Elektrické kmity: druhy a charakteristiky, amplitúda, frekvencia a fáza kmitov
Oscilácie sú procesy, ktoré sa opakujú opakovane alebo sa zhruba opakujú v určitých intervaloch. Kolísavé procesy sú v prírode a technológii rozšírené.
V elektrotechnike a elektronike sa musia vysporiadať s najrôznejšími typmi elektrických kmitov, t.j. kolísanie napätí a prúdov. v rôznych elektrických obvodochako aj mechanické vibrácie, ako sú vibrácie mikrofónové membrány alebo reproduktory.
Vibračné charakteristiky
Kmity ako opakujúce sa procesy sa vyznačujú predovšetkým najväčšími odchýlkami, ktoré dosahuje kolísavá hodnota, resp. amplitúda vibrácií, po druhé, frekvencia, s akou dochádza k opakovaniu rovnakých stavov, príp frekvencia vibrácií, a do tretice, z akého štátu, čoho fáza procesu zodpovedá času začiatku odpočítavania. Táto posledná charakteristika oscilačného procesu sa nazýva „počiatočná fáza“ alebo skrátene jednoducho „fáza“.
Presne povedané, tieto pojmy sú použiteľné iba pre určité typy oscilácií, a to periodické a najmä sínusový… Pojmy: amplitúda, frekvencia a fáza sa však vo všeobecnosti vo vyššie uvedenom zmysle používajú na akúkoľvek vibráciu vo všeobecnosti (pozri — Základné parametre AC).
Oscilačné charakteristiky (amplitúda, perióda, frekvencia a fáza):
Druhy vibrácií
V závislosti od toho, čo sa stane s amplitúdou, sa oscilácie líšia:
-
stacionárne alebo netlmené, ktorých amplitúda sa časom nemení;
-
amortizované, ktorých amplitúda s časom klesá;
-
zvyšuje sa, ktorého amplitúda sa zvyšuje s časom;
-
amplitúdovej modulácie, ktorej amplitúda s časom rastie a klesá.
V závislosti od toho, ako sa oscilácie opakujú v čase, sa oscilácie líšia:
-
periodické, teda také, v ktorých sa všetky stavy opakujú presne v určitých intervaloch;
-
približne periodické, v ktorých sa všetky stavy len približne opakujú, napríklad tlmené alebo frekvenčne modulované (teda kmity, ktorých frekvencia sa neustále mení v určitých medziach okolo určitej hodnoty).
Pozri -Voľné tlmené a nútené oscilácie
V závislosti od formy sa rozlišujú oscilácie:
-
sínusový (harmonický) alebo blízky sínusovému;
-
relaxácia, ktorej tvar je výrazne odlišný od sínusového.
Nakoniec sa podľa pôvodu oscilačného procesu rozlišujú:
-
prirodzené alebo voľné oscilácie, ktoré sa vyskytli v dôsledku šoku v systéme (alebo vo všeobecnosti narušenia rovnováhy systému);
-
vynútené, vznikajúce v dôsledku predĺženého vonkajšieho oscilačného pôsobenia na systém a samokmitania vyskytujúce sa v systéme pri absencii vonkajších vplyvov, v dôsledku schopnosti samotného systému udržiavať v ňom oscilačný proces.
Elektrické vibrácie — kolísanie prúdu, napätia, náboja vyskytujúce sa v elektrických obvodoch, obvodoch, vedeniach atď. Najbežnejším typom elektrických vibrácií sú bežné striedavý elektrický prúd, v ktorom sa periodicky mení napätie a prúd v obvode.Stanú sa s frekvenciou 50 Hz. Takéto relatívne pomalé oscilácie sa zvyčajne dosahujú použitím Elektrické stroje na striedavý prúd.
Rýchle vibrácie vznikajú špeciálnymi metódami, medzi ktorými v moderných technológiách hrajú najväčšiu rolu elektronické generátory.
V závislosti od frekvencie je bežné rozdeliť elektrické vibrácie do dvoch skupín — nízkofrekvenčné, ktorých frekvencia je nižšia ako 15 000 Hz, a vysokofrekvenčné, ktorých frekvencia je vyššia ako 15 000 Hz. Tento limit bol zvolený, pretože vibrácie pod 15 000 Hz vytvárajú v ľudskom uchu pocit zvuku, zatiaľ čo vibrácie nad 15 000 Hz ľudské ucho nepočuje.
Oscilačné systémy — systémy, v ktorých sa môžu vyskytnúť prirodzené oscilácie.
Oscilátorový obvod — obvod, v ktorom môžu nastať prirodzené elektrické oscilácie, ak je v ňom narušená elektrická „rovnováha“, teda ak sa v ňom vytvoria počiatočné napätia alebo prúdy.
reťaz — normálne uzavretý elektrický obvod. Tento termín sa však vzťahuje aj na otvorené obvody, konkrétne antény. Na rozlíšenie medzi týmito dvoma typmi slučiek sa nazývajú uzavreté a otvorené.Pojem "obrys" má niekedy zvláštny význam. Oscilačný obvod sa pre stručnosť často nazýva jednoducho „obvod“.
Aby sa v obvode vyskytli prirodzené oscilácie, musí mať kapacitu a indukčnosť, nie príliš veľký odpor. Frekvencia vlastných kmitov v obvode bude závisieť od hodnoty kapacity C a indukčnosti L. Čím väčšia je kapacita a indukčnosť zapojená do oscilačného obvodu, tým nižšia je frekvencia jeho vlastných kmitov (podrobnejšie pozri tu — Oscilátorový obvod).
Frekvencia prirodzených vibrácií v obvode je určená približne tzv podľa Thomsonovho vzorca:
Pretože každý obvod má odpor, kde dochádza k energetickým stratám a uvoľňovaniu tepla, potom budú prirodzené oscilácie v obvode vždy tlmiace. Inými slovami, oscilačný obvod sa vracia do elektrickej "rovnováhy" ako výsledok tlmeného oscilačného procesu.
Ak je odpor obvodu veľmi vysoký, potom ide o aperiodický obvod, v ktorom sa nevyskytujú žiadne prirodzené oscilácie. Počiatočné napätia a prúdy vytvorené v takomto obvode sa rozpadajú bez oscilácií, ale monotónne. Inými slovami, pri narušení elektrickej „rovnováhy“ sa takáto slučka aperiodicky (teda bez kmitov) vracia do „rovnovážnej“ polohy.
Pozri tiež na túto tému:
Indukčne viazané oscilačné obvody
Kontinuálne oscilácie a parametrická rezonancia