этой детали.Это называется саморезонансом. Саморезонанс будет более подробно описан в главе 6.
3-2-2. Проблемы мер ЭМС для резонансного контура
(1) Резонансный контур усиливает напряжение
Если в электрической цепи возникает непреднамеренный резонанс, импеданс значительно изменяется на резонансной частоте, что приводит к большому току или напряжению, которые могут быть причиной шумовых помех.
Скажем, например, переменный входной сигнал подается извне на последовательный резонансный контур, который был рассчитан на рис.3-2-2 (а). Как показано на рис. 3-2-4, когда генератор сигналов с выходным сопротивлением 50 Ом используется для подачи сигнала с постоянным напряжением (величина 0,5 В), возникает напряжение, которое в несколько раз превышает входной сигнал. на конденсаторе на резонансной частоте 50 МГц. В этом случае напряжение, возникающее на конденсаторе или катушке индуктивности, достигает входного напряжения, умноженного на Q. Как оценить Q, будет объяснено в Разделе 3-2-5. Условия на рис. 3-2-4 указывают Q = 6.3.
(2) Резонансный контур может возникать непреднамеренно
Тестовая схема на рис.3-2-4 содержит конденсатор и катушку индуктивности, где используемые константы являются значениями, которые обычно встречаются в цифровых схемах. Например, входная клемма цифровой ИС имеет плавающую электростатическую емкость в несколько пФ. И проводка имеет индуктивность около 1 мкГн на метр. Следовательно, если кабель длиной около 1 м подключен к входной клемме цифровой ИС (например, для подключения его к внешнему датчику), будет создан резонансный контур, подобный показанному здесь.
Если проводник неправильно подсоединен к этой точке, это может стать причиной появления шума.
(3) Внутреннее напряжение становится высоким даже при небольшом входном напряжении.
Как показано на Рис. 3-2-2 (a), полное сопротивление последовательного резонансного контура становится минимальным на резонансной частоте. Таким образом, вы можете просто предположить, что напряжение становится меньше. Почему напряжение на самом деле становится выше?
На рис. 3-2-5 показано распределение напряжения. Напряжение на входе (средняя точка между резистором и катушкой индуктивности) резонансного контура резко снижается до очень небольшого напряжения.Однако ток был увеличен из-за пониженного импеданса. Следовательно, внутри резонансного контура возникает напряжение, превышающее приложенное.
Почему напряжение на входе в резонансный контур пропадает, несмотря на то, что конденсатор получает какое-то напряжение? В этот момент на катушку индуктивности также поступает точно такое же напряжение, как и на конденсатор. Поскольку направление этого напряжения противоположно конденсатору, вы вряд ли увидите какое-либо напряжение на входе в резонансный контур.
(4) Резонансный контур имеет совершенно разное напряжение в зависимости от точки
Когда цепь резонирует, напряжение существенно различается в зависимости от точки. Даже если кажется, что измерение напряжения в какой-то точке указывает на то, что шум уменьшился, измерение общего шумового излучения может быть неизменным или даже увеличиваться. Так что нужно проявлять осторожность.
Приведенный выше пример касается случая последовательного резонансного контура.В случае параллельного резонансного контура ток, протекающий через конденсатор и катушку индуктивности, становится больше, чем входной сигнал. Поскольку этот ток также может быть причиной шума, следует соблюдать осторожность и в случае параллельного резонансного контура.
3-2-3. Когда цифровая цепь подключена к резонансной цепи
(1) Шум более вероятен на резонансной частоте
Как описано выше, если проводник, который может работать как антенна, был подключен к резонансному контуру, он улавливает высокое напряжение резонансной частоты и генерирует сильное излучение, вызывая, таким образом, шум.Кроме того, с точки зрения устойчивости, шум можно легко уловить на резонансной частоте.
Если такой резонансный контур с присоединенной антенной подключен к сигналу, который содержит широкий диапазон частот, например к цифровому сигналу, гармоники на частотах, близких к резонансной частоте, будут иметь сильное излучение. На рисунках 3-2-6 и 3-2-7 показаны примеры измерения изменений формы импульса и излучения, когда описанная выше последовательная резонансная цепь 50 МГц подключена к тактовому сигналу 10 МГц.В качестве примера подавления шума здесь также показаны форма волны и излучение с прикрепленным ферритовым шариком.
(2) Когда цифровой сигнал подключен к резонансному контуру
На рис. 3-2-6 показаны испытательная схема и результаты измерения формы волны напряжения. 74AC00 использовался для цифрового идентификатора, который работает как источник шума. Выход этой ИС подключен к последовательному резонансному контуру с резонансной частотой 50 МГц.Вы можете видеть, что наблюдаемая форма волны указывает на сильный звон в цифровом импульсе 10 МГц, что серьезно искажает форму волны. Считается, что это связано с тем, что среди гармоник, содержащихся в сигнале 10 МГц, была выделена только гармоника 5-го порядка (50 МГц). (Наблюдалась частота звонка 50 МГц)
(3) Демпфирование с использованием ферритовых шариков
Как описано ниже, демпфирующие резисторы и ферритовые шарики эффективны для подавления этого типа резонанса.На рис. 3-2-6 показана форма волны после прикрепления ферритового буртика. Вы можете видеть, что резонанс был подавлен, и сигнал вернулся к исходной форме импульса.
(4) Резонанс подтверждается шумом
На рис. 3-2-7 показаны результаты по шумовому излучению. Напряженность электрического поля измерялась трехметровым методом. Для справки, на рисунке также показан результат измерения без антенны, и было подтверждено, что практически отсутствует шумовое излучение, когда оно состоит только из цифровой ИС и резонансного контура, как указано выше.Линия в нижней части рисунка показывает уровень темнового шума анализатора спектра.
(5) LC-резонанс и резонанс антенны
На рис. 3-2-7 (а) показан случай, когда резонансный контур подключен с помощью 15-сантиметрового провода в качестве антенны для излучения шума. Сильное излучение наблюдалось на резонансной частоте 50 МГц для резонансного контура LC. Помимо частоты, шум также наблюдался на частоте 500 МГц. На этой частоте 15-сантиметровый провод, подключенный как антенна, работает как антенна с длиной волны 1/4.Следовательно, вы можете наблюдать резонансный эффект антенны в дополнение к ЖК-резонансу на рис. 3-2-7 (a). Резонанс антенны будет описан в следующем разделе.
Рис. 3-2-7 (c) показывает результат измерения с прикрепленным ферритовым валиком. Вы можете видеть, что шумовое излучение было эффективно подавлено.
3-2-4. Пример возникновения резонанса без катушки индуктивности или конденсатора
(1) Резонансная цепь, создаваемая цифровой сигнальной линией
Чтобы провести измерение с акцентом на эффект резонанса на рис.3-2-6 и 3-2-7, эксперимент проводился путем создания LC-резонансного контура с конденсатором и индуктором. Однако резонанс может возникнуть в реальной цепи без таких частей.
Например, в случае проводки цифрового сигнала, показанной на рис. 3-2-8, провод, соединяющий драйвер и приемник, имеет индуктивность. Кроме того, входной разъем приемника, принимающего сигнал, обладает электростатической емкостью. Считается, что цифровая схема, описанная в разделе 2-4-7, образует резонансный контур с этими факторами.
(2) Проблема становится очевидной, когда резонансная частота становится ниже.
Когда цифровая сигнальная проводка очень короткая, резонансная частота из-за этих факторов становится очень высокой (несколько 100 МГц), и, таким образом, влияние незначительно. Однако, если используется двусторонняя плата, или если индуктивность увеличивается за счет удлинения проводки, или если электростатическая емкость увеличивается за счет подключения нескольких приемников, эффекты (искажение формы импульса или повышенное излучение шума и т. Д.)) от пониженной резонансной частоты больше не будет незначительным.
В рамках подготовки к вышеупомянутым случаям часть вывода сигнала может быть снабжена контактами, позволяющими использовать компонент подавления резонанса, такой как ферритовый шарик, так что меры по подавлению шума могут быть легко реализованы, как описано в Разделе 3-2-6.
(3) Кабель питания и печатная плата могут быть факторами резонанса.
Помимо цифровых сигналов, различные факторы, составляющие схему, могут действовать как конденсатор или катушка индуктивности, которые не были описаны в принципиальной схеме, и вызывать резонанс.Так что нужно проявлять осторожность. На рис. 3-2-9 показан пример.
3-2-5. Демпфирование резистором или ферритовой шайбой
(1) Демпфирование последовательного резонансного контура
Резонанс можно подавить, добавив резистор в резонансный контур. Этот резистор называется демпфирующим резистором. На рис. 3-2-10 показан пример добавления демпфирующего резистора (обозначенного как R на рисунке).
Когда демпфирующий резистор используется последовательно с последовательным резонансом, как показано на рис.3-2-10 (a), добротность резонатора определяется следующим образом: [Ссылка 1] .
(Формула 3-2-2)
Например, мы можем включить в эту формулу частичные константы, которые использовались в тесте на рис. 3-2-4. Если выходное сопротивление источника сигнала 50 Ом используется для резистора R , Q = 6.3, что указывает на сильный резонанс. Если резистор R больше, Q становится меньше, тем самым ослабляя резонанс.Таким образом, вы можете видеть, что добавление резистора более 50 Ом к этой точке позволяет ослабить резонанс.
Обычно для подавления резонанса резистор выбирается так, чтобы Q был установлен на 1 или меньше.
(2) Условия отсутствия колебаний последовательного резонансного контура
Чтобы исключить перерегулирование, недорегулирование или звенящий сигнал из импульсной формы волны, такой как цифровой сигнал, используется резистор, который соответствует следующей формуле, чтобы удовлетворить условиям отсутствия колебаний последовательного резонансного контура LCR.
(Формула 3-2-3)
Формула (2) дает значение Q равным 0,5 или меньше.
(3) Демпфирование параллельного резонансного контура
Напротив, когда демпфирующий резистор используется параллельно с параллельным резонансом, как показано на рис. 3-2-10 (b), добротность резонатора определяется следующим образом:
(Формула 3-2-4)
В этом случае, чем меньше резистор, тем слабее становится резонанс.
3-2-6. Демпфирование цифрового сигнала
(1) Демпфирующий резистор и резистор согласования полного сопротивления
При использовании демпфирующего резистора для предотвращения вызванного резонансом проводки цифровой схемы, показанной на рис. 3-2-8, он обычно используется последовательно с проводкой, как показано на рис. 3-2-11. При этом, чем больше резистор, тем выше становится эффект подавления резонанса. Однако, если демпфирование будет чрезмерным, это вызовет побочные эффекты, такие как затухание сигнала и медленное нарастание формы импульса.Следовательно, соответствующий резистор следует выбирать, исходя из баланса между подавлением шума и работой схемы. Если проводку можно рассматривать как линию передачи, эту операцию можно выполнить разумно, используя концепцию согласования импеданса, описанную в следующем разделе.
(2) Демпфирование ферритовым валиком
Поскольку примеры показаны в Разделе 2.4.7, Рис. 3-2-6 и Рис. 3-2-7, ферритовые бусины часто используются для демпфирования при измерениях ЭМС.В этом случае деталь следует выбирать так, чтобы сопротивление ( R ) компонент ферритового валика может удовлетворять формуле (2) на резонансной частоте. Поскольку ферритовый шарик имеет частотные характеристики импеданса, резонанс можно подавить, минимизируя влияние на форму сигнала. Кроме того, он может потреблять больший постоянный ток, чем резистор.
«3-2. Резонанс и затухание »- Ключевые моменты
- Резонанс может быть последовательным или параллельным резонансом
- Последовательный резонанс делает импеданс минимальным (в идеале нулевым) на резонансной частоте.
- Параллельный резонанс делает полное сопротивление максимальным (в идеале ∞ ) на резонансной частоте
- На резонансной частоте шум может вызвать проблему из-за его максимального напряжения или тока.
- Демпфирующие резисторы или ферритовые шарики используются для подавления резонанса.
