Elektriksel rezonans - Electrical resonance
Elektrik rezonansı , devre elemanlarının empedansları veya girişleri birbirini iptal ettiğinde, belirli bir rezonans frekansında bir elektrik devresinde meydana gelir . Bazı devrelerde, bu, devrenin girişi ve çıkışı arasındaki empedans neredeyse sıfır olduğunda ve transfer işlevi bire yakın olduğunda gerçekleşir.
LC devreleri
Kondansatörleri ve indüktörleri içeren bir devrenin rezonansı, indüktörün çökmekte olan manyetik alanının, kondansatörü şarj eden sargılarında bir elektrik akımı oluşturması ve ardından boşaltma kapasitörünün, indüktördeki manyetik alanı oluşturan bir elektrik akımı sağlaması nedeniyle oluşur. Bu süreç sürekli olarak tekrarlanır. Bir analoji mekanik bir sarkaçtır ve her ikisi de basit harmonik osilatörün bir biçimidir .
Rezonansta, iki elemanın seri empedansı minimumda ve paralel empedans maksimumda. Rezonans, ayarlama ve filtreleme için kullanılır , çünkü belirli bir endüktans ve kapasitans değerleri için belirli bir frekansta meydana gelir . Gürültüye , sinyal bozulmasına ve devre elemanlarına zarar verebilecek istenmeyen sürekli ve geçici salınımlara neden olarak iletişim devrelerinin çalışması için zararlı olabilir .
Paralel rezonans veya rezonansa yakın devreler, aksi takdirde indüktör alanını inşa ederken veya kondansatör yüklenir ve boşaltılırken meydana gelen elektrik enerjisi israfını önlemek için kullanılabilir. Örnek olarak, asenkron motorlar endüktif akımı boşa harcarlar, senkron olanlar ise kapasitif akımı boşa harcarlar. İki tipin paralel olarak kullanılması, indüktörün kondansatörü beslemesini sağlar ve bunun tersi , devrede aynı rezonans akımını korur ve tüm akımı yararlı işe dönüştürür.
Endüktif reaktans ve kapasitif reaktans eşit büyüklükte olduğundan,
- ,
yani
- ,
Rezonans (uyarıldığında bu halka ne kadar süre) kalitesi, belirlenir Q faktörü direncinin bir fonksiyonu olan,: . İdealleştirilmiş, kayıpsız bir LC devresinin sonsuz Q'su vardır , ancak tüm gerçek devreler bir miktar direnç ve sonlu Q'ya sahiptir ve genellikle bir RLC devresi ile daha gerçekçi bir şekilde yaklaştırılır .
RLC devresi
Bir RLC devresi (veya LCR devresi ), seri veya paralel bağlanmış bir direnç , bir indüktör ve bir kapasitörden oluşan bir elektrik devresidir . İsmin RLC kısmı, bu harflerin sırasıyla direnç , endüktans ve kapasitans için olağan elektrik sembolleri olmasından kaynaklanmaktadır . Devre , akım için harmonik bir osilatör oluşturur ve bir LC devresine benzer şekilde rezonansa girer . Direncin varlığından kaynaklanan temel fark, devrede indüklenen herhangi bir salınımın, bir kaynak tarafından devam ettirilmediği takdirde zamanla azalmasıdır. Direncin bu etkisine sönümleme denir . Direncin mevcudiyeti ayrıca , tahrik edilen salınımlar için rezonans frekansı bir LC devresi ile aynı kalmasına rağmen, sönümlü salınımın tepe rezonans frekansını da azaltır . Bir direnç özellikle ayrı bir bileşen olarak dahil edilmemiş olsa bile, gerçek devrelerde bir miktar direnç kaçınılmazdır. Saf bir LC devresi, yalnızca teoride var olan bir idealdir .
Bu devre için birçok uygulama var. Birçok farklı osilatör devresinde kullanılır . Radyo alıcıları veya televizyon setleri gibi , çevredeki radyo dalgalarından dar bir frekans aralığı seçmek için kullanıldıkları gibi, ayarlama için önemli bir uygulama . Bu rolde devre genellikle ayarlanmış bir devre olarak adlandırılır. Bir RLC devresi, bant geçiren filtre , bant durdurma filtresi , alçak geçiren filtre veya yüksek geçiren filtre olarak kullanılabilir . Ayarlama uygulaması, örneğin, bant geçiren filtrelemenin bir örneğidir . RLC filtresi, ikinci dereceden bir devre olarak tanımlanır , yani devredeki herhangi bir voltaj veya akım , devre analizinde ikinci dereceden bir diferansiyel denklem ile tanımlanabilir .
Üç devre elemanı, bir dizi farklı topolojide birleştirilebilir . Seri halindeki üç öğenin tümü veya paralel olarak üç öğenin tümü, konsept açısından en basit ve analiz edilmesi en kolay olanıdır. Bununla birlikte, bazıları gerçek devrelerde pratik öneme sahip başka düzenlemeler de vardır. Sık karşılaşılan bir sorun, indüktör direncini hesaba katma ihtiyacıdır. İndüktörler tipik olarak, direnci genellikle arzu edilmeyen, ancak genellikle devre üzerinde önemli bir etkiye sahip olan tel bobinlerinden yapılır.
Misal
Seri bir RLC devresinin direnci 4 Ω, endüktansı 500 mH ve değişken kapasitansı vardır. Besleme gerilimi 50 Hz'de değişen 100 V'tur. Rezonansta Seri rezonans vermek için gereken kapasitans şu şekilde hesaplanır:
Rezonans indüktör ve kapasitör üzerindeki gerilimleri, ve , olacak:
Bu örnekte gösterildiği gibi, seri RLC devresi rezonanstayken, indüktör ve kapasitör boyunca voltajların büyüklükleri, besleme voltajından birçok kez daha büyük hale gelebilir.
Ayrıca bakınız
- Antirezonans
- Anten teorisi
- Boşluk rezonatörü
- Elektronik filtre
- Rezonans enerji transferi - iki rezonans bobin arasında kablosuz enerji aktarımı