Električna nihanja: vrste in značilnosti, amplituda, frekvenca in faza nihanj

Nihanja so procesi, ki se večkrat ali približno ponavljajo v določenih intervalih. Nihajoči procesi so zelo razširjeni v naravi in ​​tehnologiji.

V elektrotehniki in elektroniki imajo opravka z najrazličnejšimi vrstami električnih nihanj, t.j. nihanja napetosti in tokov. v različnih električnih tokokrogihkot tudi mehanske vibracije, kot so vibracije mikrofonske membrane ali zvočniki.

Vibracijske lastnosti

Za nihanja kot ponavljajoče se procese so značilna predvsem največja odstopanja, ki jih doseže nihajoča vrednost oz. amplituda vibracij, drugič, pogostost, s katero se pojavljajo ponavljanja istih stanj, oz frekvenca vibracij, in tretjič, iz katerega stanja, kaj faza procesa ustreza času začetka odštevanja. Ta zadnja značilnost nihajnega procesa se imenuje "začetna faza" ali na kratko preprosto "faza".

Strogo gledano so ti koncepti uporabni samo za določene vrste nihanj, in sicer periodične in zlasti sinusno… Izrazi: amplituda, frekvenca in faza pa se na splošno uporabljajo v zgornjem smislu za vse vibracije na splošno (glej — Osnovni parametri AC).

Značilnosti nihanja (amplituda, perioda, frekvenca in faza):

Vrste vibracij

Glede na to, kaj se zgodi z amplitudo, se nihanja razlikujejo:

• stacionarni ali nezadušeni, katerega amplituda se s časom ne spreminja;

• amortiziran, katerega amplituda se s časom zmanjšuje;

• povečanja, katerih amplituda se s časom povečuje;

• amplitudna modulacija, katere amplituda narašča in pada s časom.

Glede na to, kako se nihanja ponavljajo v času, se nihanja razlikujejo:

• periodične, torej tiste, pri katerih se vsa stanja ponavljajo natančno v določenih intervalih;

• približno periodične, pri katerih se vsa stanja le približno ponavljajo, na primer dušilna ali frekvenčno modulirana (tj. nihanja, katerih frekvenca se nenehno spreminja v določenih mejah okoli določene vrednosti).

Poglej -Prosta dušena in prisilna nihanja

Glede na obliko ločimo nihanja:

• sinusno (harmonično) ali blizu sinusno;

• sprostitev, katere oblika se bistveno razlikuje od sinusne.

Končno jih glede na izvor nihajnega procesa ločimo:

• naravna ali prosta nihanja, ki so nastala kot posledica sunka v sistemu (ali na splošno kršitev ravnotežja sistema);

• prisilno, ki nastane kot posledica dolgotrajnega zunanjega nihajnega delovanja na sistem, in samonihanja, ki se pojavijo v sistemu brez zunanjih vplivov, zaradi sposobnosti samega sistema, da vzdržuje nihajni proces v njem.

Električne vibracije — nihanja toka, napetosti, naboja, ki se pojavljajo v električnih tokokrogih, tokokrogih, vodih itd. Najpogostejša vrsta električnih vibracij so običajne izmenični električni tok, pri katerem se napetost in tok v tokokrogu periodično spreminjata. Zgodijo se s frekvenco 50 Hz. Takšna razmeroma počasna nihanja običajno dobimo z uporabo Električni stroji z izmeničnim tokom.

Hitre vibracije nastajajo s posebnimi metodami, med katerimi imajo v sodobnih tehnologijah največjo vlogo elektronski generatorji.

Glede na frekvenco je običajno električne vibracije razdeliti v dve skupini - nizkofrekvenčne, katerih frekvenca je pod 15.000 Hz, in visokofrekvenčne, katerih frekvenca je večja od 15.000 Hz. Ta meja je bila izbrana, ker vibracije pod 15.000 Hz povzročijo občutek zvoka v človeškem ušesu, medtem ko vibracij nad 15.000 Hz človeško uho ne sliši.

Oscilatorski sistemi — sistemi, v katerih lahko pride do lastnih nihanj.

Oscilatorsko vezje — vezje, v katerem lahko pride do lastnih električnih nihanj, če se v njem poruši električno »ravnovesje«, to je, če se v njem ustvarijo začetne napetosti ali tokovi.

Veriga — normalno zaprt električni tokokrog. Vendar pa ta izraz velja tudi za odprta vezja, namreč antene. Da bi razlikovali med tema dvema vrstama zank, jih imenujemo zaprte in odprte.Izraz "kontura" ima včasih poseben pomen. Nihajno vezje se pogosto imenuje preprosto "vezje" za kratkost.

Za naravna nihanja v vezju mora imeti kapacitivnost in induktivnost, ne pa prevelikega upora. Frekvenca lastnih nihanj v vezju bo odvisna od vrednosti kapacitivnosti C in induktivnosti L. Večji kot sta kapacitivnost in induktivnost v nihajnem krogu, nižja je frekvenca njegovih lastnih nihanj (za več podrobnosti glej tukaj — Oscilatorsko vezje).

Frekvenco lastnih nihanj v tokokrogu približno določa t.i po Thomsonovi formuli:

Ker ima vsak tokokrog upor, kjer pride do izgub energije in sproščanja toplote, bodo naravna nihanja v tokokrogu vedno dušilna. Z drugimi besedami, nihajni tokokrog se vrne v električno "ravnovesje" kot posledica dušenega nihajnega procesa.

Če je upor vezja zelo velik, potem je to aperiodično vezje, v katerem ni lastnih nihanj. Začetne napetosti in tokovi, ustvarjeni v takem vezju, upadajo brez oscilacij, vendar monotono. Z drugimi besedami, ko se poruši električno "ravnovesje", se taka zanka aperiodično (tj. brez oscilacij) vrne v "ravnovesno" pozicijo.

Glej tudi na to temo:

Induktivno sklopljena nihajna vezja

Zvezna nihanja in parametrična resonanca