Sähkövärähtelyt: värähtelyjen tyypit ja ominaisuudet, amplitudi, taajuus ja vaihe

Värähtelyt ovat prosesseja, jotka toistavat itseään toistuvasti tai karkeasti toistavat itseään tietyin väliajoin. Vaihtelevat prosessit ovat yleisiä luonnossa ja tekniikassa.

Sähkötekniikassa ja elektroniikassa he joutuvat käsittelemään monenlaisia ​​sähköisiä värähtelytyyppejä, ts. jännitteiden ja virtojen vaihtelut. eri sähköpiireissäsekä mekaanisia tärinöitä, kuten tärinää mikrofonin kalvot tai kaiuttimet.

Tärinäominaisuudet

Värähtelyille toistuvina prosesseina ovat ennen kaikkea tunnusomaisia ​​vaihtelevan arvon saavuttamat suurimmat poikkeamat, tai värähtelyn amplitudi, toiseksi, kuinka usein samojen tilojen toistoja esiintyy, tai värähtelytaajuutta, ja kolmanneksi, mistä tilasta, mitä prosessivaihe vastaa lähtölaskennan alkamisaikaa. Tätä viimeksi mainittua värähtelevän prosessin ominaisuutta kutsutaan "alkuvaiheeksi" tai yksinkertaisesti "vaiheeksi".

Tarkkaan ottaen näitä käsitteitä voidaan soveltaa vain tietyntyyppisiin värähtelyihin, nimittäin jaksollisiin ja erityisesti sinimuotoinen… Termejä: amplitudi, taajuus ja vaihe käytetään kuitenkin yleisesti edellä mainitussa merkityksessä mihin tahansa värähtelyyn yleensä (katso - AC:n perusparametrit).

Värähtelyominaisuudet (amplitudi, jakso, taajuus ja vaihe):

Tärinätyypit

Riippuen siitä, mitä amplitudille tapahtuu, värähtelyt vaihtelevat:

• paikallaan tai vaimentamaton, jonka amplitudi ei muutu ajan myötä;

• kuoletettu, jonka amplitudi pienenee ajan myötä;

• kasvaa, jonka amplitudi kasvaa ajan myötä;

• amplitudimodulaatio, jonka amplitudi kasvaa ja pienenee ajan myötä.

Riippuen siitä, kuinka värähtelyt toistuvat ajassa, värähtelyt vaihtelevat:

• jaksolliset eli ne, joissa kaikki tilat toistuvat täsmälleen tietyin väliajoin;

• suunnilleen jaksollinen, jossa kaikki tilat vain suunnilleen toistavat itseään, esimerkiksi vaimentavat tai taajuusmoduloidut (eli värähtelyt, joiden taajuus muuttuu jatkuvasti tietyissä rajoissa tietyn arvon ympärillä).

Katso -Vapaat vaimennettuja ja pakotettuja värähtelyjä

Muodosta riippuen värähtelyt erotetaan:

• sinimuotoinen (harmoninen) tai lähellä sinimuotoista;

• rentoutuminen, jonka muoto eroaa merkittävästi sinimuotoisesta.

Lopuksi, värähtelyprosessin alkuperän mukaan, ne erotetaan:

• luonnolliset tai vapaat värähtelyt, jotka ilmenivät järjestelmän iskun seurauksena (tai yleensä järjestelmän tasapainon rikkomisesta);

• pakotettu, joka syntyy järjestelmään kohdistuvan pitkittyneen ulkoisen värähtelevän vaikutuksen seurauksena, ja järjestelmässä tapahtuvista itsevärähtelyistä ulkoisten vaikutusten puuttuessa, mikä johtuu järjestelmän itsensä kyvystä ylläpitää värähtelyprosessia siinä.

Sähkövärähtelyt — virran, jännitteen, varauksen vaihtelut, joita esiintyy sähköpiireissä, piireissä, linjoissa jne. Yleisimmät sähkövärähtelytyypit ovat tavallisia vaihtovirtaa, jossa piirin jännite ja virta muuttuvat ajoittain.Näitä tapahtuu taajuudella 50 Hz. Tällaiset suhteellisen hitaat värähtelyt saadaan yleensä käyttämällä Vaihtovirtasähkökoneet.

Nopeat tärinät syntyvät erityisillä menetelmillä, joista nykyaikaisissa teknologioissa niillä on suurin rooli elektroniset generaattorit.

Taajuudesta riippuen on tavallista jakaa sähköiset värähtelyt kahteen ryhmään - matalataajuiseen, jonka taajuus on alle 15 000 Hz, ja korkeaan taajuuteen, jonka taajuus on yli 15 000 Hz. Tämä raja valittiin, koska alle 15 000 Hz:n värähtely tuottaa ihmiskorvassa äänen tunteen, kun taas yli 15 000 Hz:n tärinää ihmiskorva ei kuule.

Oskillaattorijärjestelmät — järjestelmät, joissa voi esiintyä luonnollisia värähtelyjä.

Oskillaattoripiiri — piiri, jossa luonnollisia sähköisiä värähtelyjä voi esiintyä, jos sähköinen "tasapaino" häiriintyy, eli jos siihen syntyy alkujännitteitä tai -virtoja.

Ketju — normaalisti suljettu sähköpiiri. Tämä termi koskee kuitenkin myös avoimia piirejä, nimittäin antenneja. Näiden kahden tyyppisten silmukoiden erottamiseksi toisistaan ​​kutsutaan niitä suljettuja ja avoimia.Termillä "ääriviiva" on joskus erityinen merkitys. Värähtelevää piiriä kutsutaan usein yksinkertaisesti "piiriksi" lyhyyden vuoksi.

Jotta piirissä esiintyisi luonnollisia värähtelyjä, sillä on oltava kapasitanssi ja induktanssi, ei liikaa vastusta. Piirin luonnollisten värähtelyjen taajuus riippuu kapasitanssin C ja induktanssin L arvosta. Mitä suurempi värähtelypiirin kapasitanssi ja induktanssi on, sitä pienempi on sen luonnollisten värähtelyjen taajuus (katso lisätietoja täältä - Oskillaattoripiiri).

Luonnollisten värähtelyjen taajuus piirissä määräytyy suunnilleen ns Thomsonin kaavalla:

Koska jokaisessa piirissä on vastus, jossa energiahäviöitä tapahtuu ja lämpöä vapautuu, niin piirin luonnolliset värähtelyt vaimentavat aina. Toisin sanoen värähtelypiiri palaa sähköiseen "tasapainoon" vaimennetun värähtelyprosessin seurauksena.

Jos piirin resistanssi on erittäin korkea, se on jaksollinen piiri, jossa ei esiinny luonnollisia värähtelyjä. Tällaisessa piirissä syntyneet alkujännitteet ja -virrat vaimenevat ilman värähtelyjä, mutta monotonisesti. Toisin sanoen, kun sähköinen "tasapaino" on häiriintynyt, tällainen silmukka palaa ajoittain (eli ilman värähtelyjä) "tasapaino"-asentoon.

Katso myös tästä aiheesta:

Induktiivisesti kytketyt värähtelypiirit

Jatkuvat värähtelyt ja parametrinen resonanssi