Резонанс – табиятта кеңири таралган физикалык кубулуштардын бири. Резонанс кубулушун механикалык, электрдик жана ал тургай жылуулук системаларында да байкоого болот. Резонанс болбосо, бизде радио, телевизор, музыка, ал тургай балдар аянтчасындагы селкинчектер, заманбап медицинада колдонулган эң эффективдүү диагностикалык системалар болмок эмес. Электр чынжырындагы резонанстын эң кызыктуу жана пайдалуу түрлөрүнүн бири - чыңалуу резонанс.
Резонанстык чынжырдын элементтери
Резонанс кубулушу төмөнкү компоненттерди камтыган RLC деп аталган схемада пайда болушу мүмкүн:
- R - резисторлор. Электр чынжырынын активдүү элементтери деп аталган бул түзүлүштөр электр энергиясын жылуулук энергиясына айландырышат. Башкача айтканда, алар чынжырдан энергияны чыгарып, аны жылуулукка айландырышат.
- L - индуктивдүүлүк. Индуктивдүүлүкэлектр чынжырлары - механикалык системалардагы массанын же инерциянын аналогу. Бул компонент электр чынжырында ага кандайдыр бир өзгөртүүлөрдү киргизүүгө аракет кылмайынча анча байкалбайт. Механикада, мисалы, мындай өзгөрүү ылдамдыктын өзгөрүшү. Электр чынжырында токтун өзгөрүшү. Эгер кандайдыр бир себептерден улам болуп калса, индуктивдүүлүк схема режиминдеги бул өзгөрүүгө каршы турат.
- C - конденсаторлордун белгилөөчүсү, алар электр энергиясын пружиналар механикалык энергияны сактагандай сактаган түзүлүштөр. Индуктор магниттик энергияны топтойт жана сактайт, ал эми конденсатор зарядды топтойт жана ошону менен электр энергиясын сактайт.
Резонанстык чынжыр түшүнүгү
Резонанстык чынжырдын негизги элементтери индуктивдүүлүк (L) жана сыйымдуулук (C) болуп саналат. Резистор термелүүлөрдү басаңдатууга умтулат, ошондуктан ал чынжырдан энергияны алып салат. Термелүүчү чынжырда болуп жаткан процесстерди карап жатканда, биз аны убактылуу этибарга албайбыз, бирок механикалык системалардагы сүрүлүү күчү сыяктуу чынжырлардагы электр каршылыгын жок кылуу мүмкүн эмес экенин эстен чыгарбоо керек.
Чыңалуу резонанс жана ток резонанс
Негизги элементтердин туташтырылганына жараша, резонанстык чынжыр катар жана параллель болушу мүмкүн. Табигый жыштыкка дал келген сигнал жыштыгы бар чыңалуу булагына катар термелүү чынжыр кошулганда, белгилүү шарттарда анда чыңалуу резонанс пайда болот. Параллель туташкан электр чынжырындагы резонансреактивдүү элементтер учурдагы резонанс деп аталат.
Резонанстык чынжырдын табигый жыштыгы
Биз тутумдун табигый жыштыгында термелүүсүн жасай алабыз. Бул үчүн, адегенде сол жактагы жогорку сүрөттө көрсөтүлгөндөй, конденсаторду заряддашыңыз керек. Бул жасалганда, ачкыч оң жактагы ошол эле сүрөттө көрсөтүлгөн абалга жылдырылат.
“0” убагында бардык электр энергиясы конденсатордо сакталат, ал эми чынжырдагы ток нөлгө барабар (төмөндөгү сүрөт). Конденсатордун үстүнкү плитасы оң заряддуу, ал эми астыңкы пластина терс заряддуу экенин эске алыңыз. Биз чынжырдагы электрондордун термелүүлөрүн көрө албайбыз, бирок токту амперметр менен өлчөй алабыз жана агымдын убакытка карата мүнөзүнө көз салуу үчүн осциллографты колдоно алабыз. Биздин графиктеги T бир термелүүнү аяктоо үчүн талап кылынган убакыт экенин эске алыңыз, ал электротехникада "термелүү мезгили" деп аталат.
Ток саат жебеси боюнча агат (төмөндөгү сүрөт). Энергия конденсатордон индукторго өтөт. Бир караганда, индуктивдүүлүктүн энергия камтышы кызыктай сезилиши мүмкүн, бирок бул кыймылдуу массадагы кинетикалык энергияга окшош.
Энергия агымы кайра конденсаторго кайтып келет, бирок конденсатордун полярдуулугу азыр тескери болгонун эске алыңыз. Башкача айтканда, астыңкы пластина эми оң зарядга ээ, ал эми үстүнкү пластина терс зарядга ээ (сүрөттөмөнкү).
Эми система толугу менен тескери болуп, энергия конденсатордон индукторго кайра агып баштайт (төмөндөгү сүрөт). Натыйжада, энергия толугу менен баштапкы чекитине кайтып келип, циклди кайра баштоого даяр.
Термелүү жыштыгын төмөнкүдөй болжолдоого болот:
F=1/2π(LC)0, 5,
бул жерде: F - жыштык, L - индуктивдүүлүк, C - сыйымдуулук.
Бул мисалда каралган процесс стресс-резонанстын физикалык маңызын чагылдырат.
Стресс-резонанстык изилдөө
Чыныгы LC схемаларында ар бир цикл менен токтун амплитудасынын көбөйүшүн азайтуучу каршылыктын бир аз өлчөмү бар. Бир нече циклден кийин ток нөлгө чейин төмөндөйт. Бул эффект "синусоидалдык сигналды өчүрүү" деп аталат. Токтун нөлгө чейин ажыроо ылдамдыгы чынжырдагы каршылыктын өлчөмүнө жараша болот. Бирок каршылык резонанстык чынжырдын термелүү жыштыгын өзгөртпөйт. Эгерде каршылык жетишерлик жогору болсо, чынжырда синусоидалдык термелүүлөр такыр болбойт.
Албетте, табигый термелүү жыштыгы бар жерде резонанстык процесстин козголуу мүмкүнчүлүгү бар. Биз муну сол жактагы сүрөттө көрсөтүлгөндөй, өзгөрмө ток (AC) кубат менен камсыздоону катарга кошуу менен жасайбыз. "Өзгөрмө" термини булактын чыгыш чыңалуусунун белгилүү бир деңгээлде өзгөрүп турушун билдиретжыштык. Эгерде электр менен жабдуунун жыштыгы чынжырдын табигый жыштыгына дал келсе, чыңалуу резонанс пайда болот.
Кайсы жагдайлар
Эми биз стресс-резонанстын пайда болуу шарттарын карап чыгабыз. Акыркы сүрөттө көрсөтүлгөндөй, биз резисторду циклге кайтардык. Схемада резистор жок болгон учурда резонанстык чынжырдагы ток чынжыр элементтеринин параметрлери жана кубат булагынын күчү менен аныкталган белгилүү максималдуу мааниге чейин өсөт. Резонанстык чынжырдагы резистордун каршылыгын жогорулатуу чынжырдагы токтун ажыроо тенденциясын жогорулатат, бирок резонанстык термелүүлөрдүн жыштыгына таасир этпейт. Эреже катары, резонанстык чынжырдын каршылыгы R=2(L/C)0, 5 шартын канааттандырса, чыңалуу резонанстык режими пайда болбойт.
Радио сигналдарды өткөрүү үчүн чыңалуу резонанстарын колдонуу
Стресс резонанс феномени бир гана кызык физикалык кубулуш эмес. Ал зымсыз байланыш технологиясында өзгөчө роль ойнойт - радио, телекөрсөтүү, уюлдук телефония. Маалыматты зымсыз өткөрүү үчүн колдонулган өткөргүчтөр сөзсүз түрдө ар бир түзүлүш үчүн белгилүү бир жыштыкта резонанс кылуу үчүн иштелип чыккан, алып жүрүүчү жыштык деп аталган схемаларды камтыйт. Жүргүзүүчү антенна өткөргүчкө туташтырылганда, ал алып жүрүүчү жыштыктагы электромагниттик толкундарды чыгарат.
Трансивер жолунун башка учундагы антенна бул сигналды кабыл алат жана аны алып жүрүүчүнүн жыштыгында резонанс кылуу үчүн иштелип чыккан кабыл алуучу чынжырга берет. Албетте, антенна ар кандай сигналдарды кабыл алатжыштыктар, фондук ызы-чууну айтпаганда да. Кабыл алуучу түзүлүштүн киришинде резонанстык чынжырдын алып жүрүүчү жыштыгына ыңгайлаштырылган резонанстык схема бар болгондуктан, кабыл алуучу бардык керексиздерди жок кылып, бир гана туура жыштыкты тандайт.
Амплитудалык модуляцияланган (AM) радиосигнал табылгандан кийин, андан алынган төмөнкү жыштык сигналы (LF) күчөтүлүп, үн чыгаруучу түзүлүшкө берилет. Бул радио берүүнүн эң жөнөкөй түрү жана ызы-чууга жана тоскоолдуктарга өтө сезгич.
Алынган маалыматтын сапатын жогорулатуу үчүн радиосигналдарды берүүнүн башка, алда канча прогрессивдүү ыкмалары иштелип чыкты жана ийгиликтүү колдонулууда, алар да жөндөлгөн резонанстык системаларды колдонууга негизделген.
Жыштык модуляциясы же FM радиосу AM радио берүүсүнүн көптөгөн көйгөйлөрүн чечет, бирок бул берүү системасын бир топ татаалдаштырат. FM радиосунда электрондук жолдогу система үндөрү алып жүрүүчү жыштыгындагы кичинекей өзгөрүүлөргө айландырылат. Бул өзгөртүүнү аткарган жабдык "модулятор" деп аталат жана өткөргүч менен колдонулат.
Ошого жараша сигналды кайра катуу сүйлөгүч аркылуу ойной турган формага айландыруу үчүн ресиверге демодулятор кошуу керек.
Чыңалуу резонансын колдонуунун дагы мисалдары
Чыналуунун резонансы негизги принцип катары зыяндуу жана керексиз сигналдарды жок кылуу үчүн электр инженериясында кеңири колдонулган көптөгөн чыпкалардын схемасында да камтылган,толкундарды тегиздөө жана синусоидалдык сигналдарды түзүү.
