Induktor- dio koji ima spiralni namotaj i može koncentrirati naizmjenično magnetsko polje. Za razliku od otpornici I kondenzatori induktori su nestandardne radio komponente i njihov dizajn je određen svrhom određenog uređaja.
Glavni parametri induktora:
- Induktivnost
- Faktor kvaliteta induktora
- Vlastita kapacitivnost induktora
- Temperaturna stabilnost (temperaturni koeficijent)
Količina induktivnosti je direktno proporcionalna veličini zavojnice i broju zavoja. Induktivnost također ovisi o materijalu jezgre koji se unosi u zavojnicu i prisutnosti štita. Proračun induktora se vrši uzimajući u obzir ove faktore.
Kada se jezgro od magnetnih materijala (ferit, alsifer, karbonil željezo, magnetit) unese u zavojnicu, njegova induktivnost se povećava. Ovo svojstvo vam omogućava da smanjite broj zavoja u zavojnici kako biste dobili potrebnu induktivnost i time smanjili njegove dimenzije. Ovo je posebno važno u niskofrekventnim opsezima, kada je potrebna velika induktivnost. Potapanjem jezgra u zavojnicu na različitim dubinama mijenja se njegova induktivnost. Ovo svojstvo je korišteno u starijim radijima kada se podešava radio stanica. IN savremenim aparatima najčešće se ovo svojstvo koristi u induktivnim senzori blizine. Takvi senzori reagiraju na približavanje metalnih predmeta.
Moguće je utjecati na induktivnost zavojnice čak iu odsustvu pokretnog jezgra u njemu. U ovom slučaju, jedan od dva serijski spojena namotaja se postavlja unutar drugog. Ako tada promijenite njegov položaj, tada će se promijeniti i induktivnost. Ovaj dizajn zavojnice se zove variometar.
- ovo je kvaliteta zavojnice u krugovima naizmjenična struja. Faktor kvalitete induktora definira se kao omjer njegove induktivne otpornosti prema aktivnom otporu. grubo govoreći, induktivna reaktansa je otpor zavojnice naizmjeničnu struju, i aktivni otpor- ovo je otpor zavojnice na jednosmjernu struju i otpor zbog gubitka električne snage u okviru, jezgri, štitu i izolaciji zavojnice. Što je manji aktivni otpor, veći je faktor kvalitete zavojnice i njegova kvaliteta. Dakle, možemo reći da što je veći faktor kvalitete, manji je gubitak energije u induktoru.
Induktivna reaktansa određuje se formulom:
XL = ωL = 2πfL
Gdje je ω = 2πf kružna frekvencija (f je frekvencija, Hz); L je induktivnost zavojnice, H.
Faktor kvaliteta induktora određuje se formulom:
Q = X L / R = ωL / R = 2πfL / R
Gdje je R aktivni otpor induktora, Ohm.
36 . Suština simboličke metode proračuna je da se sa sinusoidnom strujom može ići od jednadžbi sastavljenih za trenutne vrijednosti i koje su diferencijalne jednadžbe, do algebarskih jednadžbi sastavljenih s obzirom na komplekse struje i e. d.s. Ova tranzicija se zasniva na činjenici da se u jednačini sastavljenoj prema Kirchhoffovim zakonima za stacionarni proces trenutna vrijednost struje zamjenjuje kompleksnom amplitudom struje. Trenutna vrijednost napona na aktivnom otporu u R = iR - kompleks R, koji je u fazi sa strujom. Trenutna vrijednost napona na induktivnosti u L = L- kompleks j L m vodeći struju za 90°. Trenutačni napon na kapacitivnosti u C =- kompleks m zaostaje za sadašnjim za 90 o. Trenutni e. d.s. e- kompleks.
Razmislite primjer proračuna struja u kolu prikazanom na sl.
Jednačina za trenutne vrijednosti može se napisati na sljedeći način:
u R + u L + u C = e,
iR + L + = e
Pišemo to u složenom obliku:
R + j L m + m = .
Rješavajući ovu jednačinu za , dobivamo:
Metoda se naziva simboličkom jer ih struje i naponi zamjenjuju složenim slikama ili simbolima. Dakle R je slika ili simbol pada napona iR; j L m- slika ili simbol pada napona na induktoru L; m slika pada napona na kondenzatoru .
37.UPOZORENJE! Odgovor je djelimično otkriven u prethodnom pitanju+ (sve formule koje su ovdje navedene su pronađene u jednoj verziji, tako da ne mogu jamčiti za tačnost, ali, nažalost, nisam mogao pronaći ništa drugo po ovom pitanju, pa preporučujem koristeći formule iz prethodnog pitanja).
Ako u električno kolo postoje izvori energije čiji se EMF i struja mijenjaju po harmonijskom zakonu
ek(t) = Em*k S in(w t + y ek); Jk(t) = Jm*k Sin(w t + y jk),
(Razumijem da Em jeste . Slično za druge, ali ja xs)
tada će struje i naponi u svim dijelovima ovog kola biti harmonijske funkcije:
ik(t) = Im*k Sin(w t + y ik); uk(t) = Um*k Sin(w t + y uk),
Kirchhoffovi zakoni vrijede za sva kola i utjecaje, uključujući i sinusoidna strujna kola.Na primjer, kada se određuju struje i naponi za kolo, treba sastaviti dvije jednačine:
i = i1+ i2 = Im*1 Sin(w t + y i1) + Im*2 Sin(w t + y i2);
uL = ur + uc = Um*r Sin(w t + y ur) + Um*c Sin(w t +y uc).
Operacije sa harmonijskim funkcijama u elektrotehničkim problemima su fundamentalno lakše izvesti tako što se predstavljaju kao kompleksni brojevi. Ova metoda se naziva metodom simboličkog ili kompleksnog broja.
Prijelaz sa trenutnih vrijednosti na kompleksne amplitude izvodi se na sljedeći način:
i = Im* Sin(w t + y i) odgovara Im = Im*ejy i,
u = Um* Sin(w t + y u) odgovara Um = Um*ejy u,
38. Najjednostavniji otporni djelitelj napona sastoji se od dva otpornika spojena serijski na izvor napona. Budući da su otpornici povezani serijski, struja kroz njih će biti ista u skladu s prvim Kirchhoffovim pravilom. Pad napona na svakom otporniku, prema Ohmovom zakonu, bit će proporcionalan otporu (struja je, kao što je prethodno utvrđeno, ista):
| I 1 |
| C |
| I 2 |
| R |
| U 1 |
| A |
Na desnu stranu prenosimo članove sa koeficijentima U 2 i uzmi U 2 za zagrade:
Svedimo izraz u zagradama na zajednički nazivnik:
Nađimo rezultat u obliku relacije U 2 / U 1 :
* Razdjelnik napona se može koristiti za pojačanje ulaznog napona
* Razdjelnik napona se može koristiti za stabilizaciju ulaznog napona - to je moguće ako se zener dioda koristi kao donji krak razdjelnika.
39. Niskopropusni filter je elektronski ili bilo koji drugi filter koji efikasno propušta frekventni spektar signala ispod određene frekvencije (granične frekvencije) i smanjuje (prigušuje) frekvencije signala iznad ove frekvencije.
* Za zvučne talase, čvrsta barijera igra ulogu niskopropusnog filtera - na primjer, u muzici koja se pušta u drugoj prostoriji, bas se lako razlikuje, a visoke frekvencije se filtriraju (zvuk je "zaglušen"). Na isti način, uho percipira muziku koja svira u zatvorenom automobilu.
* Elektronski niskopropusni filteri se koriste za suzbijanje talasanja napona na izlazu AC ispravljača, za razdvajanje frekvencijskih pojaseva u akustični sistemi, u sistemima za prenos podataka za suzbijanje visokofrekventnih smetnji i ograničavanje spektra signala, a imaju i veliki broj drugih primena.
* Radio predajnici koriste niskopropusni filter za blokiranje harmonijskih emisija koje mogu stupiti u interakciju s korisnim signalom niske frekvencije i ometati drugu elektronsku opremu.
* Mehanički niskofrekventni filteri se često koriste u AVM kolima sistema kontinuiranog upravljanja kao korektivne veze.
* U obradi slike, niskopropusni filteri se koriste za uklanjanje šuma sa slike i stvaranje specijalnih efekata, kao i za kompresiju slika.
| U 2 |
| I 1 |
| C |
| I 2 |
| R |
| U 1 |
| A |
Visokopropusni filter (HPF) - elektronski ili bilo koji drugi filter koji propušta visoke frekvencije ulaznog signala, potiskujući signalne frekvencije ispod granične frekvencije. Stepen potiskivanja zavisi od specifičnog tipa filtera.
Najjednostavniji elektronski visokopropusni filtar sastoji se od kondenzatora i otpornika povezanih u seriju. Kondenzator propušta samo naizmjeničnu struju, a izlazni napon se uzima iz otpornika. Proizvod otpora i kapacitivnosti (R×C) je vremenska konstanta za takav filter, koja je obrnuto proporcionalna graničnoj frekvenciji u hercima:
* Sličan filter se koristi za izdvajanje visokih frekvencija iz signala i često se koristi u obradi audio signala kao što su skretnice. Druga važna primjena visokopropusnog filtera je eliminacija samo DC komponente, za koju je granična frekvencija odabrana dovoljno niska.
* Visokopropusni filteri se koriste u jednostavnim kondenzatorskim pretvaračima napona bez transformatora za smanjenje izmjeničnog napona. Nedostaci ovakvih pretvarača uključuju njihovu visoku osjetljivost na impulsni šum u izvoru naizmjenične struje, kao i ovisnost izlaznog napona o impedanciji opterećenja.
* Visokopropusni filteri se koriste u obradi slike za izvođenje transformacija u frekvencijskom domenu (na primjer, za izdvajanje rubova).
* Visokopropusni filter sa niskopropusnim filterom (LPF) se također koristi u seriji. Ako je u isto vrijeme granična frekvencija visokopropusnog filtera manja od granične frekvencije niskopropusnog filtera (tj. postoji frekventni opseg u kojem oba filtera propuštaju signal), filtar opsega će biti dobijeni (koristi se za izdvajanje određenog frekventnog opsega iz signala).
41. StripeRC- filter.
| U Izlaz |
| R 2 |
| C 2 |
| U in |
| R 1 |
| C 1 |
Slika 6.16 - dijagram strujnog kola band pass RC filter
Izračunajte izlazni napon i fazni pomak na srednjim frekvencijama. Formula za složeni izlazni napon za neopterećeni filter je
Nakon transformacija, dobijamo
Označavajući , dobijamo kompleksni koeficijent prijenosa
Izraz za koeficijent prijenosa napona za propusni filter sa R1=R2=R i C1=C2=C je
Grafikon zavisnosti (3.9) prikazan je na sl. 3.6. Kao što možete vidjeti na ovoj slici, frekvencijski odziv propusnog filtera liči na rezonantnu krivu oscilatorno kolo. Stoga se odgovarajuća frekvencija naziva kvazirezonantna. Njegova vrijednost se može dobiti iz izraza (3.9) uzimajući u obzir relaciju (3.10)
Slika 6.17 – Grafikoni frekventnog odziva i faznog odziva propusnog filtera
Ciljevi
Nakon izvođenja ovog eksperimenta, moći ćete objasniti učinak induktivnosti u AC krugu i izračunati vrijednosti induktivnosti i re aktivni otpor prema rezultatima mjerenja.
Potrebna dodatna oprema
* Osciloskop
* Digitalni multimetar
* 100mH induktor
* Generator funkcija / Generator signala
UVOD
Kada je induktor spojen na AC kolo, kontinuirane se promjene voltaža dovesti do promjena struja, koji zauzvrat stvaraju ili rastuće ili opadajuće magnetsko polje. Ovo magnetsko polje inducira protunapon u induktoru i suprotstavlja se promjenama struje. Kao rezultat, postoji kontinuirana opozicija protoku struje. Ova reakcija se naziva induktivna reaktancija (XL).
formula induktivne reaktanse
Induktivna reaktancija zavojnice ili induktora ovisi o frekvenciji primijenjenog AC napona (f) i vrijednosti induktivnosti (L) u henryju. Za izračunavanje induktivne reaktancije, izražene u omima, koristi se jednostavna formula:
Induktivna reaktancija je direktno proporcionalna frekvenciji i induktivnosti. Ako je induktivna reaktancija poznata, frekvencija ili induktivnost se mogu pronaći pretvaranjem osnovne formule, kao što je prikazano u nastavku:
formula impedanse
Podsjetimo da ne postoje čisti induktori jer se induktori prave od žice koja ima otpor. Impedansa koju daje induktor naizmjenične struje je, dakle, kombinacija induktivnog otpora i konvencionalnog (aktivnog) otpora. Ova kombinovana reakcija je poznata kao impedansa (ili impedansa). Impedancija se može izračunati pomoću formule:
Podsjetimo da induktivnost uzrokuje zaostajanje struje u odnosu na napon. By
Iz tog razloga, naponi na induktoru i na otporniku su van faze za 90 stepeni jedan u odnosu na drugi. Upravo to nas sprečava da jednostavno zbrojimo induktivnu reaktanciju i aktivnu reaktanciju kako bismo dobili vrijednost impedanse.
Ako je impedancija poznata, a induktivna reaktancija ili otpor nepoznati, prethodna formula se može modificirati kako bi se pronašli na sljedeći način:
Ako je impedancija induktivnog kola poznata, možete izračunati struju u krugu ako znate primijenjeni napon. Ovo se postiže primjenom Ohmovog zakona:
Naravno, ova formula se također može pretvoriti u izračunavanje dvije druge varijable ako je potrebno:
Sažetak
U ovom eksperimentu ćete naučiti o učinku induktivnosti u kolu naizmjenične struje.
POSTUPAK
1. Izmjerite otpor namotaja induktora multimetrom.
DC otpor =____ Ohm
2. Povežite induktor od 100 mH na generator signala koji generiše napon od 4 Vpp od vrha do vrha na 400 Hz.
3. Sada izmjerite stvarnu vrijednost struje primarni namotaj. Podsjetimo da ampermetar mora biti povezan serijski sa strujnim krugom kako bi se izvršilo mjerenje. Povežite multimetar za mjerenje naizmjenične struje. Provjerite da li generator nastavlja generirati 4 Vpp.
Is= _____ MA
4. Korištenje informacija koje ste prikupili
u prethodnim koracima, i formulama datim u uvodnom dijelu, izračunati impedanciju kola.
Z = _____ Ohm
5. Koristeći informacije koje ste prikupili u prethodnim koracima i formule date u uvodu, izračunajte induktivnost (L) zavojnice. L = _____ mH
SAŽETAK PITANJA
1. Sa povećanjem frekvencije naizmjenične struje koja prolazi kroz induktor, induktivna reaktanca:
a) raste
b) smanjuje se
c) ostaje nepromijenjena.
2. Sa smanjenjem vrijednosti induktivnosti u kolu, induktivni otpor:
a) raste
b) smanjuje se
c) ostaje nepromijenjena.
3. Sa smanjenjem otpora induktora, njegova impedancija:
a) raste
b) smanjuje se
c) ostaje nepromijenjena.
4. Jedinica mjere za vrijednost induktivnog otpora je:
b) farad,
5. Induktor ima (aktivni) otpor od 120 oma. Kada se na zavojnicu dovede AC napon od 24 V na 60 Hz, teče struja od 111 mA. Vrijednost induktivnosti je cca.
Coil induktivnost -vijak,spirala ili spiralni namotaj od valjane izolacije kondukter, koji ima značajan induktivnost sa relativno malim kontejneri i mali aktivni otpor. Takav sistem je sposoban da akumulira magnet energije kada teče električna struja.
Uređaj
Da bi se povećala induktivnost, jezgra napravljena od feromagnetski materijali: elektro čelik, permalloy, karbonil gvožđe, feriti. Jezgra se također koriste za promjenu induktivnosti zavojnica u malom rasponu.
Osobine induktora
Induktor in električno kolo dobro sprovodi D.C. i istovremeno se odupreti naizmjenična struja, od kada se mijenja struja u zavojnici, EMF samoindukcija sprečavanje ove promjene.
Induktor ima reaktansačija je vrijednost: , gdje je induktivnost zavojnice, - ciklička frekvencija struja koja teče. Prema tome, što je veća frekvencija struje koja teče kroz zavojnicu, to je veći njegov otpor.
Kada struja teče, kalem skladišti energiju jednaka radu, što se mora uraditi da bi se ustanovila trenutna struja. Vrijednost ove energije je
Kada se struja promijeni u zavojnici, nastaje EMF samoindukcije, čija vrijednost
Karakteristike induktora
] Induktivnost
Glavni parametar induktora je njegov induktivnost , koji određuje koja nit magnetsko polje će stvoriti zavojnicu kada kroz njega teče struja od 1 ampera. Tipične vrijednosti induktivnosti zavojnice od desetinki µH do desetina gn .
Induktivnost solenoida
toroidna induktivnost
Induktivnost zavojnice je proporcionalna linearnim dimenzijama zavojnice, magnetna permeabilnost jezgro i kvadrat broja zavoja namotaja. Induktivnost namotane zavojnice toroidalni jezgro
μ 0 - magnetna konstanta
μ i -magnetna permeabilnost materijal jezgre (ovisi o frekvenciji)
s e- površina poprečnog presjeka jezgra
l e- dužina srednje linije jezgra
N- broj okreta
Kada su zavojnice spojene u seriju, ukupna induktivnost je jednaka zbroju induktiviteta svih povezanih zavojnica.
At paralelna veza zavojnice, ukupna induktivnost je
Otpornost na gubitke
Gubici u žicama
Gubici u žicama nastaju iz tri razloga:
Prvo, žice za namotaje imaju omski (aktivni) otpor.
Drugo, otpor žice za namotaje na izmjeničnu struju raste s povećanjem frekvencije, što je zbog efekt kože, čija je suština da struja ne teče preko cijelog poprečnog presjeka vodiča, već duž prstenastog dijela poprečnog presjeka.
Treće, u žicama namotaja, uvijenim u spiralu, manifestuje se efekat blizine, čija je suština istiskivanje struje pod uticajem vrtložne struje I magnetsko polje na periferiju žice koja se nalazi uz okvir, zbog čega poprečni presjek kroz koji teče struja poprima karakter u obliku polumjeseca, što dovodi do dodatnog povećanja otpora žice.
Dielektrični gubitak
Gubitak jezgre
Gubici jezgre su zbir gubitaka na vrtložne struje, gubitaka na vrtložne struje, histereza i početni gubici.
Gubitak ekrana
Gubici štita nastaju zbog činjenice da struja koja teče kroz zavojnicu indukuje struju u štitu.
faktor kvaliteta
Još jedna karakteristika je usko povezana sa otpornošću na gubitke - faktor kvaliteta. Faktor kvaliteta induktora određuje odnos između aktivnog i reaktivnog otpora zavojnice. Faktor kvaliteta je
U praksi se faktor kvaliteta nalazi u rasponu od 30 do 200. Postiže se povećanje faktora kvaliteta. najbolji izbor prečnik žice, povećanje veličine induktora i upotreba jezgri sa visokom magnetskom propusnošću i malim gubicima, namotavanje "univerzalnog" tipa, upotreba posrebrene žice, upotreba upredene žice " litz wire».
Temperaturni koeficijent induktivnosti (TCI)
TCI je parametar koji karakterizira ovisnost induktivnosti zavojnice o temperaturi.
Temperaturna nestabilnost induktivnosti uzrokovana je brojnim faktorima: kada se zagrije, povećava se dužina i promjer žice za namotaje, povećava se dužina i promjer okvira, zbog čega se mijenja korak i promjer zavoja; osim toga, kada se temperatura promijeni, mijenja se dielektrična konstanta materijala okvira, što dovodi do promjene vlastitog kapaciteta zavojnice.
Vrste induktora
Induktori petlje
Ovi kalemovi se koriste sa kondenzatori za dobijanje rezonantnih kola. Moraju imati visoku stabilnost, tačnost i faktor kvaliteta.
Komunikacioni namotaji
Takve zavojnice se koriste za osiguravanje induktivne sprege između pojedinačnih kola i kaskada. Ova veza vam omogućava da podijelite krug jednosmjernom strujom baze I kolektora itd. Za takve namotaje se ne postavljaju strogi zahtjevi za faktor kvaliteta i tačnost, pa se izrađuju od tanke žice u obliku dva namota malih dimenzija. Glavni parametri ovih zavojnica su induktivnost i koeficijent sprege.
Variometri
To su zavojnice čija se induktivnost može mijenjati tokom rada kako bi se obnovila oscilatorna kola. Sastoje se od dva namotaja povezana u seriju. Jedan od zavojnica je nepomičan (stator), drugi se nalazi unutar prvog i rotira (rotor). Kada se položaj rotora u odnosu na stator promijeni, mijenja se vrijednost međusobne induktivnosti, a samim tim i induktivnost variometra. Takav sistem omogućava promjenu induktivnosti za faktor 4-5. U ferrovariometrima, induktivnost se mijenja pomicanjem feromagnetnog jezgra.
Gušenja
To su induktori sa visokim otporom na izmjeničnu struju i niskim DC otporom. Obično su uključeni u strujne krugove uređaja za pojačanje. Dizajniran za zaštitu izvora napajanja od visokofrekventnih signala. Na niskim frekvencijama koriste se u filterima za napajanje i obično imaju metalne ili feritne jezgre.
dual choke
Dual chokes
dva kontra-namotana induktora se koriste u filterima za napajanje. Zbog kontra namotaja i međusobna indukcija efikasnije za isto ukupne dimenzije. Dvostruke prigušnice se široko koriste kao ulazni filteri za napajanje; u filterima diferencijalnih signala digitalnih linija, kao iu audio tehnici.
Primjena induktora
Loop Antenna
indukciona petlja
Induktori (zajedno sa kondenzatori i/ili otpornici) se koriste za izgradnju različitih kola sa svojstvima zavisnim od frekvencije, posebno filtera, kola povratne informacije,oscilatorna kola itd.
Induktori se koriste u preklopni stabilizatori kao element koji akumulira energiju i pretvara naponske nivoe.
Formiraju se dva ili više induktivno spregnutih zavojnica transformator.
Induktor koji se napaja impulsnom strujom iz tranzistorski ključ, ponekad se koristi kao izvor visokog napona mala snaga u niskostrujnim krugovima, kada je stvaranje odvojenog visokog napona napajanja u napajanju nemoguće ili ekonomski izvodljivo. U ovom slučaju, na zavojnici zbog samoindukcija postoje prenaponi visokog napona koji se mogu koristiti u strujnom kolu, na primjer, ispravljanjem i izravnavanjem.
Zavojnice se takođe koriste kao elektromagneti.
Zavojnice se koriste kao izvor energije za pobudu induktivno spregnuta plazma.
Za radio komunikaciju - emitovanje i prijem elektromagnetnih talasa(magnetna antena, prstenasta antena).
Za zagrijavanje električno vodljivih materijala u indukcijske peći.
Kako senzor kretanje: promjena induktivnosti zavojnice može se mijenjati u širokom rasponu pomicanjem (izvlačenjem) jezgre.
Induktor se koristi u induktivnim senzorima magnetnog polja. Indukcijski magnetometri su razvijeni i naširoko korišćeni tokom Drugi svjetski rat.
Proračun parametara oscilatornog kruga i eksperimentalno dobivanje prigušenih oscilacija.
Postavljanjem kapacitivnosti kondenzatora reda veličine 0,1 μF i aktivnog otpora R jednak nuli, izračunajte parametre rezultirajućeg oscilatornog kruga: frekvenciju n(ili w), faktor prigušenja b, period prigušenih oscilacija T, logaritamski dekrement prigušenja d, faktor kvaliteta oscilatornog kola Q, kritični otpor R cr.
Sastavite kolo (slika 5), postavite 0,1 uF na skladište kapacitivnosti i 0 Ohm na skladište otpora. Da bi obrazac prigušenih oscilacija bio stalno vidljiv na ekranu osciloskopa, potrebno je periodično dodavati energiju oscilatornom krugu punjenjem kondenzatora. Izlaz pilastog napona na desnoj strani osciloskopa se koristi kao periodični izvor napajanja. Frekvencija sweep-a osciloskopa mora biti odabrana tako da postoji nekoliko perioda prigušenih oscilacija po periodu sweep-a.
Kondenzator Sa diff i ulazna impedancija osciloskopa R in oni su diferencirajući krug koji pretvara pilasti signal u impulsni signal (slika 6). S glatkim povećanjem napona, kondenzator ima vremena da se napuni, napon na njemu u svakom trenutku vremena gotovo je jednak naponu izvora pilastog signala, a u krugu nema struje. S naglim smanjenjem napona u krugu, uočava se strujni impuls pražnjenja kondenzatora. Izlazni napon je vremenska razlika ulaznog napona. Pokupiti Sa diff oko 100 ¸ 1000 pF.
Na osnovu dobijene slike odredite parametre oscilatornog kruga i uporedite ih sa ranije izračunatim. Promjenom induktivnosti zavojnice, uvođenjem jezgre u nju i kapacitivnosti kondenzatora, uočite i objasnite promjenu obrasca prigušenih oscilacija.
Posmatrajte promjenu na slici s povećanjem aktivnog otpora R. Stavite prodavnicu otpora ovako R da ispuni uslov:
i uvjerite se da nema oscilacija u kolu.
Pitanja za kredit na poslu.
– Objasniti fizički mehanizam elektromagnetnih oscilacija u oscilatornom kolu.
- Kako se energija pretvara pri elektromagnetnim oscilacijama i kolika je ukupna energija?
- Kako prisustvo aktivnog otpora oscilatornog kola utiče na elektromagnetne oscilacije? Šta su prigušene elektromagnetne oscilacije?
- Koji parametri kola određuju prirodu elektromagnetnih oscilacija u kolu?
– Objasnite zašto prisustvo kritičnog otpora u kolu sprečava nastanak elektromagnetnih oscilacija u kolu.
| |
Laboratorija #10
Fenomeni u AC krugovima
Cilj.
Proučiti obrasce pojava uočenih u krugovima naizmjenične struje.
Potrebna znanja za prijem na posao.
– Induktivnost i kapacitivnost u AC krugovima;
– Ohmov zakon za naizmjeničnu struju;
– Rezonantne pojave u AC krugovima.
Kratke informacije iz teorije.
Naizmjenična struja je svaka struja čija se veličina periodično mijenja s vremenom. Ali najčešće, izmjenična struja znači struju koja se mijenja prema sinusnom (ili kosinusnom) zakonu:
gdje I je amplituda struje, ciklična frekvencija i faza oscilacija koja karakteriše stanje oscilatornog sistema u ovog trenutka vrijeme t.
Zamislite električni krug koji sadrži serijski spojeni otpornik, kondenzator i induktor spojen na izvor naizmjeničnog napona (slika 1). Kroz ovo kolo teče struja, mijenjajući se prema sinusoidnom zakonu
| |
ali kod naizmjenične struje u kolu koje sadrži kapacitet i induktivnost, postoje neke razlike.
Pad napona na otporniku fluktuira na isti način kao i struja
a njihove faze oscilovanja se poklapaju.
Napon na pločama kondenzatora je proporcionalan naboju na njima u bilo kojem trenutku.
a naelektrisanje se može definisati kao integral struje tokom vremena
Iz ovog izraza slijede dva zaključka: prvo, fluktuacije napona na kondenzatoru zaostaju za strujnim fluktuacijama za , i drugo, amplituda vrijednost napona povezana je s amplitudnom vrijednošću struje omjerom:
gdje se naziva kapacitivnost.
| |
U ovom slučaju, za dio kola koji sadrži zavojnicu (tj. EMF izvor povezan protiv struje), pad napona je
budući da pored EMF-a samoindukcije postoji i pad napona na otporu žice r od kojeg je napravljen kalem. Ako pretpostavimo da je mali, onda
Očigledno je da su fluktuacije napona na zavojnici ispred strujnih fluktuacija za , a njihove amplitude su povezane relacijom
gdje je induktivna reaktancija zavojnice.
otpor R, r nazivaju se aktivni (ili omski) i otpori X L I X C- reaktivan.
Fazni odnosi fluktuacija napona na aktivnim i reaktivnim otporima mogu se ilustrirati na vektorskom dijagramu (slika 2). Za glavni smjer potrebno je uzeti jačinu struje, jer je uobičajena za serijski spojene elemente kola. Amplituda izlaznog napona može se odrediti korištenjem zakona vektorskog sabiranja:
| |
Može se vidjeti da su fluktuacije napona i struje jedna u odnosu na drugu fazno pomaknute j. Uzimajući zajednički faktor - trenutnu snagu - ispod korijena, dobivamo izraz:
gdje R 0 - sav aktivni otpor električnog kola. Ovaj izraz je matematička formulacija Ohmovog zakona za varijabilno kolo. Ukupni otpor kola Z i tangenta faznog pomaka između fluktuacija struje i napona tgj određena formulama:
Kao što se može vidjeti iz ovih formula, impedancija kola naizmjenične struje ovisi ne samo o vrijednostima aktivnog otpora, induktivnosti i kapacitivnosti, već i o frekvenciji naizmjenične struje. Na frekvenciji blizu nule, impedancija kola je određena kapacitivnošću i teži beskonačnosti, kao i faznim pomakom. Pri visokoj frekvenciji naizmjenične struje, odnosno .
Zanimljiva situacija se opaža kada AC frekvencija zadovoljava uvjet:
| |
Zanimljiva je i činjenica prenapona na reaktivnim elementima kola izlaznog napona izvora struje. Ako u trenutku rezonancije induktivni i kapacitivnost aktivniji otpor kruga, zatim napon na njima.
Praktični zadaci
