Induktor- časť, ktorá má špirálové vinutie a dokáže sústrediť striedavé magnetické pole. Na rozdiel od odpory A kondenzátory tlmivky sú neštandardné rádiové komponenty a ich konštrukcia je daná účelom konkrétneho zariadenia.

Hlavné parametre induktora:

• Indukčnosť
• Faktor kvality induktora
• Vlastná kapacita induktora
• Teplotná stabilita (teplotný koeficient)

Veľkosť indukčnosti je priamo úmerná veľkosti cievky a počtu závitov. Indukčnosť tiež závisí od materiálu jadra zavedeného do cievky a prítomnosti tienenia. Výpočet induktora sa vykonáva s prihliadnutím na tieto faktory.

Keď sa jadro z magnetických materiálov (ferit, alsifer, karbonylové železo, magnetit) vloží do cievky, zvýši sa jej indukčnosť. Táto vlastnosť umožňuje znížiť počet závitov v cievke, aby sa získala požadovaná indukčnosť a tým sa znížili jej rozmery. Toto je obzvlášť dôležité v nízkofrekvenčných rozsahoch, keď je potrebná veľká indukčnosť. Ponorením jadra do cievky v rôznych hĺbkach sa zmení jej indukčnosť. Táto vlastnosť sa využívala v starších rádiách pri naladení rozhlasovej stanice. IN moderné spotrebiče najčastejšie sa táto vlastnosť využíva v indukčnosti senzory priblíženia. Takéto snímače reagujú na priblíženie sa kovových predmetov.

Indukčnosť cievky je možné ovplyvniť aj pri absencii pohybujúceho sa jadra v nej. V tomto prípade je jedna z dvoch cievok zapojených do série umiestnená vo vnútri druhej. Ak potom zmeníte jeho polohu, zmení sa aj indukčnosť. Tento dizajn cievky je tzv variometer.

- to je kvalita cievky v obvodoch striedavý prúd. Faktor kvality induktora je definovaný ako pomer jeho indukčného odporu k aktívnemu odporu. Zhruba povedané, indukčná reaktancia je odpor cievky voči striedavému prúdu a aktívny odpor- ide o odpor cievky voči jednosmernému prúdu a odpor spôsobený stratou elektrického výkonu v ráme, jadre, tienení a izolácii cievky. Čím nižší je aktívny odpor, tým vyšší je akostný faktor cievky a jej kvalita. Môžeme teda povedať, že čím vyšší je faktor kvality, tým menšie straty energie v induktore.

Indukčná reaktancia sa určuje podľa vzorca:

XL = ωL = 2πfL

Kde ω = 2πf je kruhová frekvencia (f je frekvencia, Hz); L je indukčnosť cievky, H.

Faktor kvality induktora sa určuje podľa vzorca:

Q = XL / R = ωL / R = 2πfL / R

Kde R je aktívny odpor induktora, Ohm.

36 . Podstata symbolickej metódy výpočtu spočíva v tom, že pri sínusovom prúde možno prejsť od rovníc zostavených pre okamžité hodnoty, ktoré sú diferenciálnymi rovnicami, k algebraickým rovniciam zostaveným s ohľadom na komplexy prúdu a e. d.s. Tento prechod je založený na skutočnosti, že v rovnici zostavenej podľa Kirchhoffových zákonov pre ustálený proces je okamžitá hodnota prúdu nahradená komplexnou amplitúdou prúdu. Okamžitá hodnota napätia na aktívnom odpore u R = iR - komplexný R, ktorý je vo fáze s prúdom. Okamžitá hodnota napätia na indukčnosti u L = L- komplexný j L m vedenie prúdu o 90°. Okamžité napätie cez kapacitu u C =- komplexný m zaostáva za súčasným o 90 o. Okamžité e. d.s. e- komplexný.

Zvážte príklad výpočtu prúd v obvode znázornenom na obr.

Rovnicu pre okamžité hodnoty možno napísať takto:

u R + u L + u C = e,

iR + L + = e

Píšeme to v komplexnej forme:

R + j L m + m = .

Vyriešením tejto rovnice pre , dostaneme:

Metóda sa nazýva symbolická, pretože prúdy a napätia ich nahrádzajú zložitými obrázkami alebo symbolmi. Takže R je obrázok alebo symbol poklesu napätia iR; j L m- obrázok alebo symbol poklesu napätia na induktore L; m obraz poklesu napätia na kondenzátore .

37.UPOZORNENIE! Odpoveď je čiastočne zverejnená v predchádzajúcej otázke+ (všetky tu uvedené vzorce boli nájdené v jedinej verzii, takže nemôžem ručiť za správnosť, ale nič iné som k tejto otázke, žiaľ, nenašiel, takže odporúčam pomocou vzorcov z predchádzajúcej otázky).

Ak v elektrický obvod existujú zdroje energie, ktorých EMF a prúd sa menia podľa harmonického zákona

ek(t) = Em*kSin(wt + yek); Jk(t) = Jm*k Sin(w t + y jk),

(Chápem, že Em je . Podobne pre ostatných, ale ja xs)

potom prúdy a napätia vo všetkých častiach tohto obvodu budú harmonickými funkciami:

ik(t) = Im*k Sin(w t + y ik); uk(t) = Um*k Sin(w t + y uk),

Kirchhoffove zákony platia pre všetky obvody a vplyvy, vrátane obvodov so sínusovým prúdom. Napríklad pri určovaní prúdov a napätí pre obvod by sa mali zostaviť dve rovnice:

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).

Operácie s harmonickými funkciami v problémoch elektrotechniky sa v zásade ľahšie vykonávajú, keď ich reprezentujú ako komplexné čísla. Táto metóda sa nazýva metóda symbolických alebo komplexných čísel.

Prechod z okamžitých hodnôt na komplexné amplitúdy sa vykonáva takto:

i = Im* Sin(w t + y i) zodpovedá Im = Im*ejy i,

u = Um* Sin(w t + y u) zodpovedá Um = Um*ejy u,

38. Najjednoduchší odporový delič napätia pozostáva z dvoch rezistorov zapojených do série so zdrojom napätia. Pretože odpory sú zapojené do série, prúd cez ne bude rovnaký v súlade s prvým pravidlom Kirchhoffa. Pokles napätia na každom rezistore bude podľa Ohmovho zákona úmerný odporu (prúd, ako bolo predtým stanovené, je rovnaký):

ja 1

C

ja 2

R

U 1

A

Na pravú stranu prenesieme pojmy s koeficientmi U 2 a vziať U 2 pre zátvorky:

Zredukujme výraz v zátvorkách na spoločného menovateľa:

Výsledok nájdeme vo forme vzťahu U 2 / U 1 :

* Delič napätia možno použiť na zosilnenie vstupného napätia

* Na stabilizáciu vstupného napätia je možné použiť delič napätia - je to možné, ak sa ako spodné rameno deliča použije zenerova dióda.

39. Dolnopriepustný filter je elektronický alebo akýkoľvek iný filter, ktorý efektívne prepúšťa frekvenčné spektrum signálu pod určitou frekvenciou (medzná frekvencia) a znižuje (potláča) frekvencie signálu nad touto frekvenciou.

* Pre zvukové vlny hrá pevná bariéra úlohu dolnopriepustného filtra - napríklad pri hudbe, ktorá hrá v inej miestnosti, sú basy ľahko rozpoznateľné a vysoké frekvencie sú odfiltrované (zvuk je "ohlušený"). Rovnako ucho vníma hudbu hrajúcu v zatvorenom aute.

* Elektronické dolnopriepustné filtre sa používajú na potlačenie zvlnenia napätia na výstupe AC usmerňovačov, na oddelenie frekvenčných pásiem v akustické systémy, v systémoch prenosu dát na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia a obmedzenie spektra signálu a majú aj veľké množstvo iných aplikácií.

* Rádiové vysielače používajú dolnopriepustný filter na blokovanie harmonických emisií, ktoré môžu interagovať s užitočným nízkofrekvenčným signálom a rušiť iné elektronické zariadenia.

* Mechanické nízkofrekvenčné filtre sa často používajú v obvodoch AVM systémov kontinuálneho riadenia ako korekčné prepojenia.

* Pri spracovaní obrazu sa dolnopriepustné filtre používajú na odstránenie šumu z obrazu a vytváranie špeciálnych efektov, ako aj na kompresiu obrázkov.

U 2

ja 1

C

ja 2

R

U 1

A

Hornopriepustný filter (HPF) - elektronický alebo akýkoľvek iný filter, ktorý prepúšťa vysoké frekvencie vstupného signálu, pričom potláča frekvencie signálu pod medznú frekvenciu. Stupeň potlačenia závisí od konkrétneho typu filtra.

Najjednoduchší elektronický hornopriepustný filter pozostáva z kondenzátora a odporu zapojených do série. Kondenzátorom prechádza iba striedavý prúd a výstupné napätie sa odoberá z rezistora. Súčin odporu a kapacity (R×C) je časová konštanta pre takýto filter, ktorá je nepriamo úmerná medznej frekvencii v hertzoch:

* Podobný filter sa používa na extrakciu vysokých frekvencií zo signálu a často sa používa pri spracovaní audio signálu, ako sú výhybky. Ďalšou dôležitou aplikáciou hornopriepustného filtra je eliminácia iba jednosmernej zložky, pre ktorú je medzná frekvencia zvolená dostatočne nízka.

* Vysokopriepustné filtre sa používajú v jednoduchých beztransformátorových kondenzátorových meničoch napätia na zníženie striedavého napätia. Medzi nevýhody takýchto meničov patrí ich vysoká citlivosť na impulzný šum v striedavom zdroji, ako aj závislosť výstupného napätia na impedancii záťaže.

* Vysokopriepustné filtre sa používajú pri spracovaní obrazu na vykonávanie transformácií vo frekvenčnej oblasti (napríklad na extrakciu hrán).

* V sérii sa používa aj hornopriepustný filter s dolnopriepustným filtrom (LPF). Ak je zároveň medzná frekvencia hornopriepustného filtra menšia ako medzná frekvencia dolnopriepustného filtra (to znamená, že existuje frekvenčný rozsah, v ktorom oba filtre prepúšťajú signál), pásmový filter získať (používa sa na extrakciu určitého frekvenčného pásma zo signálu).

41. PrúžokRC- filter.

U východ

R 2

C 2

U v

R 1

C 1

Pasívny pásmový RC filter. Zapojením hornopriepustných a dolnopriepustných filtrov do série sa získa pásmová priepust. Jeho výstupné napätie je nulové pri vysokých a nízkych frekvenciách. Jedna z možných schém je znázornená na obrázku 6.19.

Obrázok 6.16 - schému zapojenia pásmový RC filter

Vypočítajte výstupné napätie a fázový posun pri stredných frekvenciách. Vzorec pre komplexné výstupné napätie pre nezaťažený filter je

Po transformáciách dostaneme

Označením dostaneme komplexný koeficient prenosu

Výraz pre koeficient prenosu napätia pre pásmový filter s R1=R2=R a C1=C2=C je

Graf závislosti (3.9) je znázornený na obr. 3.6. Ako môžete vidieť na tomto obrázku, frekvenčná odozva pásmového filtra pripomína rezonančnú krivku oscilačný obvod. Preto sa zodpovedajúca frekvencia nazýva kvázi-rezonančná. Jeho hodnotu možno získať z výrazu (3.9) s prihliadnutím na vzťah (3.10)

Obrázok 6.17 - Grafy frekvenčnej odozvy a fázovej odozvy pásmového filtra

Ciele

Po vykonaní tohto experimentu budete schopní vysvetliť vplyv indukčnosti v obvode striedavého prúdu a vypočítať hodnoty indukčnosti a re aktívny odpor podľa výsledkov merania.

Požadované príslušenstvo

* Osciloskop

* Digitálny multimeter

* 100 mH induktor

* Generátor funkcií / Generátor signálu

ÚVOD

Keď je tlmivka pripojená k obvodu striedavého prúdu, plynule sa mení Napätie viesť k zmene prúd, ktoré zase vytvárajú buď rastúce alebo klesajúce magnetické pole. Toto magnetické pole indukuje protinapätie v induktore a bráni zmenám prúdu. V dôsledku toho existuje nepretržitá opozícia voči toku prúdu. Táto reakcia sa nazýva indukčná reaktancia (XL).

vzorec indukčnej reaktancie

Indukčná reaktancia cievky alebo tlmivky závisí od frekvencie aplikovaného striedavého napätia (f) a hodnoty indukčnosti (L) v henry. Na výpočet indukčnej reaktancie vyjadrenej v ohmoch sa používa jednoduchý vzorec:

Indukčná reaktancia je priamo úmerná frekvencii a indukčnosti. Ak je známa indukčná reaktancia, frekvenciu alebo indukčnosť možno nájsť konverziou základného vzorca, ako je uvedené nižšie:

impedančný vzorec

Pripomeňme, že neexistujú žiadne čisté induktory, pretože induktory sa vyrábajú pomocou drôtu, ktorý má odpor. Impedancia, ktorú poskytuje induktor striedavému prúdu, je teda kombináciou indukčného odporu a konvenčného (aktívneho) odporu. Táto kombinovaná reakcia je známa ako impedancia (alebo impedancia). Impedanciu je možné vypočítať podľa vzorca:

Pripomeňme, že indukčnosť spôsobuje oneskorenie prúdu vzhľadom na napätie. Autor:

Z tohto dôvodu sú napätia na induktore a na odpore fázovo posunuté o 90 stupňov voči sebe navzájom. To je presne to, čo nám bráni jednoducho sčítať indukčnú reaktanciu a aktívnu reaktanciu, aby sme získali hodnotu impedancie.

Ak je známa impedancia a neznáma indukčná reaktancia alebo odpor, predchádzajúci vzorec možno upraviť tak, aby sa našli takto:

Ak je známa impedancia indukčného obvodu, môžete vypočítať prúd v obvode, ak poznáte použité napätie. To sa dosiahne použitím Ohmovho zákona:

Prirodzene, tento vzorec možno v prípade potreby previesť aj na výpočet dvoch ďalších premenných:

Zhrnutie

V tomto experimente sa dozviete o vplyve indukčnosti v obvode striedavého prúdu.

POSTUP

1. Odmerajte odpor vinutia tlmivky pomocou multimetra.

DC odpor =____ Ohm

2. Pripojte 100 mH induktor ku generátoru signálu, ktorý generuje špičkové napätie 4 Vpp pri 400 Hz.

3. Teraz zmerajte aktuálnu hodnotu prúdu primárne vinutie. Pripomeňme, že ampérmeter musí byť zapojený do série s obvodom, aby bolo možné vykonať meranie. Pripojte multimeter na meranie striedavého prúdu. Overte, či generátor naďalej generuje 4 Vpp.

je = _____ MA

4. Používanie informácií, ktoré ste nazbierali

v predchádzajúcich krokoch a podľa vzorcov uvedených v úvodnej časti vypočítajte impedanciu obvodu.

Z = _____ Ohm

5. Pomocou informácií, ktoré ste získali v predchádzajúcich krokoch a vzorcov uvedených v úvode, vypočítajte indukčnosť (L) cievky. L = _____ mH

SÚHRN OTÁZKY

1. So zvýšením frekvencie striedavého prúdu prechádzajúceho cez induktor, indukčná reaktancia:

a) sa zvyšuje

b) klesá

c) zostáva nezmenená.

2. S poklesom hodnoty indukčnosti v obvode, indukčný odpor:

a) sa zvyšuje

b) klesá

c) zostáva nezmenená.

3. S poklesom odporu tlmivky jej impedancia:

a) sa zvyšuje

b) klesá

c) zostáva nezmenená.

4. Jednotkou merania pre hodnotu indukčného odporu je:

b) farad,

5. Induktor má (aktívny) odpor 120 ohmov. Keď sa na cievku privedie striedavé napätie 24 V pri 60 Hz, preteká prúd 111 mA. Hodnota indukčnosti je cca.

Cievka indukčnosť -skrutka,špirála alebo špirálová cievka z valcovanej izolácie vodič, ktorý má významný indukčnosť s relatívne malým kontajnerov a malé aktívny odpor. Takýto systém je schopný akumulovať magnet energie pri prúdení elektrický prúd.

Zariadenie

Na zvýšenie indukčnosti sú jadrá vyrobené z feromagnetické materiály: elektrooceľ, permalloy, karbonylové železo, ferity. Jadrá sa tiež používajú na zmenu indukčnosti cievok v malom rozsahu.

Vlastnosti induktora

Induktor v elektrický obvod vedie dobre D.C. a zároveň odolávať striedavý prúd, odkedy sa mení prúd v cievke, Samoindukcia EMF zabrániť tejto zmene.

Induktor má reaktancia ktorého hodnota je: , kde je indukčnosť cievky, - cyklická frekvencia tečúci prúd. V súlade s tým, čím väčšia je frekvencia prúdu pretekajúceho cievkou, tým väčší je jej odpor.

Keď preteká prúd, cievka ukladá energiu rovná práci, čo je potrebné urobiť na vytvorenie aktuálneho prúdu. Hodnota tejto energie je

Pri zmene prúdu v cievke vzniká EMF samoindukcie, ktorej hodnota

Charakteristika induktora

] Indukčnosť

Hlavným parametrom induktora je jeho indukčnosť , ktorý určuje, ktoré vlákno magnetické pole vytvorí cievku, keď ňou pretečie prúd 1 ampér. Typické hodnoty indukčnosti cievky od desatín µH po desiatky gn .

Indukčnosť elektromagnetu

indukčnosť toroidu

Indukčnosť cievky je úmerná lineárnym rozmerom cievky, magnetická permeabilita jadro a druhá mocnina počtu závitov vinutia. Indukčnosť navinutej cievky toroidný jadro

μ 0 - magnetická konštanta

μ i -magnetická permeabilita materiál jadra (závisí od frekvencie)

s e- plocha prierezu jadra

l e- dĺžka stredovej čiary jadra

N- počet otáčok

Keď sú cievky zapojené do série, celková indukčnosť sa rovná súčtu indukčností všetkých pripojených cievok.

o paralelné pripojenie cievok, celková indukčnosť je

Odolnosť voči strate

Straty v drôtoch

Straty v drôtoch sú spôsobené tromi dôvodmi:

Po prvé, drôty vinutia majú ohmický (aktívny) odpor.

Po druhé, odpor navíjacieho drôtu voči striedavému prúdu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou, čo je spôsobené kožný efekt, ktorej podstatou je, že prúd nepreteká celým prierezom vodiča, ale pozdĺž prstencovej časti prierezu.

Po tretie, v drôtoch vinutia, skrútených do špirály, sa prejavuje efekt blízkosti, ktorého podstatou je vytesnenie prúdu pod vplyvom vírivé prúdy A magnetické pole k okraju drôtu priľahlého k rámu, v dôsledku čoho prierez, ktorým preteká prúd, nadobúda tvar polmesiaca, čo vedie k dodatočnému zvýšeniu odporu drôtu.

Dielektrická strata

Strata jadra

Straty v jadre sú súčtom strát vírivými prúdmi, strát vírivými prúdmi, hysteréza a počiatočné straty.

Strata obrazovky

Straty v tienení sú spôsobené tým, že prúd pretekajúci cievkou indukuje prúd v tienení.

faktor kvality

Ďalšia charakteristika úzko súvisí so stratovými odolnosťami - faktor kvality. Faktor kvality induktora určuje vzťah medzi aktívnym a jalovým odporom cievky. Faktor kvality je

V praxi sa faktor kvality pohybuje v rozmedzí od 30 do 200. Dosahuje sa zvýšenie faktora kvality najlepšia voľba priemer drôtu, zväčšenie veľkosti tlmivky a použitie jadier s vysokou magnetickou permeabilitou a nízkymi stratami, vinutie „univerzálneho“ typu, s použitím postriebreného drôtu, s použitím lanka typu „ lankový drôt».

Teplotný koeficient indukčnosti (TCI)

TCI je parameter, ktorý charakterizuje závislosť indukčnosti cievky od teploty.

Teplotná nestabilita indukčnosti je spôsobená množstvom faktorov: pri zahrievaní sa zväčšuje dĺžka a priemer navíjacieho drôtu, zväčšuje sa dĺžka a priemer rámu, v dôsledku čoho sa mení rozstup a priemer závitov; pri zmene teploty sa navyše mení dielektrická konštanta materiálu rámu, čo vedie k zmene vlastnej kapacity cievky.

Druhy induktorov

Slučkové induktory

Tieto cievky sa používajú s kondenzátory na získanie rezonančných obvodov. Musia mať vysokú stabilitu, presnosť a faktor kvality.

Komunikačné cievky

Takéto cievky sa používajú na zabezpečenie indukčnej väzby medzi jednotlivými obvodmi a kaskádami. Toto zapojenie umožňuje rozdeliť obvod jednosmerným prúdom základne A zberateľ Na takéto cievky nie sú kladené prísne požiadavky na kvalitatívny faktor a presnosť, preto sú vyrobené z tenkého drôtu vo forme dvoch vinutí malých rozmerov. Hlavnými parametrami týchto cievok sú indukčnosť a väzbový koeficient.

Variometre

Sú to cievky, ktorých indukčnosť je možné počas prevádzky meniť, aby sa prebudovali oscilačné obvody. Pozostávajú z dvoch cievok zapojených do série. Jedna z cievok je stacionárna (stator), druhá je umiestnená vo vnútri prvej a otáča sa (rotor). Pri zmene polohy rotora voči statoru sa mení hodnota vzájomnej indukčnosti a tým aj indukčnosti variometra. Takýto systém umožňuje zmeniť indukčnosť faktorom 4–5. Vo ferovariometroch sa indukčnosť mení pohybom feromagnetického jadra.

Tlmivky

Ide o tlmivky s vysokým AC odporom a nízkym DC odporom. Zvyčajne sú súčasťou výkonových obvodov zosilňovacích zariadení. Navrhnuté na ochranu napájacích zdrojov pred vysokofrekvenčnými signálmi. Pri nízkych frekvenciách sa používajú vo filtroch napájania a zvyčajne majú kovové alebo feritové jadrá.

dvojitá tlmivka

Dvojité tlmivky

vo výkonových filtroch sa používajú dva protivinuté induktory. Vďaka protivinutiu a vzájomná indukcia efektívnejšie pre to isté celkové rozmery. Duálne tlmivky sú široko používané ako vstupné filtre napájania; v diferenčných signálových filtroch digitálnych liniek, ako aj v audio technike.

Aplikácia induktorov

Induktory (spolu s kondenzátory a/alebo odpory) sa používajú na zostavenie rôznych obvodov s frekvenčne závislými vlastnosťami, najmä filtrov, obvodov spätná väzba,oscilačné obvody atď..

Induktory sa používajú v spínacie stabilizátory ako prvok, ktorý akumuluje energiu a premieňa napäťové úrovne.

Vytvárajú sa dve alebo viac indukčne spojených cievok transformátor.

Induktor napájaný pulzným prúdom z tranzistorový kľúč, niekedy používaný ako zdroj vysoké napätie nízky výkon v nízkoprúdových obvodoch, kedy je vytvorenie samostatného vysokého napájacieho napätia v napájacom zdroji nemožné alebo ekonomicky nerealizovateľné. V tomto prípade na cievke kvôli samoindukcia existujú vysokonapäťové rázy, ktoré možno v obvode využiť napríklad usmerňovaním a vyhladzovaním.

Cievky sa používajú aj ako elektromagnety.

Ako zdroj energie na budenie sa používajú cievky indukčne viazaná plazma.

Pre rádiovú komunikáciu - vysielanie a príjem elektromagnetické vlny(magnetická anténa, prstencová anténa).

• Slučková anténa

• indukčná slučka

Na ohrev elektricky vodivých materiálov v indukčné pece.

Ako senzor pohyb: zmena indukčnosti cievky sa môže meniť v širokom rozsahu pohybom (vyťahovaním) jadra.

Induktor sa používa v snímačoch indukčného magnetického poľa. Indukčné magnetometre boli vyvinuté a široko používané počas Druhá svetová vojna.

Výpočet parametrov oscilačného obvodu a experimentálne získanie tlmených kmitov.

Nastavením kapacity kondenzátora rádovo 0,1 μF a aktívneho odporu R rovná nule, vypočítajte parametre výsledného oscilačného obvodu: frekvenciu n(alebo w), faktor tlmenia b, perióda tlmených kmitov T, logaritmický dekrement tlmenia d, činiteľ kvality oscilačného obvodu Q, kritický odpor R cr.

Zostavte obvod (obr. 5), nastavte 0,1 uF na kapacitnom zásobníku a 0 Ohm na odporovom akumulátore. Aby bol vzor tlmených kmitov neustále viditeľný na obrazovke osciloskopu, je potrebné periodicky pridávať energiu do oscilačného obvodu dobíjaním kondenzátora. Výstup pílovitého napätia na pravom bočnom paneli osciloskopu sa používa ako periodický zdroj energie. Frekvencia rozmietania osciloskopu musí byť zvolená tak, aby v jednej perióde rozmietania bolo niekoľko periód tlmených oscilácií.

Kondenzátor S dif a vstupná impedancia osciloskopu R in sú rozlišovacím obvodom, ktorý mení pílovitý signál na impulzný signál (obr. 6). Pri plynulom náraste napätia má kondenzátor čas na nabíjanie, napätie na ňom sa v každom okamihu takmer rovná napätiu zdroja pílovitého signálu a v obvode nie je žiadny prúd. Pri prudkom poklese napätia v obvode sa pozoruje prúdový impulz vybíjania kondenzátora. Výstupné napätie je časový rozdiel vstupného napätia. Zdvihnúť S dif približne 100 ¸ 1000 pF.

Na základe získaného obrázku určte parametre oscilačného obvodu a porovnajte ich s tými, ktoré boli vypočítané skôr. Zmenou indukčnosti cievky, zavedením jadra do nej a kapacity kondenzátora pozorujte a vysvetlite zmenu vzoru tlmených kmitov.

Pozorujte zmenu na obrázku so zvýšením aktívneho odporu R. Nasaďte si sklad odporu takto R splniť podmienku:

a uistite sa, že v obvode nie sú žiadne oscilácie.

Otázky k zápočtu v práci.

– Vysvetliť fyzikálny mechanizmus elektromagnetického kmitania v oscilačnom obvode.

- Ako sa premieňa energia pri elektromagnetických kmitoch a aká je celková energia?

- Ako prítomnosť aktívneho odporu oscilačného obvodu ovplyvňuje elektromagnetické oscilácie? Čo sú tlmené elektromagnetické oscilácie?

- Aké parametre obvodu určujú charakter elektromagnetických kmitov v obvode?

– Vysvetlite, prečo prítomnosť kritického odporu v obvode zabraňuje výskytu elektromagnetických oscilácií v obvode.

Laboratórium č. 10

Javy v striedavých obvodoch

Cieľ.

Študovať vzorce javov pozorovaných v obvodoch striedavého prúdu.

Znalosti potrebné na prijatie do práce.

– Indukčnosť a kapacita v striedavých obvodoch;

– Ohmov zákon pre striedavý prúd;

– Rezonančné javy v striedavých obvodoch.

Stručné informácie z teórie.

Striedavý prúd je akýkoľvek prúd, ktorého veľkosť sa periodicky mení s časom. Najčastejšie však striedavý prúd znamená prúd, ktorý sa mení podľa sínusového (alebo kosínusového) zákona:

kde ja je amplitúda prúdu, je cyklická frekvencia a je to fáza oscilácií charakterizujúca stav oscilačného systému v tento momentčas t.

Uvažujme elektrický obvod obsahujúci sériovo zapojený rezistor, kondenzátor a tlmivku pripojené k zdroju striedavého napätia (obr. 1). Týmto obvodom preteká prúd, ktorý sa mení podľa sínusového zákona

Výstupné napätie zdroja prúdu pri prúdení priamy prúd na sériové pripojenie vodiče sa musia rovnať súčtu úbytkov napätia na každom vodiči:

ale so striedavým prúdom v obvode obsahujúcom kapacitu a indukčnosť existujú určité rozdiely.

Pokles napätia na rezistore kolíše rovnakým spôsobom ako prúd

a ich oscilačné fázy sa zhodujú.

Napätie na doskách kondenzátora je úmerné náboju na nich v danom čase.

a náboj možno definovať ako integrál prúdu v čase

Z tohto výrazu vyplývajú dva závery: po prvé, kolísanie napätia na kondenzátore zaostáva za kolísaním prúdu o , a po druhé, hodnota amplitúdy napätia súvisí s hodnotou amplitúdy prúdu v pomere:

kde sa nazýva kapacita.

Keď cez cievku preteká striedavý prúd, vzniká v nej EMF samoindukcie, ktorá zabraňuje zmene prúdu

V tomto prípade pre časť obvodu obsahujúcu cievku (t.j. zdroj EMF zapojený proti prúdu) je pokles napätia

keďže okrem EMF samoindukcie dochádza k poklesu napätia na odpore drôtu r z ktorého je cievka vyrobená. Ak predpokladáme, že je malý, potom

Je zrejmé, že kolísanie napätia na cievke je pred kolísaním prúdu o , a ich amplitúdy sú spojené vzťahom

kde je indukčná reaktancia cievky.

odpor R, r sa nazývajú aktívne (alebo ohmické) a odpory X L A X C- reaktívny.

Fázové vzťahy kolísania napätia na aktívnom a jalovom odpore možno znázorniť na vektorovom diagrame (obr. 2). Pre hlavný smer je potrebné vziať silu prúdu, pretože je to bežné pre sériovo zapojené obvodové prvky. Amplitúdu výstupného napätia je možné určiť pomocou zákona sčítania vektorov:

.

Je vidieť, že kolísanie napätia a prúdu je fázovo posunuté voči sebe navzájom o j. Vybratím spoločného faktora - prúdovej sily - spod koreňa dostaneme výraz:

kde R 0 - celý aktívny odpor elektrického obvodu. Tento výraz je matematickou formuláciou Ohmovho zákona pre variabilný obvod. Celkový odpor obvodu Z a tangens fázového posunu medzi kolísaním prúdu a napätia tgj určené podľa vzorcov:

Ako je zrejmé z týchto vzorcov, impedancia obvodu so striedavým prúdom závisí nielen od hodnôt aktívneho odporu, indukčnosti a kapacity, ale aj od frekvencie striedavého prúdu. Pri frekvencii blízkej nule je impedancia obvodu určená kapacitou a má tendenciu k nekonečnu a fázovým posunom. Pri vysokej frekvencii striedavého prúdu, resp.

Zaujímavá situácia je pozorovaná, keď frekvencia striedavého prúdu spĺňa podmienku:

V tomto prípade je reaktívna zložka impedancie nulová, a preto je impedancia minimálna a rovná sa aktívnemu odporu a fázový posun je nulový. Prúd v tomto prípade nadobúda maximálnu hodnotu. Tento stav obvodu striedavého prúdu sa nazýva rezonancia napätia a frekvencia sa nazýva rezonančná frekvencia w res.

Zaujímavý je aj fakt prepätia na jalových prvkoch obvodu výstupného napätia zdroja prúdu. Ak je v momente rezonancie indukčná a kapacita aktívnejší odpor obvodu, potom napätie na nich.

Praktické úlohy