Paralleelresonants vahelduvvooluahelas: füüsikaline tähendus ja rakendus, valemid ja arvutusmeetodid

Raadioelektroonikas kasutatakse laialdaselt paralleelresonantsi füüsikalist nähtust. Aktiiv- ja reaktiivtakistustest koosnevate võnkeahelate ehitamiseks tuleks ahel kokku panna takistusest, mahtuvusest ja induktiivsusest. Selleks peate mõistma resonantsi eesmärki, raadiokomponentide takistuse leidmist, selle peamist rakendust raadiotehnikas ja selle esinemise tingimusi.

Üldine informatsioon

Juhi elektritakistus on elektrivoolu kandmise omadus. Võnkuahela koostamiseks ja arvutamiseks peate teadma, kuidas leida aktiiv- ja reaktiivtakistusi. Vahelduvvooluga (CCT) toiteahelate takistus on järgmist tüüpi: aktiivne, reaktiivne ja kogu.

Aktiivne takistus ® on tavaline takisti. Reaktiivne koosneb järgmistest koormustest: induktiivne ja mahtuvuslik. Induktiivne (Xl) on induktiivpooli takistus vahelduvvooluahelas ja mahtuvuslik (Xc) määratakse mahtuvuse olemasoluga ahelas (kondensaatoris).

Aktiiv- ja reaktiivtakistuse liitmisel saadakse elektriahela lõigu kogutakistus, mida tähistatakse tähega Z.

Aktiivne vastupanu

CLT aktiivne takistus on mis tahes mittereaktiivse koormuse olemasolu. Seda saab arvutada järgmistel viisidel: takistuse väärtuse mõõtmise ja arvutusmeetodi abil. R mõõtmiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse ohmmeetriks. Oommeeter on osa elektriliste suuruste mõõtmise kombineeritud instrumentidest, mida nimetatakse multimeetriteks. See on ühendatud koormusega paralleelselt ja mõõtmiste tegemiseks tuleb elektriahel välja lülitada, kuna voolu olemasolu põhjustab seadme rikke.

On veel üks meetod, mis on arvutatud, kuid see nõuab teadmisi füüsika valdkonnast. Väärtuse R arvutamisel tuleks mõõta voolu ja pingetvõi õigemini nende amplituudi väärtused (vastavalt Um ja Im). Seda saab teha sobivate seadmete abil.

Pinge mõõtmiseks kasutatakse voltmeetrit ja voolu saab mõõta ampermeetri abil. Lisaks mõõdavad need seadmed ainult pinge (Ud) ja voolu (Id) efektiivseid väärtusi. Amplituudi väärtuste arvutamiseks kasutage järgmisi valemeid:

1. Um = Ud * sqrt (2).
2. Im = Id * sqrt (2).

R arvutamiseks, mille saab leida vooluringi sektsiooni Ohmi seaduse abil (Im = Um / R): R = Um / Im. Kasutades amplituudiväärtuste sõltuvuste suhteid efektiivsetest väärtustest, on võimalik arvutada R: R = Ud * sqrt (2) / Id * sqrt (2) = Ud / Id. Praktikas kasutatakse takistuse mõõtmise meetodit oommeetriga.

Muud tüüpi koormused

Kui CPT-s on induktiivpool, kuvatakse Xl, mis tuleb ainult välja arvutada. Induktiivne reaktants arvutatakse valemiga, mis nõuab tsüklilist sagedust (w) ja pooli induktiivsust (L): Xl = w * L.

Tsükliline sagedus arvutatakse järgmise valemiga, mille jaoks peate teadma ainult vahelduvvoolu sagedust (f) ja PI arvu (3,1416): w = 2 * 3,1416 * f. Pooli induktiivsus arvutatakse pooli läbimõõdu (D mm), keerdude arvu (n) ja mähise pikkuse (l) väärtuste põhjal: L = (sqr (D / 10) * sqr (n) ) / (4,5 * D + 10 * l). Kui asendame kõik induktiivse takistuse arvutamise valemis olevad suhted, selgub: Xl = 2 * 3,1416 * f * (sqr (D / 10) * sqr (n)) / (4,5 * D + 10 * l) .

Kui CPT-s on kondensaator mahtuvusega C, lisatakse ka mahtuvuslik takistus - Xl, mis arvutatakse järgmise valemi abil: Xc = 1 / (w * C) = 1 / (2 * 3,1416 * f * C). Kogutakistus CCT-s on tähistatud tähega Z ja arvutatakse järgmise valemiga: Z = sqrt [sqr® + sqr (Xc - Xl)]. Kui asendada kogutakistuse valemis suhted, mille järgi on leitud R, Xl ja Xc, saame järgmise valem: Z = sqrt [sqr (Ud / Id) + sqr ((1 / (2 * 3,1416 * f * C)) - (2 * 3,1416 * f * (sqr (D / 10) * sqr ( n)) / (4,5 * D + 10 * l))]. Arvutamise lihtsustamiseks saab R, Xc ja Xl väärtused eraldi arvutada.

Resonantsi mõistmine

Resonants vahelduvvooluahelas tekib siis, kui tekib resonantssagedus, mille juures mõned takistused üksteist kustutavad. Peamised resonantsi märgid on:

1. U ja I faaside sobivus vooluringis.
2. Aktiivse ja impedantsi väärtused on samad: Z = R.
3. Voolutugevus on maksimaalne.
4. U väärtuse langus R võrra võrdub U-ga, mida rakendatakse LC-ahelale.
5. Täidetud on tilkade U võrdsus induktiivsusel ja mahtuvusel, aga ka vastupidine faasis ja suurem kui rakendatud pinge: Ul> U, Ul = I * Xl = I * Xc ja U = I * R.

Viimasel juhul arvutatakse pinge võimendus järgmiselt: Ku = Ul / U = sqrt (L / C) / R = p / R. Seda tegurit nimetatakse vooluahela kvaliteediteguriks ja seda tähistatakse tähega Q. Ahela iseloomulik impedants on tähistatud p-ga, mis arvutatakse valemiga: p = sqrt (L / C).

CLT-s on kahte tüüpi resonantsi: jada- ja paralleelresonants. Jadaresonantsi puhul on eeltingimuseks minimaalne takistus ja nullfaas. Seda kasutatakse peamiselt reaktiivkomponentidega L ja C ahelates. Paralleelse resonantsi tüübi korral on mahtuvus ja induktiivtakistus võrdsed, mis üksteist kustutavad. Seda tüüpi ühendus peab alati olema võrdne arvutatud väärtusega. Seda kasutatakse laialdaselt selle terava minimaalse impedantsi tõttu. Takistus on takistus vahelduvvooluahelas, mida tähistatakse Z-ga.

Ahel on vooluahel, milles on paralleelselt või järjestikku ühendatud järgmised elemendid: takisti, induktiivpool ja kondensaator.

See ahel moodustab harmoonilise voolu jaoks ostsillaatori. Takistuse olemasolu ahelas põhjustab sumbumist ja vähendab resonantsi tippsagedust.

Võnkuahelaid kasutatakse kogu jõuelektroonikas. Selle näiteks on jõutrafo. Lisaks kasutatakse vooluringi telerite häälestamiseks, antennide sobitamiseks. Seda saab kasutada ribapääs- ja sälkfiltritena, mida kasutatakse andurites madalate ja kõrgete sageduste jaotamiseks. Resonantsefekti kasutatakse ka meditsiinis mikrovooluteraapias ja bioresonantsdiagnostikas.

Voolu ja pinge korpused

Elektroonikas kasutatakse pingete ja voolude resonantsi. Need erinevad üksteisest ja kehtivad teatud juhtudel. Pingeresonants tekib siis, kui see on ühendatud RLC-ahelasse järjestikku (skeem 1):

Skeem 1 - elementide jadaühendus.

Resonantsi tekkimise peamiseks tingimuseks on toiteallika ja võnkeahela sageduste võrdsus. Lisaks Xc = Xl, need on vastupidised väärtused (märgis) ja võrdsed 0-ga. Pinged Uc ja Ul on faasis vastupidised ja tühistavad üksteist, seega Z = R. Selle tulemusena suureneb vool, kuna takistuse vähenemisega Ohmi seaduse kohaselt suureneb I. Mitte ainult mina ei kasva, vaid ka vooluahela elementide U väärtused. Resonantsi korral võivad pinged kondensaatoril ja induktiivpoolil olla kõrgemad kui toitepinge.

Sageduse kasvades Xl väärtus suureneb ja Xc väheneb. Kui resonantsi ja toiteallika sagedused on võrdsed, siis Z väärtus väheneb. Resonantssagedus leitakse valemiga: w = sqrt (1 / (L * C)). Resonants CLT-s sõltub järgmistest väärtustest: toiteallika sagedus - f, parameetrid L ja C. Elektrienergiat vahetatakse mähise ja kondensaatori vahel toiteallika kaudu.

Voolude resonants vahelduvvooluahelas tekib siis, kui aktiiv- ja reaktiivkoormused on ühendatud paralleelselt. Diagramm 2 näitab paralleelset vooluringi:

Skeem 2 - RLC-ahela paralleelühendus.

Sel juhul tekib resonants, kui toiteallika ja resonantssageduse sagedused on võrdsed, samuti kondensaatori (Bc) ja pooli (Bl) juhtivus on võrdsed. Juhtivus on takistuse vastastikune väärtus. Toiteallika sageduse kasvades tõuseb impedants, mille juures vool väheneb. Selle tulemusena vool väheneb ja võrdub aktiivse komponendiga. Resonantssageduse määramiseks peaksite selle väärtuse leidmiseks kasutama algoritmi:

1. Takisti, induktiivpooli ja kondensaatori erijuhtivus: vastavalt G = 1 / R, Bl = 1 / (w * L) ja Bc = w * C.
2. 1 / (w * L) = w * C.
3. Resonantssagedus arvutatakse järgmise valemi abil: w = sqrt (1 / (L * C)).

Resonantsi nähtus võib põhjustada vooluahela elementide, instrumentide või seadmete rikke. Selle vältimiseks on vaja teha võnkeahelate täpsed arvutused.

Paralleelkontuuri arvutamine

On vaja teha paralleellülitus, mille resonantssagedus on 1,5 MHz. Selle valmistamiseks on vaja teha arvutus, mille põhjal on võimalik seda teha. Kontuur tuleks arvutada täpselt, kuna igasugune ebatäpsus võib põhjustada negatiivseid tagajärgi. Peamine ülesanne on arvutada pooli vajalik induktiivsus ja mahtuvus. Arvutamine toimub vastavaltjärgmine algoritm:

1. Arvutage vajalik induktiivsus μH antud mahtuvuse ja sageduse juures: L = sqr (159,12 / f) / C.
2. Arvutage mähise keerdude arv (n) ja luustiku läbimõõt (d mm): n = 32 * sqrt (L / d).

Olgu C = 2000 pF, siis L = sqr (159,12 / 2) / 2000 = 5,6 μH. Pöörete arv mähise puhul, mille d = 3 mm: n = 32 * sqr (5,6 / 3) = 112.

See meetod on ligikaudne, kuna pooli pöörde-pöörde ruumi ei võeta arvesse. Raadioamatöörid kasutavad sageli valmis pooli pikkusega 15 mm läbimõõduga d = 3 mm. Saate arvutada teise valemi abil: n = 8,5 * sqrt (L) = 8,5 * 2,3664 = 21.

Seega kasutatakse resonantsi fenomeni erinevate raadioseadmete ehitamisel ja nõuab õigete arvutuste tegemine, sest isegi väiksemate vigade korral kulukas üksikasjad.