Proces oscylacyjny w elektrotechnice i elektronice, rodzaje oscylacji

Proces oscylacyjny — proces o różnym stopniu powtarzalności. Wszystkie procesy oscylacyjne dzielą się na 2 klasy: okresowe i nieokresowe. Teoretycznie używają również klasy pośredniej - prawie okresowych oscylacji.

Proces oscylacyjny nazywamy okresowym, w którym wartość charakteryzująca ten proces, pobrana w dowolnym momencie, po pewnym okresie czasu T, ma taką samą wartość.

Funkcję f(t), która jest matematycznym wyrażeniem procesu oscylacyjnego, nazywamy okresową z okresem T, jeśli spełnia warunek f(t + T) = f(t).

Oscylacje sinusoidalne

Wśród klasy okresowych procesów oscylacyjnych główną rolę odgrywają oscylacje harmoniczne lub sinusoidalne, w których następuje zmiana wielkości fizycznej w czasie zgodnie z prawem sinusa lub cosinusa. Ich ogólny rekord to:

y = f (t) = aCos ((2π / T) t — φ),

gdzie a — amplituda oscylacji, φ to faza oscylacji, 1 /T = f — częstotliwość, a 2πf = ω — częstotliwość drgań cyklicznych lub kołowych.

Zastosowanie oscylacji sinusoidalnych i ich charakterystyki:

Prąd przemienny

Podstawowe parametry AC

Graficzne sposoby wyświetlania prądu przemiennego

Funkcja prawie okresowa odpowiadająca odczytowi oscylacji okresowych jest zdefiniowana przez warunek:

| fa · (t + τ) — fa (t) | <= ε gdzie ε — przypisz wartość każdej wartości T.

Wielkość τ w tym przypadku nazywamy prawie okresem. Jeżeli wartość ε jest bardzo mała w porównaniu ze średnią wartością f(t) w czasie T, to funkcja quasi-okresowa będzie zbliżona do okresowej.

Oscylacje nieokresowe są znacznie bardziej zróżnicowane niż okresowe. Jednak najczęściej w automatyce spotyka się tłumienie lub narastanie oscylacji sinusoidalnych.

Oscylacje zgodnie z prawem tłumionej sinusoidy lub, jak się je czasami nazywa, tłumione oscylacje harmoniczne, można przedstawić w ogólnej postaci:

x = Ae-δTcos·(ω + φ),

gdzie t to czas, A i φ to dowolne stałe. Ogólny zapis prawa rosnących oscylacji harmonicznych różni się jedynie znakiem współczynnika tłumienia δ[1 sekunda].

Proces oscylacyjny

Figa. 1 — proces oscylacyjny, ryc. 2. — proces okresowy, ryc. 3. — zanikające oscylacje harmoniczne, ryc. 4. — wzrost oscylacji harmonicznych.

Przykładem zastosowania procesu oscylacyjnego jest najprostszy obwód oscylacyjny.

Obwód oscylatora (obwód elektryczny) — pasywny obwód elektryczny, w którym mogą występować drgania elektryczne z częstotliwością określoną przez parametry samego obwodu.

Najprostszy obwód oscylacyjny składa się z pojemności C i indukcyjności L. Przy braku wpływu zewnętrznego tłumienie oscylacji o częstotliwości εО = 1/2π√LC.

Amplituda drgań maleje wraz z np. -δT, gdzie δ jest współczynnikiem tłumienia. Jeżeli δ> = eO, to drgania tłumione w obwodzie stają się nieokresowe.

W elektronice jakość obwodu oscylacyjnego określa współczynnik jakości: Q = nf/δ... Kiedy na obwód oscylacyjny działa zewnętrzna siła okresowa, zachodzą w nim oscylacje wymuszone. Amplituda wymuszonych oscylacji znacznie wzrasta dla obwodów o wysokiej Q, jeśli częstotliwość wpływu zewnętrznego jest bliska eo (rezonans). Obwód oscylacyjny jest jedną z głównych części wzmacniaczy rezonansowych, generatory i innych urządzeń elektronicznych.

Zobacz też w tym temacie: Zastosowanie rezonansu napięciowego i rezonansu prądowego

Radzimy przeczytać:

Dlaczego prąd elektryczny jest niebezpieczny?