Oscilačný proces v elektrotechnike a elektronike, druhy kmitov
Oscilačný proces — proces s rôznym stupňom opakovateľnosti. Všetky oscilačné procesy sú rozdelené do 2 tried: periodické a neperiodické. Teoreticky tiež používajú strednú triedu - takmer periodické oscilácie.
Oscilačný proces sa nazýva periodický, v ktorom hodnota charakterizujúca tento proces získaná kedykoľvek po určitom čase T má rovnakú hodnotu.
Funkcia f (t), ktorá je matematickým vyjadrením oscilačného procesu, sa nazýva periodická s periódou T, ak spĺňa podmienku f (t + T) = f (t).
V triede periodických oscilačných procesov hrajú hlavnú úlohu harmonické alebo sínusové oscilácie, pri ktorých dochádza k zmene fyzikálnej veličiny s časom podľa zákona sínusu alebo kosínusu. Ich celkový rekord je:
y = f (t) = aCos ((2π / T) t – φ),
kde a — amplitúda kmitov, φ je fáza kmitania, 1 /T = f — frekvencia a 2πf = ω — frekvencia cyklických alebo kruhových vibrácií.
Aplikácia sínusových kmitov a ich charakteristiky:
Grafické spôsoby zobrazenia striedavého prúdu
Takmer periodická funkcia zodpovedajúca čítaniu periodických oscilácií je definovaná podmienkou:
| f · (t + τ) — f (t) | <= ε kde ε — priraďte hodnotu každej hodnote T.
Množstvo τ sa v tomto prípade nazýva takmer perióda. Ak je hodnota ε veľmi malá v porovnaní s priemernou hodnotou f (t) v čase T, potom kváziperiodická funkcia bude blízka periodickej.
Neperiodické oscilácie sú oveľa rozmanitejšie ako periodické. Najčastejšie sa však v automatizácii treba stretnúť s tlmením alebo zvyšovaním sínusových oscilácií.
Oscilácie podľa zákona tlmenej sínusoidy alebo, ako sa niekedy nazývajú, tlmené harmonické kmity, možno znázorniť vo všeobecnej forme:
x = Ae-δTcos·(ω + φ),
kde t je čas, A a φ sú ľubovoľné konštanty. Všeobecný zápis zákona o zvyšovaní harmonických kmitov sa líši len v znamienku faktora tlmenia δ[1 sekunda].
Obr. 1 — oscilačný proces, Obr. 2. — periodický proces, obr. 3. — doznievajúce harmonické kmity, obr. 4. — zvýšenie harmonických kmitov.
Príkladom aplikácie oscilačného procesu je najjednoduchší oscilačný obvod.
Oscilátorový obvod (elektrický obvod) — pasívny elektrický obvod, v ktorom môžu nastať elektrické oscilácie s frekvenciou určenou parametrami samotného obvodu.
Najjednoduchší oscilačný obvod pozostáva z kapacity C a indukčnosti L. Pri absencii vonkajšieho vplyvu tlmí oscilácie s frekvenciou εО = 1/2π√LC.
Amplitúda vibrácií klesá s napr.-δT, kde δ je koeficient tlmenia. Ak δ> = eO, potom sa tlmené kmity v obvode stanú neperiodickými.
V elektronike je kvalita oscilačného obvodu určená faktorom kvality: Q = nf/δ... Pri pôsobení vonkajšej periodickej sily na oscilačný obvod dochádza v ňom k vynúteným osciláciám. Amplitúda vynútených kmitov sa výrazne zvyšuje pre obvody s vysokým Q, ak je frekvencia vonkajšieho vplyvu blízka eo (rezonancia). Oscilačný obvod je jednou z hlavných častí rezonančných zosilňovačov, generátory a iné elektronické zariadenia.
Pozri tiež na túto tému: Aplikácia napäťovej rezonancie a prúdovej rezonancie