מתח תהודה. מה מעגל תהודה

תהודה היא אחת הנפוצות ביותר בטבע, תופעות פיזיות. תופעת התהודה ניתן לראות במערכות המכאניות, חשמל ואפילו תרמית. ללא תהודה, לא היה לנו רדיו, טלוויזיה, מוזיקה ואפילו נדנדות במגרש המשחקים, שלא לדבר על מערכות אבחון יעיל בשימוש ברפואה המודרנית. אחד הסוגים הכי מעניין ושימושי של מעגל תהודה הוא מתח תהודה.

מרכיבי מעגל התהודה

תהודה עשויה להתרחש שנקראו RLC-מעגלים, הכוללת את הרכיבים הבאים:

• R - נגדים. התקנים אלה הקשורים האלמנטים הפעילים שנקראו של המעגל החשמלי, אנרגיה חשמלית מומרת לחום. במילים אחרות, הם להסיר כוח מן המעגל ולהפוך אותו בחום.
• L - השראות. השראות במעגלים חשמליים - אנלוגי של מסה או אינרציה במערכות מכאניות. רכיב זה לא מאוד בולט במעגל עד שאתה מנסה לעשות את זה בכל שינוי. במכניקה, למשל, שינוי כזה הוא השינוי מהיר. המעגל החשמלי - השינוי הנוכחי. אם זה מסיבה כלשהי מתרחשת, ההשראות מנטרלות שינוי משטר המעגל כזה.
• C - ייעוד עבור קבלים, שהינם מכשירים המאחסנים אנרגיה חשמלית, כשם באביב לשמר אנרגיה מכנית. תרכיזי השראות וחנויות אנרגיה מגנטית, ואילו התשלום קבל מתרכז ובכך מאחסן את האנרגיה החשמלית.

הרעיון של מעגל התהודה

המרכיבים העיקריים הם השראות מעגל תהודה (L) ו הקיבול (C). הנגד יש נטיית דעיכה של תנודות, כך הוא מסיר כוח מן המעגל. בבואנו לבחון את התהליכים המתרחשים במעגל התהודה, נתעלמנו באופן זמני, אך יש לזכור כי, כמו כוח חיכוך במערכות מכאניות, התנגדות חשמלית של המעגלים לא ניתן למנוע.

התהודה של מתחים וזרמים תהודה

בהתאם לשיטת מחבר בין המרכיבים העיקריים של מעגל התהודה יכולה להיות סדרה ובמקביל. כאשר אתם מחברים את מעגל סדרת תהודה לאות מקור מתח עם תדר בד בבד עם תדר טבעי, בתנאים מסוימים, יש מתעורר תגובת הלחץ. התהודה במעגל החשמלי המחובר במקביל האלמנטים תגובתי בשם זרמי תהודה.

התדירות הטבעית של מעגל התהודה

אנחנו יכולים לגרום למערכת להתנדנד בתדר טבעי. כדי לעשות זאת, אתה צריך קודם לטעון את הקבל, כפי שמוצג בתמונה למעלה משמאל. כאשר זה נעשה, המפתח מועבר לתפקיד המוצג באותו הדמות בצד הימין.

בשלב "0", כל האנרגיה החשמלית מאוחסנת הקבלים, ואת הזרם במעגל הוא שווה לאפס (איור להלן). שים לב הלוח העליון של קבל טיעון חיובי, וחלק תחתון - על דרך השלילה. אנחנו לא יכולים לראות את התנודות של אלקטרונים במעגל, אבל אנחנו יכולים למדוד מד זרם נוכחי, ועם אוסצילוסקופ להתחקות התלות של ימינו. שים לב T על לוח הזמנים שלנו - הזמן שנדרש כדי להשלים נושאת תנודה אחת בהנדסת חשמל שנקרא "תקופת היסוס."

הזרם זורם בכיוון השעון (ראו תרשים למעלה). אנרגיה מועברת מן הקבל כדי משרן. במבט הראשון זה אולי נראה מוזר כי ההשראות מספקות אנרגיה, אבל זה דומה האנרגיה הקינטית הכלולה המסה הזזה.

זרימת האנרגיה מוחזרת המעבה, אך מציינת כי הקוטביות של הקבלים השתנתה עכשיו. במילים אחרות, את הצלחת התחתונה עכשיו יש מטען חיובי לבין פלטה עליונה - מטען שלילי (איור להלן).

המערכת כעת מענה מלא, ואת האנרגיה מתחילה לזרום מן הקבל בחזרה ההשראות (ראה תרשים למעלה). כתוצאה מכך, האנרגיה חוזרת לחלוטין לנקודת ההתחלה והוא מוכן להתחיל מחזור מחדש.

תדירות התנודה יכולה להיות מקורבת כדלקמן:

• F = 1 / 2π (LC) ^0,5,

איפה: F - תדירות, L - השראות, C - קיבול.

נחשב בדוגמה זו, תהליך המשקף את המהות הפיזית של תהודה מתח.

תהודת מתח חקירה

בשנת מעגלי LC האמיתיים תמיד יש התנגדות קלה אשר פוחתת עם כל מחזור להגדיל את משרעת הנוכחית. לאחר מספר סבבים, הזרם מצטמצם לאפס. אפקט זה נקרא "דעיכת אות סינוסי". קצב הדעיכה הנוכחית לאפס תלוי ההתנגדות במעגל. עם זאת, ההתנגדות אינה משנה את התדירות של תנודות במעגל התהודה. אם ההתנגדות היא גדולה מספיק, תנודת סינוסי לא תתרחש בכלל בלולאה.

ברור, איפה יש תדר טבעי של תנודה יכול תהודת תהליך עירור. אנו עושים זאת על ידי הכללת בתוך אספקת החשמל שרשרת דייזי של זרם חילופין (AC), כפי שמוצג משמאל. המונח "משתנה" מציין מתח מקור הפלט משתנה בתדירות מסוימת. אם תדירות מקור הכח עולה בקנה אחד עם התדר הטבעי של המעגל, תהודת מתח מתעוררת.

תנאי התרחשות

עכשיו אנחנו רואים את התנאים של התרחשות של תהודת מתח. כפי שניתן לראות באיור האחרון, חזרנו הנגד במעגל. ללא נגד בלולאת הזרם במעגל התהודה יגדל לערך מרבי שקבע פרמטרי הרכיב במעגל ואת אספקת חשמל. הגדלת ההתנגדות של הנגד במעגל התהודה מגבירה את נטיית ההנחתה של הזרם במעגל, אך אינו משפיע על תדירות תנודות תהודה. בדרך כלל, במצב תהודת המתח אינו מתרחש אם העכבה של מעגל תהודת עונת R = 2 (L / C) ^0,5.

באמצעות מתח תהודה לשידור ברדיו

תופעת תהודת מתח הוא לא רק תופעה סקרנית פיזית. זה ממלא תפקיד חיוני בתחום טכנולוגיית התקשורת האלחוטית - רדיו, טלוויזיה, טלפוניה סלולרית. משדרים המשמשים להעברה אלחוטית של מידע בהכרח מכילים מעגלים להדהד בתדר ספציפי עבור כל התקן נקראים תדר ספק. באמצעות האנטנה המשדרת מחובר המשדר, הוא פולט גלים אלקטרומגנטיים בתדר המוביל.

האנטנה בנתיב המשדר בקצה השני מקבלת את האות ומעבירה אותו אל מעגל המקבל שנועד להדהד בתדר המוביל. ברור כי האנטנה מקבלת ריבוי של אותות בתדרים שונים, שלא לדבר על רעש הרקע. בשל הנוכחות למכשיר המקבל המכוון לתדר המוביל של מעגל התהודה, המקבל בוחר את התדר הנכון יחיד, ומסנן את כל מיותר.

לאחר שזיהה את המשרעת המווסתת (AM) רדיו, אות בתדר נמוך ייעודית ממתחמים (LF) מוגבר ומוכנס למכשיר הפקת הצליל. זוהי הצורה הפשוטה ביותר של רדיו היא מאוד רגישה לרעש והפרעה.

כדי לשפר את איכות המידע שהתקבל פתח בהצלחה בשימוש אחרת, דרכים מתקדמות יותר של שידור רדיו, אשר מבוסס גם על השימוש במערכות תהודה מכוונת.

אפנון תדר ואת-רדיו FM פותר הרבה מהבעיות עם אות מאופנן משרעת שמשדר גלי רדיו, אך במחיר של מערכת הולכה המורכבת משמעותית. מערכת רדיו FM נשמעת אלקטרוני בדרכי מומרי שינויים קטנים תדר ספק. פיסת הציוד שמבצע המרה זו נקראת "אִפְנָן" משמש עם המשדר.

בהתאם לכך, המקבל חייב יתווסף ומפענח להמרת האות בחזרה לצורה שניתן לשכפל דרך הרמקול.

דוגמאות אחרות משתמשות תהודת מתח

מתחי תהודה כעיקרון היסוד גם משולב במערכת המעגלים של מסננים מרובים, נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת חשמל לחסל את האותות המזיקים לא רצויים, והעלמת הפעימה יצירת אותות סינוסי.