Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику и электронику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, технологии автоматизации и многое другое.
Чтобы не тратить каждый раз свое время на поиски добавляйте наш сайт в закладки и подписывайтесь на наши странички в соцсетях!
 


 

 Школа для электрика / Справочник электрика / Основы электротехники / Электрические колебания: виды и характеристики, амплитуда, частота и фаза колебаний


 

Электрические колебания: виды и характеристики, амплитуда, частота и фаза колебаний



Колебания — процессы, многократно повторяющиеся или приблизительно повторяющиеся через некоторые промежутки времени. Колебательные процессы широко распространены в природе и в технике.

В электротехнике и электронике приходится иметь дело с самыми разнообразными типами электрических колебаний, т. е. колебаний напряжений и токов в различных электрических цепях, а также с механическими колебаниями, например колебаниями мембран микрофонов или громкоговорителей.

Механические колебания

Характеристики колебаний

Колебания, как процессы повторяющиеся, характеризуются, во-первых, наибольшими отклонениями, которых достигает колеблющаяся величина, или амплитудой колебаний, во-вторых, частотой, с которой происходят повторения одних и тех же состояний, или частотой колебаний, и, в-третьих, тем, какое именно состояние, какая фаза процесса соответствует моменту начала отсчета времени. Эта последняя характеристика колебательного процесса называется "начальной фазой" или для краткости просто "фазой".

Строго говоря, эти понятия применимы только к определенным типам колебаний, именно периодическим и, в частности, синусоидальным. Однако термины: амплитуда, частота и фаза, — обычно применяют в указанном выше смысле ко всяким вообще колебаниям (смотрите - Основные параметры переменного тока).

Характеристики колебаний (амплитуда, период, частота и фаза):

Характеристики колебаний (амплитуда, период, частота и фаза)

Виды колебаний

В зависимости от того, что происходит с амплитудой, различают колебания:

  • стационарные или незатухающие, амплитуда которых не меняется со временем;

  • затухающие, амплитуда которых уменьшается со временем;

  • нарастающие, амплитуда которых нарастает со временем;

  • модулированные по амплитуде, амплитуда которых со временем то возрастает, то убывает.

Затухающие колебания

В зависимости от того, как повторяются колебания со временем, различают колебания:

  • периодические, т. е такие, у которых все состояния повторяются точно через определенные промежутки времени;

  • приблизительно периодические, при которых все состояния лишь приблизительно повторяются, например, затухающие или частотно-модулированные (т. е. колебания, частота которых все время изменяется в некоторых пределах около какого-то определенного значения).

Смотрите - Свободные затухающие и вынужденные колебания

В зависимости от формы различают колебания:

  • синусоидальные (гармонические) или близкие к синусоидальным;

  • релаксационные, форма которых существенно отличается от синусоидальных.

Наконец, по происхождению колебательного процесса различают:

  • собственные или свободные колебания, возникающие в результате происшедшего в системе толчка (или вообще нарушения равновесия системы);

  • вынужденные возникающие в результате длительного внешнего колебательного воздействия на систему, и автоколебания, происходящие в системе при отсутствии внешних воздействий, в силу способности самой системы поддерживать колебательный процесс в ней.

Электрические колебания - колебания силы тока, напряжения, заряда, происходящие в электрических контурах, цепях, линиях и т. д. Наиболее распространенным типом электрических колебаний является обычный переменный электрический ток, при котором в цепи периодически изменяется напряжение и сила тока. Они происходят с частотой 50 гц. Такие сравнительно медленные колебания получаются обычно при помощи электрических машин переменного тока.

Быстрые же колебания создаются при помощи специальных методов, среди которых в современной технике наибольшую роль играют электронные генераторы.

В зависимости от частоты принято делить электрические колебания на две группы — низкой частоты, частота которых ниже 15 000 гц, и высокой частоты, частота которых больше 15 000 гц. Граница эта выбрана потому, что колебания ниже 15 000 гц производят ощущение звука в человеческом ухе, колебаний же с частотой выше 15 000 гц человеческое ухо не слышит.

Электрические колебания

Колебательные системы - системы, в которых могут происходить собственные колебания.

Колебательный контур - контур, в котором могут происходить собственные электрические колебания, если в нем нарушено электрическое "равновесие", т. е. если в нем созданы начальные напряжения или токи.

Контур - вообще замкнутая электрическая цепь. Однако этот термин применяется также и к незамкнутые цепям, именно к антеннам. Для того чтобы различать эти два типа контуров, их называют соответственно замкнутыми и открытыми. Термин "контур" имеет иногда и более специальный смысл. Колебательный контур часто для краткости называют просто "контуром".

Для того чтобы в контуре могли возникать собственные колебания, он должен обладать емкостью и индуктивностью и не слишком большим сопротивлением. Частота собственных колебаний в контуре будет зависеть от величины емкости С и индуктивности L. Чем больше емкость и индуктивность, входящие в колебательный контур, тем меньше частота его собственных колебаний (подробнее смотрите здесь - Колебательный контур).

Частота собственных колебаний в контуре приближенно определяется т. н. формулой Томсона:

Формула Томсона

Т. к. всякий контур обладает сопротивлением, в котором происходят потери энергии и выделяется тепло, то собственные колебания в контуре всегда будут затухающими. Иначе говоря, колебательный контур возвращается к электрическому "равновесию" в результате затухающего колебательного процесса.

Если сопротивление контура очень велико, то он представляет собой апериодический контур, в котором собственные колебания не возникают. Созданные в таком контуре начальные напряжения и токи затухают, не испытывая колебаний, а монотонно. Иначе говоря, такой контур при нарушении электрического "равновесия" апериодически (т. е. без колебаний) возвращается к положению "равновесия".

Смотрите также по этой теме:

Индуктивно связанные колебательные контуры

Незатухающие колебания и параметрический резонанс