Ռեզոնանսը բնության ամենատարածված ֆիզիկական երեւույթներից է: Ռեզոնանսի ֆենոմենը կարելի է դիտարկել մեխանիկական, էլեկտրական և նույնիսկ ջերմային համակարգերում։ Առանց ռեզոնանսի մենք չէինք ունենա ռադիո, հեռուստատեսություն, երաժշտություն և նույնիսկ խաղահրապարակի ճոճանակներ, էլ չենք խոսում ժամանակակից բժշկության մեջ օգտագործվող ամենաարդյունավետ ախտորոշիչ համակարգերի մասին: Էլեկտրական շղթայում ռեզոնանսի ամենահետաքրքիր և օգտակար տեսակներից մեկը լարման ռեզոնանսն է։
Ռեզոնանսային շղթայի տարրեր
Ռեզոնանսի երևույթը կարող է առաջանալ, այսպես կոչված, RLC միացումում, որը պարունակում է հետևյալ բաղադրիչները՝
- R - ռեզիստորներ: Այս սարքերը, կապված այսպես կոչված էլեկտրական շղթայի ակտիվ տարրերի հետ, էլեկտրական էներգիան վերածում են ջերմային էներգիայի: Այլ կերպ ասած, նրանք էներգիան հեռացնում են շղթայից և այն վերածում ջերմության։
- L - ինդուկտիվություն: Ինդուկտիվություն մեջէլեկտրական սխեմաներ - մեխանիկական համակարգերում զանգվածի կամ իներցիայի անալոգը: Այս բաղադրիչն այնքան էլ նկատելի չէ էլեկտրական միացումում, քանի դեռ չեք փորձել որոշակի փոփոխություններ կատարել դրանում: Մեխանիկայի մեջ, օրինակ, նման փոփոխությունը արագության փոփոխությունն է։ Էլեկտրական շղթայում՝ հոսանքի փոփոխություն։ Եթե դա տեղի է ունենում որևէ պատճառով, ապա ինդուկտիվությունը հակադրվում է միացման ռեժիմի այս փոփոխությանը:
- C-ը կոնդենսատորների նշանակում է, որոնք սարքեր են, որոնք պահում են էլեկտրական էներգիան այնպես, ինչպես աղբյուրները պահում են մեխանիկական էներգիա: Ինդուկտորը կենտրոնացնում և պահպանում է մագնիսական էներգիան, մինչդեռ կոնդենսատորը կենտրոնացնում է լիցքը և դրանով իսկ պահպանում էլեկտրական էներգիան։
Ռեզոնանսային շղթայի հայեցակարգ
Ռեզոնանսային շղթայի հիմնական տարրերն են ինդուկտիվությունը (L) և հզորությունը (C): Ռեզիստորը ձգտում է թուլացնել տատանումները, ուստի այն հեռացնում է էներգիան միացումից: Տատանողական միացումում տեղի ունեցող գործընթացները դիտարկելիս մենք ժամանակավորապես անտեսում ենք այն, բայց պետք է հիշել, որ, ինչպես մեխանիկական համակարգերում շփման ուժը, էլեկտրական դիմադրությունը սխեմաներում չի կարող վերացվել:
Լարման ռեզոնանս և հոսանքի ռեզոնանս
Կախված նրանից, թե ինչպես են միացված հիմնական տարրերը, ռեզոնանսային շղթան կարող է լինել շարքային և զուգահեռ: Երբ մի շարք տատանողական միացում միացված է բնական հաճախականությանը համընկնող ազդանշանի հաճախականությամբ լարման աղբյուրին, որոշակի պայմաններում դրա մեջ առաջանում է լարման ռեզոնանս։ Զուգահեռ միացված էլեկտրական շղթայում ռեզոնանսըռեակտիվ տարրերը կոչվում են ընթացիկ ռեզոնանս:
Ռեզոնանսային շղթայի բնական հաճախականություն
Մենք կարող ենք ստիպել համակարգը տատանվել իր բնական հաճախականությամբ: Դա անելու համար նախ անհրաժեշտ է լիցքավորել կոնդենսատորը, ինչպես ցույց է տրված ձախ կողմում գտնվող վերին նկարում: Երբ դա արվում է, բանալին տեղափոխվում է այն դիրքը, որը ցույց է տրված նույն նկարում աջ կողմում:
«0» ժամանակում ամբողջ էլեկտրական էներգիան պահվում է կոնդենսատորում, իսկ հոսանքը շղթայում զրո է (ստորև նկարը): Նկատի ունեցեք, որ կոնդենսատորի վերին ափսեը դրական լիցքավորված է, մինչդեռ ստորին ափսեը բացասական լիցքավորված է: Մենք չենք կարող տեսնել շղթայի էլեկտրոնների տատանումները, բայց մենք կարող ենք չափել հոսանքը ամպերմետրով և օգտագործել օսցիլոսկոպ՝ հետևելու հոսանքի բնույթն ընդդեմ ժամանակի: Նկատի ունեցեք, որ մեր գրաֆիկի T-ն այն ժամանակն է, որն անհրաժեշտ է մեկ տատանումն ավարտելու համար, որը էլեկտրատեխնիկայում կոչվում է «տատանումների ժամանակաշրջան»:
Հոսանքը հոսում է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ (ներքևում գտնվող նկարը): Էներգիան փոխանցվում է կոնդենսատորից դեպի ինդուկտոր: Առաջին հայացքից կարող է տարօրինակ թվալ, որ ինդուկտիվությունը էներգիա է պարունակում, բայց դա նման է շարժվող զանգվածում պարունակվող կինետիկ էներգիային։
Էներգիայի հոսքը վերադառնում է դեպի կոնդենսատոր, բայց նկատի ունեցեք, որ կոնդենսատորի բևեռականությունն այժմ հակադարձվել է: Այլ կերպ ասած, ներքևի ափսեը այժմ ունի դրական լիցք, իսկ վերին ափսեը բացասական լիցք (Նկար 10):ներքև).
Այժմ համակարգը ամբողջությամբ շրջվել է, և էներգիան սկսում է հոսել կոնդենսատորից դեպի ինդուկտոր (ներքևում գտնվող նկարը): Արդյունքում էներգիան ամբողջությամբ վերադառնում է իր սկզբնական կետին և պատրաստ է նորից սկսել ցիկլը։
Տատանումների հաճախականությունը կարելի է մոտավորել հետևյալ կերպ.
F=1/2π(LC)0, 5,
որտեղ՝ F - հաճախականություն, L - ինդուկտիվություն, C - հզորություն:
Այս օրինակում դիտարկված գործընթացը արտացոլում է սթրեսի ռեզոնանսի ֆիզիկական էությունը:
Սթրեսի ռեզոնանսային ուսումնասիրություն
Իրական LC սխեմաներում միշտ կա մի փոքր դիմադրություն, որը նվազեցնում է հոսանքի ամպլիտուդի աճը յուրաքանչյուր ցիկլով: Մի քանի ցիկլից հետո հոսանքը նվազում է մինչև զրոյի: Այս էֆեկտը կոչվում է «սինուսոիդային ազդանշանի մարում»: Այն արագությունը, որով հոսանքը քայքայվում է մինչև զրոյի, կախված է շղթայի դիմադրության քանակից: Այնուամենայնիվ, դիմադրությունը չի փոխում ռեզոնանսային շղթայի տատանումների հաճախականությունը: Եթե դիմադրությունը բավականաչափ բարձր է, շղթայում ընդհանրապես սինուսոիդային տատանումներ չեն լինի:
Ակնհայտ է, որ այնտեղ, որտեղ կա բնական տատանումների հաճախականություն, կա ռեզոնանսային գործընթացի գրգռման հնարավորություն։ Մենք դա անում ենք՝ ներառելով փոփոխական հոսանքի (AC) էլեկտրամատակարարումը հաջորդաբար, ինչպես ցույց է տրված ձախ նկարում: «Փոփոխական» տերմինը նշանակում է, որ աղբյուրի ելքային լարումը տատանվում է որոշակիովհաճախականությունը. Եթե սնուցման հաճախականությունը համընկնում է շղթայի բնական հաճախականության հետ, առաջանում է լարման ռեզոնանս։
Տեղադրման պայմաններ
Այժմ մենք կդիտարկենք սթրեսային ռեզոնանսի առաջացման պայմանները: Ինչպես ցույց է տրված վերջին նկարում, մենք ռեզիստորը վերադարձրել ենք հանգույց: Շղթայում ռեզիստորի բացակայության դեպքում ռեզոնանսային շղթայում հոսանքը կաճի մինչև որոշակի առավելագույն արժեք, որը որոշվում է շղթայի տարրերի պարամետրերով և էներգիայի աղբյուրի հզորությամբ: Ռեզոնանսային շղթայում ռեզիստորի դիմադրության մեծացումը մեծացնում է շղթայում հոսանքի քայքայման միտումը, բայց չի ազդում ռեզոնանսային տատանումների հաճախականության վրա։ Որպես կանոն, լարման ռեզոնանսային ռեժիմը չի առաջանում, եթե ռեզոնանսային շղթայի դիմադրությունը բավարարում է պայմանը R=2(L/C)0, 5։
պայմանը։
Օգտագործելով լարման ռեզոնանս՝ ռադիոազդանշաններ փոխանցելու համար
Սթրեսի ռեզոնանսի ֆենոմենը միայն հետաքրքիր ֆիզիկական երևույթ չէ: Այն բացառիկ դեր է խաղում անլար կապի տեխնոլոգիայում՝ ռադիո, հեռուստատեսություն, բջջային հեռախոսակապ։ Անլար եղանակով տեղեկատվություն փոխանցելու համար օգտագործվող հաղորդիչները անպայման պարունակում են սխեմաներ, որոնք նախատեսված են յուրաքանչյուր սարքի համար որոշակի հաճախականությամբ ռեզոնանսավորելու համար, որը կոչվում է կրիչի հաճախականություն: Հաղորդիչին միացված հաղորդիչ ալեհավաքով այն էլեկտրամագնիսական ալիքներ է արձակում կրիչի հաճախականությամբ:
Փոխանցիչի ուղու մյուս վերջում գտնվող ալեհավաքը ստանում է այս ազդանշանը և այն սնուցում է ընդունող շղթային, որը նախատեսված է կրիչի հաճախականությամբ ռեզոնանսավորելու համար: Ակնհայտ է, որ ալեհավաքը տարբեր ազդանշաններ է ստանումհաճախականություններ, էլ չեմ խոսում ֆոնային աղմուկի մասին: Ստացող սարքի մուտքում ռեզոնանսային շղթայի առկայության պատճառով, որը կարգավորվում է ռեզոնանսային շղթայի կրիչի հաճախականությանը, ընդունիչն ընտրում է միակ ճիշտ հաճախականությունը՝ վերացնելով բոլոր ավելորդները։
Ամբլիտուդի մոդուլյացիայով (AM) ռադիոազդանշան հայտնաբերելուց հետո, դրանից ստացված ցածր հաճախականության ազդանշանը (LF) ուժեղացվում է և սնվում ձայնը վերարտադրող սարքին: Սա ռադիոհաղորդման ամենապարզ ձևն է և շատ զգայուն է աղմուկի և միջամտության նկատմամբ:
Ստացված տեղեկատվության որակը բարելավելու համար մշակվել և հաջողությամբ կիրառվում են ռադիոազդանշանի փոխանցման այլ՝ ավելի առաջադեմ մեթոդներ, որոնք հիմնված են նաև թյունինգային ռեզոնանսային համակարգերի օգտագործման վրա։
Հաճախականության մոդուլյացիան կամ FM ռադիոն լուծում է AM ռադիոհաղորդման խնդիրներից շատերը, սակայն դա հանգեցնում է հաղորդման համակարգը մեծապես բարդացնելու: FM ռադիոյում էլեկտրոնային ուղու համակարգային ձայները վերածվում են կրիչի հաճախականության փոքր փոփոխության: Սարքավորումը, որը կատարում է այս փոխակերպումը, կոչվում է «մոդուլատոր» և օգտագործվում է հաղորդիչի հետ:
Համապատասխանաբար, ընդունիչին պետք է դեմոդուլյատոր ավելացվի, որպեսզի ազդանշանը նորից վերածվի բարձրախոսով նվագարկվող ձևի:
Լարման ռեզոնանսի օգտագործման ավելի շատ օրինակներ
Լարման ռեզոնանսը որպես հիմնարար սկզբունք ներդրված է նաև էլեկտրատեխնիկայում լայնորեն օգտագործվող բազմաթիվ ֆիլտրերի շղթայում՝ վնասակար և ավելորդ ազդանշանները վերացնելու համար,հարթեցնելով ալիքները և առաջացնելով սինուսոիդային ազդանշաններ:
