LC oscilační obvod
- Nejjednodušším elmg. oscilátorem je obvod tvořený paralelně zapojenou cívkou a kondenzátorem
- Parametry oscilačního obvodu jsou indukčnost L a kapacita C
obrázek vynechán
- Na počátku děje je kondenzátor nabitý
- Za čtvrtinu periody se vybije a proud je maximální => vzniká indukované napětí
- Za další čtvrtinu periody se kondenzátor nabije indukovaným proudem. Polarita kondenzátoru je opačná.
- Ve druhé polovině periody se tento děj opakuje opačným směrem
- Vlivem ztrát je toto kmitání tlumené
obrázek vynechán
Princip vzniku střídavého napětí a proudu
- Střídavé napětí je proměnné napětí s harmonickým průběhem. To vyvolá střídavý proud, který má také harmonický průběh.
- Střídavý proud = proud jehož směr se v čase mění
- Zdrojem je nejčastěji alternátor složený ze
- Statoru – nepohyblivá část, která vytváří homogenní mg. pole
- Rotoru – pohyblivá část, otáčivý pohyb cívky v mg. poli
- obrázek vynechánPro okamžité napětí u platí vztah:
obrázek vynechán
- Pro okamžitý proud i platí vztah:
- Grafem střídavého napětí a proudu je sinusoida
- Fáze kmitavého pohybu
obrázek vynechán
Analogie mezi mechanickým a elektromagnetickým oscilátorem
- Děje v obou oscilátorech se liší fyzikální podstatou, je však mezi nimi analogie vycházející z obdobného průběhu přeměn energie v oscilátorech
- V mech. oscilátoru se periodicky přeměňuje potenciální energie v energii kinetickou. V elmg. oscilátoru se mění energie el. pole v energii mg. pole
- Tyto přeměny umožňují porovnat veličiny, kterými děje v oscilátorech popisujeme
- Veličiny se sledování:
- Mech. osc: výchylka y, rychlost v, frekvence f, perioda T, kinetická/potenciální energie, síla F, hmotnost m
- Elmg. osc: okamžitý náboj q, okamžitý proud i, energie elektrická Ee, energie magnetická Em, elektrické napětí u, indukčnost L
Thomsonův vztah
- Napětí na kondenzátoru je stejně veliké jako napětí na cívce, z toho plyne:
obrázek vynechán
- XL = induktance [ω],XC =kapacitance [ω]
obrázek vynechán
obrázek vynechán
obrázek vynechánobrázek vynechán
- Po rozložení získáme Thomsonův vztah pro periodu vlastního kmitání elmg. oscilátoru:
obrázek vynechán
- Dále také získáme vztah pro frekvenci vlastního kmitání:
obrázek vynechán
Tlumené kmitání
- Největší hodnoty tj. amplitudy napětí a proudu se postupně zmenšují. Příčinou je odpor R oscilačního obvodu.
- Energie elektrického a magnetického pole se postupně přeměňuje ve v__nitřní energii__ vodiče obvodu.
- Elektromagnetické kmitání oscilačního obvodu je tlumené
obrázek vynechán
Nucené kmitání
- Vlastní kmitání elmg. oscilátoru bylo podmíněno tím, že mu byla dodána určitá energie v počátečním okamžiku
- Ztráty energie způsobené tlumením však nahrazovány nebyly, takže kmitání postupně zaniklo
- Připojením elmg. oscilátoru ke zdroji harmonického napětí vzniká z oscilátoru nucené kmitání
- Oscilátor kmitá s frekvencí připojeného zdroje, nikoliv s frekvencí vlastního kmitání
- Nucené kmitání je netlumené
Rezonance oscilátoru a rezonanční křivka
- Pokud se úhlová frekvence zdroje energie liší jen málo od úhlové frekvence oscilátoru, amplituda výchylky nuceného kmitání se postupně zvětšuje
- Největší je při stejných úhlových frekvencích
- Dochází k jevu, který se nazývá rezonance oscilátoru. Vše je znázorněno tzv. rezonanční křivkou
- Poloha maxima křivky určuje rezonanční frekvenci oscilátoru, tvar křivky je značně ovlivněn tlumením.
- Ostré maximum charakterizuje oscilátor s malým tlumením (1), kdežto oscilátor s větším tlumením má rezonanční křivku s méně výrazným maximem (2).
obrázek vynechánobrázek vynechán
Rezonanční jevy v technické praxi
- Rezonance elmg. oscilátoru se široce využívá v technice.
- Oscilační obvod je např. součástí rozhlasového přijímače – elmg. kmitání je v něm vynucováno malým napětím antény
- Při ladění se mění parametry oscilačního obvodu (obvykle změnou kapacity kondenzátoru) tak, aby byl v rezonanci s frekvencí, na níž vysílá rozhlasová stanice
- Oscilační obvod se s touto frekvencí rozkmitá a v dalších částech přijímače je rezonancí zesílený signál zpracován
Zpětná vazba
- Zpětná vazba (také zpětnovazební smyčka) je termín pro situaci (mechanismus, elektronický obvod), kdy výstup nějakého systému ovlivňuje zpětně jeho vstup
obrázek vynechán