რეზონანსი ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ფიზიკური მოვლენაა ბუნებაში. რეზონანსის ფენომენი შეიძლება შეინიშნოს მექანიკურ, ელექტრო და თუნდაც თერმულ სისტემებში. რეზონანსის გარეშე ჩვენ არ გვექნებოდა რადიო, ტელევიზია, მუსიკა და თუნდაც სათამაშო მოედნის საქანელები, რომ აღარაფერი ვთქვათ თანამედროვე მედიცინაში გამოყენებულ ყველაზე ეფექტურ დიაგნოსტიკურ სისტემებზე. ელექტრულ წრეში რეზონანსის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო და სასარგებლო ტიპი არის ძაბვის რეზონანსი.
რეზონანსული წრედის ელემენტები
რეზონანსის ფენომენი შეიძლება მოხდეს ეგრეთ წოდებულ RLC წრეში, რომელიც შეიცავს შემდეგ კომპონენტებს:
- R - რეზისტორები. ეს მოწყობილობები, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრული წრედის ეგრეთ წოდებულ აქტიურ ელემენტებთან, გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას თერმულ ენერგიად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი შლის ენერგიას წრედიდან და გარდაქმნიან მას სითბოდ.
- L - ინდუქციურობა. ინდუქციურობა inელექტრული სქემები - მასის ან ინერციის ანალოგი მექანიკურ სისტემებში. ეს კომპონენტი არ არის ძალიან შესამჩნევი ელექტრულ წრეში, სანამ არ შეეცდებით მასში ცვლილებების შეტანას. მაგალითად, მექანიკაში ასეთი ცვლილება არის სიჩქარის ცვლილება. ელექტრულ წრეში, დენის ცვლილება. თუ ეს რაიმე მიზეზით მოხდა, ინდუქციურობა ეწინააღმდეგება ამ ცვლილებას მიკროსქემის რეჟიმში.
- C არის კონდენსატორების აღნიშვნა, ეს არის მოწყობილობები, რომლებიც ინახავს ელექტრო ენერგიას ისევე, როგორც ზამბარები ინახავს მექანიკურ ენერგიას. ინდუქტორი კონცენტრირდება და ინახავს მაგნიტურ ენერგიას, ხოლო კონდენსატორი კონცენტრირებს მუხტს და ამით ინახავს ელექტრო ენერგიას.
რეზონანსული წრედის კონცეფცია
რეზონანსული წრედის ძირითადი ელემენტებია ინდუქციურობა (L) და ტევადობა (C). რეზისტორი მიდრეკილია დაასუსტოს რხევები, ამიტომ ის შლის ენერგიას წრედიდან. როდესაც განვიხილავთ რხევის წრეში მიმდინარე პროცესებს, ჩვენ დროებით უგულებელყოფთ მას, მაგრამ უნდა გვახსოვდეს, რომ მექანიკურ სისტემებში ხახუნის ძალის მსგავსად, ელექტრული წინააღმდეგობა წრეებში არ შეიძლება აღმოიფხვრას.
ძაბვის რეზონანსი და დენის რეზონანსი
დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის დაკავშირებული ძირითადი ელემენტები, რეზონანსული წრე შეიძლება იყოს სერიული და პარალელური. როდესაც სერიული რხევითი წრე უკავშირდება ძაბვის წყაროს სიგნალის სიხშირით, რომელიც ემთხვევა ბუნებრივ სიხშირეს, გარკვეულ პირობებში, მასში ხდება ძაბვის რეზონანსი. რეზონანსი ელექტრულ წრეში პარალელურად დაკავშირებულირეაქტიულ ელემენტებს ეწოდება მიმდინარე რეზონანსი.
რეზონანსული წრედის ბუნებრივი სიხშირე
ჩვენ შეგვიძლია სისტემის რხევა მისი ბუნებრივი სიხშირით. ამისათვის თქვენ ჯერ უნდა დატენოთ კონდენსატორი, როგორც ეს ნაჩვენებია მარცხნივ ზედა ფიგურაში. როდესაც ეს გაკეთდება, გასაღები გადაინაცვლებს იმავე ფიგურაში მარჯვნივ.
დრო "0"-ზე მთელი ელექტრული ენერგია ინახება კონდენსატორში და დენი წრეში არის ნული (სურათი ქვემოთ). გაითვალისწინეთ, რომ კონდენსატორის ზედა ფირფიტა დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ქვედა ფირფიტა უარყოფითად დამუხტულია. ჩვენ ვერ ვხედავთ ელექტრონების რხევებს წრედში, მაგრამ შეგვიძლია გავზომოთ დენი ამპერმეტრით და გამოვიყენოთ ოსცილოსკოპი, რათა თვალყური ადევნოთ დენის ბუნებას დროის წინააღმდეგ. გაითვალისწინეთ, რომ T ჩვენს გრაფიკზე არის დრო, რომელიც საჭიროა ერთი რხევის დასასრულებლად, რომელსაც ელექტროტექნიკაში უწოდებენ "რხევის პერიოდს".
დენი მიედინება საათის ისრის მიმართულებით (სურათი ქვემოთ). ენერგია გადადის კონდენსატორიდან ინდუქტორში. ერთი შეხედვით შეიძლება უცნაურად მოგეჩვენოთ, რომ ინდუქციური ენერგია შეიცავს, მაგრამ ეს მოძრავი მასის კინეტიკურ ენერგიას ჰგავს.
ენერგეტიკული ნაკადი უბრუნდება კონდენსატორს, მაგრამ გაითვალისწინეთ, რომ კონდენსატორის პოლარობა ახლა შეცვლილია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ქვედა ფირფიტას ახლა აქვს დადებითი მუხტი, ხოლო ზედა ფირფიტას უარყოფითი მუხტი (სურათიქვედა).
ახლა სისტემა მთლიანად შებრუნებულია და ენერგია იწყებს გადინებას კონდენსატორიდან უკან ინდუქტორში (სურათი ქვემოთ). შედეგად, ენერგია მთლიანად უბრუნდება საწყის წერტილს და მზად არის ციკლის ხელახლა დასაწყებად.
რხევის სიხშირე შეიძლება იყოს მიახლოებული შემდეგნაირად:
F=1/2π(LC)0, 5,
სად: F - სიხშირე, L - ინდუქციურობა, C - ტევადობა.
ამ მაგალითში განხილული პროცესი ასახავს სტრესის რეზონანსის ფიზიკურ არსს.
სტრესის რეზონანსული კვლევა
რეალურ LC სქემებში ყოველთვის არის მცირე წინააღმდეგობა, რაც ამცირებს დენის ამპლიტუდის ზრდას ყოველ ციკლთან ერთად. რამდენიმე ციკლის შემდეგ დენი იკლებს ნულამდე. ამ ეფექტს ეწოდება "სინუსოიდური სიგნალის დემპინგი". სიჩქარე, რომლითაც დენი იშლება ნულამდე, დამოკიდებულია წრეში არსებული წინააღმდეგობის რაოდენობაზე. თუმცა, წინააღმდეგობა არ ცვლის რეზონანსული წრედის რხევის სიხშირეს. თუ წინააღმდეგობა საკმარისად მაღალია, წრეში საერთოდ არ იქნება სინუსოიდური რხევა.
ცხადია, სადაც არის ბუნებრივი რხევის სიხშირე, არსებობს რეზონანსული პროცესის აგზნების შესაძლებლობა. ჩვენ ამას ვაკეთებთ ალტერნატიული დენის (AC) ელექტრომომარაგების სერიების ჩათვლით, როგორც ნაჩვენებია მარცხნივ სურათზე. ტერმინი "ცვლადი" ნიშნავს, რომ წყაროს გამომავალი ძაბვა მერყეობს გარკვეულისიხშირე. თუ კვების წყაროს სიხშირე ემთხვევა მიკროსქემის ბუნებრივ სიხშირეს, წარმოიქმნება ძაბვის რეზონანსი.
შემთხვევის პირობები
ახლა განვიხილავთ სტრესის რეზონანსის წარმოქმნის პირობებს. როგორც ბოლო სურათზეა ნაჩვენები, ჩვენ დავაბრუნეთ რეზისტორი მარყუჟში. წრეში რეზისტორის არარსებობის შემთხვევაში, რეზონანსულ წრეში დენი გაიზრდება მიკროსქემის ელემენტების პარამეტრებით და დენის წყაროს სიმძლავრით განსაზღვრულ მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე. რეზისტორის წინააღმდეგობის გაზრდა რეზონანსულ წრეში ზრდის დენის დაშლის ტენდენციას, მაგრამ არ მოქმედებს რეზონანსული რხევების სიხშირეზე. როგორც წესი, ძაბვის რეზონანსული რეჟიმი არ ხდება, თუ რეზონანსული წრედის წინაღობა აკმაყოფილებს R=2(L/C)0, 5.
ძაბვის რეზონანსის გამოყენება რადიოსიგნალების გადასაცემად
სტრესის რეზონანსის ფენომენი არ არის მხოლოდ კურიოზული ფიზიკური ფენომენი. ის განსაკუთრებულ როლს ასრულებს უკაბელო კომუნიკაციების ტექნოლოგიაში - რადიო, ტელევიზია, ფიჭური ტელეფონი. გადამცემები, რომლებიც გამოიყენება ინფორმაციის უსადენოდ გადასაცემად, აუცილებლად შეიცავენ სქემებს, რომლებიც შექმნილია თითოეული მოწყობილობისთვის სპეციფიკურ სიხშირეზე რეზონანსისთვის, რომელსაც ეწოდება გადამზიდავი სიხშირე. გადამცემთან დაკავშირებული გადამცემი ანტენით, ის ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს გადამზიდავი სიხშირით.
ანტენა გადამცემის ბილიკის მეორე ბოლოში იღებს ამ სიგნალს და მიაწოდებს მას მიმღებ წრეში, რომელიც შექმნილია გადამზიდავი სიხშირეზე რეზონანსისთვის. ცხადია, ანტენა იღებს ბევრ სიგნალს სხვადასხვა დროსსიხშირეები, რომ აღარაფერი ვთქვათ ფონის ხმაურზე. მიმღები მოწყობილობის შესასვლელში რეზონანსული მიკროსქემის არსებობის გამო, რომელიც მორგებულია რეზონანსული მიკროსქემის გადამზიდავ სიხშირეზე, მიმღები ირჩევს ერთადერთ სწორ სიხშირეს, გამორიცხავს ყველა არასაჭიროს.
ამპლიტუდის მოდულირებული (AM) რადიოსიგნალის აღმოჩენის შემდეგ, მისგან ამოღებული დაბალი სიხშირის სიგნალი (LF) ძლიერდება და მიეწოდება ხმის რეპროდუცირებელ მოწყობილობას. ეს არის რადიო გადაცემის უმარტივესი ფორმა და ძალიან მგრძნობიარეა ხმაურის და ჩარევის მიმართ.
მიღებული ინფორმაციის ხარისხის გასაუმჯობესებლად შემუშავებულია და წარმატებით გამოიყენება რადიოსიგნალის გადაცემის სხვა, უფრო მოწინავე მეთოდები, რომლებიც ასევე დაფუძნებულია დარეგულირებული რეზონანსული სისტემების გამოყენებაზე.
სიხშირის მოდულაცია ან FM რადიო წყვეტს AM რადიო გადაცემის ბევრ პრობლემას, მაგრამ ეს ხდება გადაცემის სისტემის დიდად გართულების ფასად. FM რადიოში, სისტემის ხმები ელექტრონულ გზაზე გარდაიქმნება გადამზიდავი სიხშირის მცირე ცვლილებებად. აღჭურვილობის ნაწილს, რომელიც ასრულებს ამ კონვერტაციას, ეწოდება "მოდულატორი" და გამოიყენება გადამცემთან ერთად.
შესაბამისად, მიმღებს უნდა დაემატოს დემოდულატორი, რათა სიგნალი კვლავ გადაიზარდოს ხმამაღლა დინამიკზე დაკვრაში.
ძაბვის რეზონანსის გამოყენების სხვა მაგალითები
ძაბვის რეზონანსი, როგორც ფუნდამენტური პრინციპი, ასევე ჩართულია ელექტროტექნიკაში ფართოდ გამოყენებული მრავალი ფილტრის წრედში მავნე და არასაჭირო სიგნალების აღმოსაფხვრელად.ტალღების დაგლუვება და სინუსოიდური სიგნალების წარმოქმნა.
