Електрически трептения: видове и характеристики, амплитуда, честота и фаза на трептенията
Трептенията са процеси, които се повтарят многократно или приблизително се повтарят на определени интервали. Колебателните процеси са широко разпространени в природата и технологиите.
В електротехниката и електрониката трябва да се справят с голямо разнообразие от видове електрически трептения, т.е. колебания на напрежения и токове. в различни електрически веригикакто и механични вибрации като вибрации микрофонни мембрани или високоговорители.
Характеристики на трептене
Трептенията като повтарящи се процеси се характеризират, на първо място, с най -големите отклонения, до които достига колебаемата стойност, или амплитуда на вибрациите, второ, честотата, с която се случват повторенията на същите състояния, или честота на вибрации, и трето, от какво състояние, какво фаза на процеса съответства на момента на началото на обратното броене. Тази последна характеристика на трептящия процес се нарича „начална фаза“ или просто „фаза“ за кратко.
Строго погледнато, тези понятия са приложими само за определени видове трептения, а именно периодични и по -специално, синусоидален… Термините: амплитуда, честота и фаза обаче обикновено се прилагат в горния смисъл за всяка вибрация като цяло (виж — Основни параметри на AC).
Характеристики на трептене (амплитуда, период, честота и фаза):
Видове вибрации
В зависимост от това какво се случва с амплитудата, се различават трептенията:
-
неподвижни или незаглушени, чиято амплитуда не се променя с течение на времето;
-
амортизиран, чиято амплитуда намалява с времето;
-
нараства, амплитудата на която се увеличава с времето;
-
амплитудна модулация, чиято амплитуда се увеличава и намалява с времето.
В зависимост от това как колебанията се повтарят във времето, се различават колебанията:
-
периодични, тоест такива, при които всички състояния се повтарят точно на определени интервали;
-
приблизително периодични, при които всички състояния само приблизително се повтарят, например, затихващи или честотно модулирани (т.е. колебания, чиято честота постоянно се променя в определени граници около определена стойност).
Вижте —Свободни затихващи и принудителни трептения
В зависимост от формата се разграничават трептенията:
-
синусоидален (хармоничен) или близък до синусоидален;
-
релаксация, чиято форма е значително различна от синусоидалната.
И накрая, според произхода на трептящия процес, те се разграничават:
-
естествени или свободни трептения, възникнали в резултат на удар в системата (или като цяло, нарушение на равновесието на системата);
-
принудително, възникнало в резултат на продължително външно трептящо действие върху системата, и автоколебания, възникващи в системата при липса на външни влияния, поради способността на самата система да поддържа колебателния процес в нея.
Електрически вибрации — колебания в силата на тока, напрежението, заряда, възникващи в електрически вериги, вериги, линии и др. Най -често срещаният тип електрически вибрации са обичайните променлив електрически ток, при които напрежението и токът във веригата периодично се променят.Те се случват с честота 50 Hz. Такива относително бавни трептения обикновено се получават с помощта Електрически машини с променлив ток.
Бързите вибрации се създават чрез специални методи, сред които в съвременните технологии играят най -голяма роля електронни генератори.
В зависимост от честотата е обичайно електрическите вибрации да се разделят на две групи — ниска честота, чиято честота е под 15 000 Hz, и висока честота, чиято честота е повече от 15 000 Hz. Тази граница е избрана, защото вибрациите под 15 000 Hz произвеждат усещане за звук в човешкото ухо, докато вибрациите с честота над 15 000 Hz не могат да бъдат чути от човешкото ухо.
Осцилаторни системи — системи, в които могат да възникнат естествени трептения.
Осцилаторна верига — верига, в която могат да възникнат естествени електрически трептения, ако в нея се наруши електрическото «равновесие», тоест ако в нея се създадат начални напрежения или токове.
Верига — обикновено затворена електрическа верига. Този термин обаче се отнася и за отворени вериги, а именно антени. За да се разграничат тези два вида контури, те се наричат съответно затворени и отворени. Терминът «контур» понякога има по -специално значение. Осцилираща верига често се нарича просто «верига» за краткост.
За да възникнат естествени трептения във веригата, тя трябва да има капацитет и индуктивност, а не твърде голямо съпротивление. Честотата на естествените трептения във веригата ще зависи от стойността на капацитета C и индуктивността L. Колкото по -голям е капацитетът и индуктивността, включени в колебателната верига, толкова по -ниска е честотата на нейните естествени трептения (за повече подробности вижте тук — Осцилаторна верига).
Честотата на естествените вибрации във веригата се определя приблизително от т.нар. по формулата на Томсън:
Тъй като всяка верига има съпротивление, при което възникват загуби на енергия и се отделя топлина, тогава естествените трептения във веригата винаги ще бъдат затихващи. С други думи, колебателната верига се връща към електрическо „равновесие“ в резултат на затихнал колебателен процес.
Ако съпротивлението на веригата е много високо, тогава това е апериодична верига, в която не възникват естествени трептения. Първоначалните напрежения и токове, създадени в такава верига, се разпадат, без да изпитват трептения, но монотонно. С други думи, когато електрическото «равновесие» е нарушено, такъв контур апериодично (т.е. без колебания) се връща в положение «равновесие».
Вижте също по тази тема: