uutiset

Mitä tapahtuu, kun laitat induktorit ja kondensaattorit piiriin? Jotain siistiä - ja se on todella tärkeää.
Voit tehdä monenlaisia ​​keloja, mutta yleisin tyyppi on sylinterimäinen kela-solenoidi.
Kun virta kulkee ensimmäisen silmukan läpi, se synnyttää magneettikentän, joka kulkee muiden silmukoiden läpi. Jos amplitudi ei muutu, magneettikentällä ei oikeastaan ​​ole mitään vaikutusta. Vaihtuva magneettikenttä synnyttää sähkökenttiä muissa piireissä. Suunta Tämä sähkökenttä aiheuttaa sähköpotentiaalin muutoksen kuin akku.
Lopuksi meillä on laite, jonka potentiaaliero on verrannollinen virran muutoksen aikanopeuteen (koska virta synnyttää magneettikentän). Tämä voidaan kirjoittaa seuraavasti:
Tässä yhtälössä on kaksi huomautettavaa asiaa. Ensinnäkin L on induktanssi. Se riippuu vain solenoidin geometriasta (tai minkä tahansa muodon mukaan), ja sen arvo mitataan Henryn muodossa. Toiseksi on miinus Tämä tarkoittaa, että potentiaalin muutos kelan yli on päinvastainen kuin virran muutos.
Miten induktanssi käyttäytyy piirissä?Jos virta on vakio, muutosta (tasavirtaa) ei tapahdu, joten kelan poikki ei ole potentiaalieroa - se toimii ikään kuin sitä ei edes olisi olemassa. suurtaajuusvirta (AC-piiri), kelan yli on suuri potentiaaliero.
Samoin on olemassa monia erilaisia ​​kondensaattoreita. Yksinkertaisimmassa muodossa käytetään kahta rinnakkaista johtavaa levyä, joista jokaisessa on varaus (mutta nettovaraus on nolla).
Näiden levyjen varaus luo sähkökentän kondensaattorin sisään. Sähkökentän vuoksi levyjen välisen sähköpotentiaalin on myös muututtava. Tämän potentiaalieron arvo riippuu varauksen määrästä. Potentiaaliero kondensaattorin välillä voi olla kirjoitettuna:
Tässä C on kapasitanssiarvo faradeissa - se riippuu myös vain laitteen fyysisestä konfiguraatiosta.
Jos virta tulee kondensaattoriin, levyn varausarvo muuttuu. Jos virta on vakio (tai matalataajuinen), virta jatkaa edelleen varauksen lisäämistä levyihin lisätäkseen potentiaalia, joten ajan myötä potentiaali lopulta kasvaa. olla kuin avoin piiri, ja kondensaattorin jännite on sama kuin akun jännite (tai virtalähde). Jos sinulla on korkeataajuinen virta, varaus lisätään ja poistetaan kondensaattorin levyistä ilman latausta kasaantumisen vuoksi kondensaattori käyttäytyy ikään kuin sitä ei edes olisi olemassa.
Oletetaan, että aloitamme ladatusta kondensaattorista ja kytkemme sen induktoriin (piirissä ei ole vastusta, koska käytän täydellisiä fyysisiä johtoja). Ajattele hetkeä, jolloin nämä kaksi ovat kytkettynä. Jos on kytkin, voin piirtää seuraava kaavio.
Näin tapahtuu. Ensinnäkin ei ole virtaa (koska kytkin on auki). Kun kytkin on kiinni, tulee virtaa ilman vastusta, tämä virta hyppää äärettömyyteen. Tämä suuri virran lisäys tarkoittaa kuitenkin, että induktorin poikki syntyvä potentiaali muuttuu. Jossain vaiheessa potentiaalimuutos kelan yli on suurempi kuin muutos kondensaattorissa (koska kondensaattori menettää varauksen virran kulkiessa), ja sitten virta kääntyy ja lataa kondensaattorin uudelleen . Tämä prosessi jatkuu, koska vastusta ei ole.
Sitä kutsutaan LC-piiriksi, koska siinä on induktori (L) ja kondensaattori (C) - mielestäni tämä on ilmeistä. Potentiaalimuutoksen koko piirissä on oltava nolla (koska se on jakso), jotta voin kirjoittaa:
Sekä Q että I muuttuvat ajan myötä. Q:n ja I:n välillä on yhteys, koska virta on kondensaattorista lähtevän varauksen muutosaika.
Nyt minulla on toisen asteen differentiaaliyhtälö varausmuuttujasta.Tämä yhtälö ei ole vaikea ratkaista - itse asiassa voin arvata ratkaisun.
Tämä on melkein sama kuin jousen massan ratkaisu (paitsi tässä tapauksessa asentoa muutetaan, ei varausta). Mutta odota! Meidän ei tarvitse arvata ratkaisua, voit myös käyttää numeerisia laskelmia ratkaise tämä ongelma. Aloitan seuraavista arvoista:
Ratkaisen tämän ongelman numeerisesti jakamalla ongelman pieniin aikaaskeliin. Joka aikavaiheessa aion:
Minusta tämä on aika siistiä. Vielä parempi, voit mitata piirin värähtelyjakson (käyttää hiiren osoitinta ja etsiä aika-arvo) ja verrata sitä sitten odotettuun kulmataajuuteen seuraavalla menetelmällä:
Tietysti voit muuttaa osan ohjelman sisällöstä ja katsoa mitä tapahtuu - jatka, et tuhoa mitään pysyvästi.
Yllä oleva malli on epärealistinen. Todellisissa piireissä (etenkin induktorien pitkät johdot) on vastus. Jos haluaisin sisällyttää tämän vastuksen malliini, piiri näyttäisi tältä:
Tämä muuttaa jännitesilmukan yhtälöä. Nyt on myös termi potentiaalin pudotukselle vastuksen yli.
Voin jälleen käyttää latauksen ja virran välistä yhteyttä saadakseni seuraavan differentiaaliyhtälön:
Vastuksen lisäämisen jälkeen yhtälöstä tulee vaikeampi, emmekä voi vain "arvata" ratkaisua. Yllä olevaa numeerista laskelmaa ei kuitenkaan pitäisi olla liian vaikeaa muuttaa tämän ongelman ratkaisemiseksi. Itse asiassa ainoa muutos on rivi, joka laskee maksun toisen johdannaisen. Lisäsin termin selittämään vastusta (mutta en ensimmäisen kertaluvun). 3 ohmin vastuksen avulla saan seuraavan tuloksen (paina toistopainiketta uudelleen suorittaaksesi sen).
Kyllä, voit myös muuttaa C:n ja L:n arvoja, mutta ole varovainen. Jos ne ovat liian pieniä, taajuus on erittäin korkea ja sinun on muutettava aikaaskeleen koko pienemmäksi.
Kun teet mallin (analyysin tai numeeristen menetelmien avulla), et joskus todellakaan tiedä, onko se laillinen vai täysin väärennös.Yksi tapa testata mallia on verrata sitä todellisiin tietoihin.Tehdään tämä.Tämä on minun asetusta.
Näin se toimii.Käytin ensin kolmea D-tyypin akkua kondensaattoreiden lataamiseen.Katsomalla kondensaattorin yli olevaa jännitettä huomaan, milloin kondensaattori on lähes täysin ladattu. Irrota seuraavaksi akku ja sulje kytkin vastuuvapauden kondensaattorin kautta inductor.The vastus on vain osa lanka-Minulla ei ole erillistä vastusta.
Kokeilin useita erilaisia ​​kondensaattoreiden ja induktorien yhdistelmiä, ja lopulta sain töitä. Tässä tapauksessa käytin kelana 5 μF:n kondensaattoria ja huonon näköistä vanhaa muuntajaa (ei esitetty yllä). En ole varma sen arvosta. induktanssi, joten arvioin vain kulmataajuuden ja käytän tunnettua kapasitanssiarvoani 13,6 Henryn induktanssin ratkaisemiseen. Yritin mitata resistanssin arvoa ohmimittarilla, mutta 715 ohmin arvon käyttäminen mallissani näytti toimivan parhaat.
Tämä on kaavio numeerisesta mallistani ja mitatusta jännitteestä todellisessa piirissä (käytin Vernier-differentiaalista jänniteanturia saadakseni jännitteen ajan funktiona).
Se ei ole täydellinen istuvuus, mutta se on tarpeeksi lähellä minulle. On selvää, että voin säätää parametreja hieman saadakseni paremman istuvuuden, mutta mielestäni tämä osoittaa, että mallini ei ole hullu.
Tämän LRC-piirin pääominaisuus on, että siinä on joitain luonnollisia taajuuksia, jotka riippuvat L:n ja C:n arvoista. Oletetaan, että tein jotain toisin. Mitä jos yhdistän värähtelevän jännitelähteen tähän LRC-piiriin? Tässä tapauksessa suurin virta piirissä riippuu värähtelevän jännitelähteen taajuudesta. Kun jännitelähteen ja LC-piirin taajuus ovat samat, saat suurimman virran.
Alumiinifoliolla varustettu putki on kondensaattori ja johdolla varustettu putki induktori. Yhdessä (diodin ja kuulokkeen) kanssa nämä muodostavat kristalliradion. Kyllä, laitoin sen yhteen muutamilla yksinkertaisilla tarvikkeilla (noudatin tämän YouTuben ohjeita video).Perusideana on säätää kondensaattoreiden ja induktorien arvot "virittämään" tietylle radioasemalle. En saa sitä toimimaan kunnolla - en usko, että lähistöllä on hyviä AM-radioasemia (tai kela on rikki). Huomasin kuitenkin, että tämä vanha kristalliradiosarja toimii paremmin.
Löysin aseman, jota en juuri kuule, joten luulen, että itse tekemäni radio ei ehkä ole tarpeeksi hyvä vastaanottamaan asemaa. Mutta kuinka tämä RLC-resonanssipiiri tarkalleen toimii ja miten saat siitä äänisignaalin? Ehkä Tallennan sen tulevaan postaukseen.
© 2021 Condé Nast.kaikki oikeudet pidätetään.Käyttämällä tätä verkkosivustoa hyväksyt käyttösopimuksemme, tietosuojakäytäntömme ja evästeilmoituksemme sekä Kalifornian tietosuojaoikeutesi. Osana jälleenmyyjien kanssa tehtyä kumppanuuttamme Wired voi saada osan myynti verkkosivustoltamme ostetuista tuotteista.Ilman Condé Nastin etukäteen antamaa kirjallista lupaa tämän verkkosivuston materiaalia ei saa kopioida, jakaa, lähettää, tallentaa välimuistiin tai muuten käyttää.Mainosten valinta