Золотая квартира    

Формулы расчета резонансной частоты колебательного контура: амплитуда резонанса

cdcaed2a

Содержание

Галилео Галилей, исследуя маятники и музыкальные струны, описал явление, которое впоследствии стали называть резонансом. Оно проявляется не только в акустике, но и в механике, электронике, оптике и астрофизике. Резонансный эффект имеет как положительные, так и отрицательные воздействия на колебательные системы.

Резонанс

Эффект резонанса

Ярким примером механического класса резонаторов является пружинный маятник. Профессор из технологического Массачусетского института (в Америке), В. Левин, акцентирует внимание своих студентов на то, что резонанс (resonance) – это эффект, сопряжённый с увеличением амплитуды. Для демонстрации явления используется установка. Она состоит из следующих компонентов:

  • электродвигатель;
  • механизм, превращающий вращение в возвратно-поступательное движение;
  • ЛАТР – лабораторный автотрансформатор;
  • медная пружина из проволоки с набором грузиков;
  • направляющая для пружины.

Направление колебания пружины – вертикальное. Вращение вала мотора заставляет пружину совершать колебания. С помощью автотрансформатора присутствует возможность регулировать напряжение. Регулировка позволяет варьировать частоту вращения вала и колебаний маятника. При изменении частоты вращения вала амплитуда возвратно-поступательного движения остаётся неизменной.

Перед опытом замеряется удлинение медной пружины под действием грузиков (для оценки резонансной частоты пружины). Изменение скорости вращения вала заставляет амплитуду колебания конца пружины с грузом изменяться. Амплитуда увеличивается и на 1-м герце частоты становится максимальной (~30 см).

Важно! При дальнейшем увеличении скорости вращения вала амплитуда конца пружины начинает уменьшаться. Это означает, что resonance пройден. Если уменьшать напряжение, а с ним и частоту вращения двигателя, снова можно наблюдать эффект resonance колебания пружины.

Пружинный маятник

Добротность пружины Q определяется как отношение амплитуды колебания пружины Aпр к амплитуде колебания вынуждающей силы Aвс. В этом случае Q = Aпр/Aвс = 30/5 = 6, где Aвс = 5.

Определение колебательного контура

Частота вращения: формула

Резонансные явления, отмеченные в электротехнике, ярко выражены в схемах колебательных контуров (КК). Подобные конструкции представляют собой элементарные системы, способные осуществлять свободные колебания электромагнитной природы. Сам КК в цепи состоит из следующих элементов:

  • конденсатора;
  • катушки индуктивности;
  • источника тока.

Внимание! Выводы элементов схемы могут соединяться друг с другом параллельно или последовательно. Все зависит от того, какого результата нужно добиться от резонанса в КК.

Подключение к цепи индуктивной катушки

Резонанс в электрической цепи

Включение в ёмкостную цепь катушки индуктивности сразу превращает её в КК. В зависимости от схемы подключения, различают два вида КК 1 класса: параллельный и последовательный.

Параллельный КК

В данной схеме конденсатор С соединён с катушкой L параллельно. Если заряженный конденсатор присоединить к катушке, то энергия, запасённая в нём, передастся ей. Через индуктивную катушку L потечёт ток, вызывая электродвижущую силу (ЭДС).

ЭДС самоиндукции L будет направлена на снижение тока в параллельной цепи. Ток, созданный этой ЭДС, и ток разряда ёмкости сначала одинаковы, а их суммарное значение равно нулю. Конденсатор передаст свою энергию Ec в катушку и полностью разрядится. Индуктивность, получив максимальную магнитную энергию EL, начнёт заряжать ёмкость напряжением уже другой полярности. Когда вся энергия из индуктивности перейдёт в ёмкость, конденсатор будет полностью заряжен. В цепи появляются колебания, такой контур называется колебательным.

Параллельный КК

К сведению. Если бы в такой цепи отсутствовали потери, то такие колебания никогда не стали затухать. На практике, продолжительность процесса зависит от потери энергии. Чем больше потери, тем меньше длительность колебаний.

Параллельное соединение C и L вызывает резонанс токов. Это значит, что токи, проходящие через C и L, выше по значению, чем ток через сам контур, в конкретное число раз. Это число носит название добротности Q. Оба тока (емкостной и индуктивный) остаются внутри цепи, потому что они находятся в противофазе, и происходит их обоюдная компенсация.

Стоит отметить! На fрез величина R КК устремляется к бесконечности.

Последовательный КК

В этой схеме соединены последовательно друг с другом катушка и конденсатор.

Последовательный КК

В такой схеме происходит resonance напряжений, R контура устремляется к нулю в случае образования резонансной частоты (fрез). Это позволяет использовать подобную систему резонанса в качестве фильтра.

Резонансная частота

При подаче на два КК (параллельного и последовательного) переменного напряжения с изменяющейся частотой их реактивные сопротивления C и L будут меняться. Изменения происходят следующим образом:

  • с увеличением f – ёмкостное сопротивление уменьшается, а индуктивное увеличивается;
  • с уменьшением f – ёмкостное сопротивление увеличивается, а индуктивное уменьшается.
Резонанс — что это такое

Частота, при которой реактивные сопротивления обоих элементов контура равны, называется резонансной.

Важно! При fрез сопротивление параллельного КК будет максимальным, а последовательного КК – минимальным.

Резонансная частота формула, которой имеет вид:

fрез = 1/2π*√L*C,

где:

  • L – индуктивность, Гн;
  • C – ёмкость, Ф.

Подставляя известные значения ёмкости и индуктивности в формулу резонансной частоты колебательного контура любой конфигурации, можно рассчитать этот параметр.

Для определения периода колебаний КК и частоты резонанса можно воспользоваться онлайн калькулятором на соответствующем портале в сети. Профессиональная программа имеет несложный интерфейс.

Пример интерфейса онлайн калькулятора LC-контура

Применение колебательных контуров

Подробный расчет колебательного контура позволяет точно подбирать величину необходимых элементов КК. Это позволяет использовать их в схемах электроники в виде:

  • частотных фильтров – в радиоприёмниках, генераторах сигналов, преобразователях и выпрямителях;
  • колебательных контуров – для выделения и настройки на определённую частоту станции вещания;
  • силовых resonance-фильтров – для формирования напряжения синусоидальной формы.

На самолётах гражданской авиации КК применяется в блоках регулировки частоты генераторов.

Условие отсутствия резонанса

Для того чтобы возник резонанс формула которого для тока равна ω0*C = 1/ ω0*L, необходимо выполнения этого равенства. Существуют условия для невозможности появления этого эффекта, а именно:

  • отсутствие у системы собственных колебаний;
  • невозможность совпадения частоты внешнего воздействия с собственной частотой системы.

Амплитуда резонанса

В КК при подаче переменного напряжения от внешнего источника наблюдаются два вида резонанса и резкое увеличение двух видов амплитуды: амплитуды тока и амплитуды напряжения.

Амплитуда тока

Амплитуда тока резко возрастает при резонансе напряжений в последовательном контуре (последовательный резонанс). Источник переменной ЭДС включён в цепь, где нагрузкой служат последовательно включённые элементы L и С.

В этом случае в цепь входят сопротивления: активное r и реактивное x, равное:

x = xL – xC.

Так как для внутренних колебаний xL и xC равны, то для тока, поступающего от генератора, при резонансе (когда частоты совпадают) эти значения тоже одинаковы. Поэтому x = 0. В итоге полное сопротивление цепи будет состоять только из небольшого активного сопротивления. Ток при этом получается максимальным.

Схема (а) и резонансные кривые (б) для резонанса напряжений

Амплитуда напряжения

Резонанс токов (параллельный резонанс) является условием резкого возрастания амплитуды напряжения. Источник ЭДС подключается вне контура и нагружен параллельно соединёнными элементами L и С. В этом случае на эффект резонанса влияет внутреннее сопротивление генератора. Амплитуда напряжения на контуре максимальна при малом отличии напряжения контура от напряжения генератора. Это возможно при малом Ri.

Внимание! Изменение частоты генератора меняет ток, а амплитуда напряжения на контуре не отстаёт по величине от напряжения на генераторе. Если, U = Е – I*Ri, где Е – ЭДС, I – ток, то при малом Ri U = Е.

Схема (а) и резонансные кривые (б) для резонанса токов

Формула для определения расчётной резонансной частоты для разных колебательных систем различается по входящим в неё параметрам. Несмотря на все различия, суть остаётся неизменной: эффект резонанса наступает тогда, когда частота внутренних колебаний системы и внешних воздействий становятся равны друг другу.

Видео



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


Вакуумные выключатели: принцип действия, плюсы и минусы, выбор

Вакуумные выключатели: принцип действия, плюсы и минусы, выбор Принцип действия вакуумного выключателя, его конструктивные особенности, преимущества и недостатки, а также критерии правильного выбора....

19 06 2021 3:48:13

Как рассчитать мощность электрического тока: формула для расчета по току и напряжению

Что такое мощность электроэнергии. Мгновенное значение электрической мощности. Расчеты для электроцепей переменного тока. Формулы измерений, калькулятор зависимости от тока и мощности. Расчет реактивных мощностей. Типы нагрузок в электроцепях....

18 06 2021 7:26:24

Датчики движения для включения освещения: инфракрасные, наружные, порядок установки

Датчики движения для включения освещения: инфракрасные, наружные, порядок установки Наиболее распространенные области применения датчиков движения для освещения. Датчик присутствия: типы и особенности монтажа и эксплуатации. Сенсорные инфракрасные датчики: настройка в зависимости от освещенности помещения....

17 06 2021 14:22:34

Розетка с wifi управлением: принцип работы, преимущества

Розетка с wifi управлением: принцип работы, преимущества Принцип работы умной розетки с вай-фай управлением очень прост, если разобраться. С развитием техники каждый может себе позволить установить такие розетки!...

16 06 2021 3:18:43

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора Блокинг генератор: принцип работы устройства. Автоколебательный режим: сборка блокинг-генератора на усилительных элементах. Рабочий процесс рассматриваемого устройства....

15 06 2021 4:37:12

Магнитные пускатели серии ПМ-12: технические характеристики изделия

Функциональное использование магнитного пускателя П М-12. Характеристики и основные технические значения пускателей П М12. Принцип работы и комплектность. Монтаж и отличие от контакторов....

14 06 2021 4:27:28

Электромагнитная индукция: формулировка закона Фарадея, физическая формула

Формулирование закона электромагнитной индукции (закон Фарадея). Опыты с электромагнитыми катушками. Э Д С индукции в проводнике: расчет индуктивного напряжения. Законы электролиза. Электромагнитная индукция: история и современное применение....

13 06 2021 19:48:17

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение Бактерицидные лампы – источники освещения, позволяющие очистить воздух помещения и воду от бактерий различного происхождения....

12 06 2021 10:25:31

Освещение лестницы - декоративное, заливающее

Освещение лестницы - декоративное, заливающее Освещение лестницы может быть устроено различными способами. Используются потолочные светильники, настенные бра и встраиваемые....

11 06 2021 8:31:14

Устройство полезных приборов-радиосамоделок: как сделать своими руками

Устройство полезных приборов-радиосамоделок: как сделать своими руками Необходимые знания для радиолюбителей. Рекомендации радиолюбителю. Метод сборки схем: монтаж навесной или на печатной плате. От простого к сложному: с какой схемы начать. Способы монтажа печатных плат: механический, химический, лазерно-утюжный....

10 06 2021 19:43:35

Наружный датчик движения для охраны периметра: беспроводные модели для сигнализации

Виды уличных всепогодных инфракрасных датчиков движения и принцип их работы. Радиоволновые и ультразвуковые датчики. Фотоэлектрический датчик для охраны периметра. Недостатки и преимущества беспроводных приборов. Дальность датчика для сигнализации....

09 06 2021 10:53:48

Определение мощности резистора: можно ли узнать по размеру детали

Формула скорости потребления энергии резистором. Как определить мощность резистора. Типы и обозначения резисторов. Нагрев детали в зависимости от сопротивления. Мощности резисторов: можно ли узнать по размеру детали, расшифровки маркировок....

08 06 2021 6:17:53

Все о четвертой группе по электробезопасности (4): кому из работников присваивается

Все о четвертой группе по электробезопасности (4): кому из работников присваивается Группы допуска по электробезопасности. Требования к специалисту с 4 группой по электробезопасности. Минимальный стаж работы в 3 группе допуска, который должен иметь аттестующийся для получения данной категории....

07 06 2021 2:18:47

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...

06 06 2021 19:57:17

Сетевой преобразователь для солнечной батареи: назначение инвертора

Принцип работы солнечных батарей. Необходимый набор оборудования для получения электричества от энергии солнечного света. Инвертор, как преобразователь переменного тока в постоянный. Составные части инвертора солнечной батареи....

05 06 2021 8:16:29

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение Лампы накаливания широко используемые в быту и промышленности. Они различаются по конструкции, мощности, световой отдаче и дизайну....

04 06 2021 22:57:16

Характеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги

Кремниевые выпрямительные диоды универсального назначения на примере диода 1N4007. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры диодов 1 N 4007. Особенности применения 1-N-4007. Технические характеристики 1n4007....

03 06 2021 1:46:14

Виды плакатов по электробезопасности по ГОСТу

Виды плакатов по электробезопасности по ГОСТу Виды знаков и плакатов по электробезопасности по Г О С Т. Запрещающие, предупреждающие и указательные плакаты. Классификация плакатов и знаков по электрической безопасности....

02 06 2021 19:45:57

Схема зарядного устройства для литиевого аккумулятора для изготовления своими руками

Схема зарядного устройства для литиевого аккумулятора для изготовления своими руками Оригинальные зарядные устройства для зарядки литиевых аккумуляторов. Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы. Зарядка для литиевого аккумулятора своими руками. Порядок сборки зарядного устройства....

01 06 2021 2:21:58

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост

Разница между контактором и пускателем. Виды магнитных пускателей: классификация приборов по способу размещения и защищённости от вредных воздействий. Схема подключения электромагнитного контактора....

31 05 2021 3:45:38

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы Ртутные лампы не требуют грамотного подхода к их использованию и применяются в различных отраслях сельского и промышленного хозяйства, а также в быту....

30 05 2021 11:46:36

Все об индексе цветопередачи (CRI): определение и порядок расчета

Все об индексе цветопередачи (CRI): определение и порядок расчета Оценка качества светопередачи и определение индекса. Порядок проведения измерений параметра CRI. Проблемы с индексом, поиски новых стандартов. Современность и подбор по световым характеристикам....

29 05 2021 16:22:29

Технические характеристики и маркировка переменных резисторов

Виды переменных резисторов: постоянные и подвижные потенциометры. Основные характеристики и обозначения подстрочного резистора. Переменный резистор: как определить вид по маркировке....

28 05 2021 8:32:43

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....

27 05 2021 12:34:44

Электромагниты переменного электрического тока и другие мощные магниты

Как работает электромагнит? Изготовление электромагнита 12в. в домашних условиях. Преимущества использования электромагнитов переменного тока. Расчеты изготовления магнитов для переменного и постоянного токов. Находим применения электромагниту в телевизорах, трансформаторах и пусковых устройствах автомобиля....

26 05 2021 21:45:37

Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор

Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор Действие статора двигателя в зависимости от конфигурации устройства. Материал изготовления статоров: кремниевая (электротехническая) сталь. Проверка якоря коллекторного двигателя. Как проверить и перемотать статор....

25 05 2021 19:17:16

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками Блок электрических розеток: перед тем, как заменить розетку или новый вертикальный блок розеток следует вспомнить, что существует три типа таких устройств....

24 05 2021 11:45:51

Электрическое сопротивление человеческого тела: значение в омах

Электрическое сопротивление тела человека. Человек как проводник электрического тока. Значение полного сопротивления тел людей. Место приложения электротока и значение его показателей. Физиологические факторы и показатели окружающей среды....

23 05 2021 11:48:46

Взрывозащищенное электрооборудование: классификация, защита

Взрывозащищенное электрооборудование: классификация, защита В цехах и на территориях промышленных предприятиях, где возможно образование взрывоопасных веществ устанавливают взрывозащищенное электрооборудование....

22 05 2021 10:49:50

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов

Единица измерения емкости в системе С И и других системах. Фарады через основные единицы системы. Определение кратных единиц ёмкости. Таблица перевода дольных единиц. Маркировка конденсаторов. Кодировка больших по размерам устройств...

21 05 2021 9:28:11

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема Yota своими руками

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема Yota своими руками В каких случаях необходимо усиление сигнала для LTE модемов Yota. Виды внешних антенн для роутеров Yota и преимущества их использования. Самодельная антенна для Yota: из банки из алюминия, антенна Харченко и спутниковая антенна....

20 05 2021 1:14:26

Время токовые характеристики автоматических выключателей

Время токовые характеристики автоматических выключателей Время токовые характеристики автоматических выключателей бывают А, B, C, D, Z, К типов. Они отличаются соотношениями между действующим и номинальным токами....

19 05 2021 10:51:55

Технические характеристики термостойкого кабеля РКГМ: расшифровка маркировки и виды

Значение маркировки кабеля. Технические характеристики и особенности провода Р К Г М. Термостойкий провод Р К Г М: преимущество проводника. Разновидности Р К Г М-кабеля. Класс кабеля- Р К Г М и его отличительные свойства в зависимости от количества токопроводящих жил....

18 05 2021 23:14:51

Точечные светильники - конструкция, выбор и монтаж

Точечные светильники - конструкция, выбор и монтаж Что представляют собой точечные светильники. Как грамотно организовать подготовительный и монтажный процесс подключения точечного светильника...

17 05 2021 3:10:37

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки Какие розетки подходят для варочных панелей или духовых шкафов. Варианты изготовления и производители изделий. Правильная розетка для электроплит. Правила монтажа розеток для мощной кухонной техники....

16 05 2021 5:18:31

Как поменять счетчик электроэнергии: порядок согласования, требования к установке

Как поменять счетчик электроэнергии: порядок согласования, требования к установке Как поменять счетчик электроэнергии? В первую очередь вам нужно будет обратиться в местное отделение « Энергосбыта» и оформить заявку на замену счётчика....

15 05 2021 1:17:17

Формула расчета сопротивления при параллельном соединении резистора

Параллельное соединение резисторов: формула расчета. Примеры типичных подключений. Расчет комбинированных схем. Закон Ома и правила Кирхгофа как основа расчетных операций при параллельном соединении резистора....

14 05 2021 1:54:19

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень Назначение термоэлектрического преобразователя. Принцип работы термопары. Разновидности и конструктивные особенности термопар. Конструктивные особенности термопар, типы и характеристики....

13 05 2021 6:36:24

О хлопковых выключателях света: технические характеристики акустических выключателей

О хлопковых выключателях света: технические характеристики акустических выключателей Акустические или хлопковые выключатели света: правила выбора и монтажа изделий. Отличительные особенности хлопкового выключателя света. Преимущества акустических выключателей света перед традиционными....

12 05 2021 15:53:51

Электротехника: основы, понятия, положения и определения

Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....

11 05 2021 8:19:19

Расчет потребляемой мощности электроприбора

Расчет потребляемой мощности электроприбора Рассмотрим два простых способа расчета потребляемой мощности электроприборов. Этот навык полезен для отслеживания потребляемой энергии....

10 05 2021 17:26:42

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений Особенности и виды и типы маркировок конденсаторов. Различия в маркировке конденсаторов по типу: из бумаги или металлобумаги, электролитических, полимерных, пленочных и керамических....

09 05 2021 3:52:29

Заземления: повторные, электролитические, модульные и глубинные

Заземления: повторные, электролитические, модульные и глубинные Определение модульного заземления. Устройство штыревого заземления. Глубина помещения электрода в грунт. Принцип установки модульных заземлений. Преимущества глубинного заземления. Что такое искусственный заземлитель....

08 05 2021 8:38:12

Перевод мощности: киловатт в лошадиную силу – калькулятор онлайн

Перевод мощности: киловатт в лошадиную силу – калькулятор онлайн Как перевести лошадиные силы в квт. Таблица расхождений при определении лошадиной силы. Практический аспект перевода мощности. Мощность двигателя: переводим лошадиную силу ( Л С) в киловатты....

07 05 2021 12:30:15

Счетчик электроэнергии старого образца

Счетчик электроэнергии старого образца Счётчики старого и нового образца их отличие. Типы устаревших счётчиков. Для начала нужно разобраться какие, вообще, бывают счётчики....

06 05 2021 12:47:11

Что такое аналоговые сигналы: чем отличаются от цифровых и общая информация

Что такое аналоговые сигналы: чем отличаются от цифровых и общая информация Определение аналогового сигнала. Аналоговый сигнал: достоинства и недостатки. Цифровой и декретный сигналы. Как характеризуется дискретная передача информации. Основные отличия аналоговых и цифровых методов передачи....

05 05 2021 10:47:24

Межотраслевые правила по охране труда и по эксплуатации электрооборудования

Межотраслевые правила по охране труда и по эксплуатации электрооборудования Определение (расшифровка) М П О Т. Порядок исполнения правил и требования к работникам. Требования по устройству электроустановок. Порядок исполнения работ и обследование электроустановок. Межотраслевые правила по охране труда и по эксплуатации электрооборудования....

04 05 2021 14:17:32

Перевести ватты в амперы: калькулятор перевода ампер в ватты и наоборот

Перевести ватты в амперы: калькулятор перевода ампер в ватты и наоборот Конвертация ватт в амперы посредством формулы мощности из школьного курса физики. Перевод ампер в ватты: таблица перевода. Нюансы перевода единиц Вт в А и решаемые задачи (подбор автоматического выключателя, расчет сечения проводки и т.п.)...

03 05 2021 22:27:26

Подключение электричества к участку: советы профессионалов

Подключение электричества к участку: советы профессионалов Подключение электричества к участку с дачным строением организуется в установленном порядке, предполагающем выполнение следующих обязательных процедур....

02 05 2021 17:12:41

О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками

О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками Как изготовить рамочную магнитную антенну из коаксиального кабеля своими руками в домашних условиях. Устройство рамочной магнитной антенны. Особенности эксплуатации и расположения устройства....

01 05 2021 4:17:40

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::

Flat d'Oro - Золотая квартира. Так еще в средневековье испанские строители называли жилье, обустроенное по последнему слову тогдашней техники. Например, оборудованную новомодным устройством для смыва воды компании Unitas (да, именно от названия этой компании произошло слово, которым обозначаем сантехническое устройство мы, современные носители русского языка). Мы научим Вас, как сделать Вашу квартиру Золотой!