전자기 진동 - 댐핑 및 강제 진동 없음

인덕터와 커패시터로 구성된 회로에서 전자기 진동은 전기 에너지가 자기 에너지로 또는 그 반대로 주기적으로 변환되어 발생합니다. 이 경우 커패시터 플레이트의 전하와 코일을 통과하는 전류의 크기가 주기적으로 변경됩니다.

전자기 진동은 자유롭고 강제적입니다. 일반적으로 자유 진동은 0이 아닌 루프 저항으로 인해 감쇠되며 강제 진동은 일반적으로 자체 진동입니다.

습득하다 진동 회로에서 자유 진동, 우리는 먼저 이 시스템을 평형 상태에서 벗어나게 해야 합니다. 커패시터에 초기 충전 q0을 알리거나 어떻게든 코일을 통해 전류 펄스 I0를 시작합니다.

이것은 일종의 임펄스 역할을 할 것이며 회로에서 자유 전자기 진동이 발생할 것입니다. 유도 코일을 통해 커패시터의 번갈아 충전 및 방전 과정이 시작되고 그에 따라 코일 자기장의 가변 상승 및 하강이 시작됩니다.

외부 교류 기전력에 의해 회로에서 유지되는 진동을 강제 진동이라고 합니다. 따라서 이미 이해했듯이 자유 전자기 발진을 관찰할 수 있는 가장 간단한 발진 시스템의 예는 전기 용량 C의 커패시터와 인덕턴스 L의 코일로 구성된 발진 회로입니다.

실제 발진 회로에서는 커패시터를 재충전하는 과정이 주기적으로 반복되지만 코일 와이어의 활성 저항 R을 중심으로 에너지가 소산되기 때문에 발진이 빠르게 사라집니다.

이상적인 진동 회로가 있는 회로를 고려하십시오. 먼저 배터리에서 커패시터를 충전해 보겠습니다. 초기 충전 q0을 제공합니다. 즉, 커패시터를 에너지로 채울 것입니다. 이것은 커패시터 We의 최대 에너지가 될 것입니다.

다음 단계는 배터리에서 커패시터를 분리하고 인덕터와 병렬로 연결하는 것입니다. 이 시점에서 커패시터는 방전되기 시작하고 증가하는 전류가 코일 회로에 나타납니다. 커패시터가 방전되는 시간이 길수록 더 많은 전하가 점차 코일로 전달되고 코일의 전류가 커지므로 코일은 자기장의 형태로 에너지를 저장합니다.

이 프로세스는 순간적으로 발생하지 않지만 코일에 인덕턴스가 있기 때문에 점차적으로 코일이 전류 증가에 저항한다는 사실로 구성된 자체 유도 현상이 발생합니다. 어느 시점에서 코일의 자기장 에너지는 가능한 최대 값 Wm에 도달합니다(처음에 커패시터로 전달된 전하량과 회로의 저항에 따라 다름).

또한 자기 유도 현상으로 인해 코일을 통과하는 전류는 같은 방향으로 유지되지만 그 크기는 줄어들고 결국 다시 커패시터에 전하가 축적됩니다. 이러한 방식으로 커패시터가 재충전됩니다. 그 플레이트는 이제 커패시터를 배터리에 연결했을 때 실험 시작과 반대되는 충전 신호를 갖습니다.

커패시터 에너지가 이 회로에 대해 가능한 최대 값에 도달했습니다. 회로의 전류가 멈췄습니다. 이제 프로세스는 반대 방향으로 진행되기 시작하며 이것은 계속해서 계속될 것입니다. 즉, 자유 전자기 진동이 있을 것입니다.

회로 R의 활성 저항이 0이면 커패시터 플레이트 양단의 전압과 코일을 통과하는 전류는 코사인 또는 사인과 같은 고조파 법칙에 따라 무한히 변합니다. 이것을 하모닉 진동이라고 합니다. 커패시터 판의 전하도 고조파 법칙에 따라 변경됩니다.

이상적인 주기에는 손실이 없습니다. 그렇다면 회로의 자유 발진 기간은 커패시터의 커패시턴스 C 값과 코일의 인덕턴스 L에만 의존합니다. 이 기간은 Thomson의 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다(R = 0인 이상적인 루프의 경우).

다음 공식을 사용하여 이상적인 무손실 회로에 대한 해당 주파수 및 주기 주파수를 찾습니다.

그러나 이상적인 회로는 존재하지 않으며 와이어 가열로 인한 손실로 인해 전자기 진동이 감쇠됩니다. 회로 저항 R의 값에 따라 각 후속 최대 커패시터 전압은 이전 값보다 낮아집니다.

이 현상과 관련하여 진동의 로그 감소 또는 감쇠 감소와 같은 매개 변수가 물리학에 도입되었습니다. 진동의 두 연속 최대값(동일 부호) 비율의 자연 로그로 구합니다.

대수 진동 감소는 다음 관계에 의해 이상적인 진동 주기와 관련되며, 여기서 추가 매개변수를 도입할 수 있습니다. 댐핑 팩터:

감쇠는 자유 진동의 주파수에 영향을 미칩니다. 따라서 실제 발진 회로에서 자유 감쇠 발진의 주파수를 찾는 공식은 이상적인 회로의 공식과 다릅니다(댐핑 계수가 고려됨).

회로에서 진동을 만들기 위해 음소거 해제, 반주기마다 이러한 손실을 보충하고 보상해야합니다. 이는 외부 EMF 소스가 에너지로 열 손실을 보상하는 연속 진동 발생기에서 달성됩니다. 외부 EMF 소스를 사용하는 이러한 진동 시스템을 자체 발진이라고 합니다.