Термелүү схемасы – электромагниттик термелүүлөрдү жаратуу (түзүү) үчүн арналган түзүлүш. Ал жаралгандан баштап бүгүнкү күнгө чейин илим менен техниканын көптөгөн тармактарында колдонулуп келет: күнүмдүк турмуштан баштап, ар түрдүү продукцияларды чыгарган ири заводдорго чейин.
Ал эмнеден жасалган?
Термелүү схемасы катушка жана конденсатордон турат. Мындан тышкары, ал ошондой эле резистор (өзгөрмө каршылык менен элемент) камтышы мүмкүн. Индуктор (же электромагниттик, ал кээде деп аталат) - бул, эреже катары, жез зым болуп саналат, бир нече катмар орогуч жараланган таяк. Дал ушул элемент термелүү чынжырында термелүүлөрдү жаратат. Ортодогу таяк көп учурда дрожок же өзөк деп аталат, ал эми катушка кээде электромагниттик деп аталат.
Термелүү чынжырдын катушкасы сакталган заряд болгондо гана термелет. Ал аркылуу ток өткөндө, ал зарядды топтойт, андан кийин чыңалуу түшүп кетсе чынжырга берет.
Катушканын зымдары, адатта, өтө аз каршылыкка ээ, ал дайыма туруктуу бойдон калат. Термелүү чынжырдын чынжырында чыңалуу менен токтун өзгөрүшү көп кездешет. Бул өзгөртүү белгилүү бир математикалык мыйзамдарга баш ийет:
-
U=U0cos(w(t-t0), мында
U - учурдагы чыңалуу t убакыт чекити, U0 - t0, w - жыштыгы электромагниттик термелүүлөр.
Схеманын дагы бир ажырагыс компоненти электрдик конденсатор болуп саналат. Бул диэлектрик менен бөлүнгөн эки плитадан турган элемент. Бул учурда, плиталардын ортосундагы катмардын калыңдыгы алардын өлчөмдөрүнөн аз болот. Бул дизайн диэлектрикте электр зарядын топтоого мүмкүндүк берет, андан кийин аны чынжырга өткөрүүгө болот.
Конденсатор менен аккумулятордун айырмасы – электр тогунун таасири астында заттардын трансформациясы болбостон, электр талаасында заряддын түз топтолушу. Ошентип, конденсатордун жардамы менен бир эле учурда берилиши мүмкүн болгон жетиштүү чоң зарядды топтоо мүмкүн. Бул учурда чынжырдагы токтун күчү абдан жогорулайт.
Ошондой эле термелүү схемасы дагы бир элементтен турат: резистор. Бул элемент каршылыкка ээ жана чынжырдагы токту жана чыңалууну көзөмөлдөө үчүн иштелип чыккан. Эгерде резистордун каршылыгы туруктуу чыңалууда жогоруласа, анда токтун күчү мыйзам боюнча азаятОма:
-
I=U/R, мында
I ток, U - чыңалуу, R - каршылык.
Индуктор
Келгиле, индуктордун бардык кылдат жактарын жакшыраак карап чыгалы жана анын термелүүчү чынжырдагы функциясын жакшыраак түшүнөлү. Жогоруда айтылгандай, бул элементтин каршылыгы нөлгө барабар. Ошентип, DC чынжырына туташтырылганда, кыска туташуу пайда болмок. Бирок, сиз катушканы AC чынжырына туташтырсаңыз, ал туура иштейт. Бул элемент өзгөрмө токко каршылык көрсөтөт деген тыянак чыгарууга мүмкүндүк берет.
Бирок эмне үчүн мындай болот жана өзгөрмө ток менен каршылык кантип пайда болот? Бул суроого жооп берүү үчүн биз автоиндукция сыяктуу көрүнүшкө кайрылышыбыз керек. Ток катушкадан өткөндө анда электр кыймылдаткыч күч (ЭМК) пайда болуп, токтун өзгөрүшүнө тоскоолдук жаратат. Бул күчтүн чоңдугу эки фактордон көз каранды: катушканын индуктивдүүлүгү жана токтун күчүнүн убакытка карата туундусу. Математикалык жактан бул көз карандылык төмөнкү теңдеме аркылуу туюнтулат:
-
E=-LI'(t), мында
E – EMF мааниси, L – катушканын индуктивдүүлүгүнүн мааниси (ар бир катуш үчүн ал ар түрдүү жана көз каранды орамдын катушкаларынын саны жана алардын калыңдыгы боюнча), I'(t) - убакытка карата токтун күчүнүн туундусу (токтун күчүнүн өзгөрүү ылдамдыгы).
Түз токтун күчү убакыттын өтүшү менен өзгөрбөйт, андыктан ага кабылганда эч кандай каршылык болбойт.
Бирок өзгөрмө ток менен анын бардык параметрлери синусоидалдык же косинус мыйзамына ылайык дайыма өзгөрүп турат,Натыйжада, бул өзгөрүүлөрдү алдын алган EMF пайда болот. Мындай каршылык индуктивдүү деп аталат жана формула менен эсептелет:
- XL =wL
Соленоиддеги ток ар кандай мыйзамдарга ылайык сызыктуу түрдө көбөйөт жана азаят. Бул катушка ток менен камсыз кылууну токтотсоңуз, ал чынжырга бир нече убакытка чейин заряд бере берет дегенди билдирет. Ал эми ошол эле учурда ток менен камсыздоо капыстан үзгүлтүккө учураса, заряд бөлүштүрүүгө жана катушкадан чыгууга аракет кылгандыктан шок болот. Бул өнөр жай өндүрүшүндө олуттуу көйгөй болуп саналат. Мындай таасирди (толугу менен термелүүчү схемага тиешеси жок болсо да), мисалы, розеткадан сууруп алганда байкаса болот. Ошол эле учурда, учкун секирип, мындай масштабда адамга зыян келтире албайт. Ал магнит талаасы дароо жок болбостон, акырындык менен таркап, башка өткөргүчтөрдө ток пайда кылгандыгына байланыштуу. Өнөр жайлык масштабда токтун күчү биз көнүп калган 220 вольттон бир нече эсе жогору, ошондуктан өндүрүштө чынжыр үзгүлтүккө учураганда, мындай күчтүн учкундары пайда болушу мүмкүн, алар заводго да, адамга да көп зыян келтирет.
Катушкалар термелүү чынжыр эмнеден турганынын негизи болуп саналат. Катардагы соленоиддердин индуктивдүүлүктөрү кошулат. Андан кийин биз бул элементтин структурасынын бардык майда-чүйдөсүнө чейин карап чыгабыз.
Индуктивдүүлүк деген эмне?
Термелүү чынжырдын катушкасынын индуктивдүүлүгү - бул чынжырда пайда болгон электр кыймылдаткыч күчкө (вольт менен) сан жагынан барабар жеке көрсөткүчтоктун 1 секундада 1 Ага өзгөрүшү. Эгерде соленоид туруктуу токтун чынжырына туташтырылган болсо, анда анын индуктивдүүлүгү бул ток тарабынан түзүлгөн магнит талаасынын энергиясын төмөнкү формула боюнча сүрөттөйт:
-
W=(LI2)/2, мында
W – магнит талаасынын энергиясы.
Индуктивдүүлүк коэффициенти көптөгөн факторлордон көз каранды: электромагниттин геометриясына, өзөктүн магниттик мүнөздөмөсүнө жана зымдын катушкаларынын санына. Бул көрсөткүчтүн дагы бир касиети - ал ар дайым оң болот, анткени ал көз каранды болгон өзгөрмөлөр терс болушу мүмкүн эмес.
Индуктивдүүлүк магнит талаасында энергияны сактоо үчүн ток өткөргүчтүн касиети катары да аныкталышы мүмкүн. Ал Генри менен өлчөнөт (америкалык илимпоз Жозеф Генринин атынан коюлган).
Термелүү схемасы электромагниттен тышкары конденсатордон турат, ал жөнүндө кийинчерээк талкууланат.
Электрдик конденсатор
Термелүү чынжырынын сыйымдуулугу электр конденсаторунун сыйымдуулугу менен аныкталат. Анын сырткы көрүнүшү жөнүндө жогоруда жазылган. Эми анда болуп жаткан процесстердин физикасын талдап көрөлү.
Конденсатор пластинкалары өткөргүчтөн жасалгандыктан, алар аркылуу электр тогу өтүшү мүмкүн. Бирок эки пластинканын ортосунда бир тоскоолдук бар: диэлектрик (ал аба, жыгач же башка каршылыгы жогору материал болушу мүмкүн. Заряд зымдын бир учунан экинчи учуна жыла албагандыктан, ал пластинкага чогулат. конденсатор плиталары. Бул анын айланасындагы магниттик жана электрдик талаалардын күчүн жогорулатат.плиталарда топтолгон электр чынжырга өтө баштайт.
Ар бир конденсатор анын иштөөсү үчүн оптималдуу болгон чыңалуу рейтингине ээ. Бул элемент номиналдык чыңалуудан жогору чыңалууда узак убакыт иштетилсе, анын иштөө мөөнөтү бир топ кыскарат. Термелүү чынжырынын конденсатору токтун таасиринде турат, андыктан аны тандоодо өтө этият болушуңуз керек.
Талкууланган кадимки конденсаторлордон тышкары ионисторлор да бар. Бул кыйла татаал элемент: аны батарейка менен конденсатордун ортосундагы кайчылаш катары сыпаттаса болот. Эреже катары, органикалык заттар ионистордо диэлектрик болуп кызмат кылат, алардын ортосунда электролит бар. Алар биргелешип кош электрдик катмарды түзүшөт, ал бул дизайнда салттуу конденсаторго караганда бир нече эсе көп энергияны топтоого мүмкүндүк берет.
Конденсатордун сыйымдуулугу кандай?
Конденсатордун сыйымдуулугу – конденсатордун зарядынын ал жайгашкан чыңалууга болгон катышы. Сиз бул маанини математикалык формуланы колдонуу менен оңой эле эсептей аласыз:
-
C=(e0S)/d, мында
e0 диэлектрдик материалдын өткөргүчтүгү (таблицанын мааниси), S - конденсатор пластинкаларынын аянты, d - плиталардын ортосундагы аралык.
Конденсатордун сыйымдуулугунун плиталардын ортосундагы аралыкка көз карандылыгы электростатикалык индукция кубулушу менен түшүндүрүлөт: плиталардын ортосундагы аралык канчалык аз болсо, алар бири-бирине ошончолук күчтүү таасир этет (Кулон мыйзамы боюнча), плиталардын заряды көбүрөөк жана чыңалуусу төмөн. Жана чыңалуу азайган сайынсыйымдуулуктун мааниси жогорулайт, анткени аны төмөнкү формула менен да сүрөттөсө болот:
-
C=q/U, мында
q - кулондогу заряд.
Бул чоңдуктун бирдиктери жөнүндө сөз кылуу керек. Сыйымдуулук фарад менен өлчөнөт. 1 фарад - учурдагы конденсаторлор (бирок ионисторлор эмес) пикофарадалар (бир триллион фарад) менен өлчөнгөн сыйымдуулукка ээ болгон жетиштүү чоң маани.
Резистор
Термелүү чынжырдагы токтун күчү чынжырдын каршылыгына да көз каранды. Жана термелүүчү чынжырды (катушкалар, конденсаторлор) түзгөн сүрөттөлгөн эки элементтен тышкары, үчүнчүсү дагы бар - резистор. Ал каршылык көрсөтүү үчүн жооптуу. Резистор башка элементтерден чоң каршылыкка ээ болгондугу менен айырмаланат, аны кээ бир моделдерде өзгөртүүгө болот. Термелүү схемасында ал магнит талаасынын кубаттуулугун жөнгө салуучу функцияны аткарат. Сиз бир нече резисторлорду катар же параллель туташтыра аласыз, ошону менен чынжырдын каршылыгын жогорулата аласыз.
Бул элементтин каршылыгы температурадан да көз каранды, андыктан анын чынжырда иштөөсүнө этият болушуңуз керек, анткени ток өткөндө ысып кетет.
Резистордун каршылыгы Ом менен ченелет жана анын маанисин формула менен эсептөөгө болот:
-
R=(pl)/S, мында
p – резистордук материалдын каршылыгы ((Оммм2)/м менен өлчөнгөн);
l - резистордун узундугу (метр менен);
S - кесилиш аянты (квадрат миллиметрде).
Жол параметрлерин кантип байланыштыруу керек?
Эми биз физикага жакындап калдыктермелүү схемасынын иштеши. Убакыттын өтүшү менен конденсатор плиталарынын заряды экинчи даражадагы дифференциалдык теңдемеге ылайык өзгөрөт.
Эгер сиз бул теңдемени чечсеңиз, андан схемада болуп жаткан процесстерди сүрөттөгөн бир нече кызыктуу формулалар чыгат. Мисалы, циклдик жыштык сыйымдуулук жана индуктивдүүлүк менен көрсөтүлүшү мүмкүн.
Бирок, көптөгөн белгисиз чоңдуктарды эсептөөгө мүмкүндүк берүүчү эң жөнөкөй формула бул Томсон формуласы (аны 1853-жылы чыгарган англиялык физик Уильям Томсондун аты менен аталган):
-
T=2p(LC)1/2.
T - электромагниттик термелүү мезгили, L жана C - тиешелүүлүгүнө жараша термелүү чынжырдын катушкасынын индуктивдүүлүгү жана чынжыр элементтеринин сыйымдуулугу, p - pi саны.
Q фактор
Схеманын иштешин мүнөздөгөн дагы бир маанилүү маани бар - сапат фактору. Бул эмне экенин түшүнүү үчүн резонанс сыяктуу процесске кайрылуу керек. Бул термелүүнү колдогон күчтүн туруктуу мааниси менен амплитудасы максимумга айланган кубулуш. Резонансты жөнөкөй бир мисал менен түшүндүрүүгө болот: эгер сиз селкинчекти анын жыштыгынын ыргагына түртүп баштасаңыз, анда ал тездейт, ал эми анын «амплитудасы» жогорулайт. Ал эми убакытты түртүп жиберсеңиз, алар жайлайт. Резонанста көп энергия чачырап кетет. Жоготуулардын чоңдугун эсептеп чыгуу үчүн сапат фактору сыяктуу параметрди ойлоп табышты. Бул катышка барабар болгон катышсистемадагы энергияны бир циклде чынжырда пайда болгон жоготууларга.
Схеманын сапат коэффициенти формула менен эсептелет:
-
Q=(w0W)/P, мында
w0 - резонанстык циклдик термелүү жыштыгы;
W - термелүүчү системада сакталган энергия;
P - кубаттуулуктун чыгымдалышы.
Бул параметр өлчөмсүз маани, анткени ал иш жүзүндө энергиянын: сакталган жана сарпталган катышын көрсөтөт.
Идеалдуу термелүүчү схема деген эмне
Бул системадагы процесстерди жакшыраак түшүнүү үчүн физиктер идеалдуу термелүүчү схема деп аталган схеманы ойлоп табышты. Бул схеманы нөл каршылыгы бар система катары көрсөткөн математикалык модель. Ал өчпөгөн гармониялык термелүүлөрдү жаратат. Мындай модель контурдун параметрлерин болжолдуу эсептөө үчүн формулаларды алууга мүмкүндүк берет. Бул параметрлердин бири жалпы энергия:
W=(LI2)/2.
Мындай жөнөкөйлөтүүлөр эсептөөлөрдү кыйла тездетет жана берилген көрсөткүчтөр менен схеманын мүнөздөмөлөрүн баалоого мүмкүндүк берет.
Бул кантип иштейт?
Термелүү схемасынын бүт циклин эки бөлүккө бөлүүгө болот. Эми биз ар бир бөлүктө болуп жаткан процесстерди майда-чүйдөсүнө чейин талдап чыгабыз.
- Биринчи фаза: Оң заряддалган конденсатор плитасы чынжырга ток берип, зарядсыздана баштайт. Бул учурда ток катушка аркылуу өтүп, оң заряддан терс зарядга өтөт. Натыйжада чынжырда электромагниттик термелүүлөр пайда болот. ток өтүп жататкатушка, экинчи пластинкага барып, аны оң заряддайт (ал эми ток чыккан биринчи плита терс заряддалат).
- Экинчи фаза: тескери процесс ишке ашат. Ток оң пластинкадан (башында терс болгон) терске өтүп, кайрадан катушка аркылуу өтөт. Жана бардык төлөмдөр өз ордуна келет.
Цикл конденсатордо заряд болгондон кийин кайталанат. Идеалдуу термелүүчү чынжырда бул процесс чексиз уланат, бирок реалдуу процессте ар кандай факторлордон улам энергия жоготуулары сөзсүз болот: чынжырда каршылыктын болушунан улам пайда болгон ысытуу (Джоуль жылуулук) жана ушул сыяктуулар.
Контур дизайн параметрлери
Жөнөкөй "катушка-конденсатор" жана "катушка-резистор-конденсатор" схемаларынан тышкары, термелүү схемасын негиз катары колдонгон башка варианттар бар. Бул, мисалы, параллелдүү чынжыр, ал электр чынжырынын элементи катары бар экендиги менен айырмаланат (себеби, эгерде ал өзүнчө бар болсо, анда ал макалада талкууланган сериялуу схема болмок).
Ар кандай электрдик компоненттерди камтыган дизайндын башка түрлөрү да бар. Мисалы, транзисторду тармакка туташтыра аласыз, ал чынжырдагы термелүү жыштыгына барабар жыштык менен чынжырды ачып-жабат. Ошентип, системада өчпөгөн термелүүлөр түзүлөт.
Термелүү схемасы кайда колдонулат?
Схема компоненттеринин эң кеңири колдонулушу электромагниттер. Алар, өз кезегинде, домофондордо, электр кыймылдаткычтарында,сенсорлор жана башка көптөгөн жөнөкөй эмес аймактарда. Дагы бир колдонмо термелүү генератор болуп саналат. Чындыгында, схеманын мындай колдонулушу бизге абдан тааныш: бул формада ал микротолкундуу меште толкундарды түзүү үчүн, ал эми мобилдик жана радио байланышта маалыматты алыстан өткөрүү үчүн колдонулат. Мунун баары электромагниттик толкундардын термелүүсү маалыматты алыс аралыкка берүү мүмкүн боло тургандай коддолгондугуна байланыштуу.
Индуктордун өзү трансформатордун элементи катары колдонулушу мүмкүн: орамаларынын саны ар кандай болгон эки катушкалар электромагниттик талаанын жардамы менен өз заряддарын өткөрө алышат. Бирок электромагниттердин мүнөздөмөлөрү ар кандай болгондуктан, бул эки индуктор туташтырылган эки схемадагы учурдагы көрсөткүчтөр ар кандай болот. Ошентип, чыңалуусу 220 вольт болгон токту 12 вольттогу токко айландыруу мүмкүн.
Тыянак
Термелүү чынжырдын иштөө принцибине жана анын ар бир бөлүгүнө өзүнчө терең талдап чыктык. Термелүү схемасы электромагниттик толкундарды жаратууга арналган түзүлүш экенин билдик. Бирок, бул жөнөкөй көрүнгөн бул элементтердин комплекстүү механикасынын негиздери гана. Сиз схеманын татаалдыктары жана анын компоненттери тууралуу атайын адабияттардан биле аласыз.
