Rezonans, doğadaki en yaygın fiziksel olaylardan biridir. Rezonans olgusu mekanik, elektrik ve hatta termal sistemlerde gözlemlenebilir. Rezonans olmasaydı, modern tıpta kullanılan en etkili teşhis sistemleri bir yana, radyo, televizyon, müzik ve hatta oyun alanı salıncakları olmazdı. Bir elektrik devresindeki en ilginç ve kullanışlı rezonans türlerinden biri voltaj rezonansıdır.
Bir rezonans devresinin elemanları
Rezonans olayı, aşağıdaki bileşenleri içeren RLC devresinde meydana gelebilir:
- R - dirençler. Elektrik devresinin sözde aktif elemanları ile ilgili bu cihazlar, elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürür. Başka bir deyişle, devredeki enerjiyi alıp ısıya dönüştürürler.
- L - endüktans. endüktanselektrik devreleri - mekanik sistemlerde kütle veya atalet analogu. Bu bileşen, siz üzerinde bazı değişiklikler yapmaya çalışana kadar elektrik devresinde pek fark edilmez. Örneğin mekanikte böyle bir değişiklik hızdaki bir değişikliktir. Bir elektrik devresinde, akımdaki bir değişiklik. Herhangi bir nedenle meydana gelirse, endüktans bu değişikliği devre modunda etkisiz hale getirir.
- C, yayların mekanik enerjiyi depolamasıyla aynı şekilde elektrik enerjisini depolayan cihazlar olan kapasitörler için bir tanımdır. Bir indüktör manyetik enerjiyi yoğunlaştırır ve depolarken, bir kapasitör yükü yoğunlaştırır ve böylece elektrik enerjisini depolar.
Rezonans devresi kavramı
Bir rezonans devresinin temel öğeleri endüktans (L) ve kapasitanstır (C). Direnç, salınımları sönümleme eğilimindedir, bu nedenle devredeki enerjiyi ortadan kaldırır. Bir salınım devresinde meydana gelen süreçleri ele alırken geçici olarak görmezden geliyoruz, ancak mekanik sistemlerdeki sürtünme kuvveti gibi devrelerdeki elektrik direncinin de ortadan kaldırılamayacağı unutulmamalıdır.
Voltaj rezonansı ve akım rezonansı
Temel elemanların nasıl bağlandığına bağlı olarak, rezonans devresi seri ve paralel olabilir. Bir seri salınım devresi, doğal frekansla çakışan bir sinyal frekansına sahip bir voltaj kaynağına bağlandığında, belirli koşullar altında, içinde voltaj rezonansı meydana gelir. Paralel bağlı bir elektrik devresinde rezonansreaktif elemanlara mevcut rezonans denir.
Rezonans devresinin doğal frekansı
Sistemin doğal frekansında salınmasını sağlayabiliriz. Bunu yapmak için önce sol üstteki şekilde gösterildiği gibi kapasitörü şarj etmeniz gerekir. Bu yapıldığında, anahtar sağda aynı şekilde gösterilen konuma hareket ettirilir.
"0" anında, tüm elektrik enerjisi kapasitörde depolanır ve devredeki akım sıfırdır (aşağıdaki şekil). Alt plaka negatif yüklü iken kapasitörün üst plakasının pozitif yüklü olduğunu unutmayın. Devredeki elektronların salınımlarını göremeyiz, ancak akımı bir ampermetre ile ölçebilir ve akımın zamana karşı doğasını izlemek için bir osiloskop kullanabiliriz. Grafiğimizdeki T'nin, elektrik mühendisliğinde "salınım periyodu" olarak adlandırılan bir salınımı tamamlamak için gereken süre olduğuna dikkat edin.
Akım saat yönünde akar (aşağıdaki resim). Kondansatörden indüktöre enerji aktarılır. İlk bakışta, bir endüktansın enerji içermesi garip görünebilir, ancak bu, hareketli bir kütlenin içerdiği kinetik enerjiye benzer.
Enerji akışı kapasitöre geri döner, ancak kapasitörün polaritesinin artık tersine çevrildiğini unutmayın. Başka bir deyişle, artık alt plaka pozitif bir yüke ve üst plaka negatif bir yüke sahiptir (Şekil alt).
Şimdi sistem tamamen tersine döndü ve enerji kapasitörden indüktöre geri akmaya başladı (aşağıdaki şekil). Sonuç olarak, enerji tamamen başlangıç noktasına döner ve döngüyü yeniden başlatmaya hazırdır.
Salınım frekansı şu şekilde tahmin edilebilir:
F=1/2π(LC)0, 5,
nerede: F - frekans, L - endüktans, C - kapasitans.
Bu örnekte ele alınan süreç, stres rezonansının fiziksel özünü yansıtır.
Stres Rezonans Çalışması
Gerçek LC devrelerinde, her zaman her döngüde akım genliğindeki artışı az altan az miktarda direnç vardır. Birkaç döngüden sonra akım sıfıra düşer. Bu etkiye "sinüzoidal sinyal sönümlemesi" denir. Akımın sıfıra düşme hızı devredeki direnç miktarına bağlıdır. Ancak direnç, rezonans devresinin salınım frekansını değiştirmez. Direnç yeterince yüksekse devrede hiç sinüzoidal salınım olmayacaktır.
Açıkçası, doğal bir salınım frekansının olduğu yerde, rezonans sürecinin uyarılma olasılığı vardır. Bunu, soldaki şekilde gösterildiği gibi seri olarak alternatif akım (AC) güç kaynağı ekleyerek yapıyoruz. "Değişken" terimi, kaynağın çıkış voltajının belirli bir değerde dalgalandığı anlamına gelir. Sıklık. Güç kaynağının frekansı devrenin doğal frekansıyla eşleşirse voltaj rezonansı oluşur.
Olay koşulları
Şimdi stres rezonansının oluşması için koşulları ele alacağız. Son resimde görüldüğü gibi rezistörü döngüye geri döndürdük. Devrede bir direnç olmaması durumunda, rezonans devresindeki akım, devre elemanlarının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenen belirli bir maksimum değere yükselecektir. Rezonans devresindeki direncin direncinin arttırılması, devredeki akımın azalma eğilimini arttırır, ancak rezonans salınımlarının frekansını etkilemez. Kural olarak, rezonans devresinin direnci R=2(L/C)0, 5.
koşulunu sağlıyorsa voltaj rezonans modu oluşmaz.
Radyo sinyallerini iletmek için voltaj rezonansı kullanma
Stres rezonansı fenomeni sadece ilginç bir fiziksel fenomen değildir. Radyo, televizyon, cep telefonu gibi kablosuz iletişim teknolojisinde olağanüstü bir rol oynar. Bilgileri kablosuz olarak iletmek için kullanılan vericiler, mutlaka her bir cihaz için taşıyıcı frekansı adı verilen belirli bir frekansta rezonansa girecek şekilde tasarlanmış devreler içerir. Vericiye bağlı bir verici anten ile taşıyıcı frekansta elektromanyetik dalgalar yayar.
Alıcı-verici yolunun diğer ucundaki anten bu sinyali alır ve onu taşıyıcı frekansta rezonansa girecek şekilde tasarlanmış alıcı devreye besler. Açıktır ki, anten farklı seviyelerde birçok sinyal alır.frekanslar, arka plan gürültüsünden bahsetmiyorum bile. Alıcı cihazın girişinde rezonans devresinin taşıyıcı frekansına ayarlanmış bir rezonans devresinin bulunması nedeniyle, alıcı tek doğru frekansı seçerek gereksiz olanları ortadan kaldırır.
Genlik modülasyonlu (AM) bir radyo sinyali algılandıktan sonra, ondan alınan düşük frekans sinyali (LF) yükseltilir ve bir ses üretme cihazına beslenir. Bu, radyo iletiminin en basit şeklidir ve gürültüye ve parazite karşı çok hassastır.
Alınan bilgilerin kalitesini iyileştirmek için, aynı zamanda ayarlı rezonans sistemlerinin kullanımına dayanan diğer, daha gelişmiş radyo sinyali iletim yöntemleri geliştirildi ve başarıyla kullanıldı.
Frekans modülasyonu veya FM radyo, AM radyo iletiminin birçok sorununu çözer, ancak bu, iletim sistemini büyük ölçüde karmaşık hale getirme pahasına gelir. FM radyoda, elektronik yoldaki sistem sesleri, taşıyıcı frekansında küçük değişikliklere dönüştürülür. Bu dönüşümü yapan ekipman parçasına "modülatör" denir ve verici ile birlikte kullanılır.
Buna göre, sinyali tekrar hoparlörden çalınabilecek bir forma dönüştürmek için alıcıya bir demodülatör eklenmelidir.
Voltaj rezonansı kullanımına ilişkin daha fazla örnek
Voltaj rezonansı, temel bir ilke olarak, zararlı ve gereksiz sinyalleri ortadan kaldırmak için elektrik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan sayısız filtrenin devrelerine de yerleştirilmiştir.dalgalanmaları yumuşatma ve sinüzoidal sinyaller üretme.
