תנודות חשמליות: סוגים ומאפיינים, משרעת, תדירות ושלב של תנודות

תנודות הן תהליכים שחוזרים על עצמם שוב ושוב או בערך חוזרים על עצמם במרווחים מסוימים. תהליכים משתנים נפוצים בטבע ובטכנולוגיה.

בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה הם צריכים להתמודד עם מגוון רחב של סוגי תנודות חשמליות, כלומר. תנודות של מתחים וזרמים. במעגלים חשמליים שוניםכמו גם רעידות מכניות כגון רעידות ממברנות מיקרופון או רמקולים.

מאפייני רטט

תנודות כתהליכים שחוזרים על עצמם מתאפיינות, קודם כל, בסטיות הגדולות ביותר שמגיעות אליהן על ידי הערך המשתנה, או משרעת רטט, שנית, התדירות שבה מתרחשות חזרות על אותם מצבים, או תדירות הרטט, ושלישית, מאיזו מדינה, מה שלב התהליך מתאים לזמן תחילת הספירה לאחור. מאפיין אחרון זה של תהליך הנדנוד נקרא "השלב הראשוני" או בקיצור "שלב".

באופן קפדני, מושגים אלה מתאימים רק לסוגים מסוימים של תנודות, כלומר תקופתיות ובפרט, סינוסואידעם זאת, המונחים: משרעת, תדר ופאזה מיושמים בדרך כלל במובן שלעיל על כל רטט באופן כללי (ראה - פרמטרים בסיסיים של AC).

מאפייני תנודה (משרעת, תקופה, תדר ופאזה):

סוגי רטט

בהתאם למה שקורה לאמפליטודה, התנודות שונות:

• נייח או לא מובלט, שהמשרעת שלו אינה משתנה עם הזמן;

• מופחת, שהמשרעת שלו יורדת עם הזמן;

• עליות, שהמשרעת שלה גדלה עם הזמן;

• אפנון משרעת שהמשרעת שלו עולה ויורדת עם הזמן.

בהתאם לאופן שבו התנודות חוזרות על עצמן בזמן, התנודות שונות:

• מחזורי, כלומר אלה שבהם כל המצבים חוזרים על עצמם בדיוק במרווחים מסוימים;

• מחזורי בערך, שבו כל המצבים רק בקירוב חוזרים על עצמם, למשל, שיכוך או מווסת תדר (כלומר, תנודות שהתדר שלהן משתנה כל הזמן בגבולות מסוימים סביב ערך מסוים).

תראה -תנודות דחוסות ומאולצות חופשיות

בהתאם לצורה, תנודות נבדלות:

• סינוסואידי (הרמוני) או קרוב לסינוסאידי;

• הרפיה, שצורתה שונה באופן משמעותי מסינוסי.

לבסוף, על פי המקור של תהליך הנדנוד, הם נבדלים:

• תנודות טבעיות או חופשיות שהתרחשו כתוצאה מהלם במערכת (או באופן כללי, הפרה של שיווי המשקל של המערכת);

• מאולץ, הנובע כתוצאה מפעולת תנודה חיצונית ממושכת על המערכת, ותנודות עצמיות המתרחשות במערכת בהיעדר השפעות חיצוניות, עקב יכולתה של המערכת עצמה לשמור על תהליך התנודות בה.

רעידות חשמליות - תנודות בזרם, מתח, מטען, המתרחשות במעגלים חשמליים, מעגלים, קווים וכו'. הסוג הנפוץ ביותר של רעידות חשמליות הן הרגילות זרם חשמלי לסירוגין, שבו המתח והזרם במעגל משתנים מעת לעת. הם קורים עם תדר של 50 הרץ. תנודות איטיות יחסית כאלה מתקבלות בדרך כלל באמצעות מכונות חשמל זרם חילופין.

רעידות מהירות נוצרות בשיטות מיוחדות, ביניהן בטכנולוגיות מודרניות הן ממלאות את התפקיד הגדול ביותר גנרטורים אלקטרוניים.

בהתאם לתדר, מקובל לחלק את הרעידות החשמליות לשתי קבוצות - תדר נמוך, שהתדר שלהם נמוך מ-15,000 הרץ, ותדר גבוה, שתדירותם היא יותר מ-15,000 הרץ. מגבלה זו נבחרה מכיוון שרטט מתחת ל-15,000 הרץ מייצר את תחושת הקול באוזן האנושית, בעוד שרעידות מעל 15,000 הרץ אינן נשמעות על ידי האוזן האנושית.

מערכות מתנדים - מערכות שבהן עלולות להתרחש תנודות טבעיות.

מעגל מתנד — מעגל שבו יכולות להתרחש תנודות חשמליות טבעיות אם "שיווי המשקל" החשמלי מופר בו, כלומר אם נוצרים בו מתחים או זרמים ראשוניים.

שַׁרשֶׁרֶת - מעגל חשמלי סגור בדרך כלל. עם זאת, מונח זה חל גם על מעגלים פתוחים, כלומר אנטנות. כדי להבחין בין שני סוגי הלולאות הללו, הם נקראים סגורים ופתוחים, בהתאמה.למונח "קונטור" יש לפעמים משמעות מיוחדת. מעגל מתנודד נקרא לעתים קרובות פשוט "מעגל" לקיצור.

כדי שיתרחשו תנודות טבעיות במעגל, עליו להיות בעל קיבול ושראות, לא יותר מדי התנגדות. תדירות התנודות הטבעיות במעגל תהיה תלויה בערך הקיבול C וההשראות L. ככל שהקיבול וההשראות המעורבים במעגל המתנודד גדולים יותר, כך תדירות התנודות הטבעיות שלו נמוכה יותר (לפרטים נוספים ראה כאן - מעגל מתנד).

התדירות של רעידות טבעיות במעגל נקבעת בערך על ידי מה שנקרא לפי הנוסחה של תומסון:

מכיוון שלכל מעגל יש התנגדות שבה מתרחשים הפסדי אנרגיה ומשתחרר חום, אזי התנודות הטבעיות במעגל תמיד יהיו שיכוך. במילים אחרות, המעגל המתנודד חוזר ל"שיווי משקל" חשמלי כתוצאה מתהליך נדנוד מעוות.

אם ההתנגדות של המעגל גבוהה מאוד, אז זה מעגל א-מחזורי שבו לא מתרחשות תנודות טבעיות. המתחים והזרמים ההתחלתיים שנוצרים במעגל כזה מתפוררים מבלי לחוות תנודות, אלא באופן מונוטוני. במילים אחרות, כאשר "שיווי המשקל" החשמלי מופרע, לולאה כזו חוזרת מדי פעם (כלומר ללא תנודות) למצב "שיווי משקל".

ראה גם בנושא זה:

מעגלים מתנודדים בשילוב אינדוקטיבי

תנודות מתמשכות ותהודה פרמטרית