Nihajni proces v elektrotehniki in elektroniki, vrste nihanj
Oscilacijski proces — proces z različnimi stopnjami ponovljivosti. Vsi oscilacijski procesi so razdeljeni v 2 razreda: periodične in neperiodične. V teoriji uporabljajo tudi vmesni razred - skoraj periodična nihanja.
Nihajni proces se imenuje periodičen, pri katerem ima vrednost, ki označuje ta proces, vzeta kadar koli, po določenem časovnem obdobju T enako vrednost.
Funkcijo f (t), ki je matematični izraz nihajnega procesa, imenujemo periodična s periodo T, če izpolnjuje pogoj f (t + T) = f (t).
Med razredom periodičnih nihajnih procesov imajo glavno vlogo harmonična ali sinusna nihanja, pri katerih pride do spremembe fizikalne količine s časom po zakonu sinusa ali kosinusa. Njihov skupni rekord je:
y = f (t) = aCos ((2π / T) t — φ),
kjer je a — amplituda nihanj, φ je faza nihanja, 1 /T = f — frekvenca in 2πf = ω — frekvenca cikličnih ali krožnih vibracij.
Uporaba sinusnih nihanj in njihove značilnosti:
Grafični načini prikaza izmeničnega toka
Skoraj periodična funkcija, ki ustreza odčitku periodičnih nihanj, je definirana s pogojem:
| f · (t + τ) — f (t) | <= ε kjer je ε — dodeli vrednost vsaki vrednosti T.
Količina τ se v tem primeru imenuje skoraj periodna. Če je vrednost ε zelo majhna v primerjavi s povprečno vrednostjo f (t) v času T, potem bo kvaziperiodična funkcija blizu periodične.
Neperiodična nihanja so veliko bolj raznolika kot periodična. Najpogosteje pa se pri avtomatizaciji srečamo z dušenjem ali naraščajočimi sinusnimi nihanji.
Nihanja po zakonu dušene sinusoide ali, kot jih včasih imenujemo, dušena harmonična nihanja, lahko predstavimo v splošni obliki:
x = Ae-δTcos·(ω + φ),
kjer je t čas, A in φ sta poljubni konstanti. Splošni zapis zakona naraščajočih harmoničnih nihanj se razlikuje le v predznaku faktorja dušenja δ[1 sekunda].
sl. 1 - nihajni proces, sl. 2. — periodični proces, sl. 3. — zapadajoča harmonična nihanja, sl. 4. — povečanje harmoničnih nihanj.
Primer uporabe nihajnega procesa je najpreprostejši nihajni krog.
Oscilatorsko vezje (električno vezje) — pasivno električno vezje, v katerem lahko pride do električnih nihanj s frekvenco, ki jo določajo parametri samega vezja.
Najenostavnejši nihajni krog je sestavljen iz kapacitivnosti C in induktivnosti L. V odsotnosti zunanjega vpliva dušenje nihanj s frekvenco εО = 1/2π√LC.
Amplituda vibracij se zmanjšuje z eg-δT, kjer je δ koeficient dušenja. Če je δ> = eO, postanejo dušena nihanja v vezju neperiodična.
V elektroniki je kakovost nihajnega kroga določena s faktorjem kakovosti: Q = nf/δ... Ko na nihajni krog deluje zunanja periodična sila, nastajajo v njem prisilna nihanja. Amplituda prisilnih nihanj se pri vezjih z visokim Q znatno poveča, če je frekvenca zunanjega vpliva blizu eo (resonanca). Nihajno vezje je eden glavnih delov resonančnih ojačevalnikov, generatorji in druge elektronske naprave.
Glej tudi na to temo: Uporaba napetostne resonance in tokovne resonance