Resonans ialah salah satu fenomena fizikal yang paling biasa dalam alam semula jadi. Fenomena resonans boleh diperhatikan dalam sistem mekanikal, elektrik dan juga terma. Tanpa resonans, kita tidak akan mempunyai radio, televisyen, muzik, dan juga ayunan taman permainan, apatah lagi sistem diagnostik paling berkesan yang digunakan dalam perubatan moden. Salah satu jenis resonans yang paling menarik dan berguna dalam litar elektrik ialah resonans voltan.
Unsur litar resonans
Fenomena resonans boleh berlaku dalam litar RLC yang dipanggil yang mengandungi komponen berikut:
- R - perintang. Peranti ini, berkaitan dengan apa yang dipanggil unsur aktif litar elektrik, menukar tenaga elektrik kepada tenaga haba. Dalam erti kata lain, ia mengeluarkan tenaga daripada litar dan menukarnya kepada haba.
- L - kearuhan. Kearuhan dalamlitar elektrik - analog jisim atau inersia dalam sistem mekanikal. Komponen ini tidak begitu ketara dalam litar elektrik sehingga anda cuba membuat beberapa perubahan padanya. Dalam mekanik, sebagai contoh, perubahan sedemikian adalah perubahan dalam kelajuan. Dalam litar elektrik, perubahan arus. Jika ia berlaku atas sebarang sebab, induktansi bertindak balas terhadap perubahan dalam mod litar ini.
- C ialah sebutan untuk kapasitor, iaitu peranti yang menyimpan tenaga elektrik dengan cara yang sama seperti pegas menyimpan tenaga mekanikal. Induktor menumpukan dan menyimpan tenaga magnet, manakala kapasitor menumpukan cas dan dengan itu menyimpan tenaga elektrik.
Konsep litar resonans
Elemen utama litar resonan ialah kearuhan (L) dan kemuatan (C). Perintang cenderung untuk melembapkan ayunan, jadi ia mengeluarkan tenaga daripada litar. Apabila mempertimbangkan proses yang berlaku dalam litar berayun, kita mengabaikannya buat sementara waktu, tetapi perlu diingat bahawa, seperti daya geseran dalam sistem mekanikal, rintangan elektrik dalam litar tidak boleh dihapuskan.
Resonans voltan dan resonans semasa
Bergantung pada cara elemen utama disambungkan, litar resonans boleh menjadi siri dan selari. Apabila litar berayun siri disambungkan kepada sumber voltan dengan frekuensi isyarat bertepatan dengan frekuensi semula jadi, dalam keadaan tertentu, resonans voltan berlaku di dalamnya. Resonans dalam litar elektrik dengan sambungan selariunsur reaktif dipanggil resonans semasa.
Kekerapan semula jadi litar resonan
Kita boleh membuat sistem berayun pada frekuensi semula jadinya. Untuk melakukan ini, anda perlu mengecas kapasitor terlebih dahulu, seperti yang ditunjukkan dalam angka atas di sebelah kiri. Apabila ini selesai, kekunci dialihkan ke kedudukan yang ditunjukkan dalam angka yang sama di sebelah kanan.
Pada masa "0", semua tenaga elektrik disimpan dalam kapasitor, dan arus dalam litar adalah sifar (rajah di bawah). Perhatikan bahawa plat atas kapasitor dicas positif manakala plat bawah dicas negatif. Kita tidak dapat melihat ayunan elektron dalam litar, tetapi kita boleh mengukur arus dengan ammeter, dan menggunakan osiloskop untuk mengesan sifat arus berbanding masa. Ambil perhatian bahawa T pada graf kami ialah masa yang diperlukan untuk melengkapkan satu ayunan, yang dalam kejuruteraan elektrik dipanggil "tempoh ayunan".
Arus mengalir mengikut arah jam (gambar di bawah). Tenaga dipindahkan dari kapasitor ke induktor. Pada pandangan pertama, mungkin kelihatan aneh bahawa induktansi mengandungi tenaga, tetapi ini serupa dengan tenaga kinetik yang terkandung dalam jisim bergerak.
Aliran tenaga kembali semula ke kapasitor, tetapi ambil perhatian bahawa kekutuban kapasitor kini telah diterbalikkan. Dalam erti kata lain, plat bawah kini mempunyai cas positif dan plat atas cas negatif (Rajahbawah).
Kini sistem terbalik sepenuhnya dan tenaga mula mengalir dari kapasitor kembali ke dalam induktor (rajah di bawah). Akibatnya, tenaga kembali sepenuhnya ke titik permulaannya dan bersedia untuk memulakan kitaran semula.
Kekerapan ayunan boleh dianggarkan seperti berikut:
F=1/2π(LC)0, 5,
di mana: F - kekerapan, L - kearuhan, C - kemuatan.
Proses yang dipertimbangkan dalam contoh ini mencerminkan intipati fizikal resonans tekanan.
Kajian Resonans Tekanan
Dalam litar LC sebenar, sentiasa terdapat sejumlah kecil rintangan, yang mengurangkan peningkatan amplitud semasa dengan setiap kitaran. Selepas beberapa kitaran, arus berkurangan kepada sifar. Kesan ini dipanggil "redaman isyarat sinusoidal". Kadar di mana arus mereput kepada sifar bergantung kepada jumlah rintangan dalam litar. Walau bagaimanapun, rintangan tidak mengubah kekerapan ayunan litar resonans. Jika rintangan cukup tinggi, tidak akan ada ayunan sinusoidal dalam litar sama sekali.
Jelas sekali, di mana terdapat frekuensi ayunan semula jadi, terdapat kemungkinan pengujaan proses resonans. Kami melakukan ini dengan memasukkan bekalan kuasa arus ulang alik (AC) secara bersiri, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kiri. Istilah "pembolehubah" bermaksud bahawa voltan keluaran sumber berubah-ubah dengan tertentukekerapan. Jika kekerapan bekalan kuasa sepadan dengan frekuensi semula jadi litar, resonans voltan berlaku.
Syarat kejadian
Sekarang kita akan mempertimbangkan syarat-syarat untuk berlakunya resonans tekanan. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar terakhir, kami telah mengembalikan perintang ke gelung. Sekiranya tiada perintang dalam litar, arus dalam litar resonans akan meningkat kepada nilai maksimum tertentu yang ditentukan oleh parameter elemen litar dan kuasa sumber kuasa. Meningkatkan rintangan perintang dalam litar resonan meningkatkan kecenderungan arus dalam litar untuk mereput, tetapi tidak menjejaskan kekerapan ayunan resonans. Sebagai peraturan, mod resonans voltan tidak berlaku jika rintangan litar resonans memenuhi keadaan R=2(L/C)0, 5.
Menggunakan resonans voltan untuk menghantar isyarat radio
Fenomena resonans tekanan bukan sahaja fenomena fizikal yang ingin tahu. Ia memainkan peranan yang luar biasa dalam teknologi komunikasi tanpa wayar - radio, televisyen, telefon selular. Pemancar yang digunakan untuk menghantar maklumat secara wayarles semestinya mengandungi litar yang direka bentuk untuk bergema pada frekuensi tertentu bagi setiap peranti, dipanggil frekuensi pembawa. Dengan antena pemancar yang disambungkan kepada pemancar, ia memancarkan gelombang elektromagnet pada frekuensi pembawa.
Antena di hujung laluan transceiver yang lain menerima isyarat ini dan menyalurkannya ke litar penerima, direka bentuk untuk bergema pada frekuensi pembawa. Jelas sekali, antena menerima banyak isyarat pada berbezafrekuensi, apatah lagi bunyi latar belakang. Disebabkan kehadiran litar resonans pada input peranti penerima, ditala pada frekuensi pembawa litar resonans, penerima memilih satu-satunya frekuensi yang betul, menghapuskan semua yang tidak perlu.
Selepas mengesan isyarat radio termodulat amplitud (AM), isyarat frekuensi rendah (LF) yang diekstrak daripadanya dikuatkan dan disalurkan ke peranti pembiakan bunyi. Ini adalah bentuk penghantaran radio yang paling mudah dan sangat sensitif kepada bunyi dan gangguan.
Untuk meningkatkan kualiti maklumat yang diterima, kaedah lain yang lebih maju bagi penghantaran isyarat radio telah dibangunkan dan berjaya digunakan, yang juga berdasarkan penggunaan sistem resonan yang ditala.
Modulasi frekuensi atau radio FM menyelesaikan banyak masalah penghantaran radio AM, tetapi ini mendatangkan kos yang sangat merumitkan sistem penghantaran. Dalam radio FM, bunyi sistem dalam laluan elektronik ditukar kepada perubahan kecil dalam frekuensi pembawa. Sekeping peralatan yang melakukan penukaran ini dipanggil "modulator" dan digunakan dengan pemancar.
Oleh itu, penyahmodulasi mesti ditambahkan pada penerima untuk menukar kembali isyarat kepada bentuk yang boleh dimainkan melalui pembesar suara.
Lagi contoh penggunaan resonans voltan
Resonans voltan sebagai prinsip asas juga tertanam dalam litar pelbagai penapis yang digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektrik untuk menghapuskan isyarat berbahaya dan tidak perlu,melicinkan riak dan menjana isyarat sinusoidal.
