Elektrische oscillaties: soorten en kenmerken, amplitude, frequentie en fase van oscillaties
Trillingen zijn processen die zich met bepaalde tussenpozen herhaaldelijk of ruwweg herhalen. Fluctuerende processen zijn wijdverspreid in de natuur en technologie.
In de elektrotechniek en elektronica hebben ze te maken met een grote verscheidenheid aan soorten elektrische oscillaties, d.w.z. fluctuaties van spanningen en stromen. in verschillende elektrische circuitsevenals mechanische trillingen zoals trillingen microfoon membranen of luidsprekers.
Trillingskarakteristieken
Trillingen als repetitieve processen worden in de eerste plaats gekenmerkt door de grootste afwijkingen die worden bereikt door de fluctuerende waarde, of trillingsamplitude, ten tweede, de frequentie waarmee herhalingen van dezelfde toestanden voorkomen, of frequentie van trillingen, en ten derde, uit welke staat, wat proces fase komt overeen met de starttijd van het aftellen. Dit laatste kenmerk van het oscillerende proces wordt de "beginfase" of kortweg "fase" genoemd.
Strikt genomen zijn deze concepten alleen van toepassing op bepaalde soorten oscillaties, namelijk periodieke en in het bijzonder sinusvormig… De termen: amplitude, frequentie en fase worden echter over het algemeen in de bovenstaande zin toegepast op elke trilling in het algemeen (zie — Basisparameters van AC).
Oscillatiekarakteristieken (amplitude, periode, frequentie en fase):
Soorten trillingen
Afhankelijk van wat er met de amplitude gebeurt, verschillen de oscillaties:
-
stationair of ongedempt, waarvan de amplitude in de loop van de tijd niet verandert;
-
afgeschreven, waarvan de amplitude met de tijd afneemt;
-
neemt toe, waarvan de amplitude met de tijd toeneemt;
-
amplitudemodulatie waarvan de amplitude met de tijd toeneemt en afneemt.
Afhankelijk van hoe de oscillaties in de tijd worden herhaald, verschillen de oscillaties:
-
periodiek, dat wil zeggen die waarin alle toestanden exact met bepaalde tussenpozen worden herhaald;
-
bij benadering periodiek, waarbij alle toestanden zich slechts bij benadering herhalen, bijvoorbeeld demping of frequentiegemoduleerd (dwz oscillaties waarvan de frequentie binnen bepaalde grenzen rond een bepaalde waarde voortdurend verandert).
Kijk -Gratis gedempte en geforceerde oscillaties
Afhankelijk van de vorm worden oscillaties onderscheiden:
-
sinusvormig (harmonisch) of bijna sinusvormig;
-
ontspanning, waarvan de vorm significant verschilt van sinusvormig.
Ten slotte worden ze, afhankelijk van de oorsprong van het oscillerende proces, onderscheiden:
-
natuurlijke of vrije oscillaties die zijn opgetreden als gevolg van een schok in het systeem (of in het algemeen een schending van het evenwicht van het systeem);
-
gedwongen, ontstaan als gevolg van een langdurige externe oscillerende actie op het systeem, en zelfoscillaties die optreden in het systeem bij afwezigheid van externe invloeden, vanwege het vermogen van het systeem zelf om het oscillerende proces erin te handhaven.
Elektrische trillingen — fluctuaties in stroom, spanning, lading, optredend in elektrische circuits, circuits, lijnen, etc. Het meest voorkomende type elektrische trillingen zijn de gebruikelijke wisselende elektrische stroom, waarin de spanning en stroom in het circuit periodiek veranderen met een frequentie van 50 Hz. Dergelijke relatief langzame oscillaties worden meestal verkregen met behulp van Wisselstroom elektrische machines.
Snelle trillingen worden gecreëerd door speciale methoden, waarvan ze in moderne technologieën de grootste rol spelen elektronische generatoren.
Afhankelijk van de frequentie is het gebruikelijk om elektrische trillingen in twee groepen te verdelen: lage frequentie, waarvan de frequentie lager is dan 15.000 Hz, en hoge frequentie, waarvan de frequentie hoger is dan 15.000 Hz. Deze limiet is gekozen omdat trillingen onder de 15.000 Hz de sensatie van geluid in het menselijk oor produceren, terwijl trillingen boven de 15.000 Hz niet door het menselijk oor kunnen worden gehoord.
Oscillator systemen — systemen waarin natuurlijke trillingen kunnen optreden.
Oscillator circuit - een circuit waarin natuurlijke elektrische oscillaties kunnen optreden als het elektrische "evenwicht" erin wordt verstoord, dat wil zeggen als er initiële spanningen of stromen in ontstaan.
Ketting — een normaal gesloten elektrisch circuit. Deze term is echter ook van toepassing op open circuits, namelijk antennes. Om onderscheid te maken tussen deze twee soorten lussen, worden ze respectievelijk gesloten en open genoemd.De term 'contour' heeft soms een speciale betekenis. Een oscillerend circuit wordt kortheidshalve vaak gewoon een "circuit" genoemd.
Om natuurlijke oscillaties in een circuit te laten optreden, moet het een capaciteit en inductantie hebben, niet te veel weerstand. De frequentie van natuurlijke oscillaties in het circuit zal afhangen van de waarde van de capaciteit C en inductantie L. Hoe groter de capaciteit en inductantie die betrokken zijn bij het oscillerende circuit, hoe lager de frequentie van de natuurlijke oscillaties (voor meer details zie hier - Oscillator circuit).
De frequentie van natuurlijke trillingen in het circuit wordt bij benadering bepaald door de zgn volgens de formule van Thomson:
Aangezien elk circuit een weerstand heeft waar energieverliezen optreden en warmte vrijkomt, zullen de natuurlijke oscillaties in het circuit altijd dempend zijn. Met andere woorden, het oscillerende circuit keert terug naar elektrisch "evenwicht" als resultaat van een gedempt oscillerend proces.
Als de weerstand van de schakeling erg hoog is, dan is het een aperiodische schakeling waarin geen natuurlijke oscillaties optreden. De aanvankelijke spanningen en stromen die in zo'n circuit worden gecreëerd, vervallen zonder oscillaties te ervaren, maar monotoon. Met andere woorden, wanneer het elektrische "evenwicht" wordt verstoord, keert zo'n lus aperiodiek (dwz zonder oscillaties) terug naar de "evenwichts"-positie.
Zie ook over dit onderwerp:
Inductief gekoppelde oscillerende circuits
Continue oscillaties en parametrische resonantie