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).
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:
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].
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