haberler

Devreye indüktörler ve kapasitörler koyduğunuzda ne olur? Harika bir şey ve bu aslında önemli.
Birçok farklı tipte indüktör yapabilirsiniz, ancak en yaygın tip silindirik bobin-solenoiddir.
Akım ilk döngüden geçtiğinde diğer döngülerden de geçen bir manyetik alan oluşturur. Genlik değişmediği sürece manyetik alanın gerçekte herhangi bir etkisi olmayacaktır. Değişen manyetik alan diğer devrelerde elektrik alanları oluşturur. Yön Bu elektrik alanının etkisi, pil gibi elektrik potansiyelinde bir değişiklik yaratır.
Son olarak, akımın zaman değişim hızıyla orantılı potansiyel farkı olan bir cihazımız var (çünkü akım bir manyetik alan yaratıyor). Bu şu şekilde yazılabilir:
Bu denklemde dikkat edilmesi gereken iki şey var. Birincisi, L endüktanstır. Bu sadece solenoidin geometrisine (veya sahip olduğunuz şekle) bağlıdır ve değeri Henry formunda ölçülür. İkincisi, bir eksi vardır. işareti. Bu, indüktördeki potansiyeldeki değişimin akımdaki değişimin tersi olduğu anlamına gelir.
Devrede endüktans nasıl davranır? Sabit bir akımınız varsa, o zaman hiçbir değişiklik (doğru akım) olmaz, dolayısıyla indüktör arasında potansiyel bir fark olmaz - sanki yokmuş gibi davranır. yüksek frekanslı bir akımda (AC devresi), indüktör arasında büyük bir potansiyel farkı olacaktır.
Benzer şekilde, kapasitörlerin birçok farklı konfigürasyonu vardır. En basit şekil, her biri yüklü olan (ancak net yük sıfırdır) iki paralel iletken plaka kullanır.
Bu plakalar üzerindeki yük, kapasitörün içinde bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alanı nedeniyle plakalar arasındaki elektrik potansiyelinin de değişmesi gerekir. Bu potansiyel farkının değeri yük miktarına bağlıdır. Kapasitör üzerindeki potansiyel fark şu şekilde olabilir: şu şekilde yazılmıştır:
Burada C, farad cinsinden kapasitans değeridir; aynı zamanda yalnızca cihazın fiziksel konfigürasyonuna da bağlıdır.
Kondansatöre akım girerse karttaki yük değeri değişecektir. Sabit (veya düşük frekanslı) bir akım varsa akım, potansiyeli artırmak için plakalara yük eklemeye devam edecektir, dolayısıyla zamanla potansiyel sonunda azalacaktır. açık devre gibi olacak ve kondansatör voltajı akü voltajına (veya güç kaynağına) eşit olacaktır. Yüksek frekanslı bir akım varsa, kondansatördeki plakalara yük eklenecek ve şarj edilmeden alınacaktır. birikim, kapasitör sanki yokmuş gibi davranacaktır.
Yüklü bir kondansatörle başladığımızı ve onu bir indüktöre bağladığımızı varsayalım (mükemmel fiziksel kablolar kullandığım için devrede direnç yok). İkisinin bağlandığı anı düşünün. Bir anahtar olduğunu varsayalım, sonra çizebilirim. aşağıdaki diyagram.
Olan budur. Öncelikle akım yoktur (çünkü anahtar açıktır). Anahtar kapatıldığında akım oluşacaktır, direnç olmadan bu akım sonsuza sıçrayacaktır. Ancak akımdaki bu büyük artış şu anlama gelmektedir: indüktörde üretilen potansiyel değişecektir. Bir noktada, indüktördeki potansiyel değişim kapasitördeki değişimden daha büyük olacaktır (çünkü akım akarken kapasitör şarjını kaybeder) ve sonra akım tersine dönecek ve kapasitörü yeniden şarj edecektir. .Bu süreç tekrarlanmaya devam edecek çünkü hiçbir direnç yok.
Bir indüktör (L) ve bir kapasitöre (C) sahip olduğu için buna LC devresi deniyor -sanırım bu çok açık. Tüm devre etrafındaki potansiyel değişimin sıfır olması gerekir (çünkü bu bir döngüdür) ki şunu yazabileyim:
Hem Q hem de I zamanla değişiyor. Q ve I arasında bir bağlantı var çünkü akım, kapasitörden çıkan yükün zaman içindeki değişim oranıdır.
Artık yük değişkeninin ikinci dereceden diferansiyel denklemim var. Bu çözülmesi zor bir denklem değil, aslında bir çözüm tahmin edebiliyorum.
Bu, yaydaki kütlenin çözümüyle neredeyse aynıdır (bu durumda yük değil konum değişir). Ama bekleyin! Çözümü tahmin etmemize gerek yok, sayısal hesaplamaları kullanarak da çözüm bulabilirsiniz. Bu sorunu çözün. Aşağıdaki değerlerle başlayayım:
Bu problemi sayısal olarak çözmek için problemi küçük zaman adımlarına ayıracağım. Her zaman adımında şunları yapacağım:
Bence bu oldukça hoş. Daha da iyisi, devrenin salınım periyodunu ölçebilir (fareyi kullanarak zaman değerini bulabilirsiniz) ve ardından bunu beklenen açısal frekansla karşılaştırmak için aşağıdaki yöntemi kullanabilirsiniz:
Elbette programdaki bazı içerikleri değiştirebilir ve ne olacağını görebilirsiniz; devam edin, hiçbir şeyi kalıcı olarak yok etmeyeceksiniz.
Yukarıdaki model gerçekçi değildir. Gerçek devrelerin (özellikle indüktörlerdeki uzun tellerin) direnci vardır. Bu direnci modelime dahil etmek isteseydim devre şu şekilde görünürdü:
Bu, voltaj döngüsü denklemini değiştirecektir. Artık direnç üzerindeki potansiyel düşüş için de bir terim olacaktır.
Aşağıdaki diferansiyel denklemi elde etmek için yük ve akım arasındaki bağlantıyı tekrar kullanabilirim:
Bir direnç ekledikten sonra bu daha zor bir denklem haline gelecektir ve çözümü öylece "tahmin edemeyiz". Ancak bu sorunu çözmek için yukarıdaki sayısal hesaplamayı değiştirmek çok zor olmasa gerek. Aslında tek değişiklik, yükün ikinci türevini hesaplayan çizgidir. Buraya direnci açıklamak için bir terim ekledim (ancak birinci dereceden değil). 3 ohm'luk bir direnç kullanarak aşağıdaki sonucu elde ediyorum (çalıştırmak için tekrar play tuşuna basın).
Evet C ve L değerlerini de değiştirebilirsiniz ama dikkatli olun. Çok düşük olursa frekans çok yüksek olur ve zaman adımının boyutunu daha küçük bir değere değiştirmeniz gerekir.
Bir model oluşturduğunuzda (analiz veya sayısal yöntemlerle), bazen onun yasal mı yoksa tamamen sahte mi olduğunu gerçekten bilemezsiniz. Modeli test etmenin bir yolu, onu gerçek verilerle karşılaştırmaktır. Bırakın bunu yapalım. Bu benim ayar.
Bu şekilde çalışıyor. Öncelikle kondansatörleri şarj etmek için üç adet D tipi pil kullandım. Kondansatörün neredeyse tamamen şarj olduğunu kondansatör üzerindeki voltaja bakarak anlayabiliyorum. Daha sonra pilin bağlantısını kesin ve ardından anahtarı kapatın. kondansatörü indüktör aracılığıyla boşaltın. Direnç telin yalnızca bir parçasıdır - ayrı bir direncim yok.
Birkaç farklı kapasitör ve indüktör kombinasyonu denedim ve sonunda biraz iş buldum. Bu durumda, 5 μF'lik bir kapasitör ve indüktörüm olarak kötü görünümlü eski bir transformatör kullandım (yukarıda gösterilmemiştir). endüktans, bu yüzden sadece köşe frekansını tahmin ediyorum ve 13,6 Henry endüktansını çözmek için bilinen kapasitans değerimi kullanıyorum. Direnç için bu değeri bir ohmmetre ile ölçmeye çalıştım, ancak modelimde 715 ohm değerini kullanmak işe yaradı gibi görünüyordu en iyi.
Bu benim sayısal modelimin ve gerçek devrede ölçülen voltajın bir grafiğidir (gerilimi zamanın bir fonksiyonu olarak elde etmek için bir Vernier diferansiyel voltaj probu kullandım).
Mükemmel bir uyum değil ama benim için yeterince yakın. Açıkçası, daha iyi bir uyum elde etmek için parametreleri biraz ayarlayabilirim ama sanırım bu, modelimin çılgın olmadığını gösteriyor.
Bu LRC devresinin temel özelliği, L ve C değerlerine bağlı bazı doğal frekanslara sahip olmasıdır. Farz edelim ki farklı bir şey yaptım. Bu LRC devresine bir salınımlı voltaj kaynağı bağlarsam ne olur? Bu durumda, devredeki maksimum akım, salınımlı gerilim kaynağının frekansına bağlıdır. Gerilim kaynağının ve LC devresinin frekansı aynı olduğunda maksimum akımı elde edersiniz.
Alüminyum folyolu tüp kapasitör, telli tüp ise indüktördür. Bunlar (diyot ve kulaklık) ile birlikte kristal bir radyo oluşturur. Evet, bazı basit malzemelerle bir araya getirdim (bu YouTube'daki talimatları takip ettim) video).Temel fikir, kapasitörlerin ve indüktörlerin değerlerini belirli bir radyo istasyonuna "ayarlanacak" şekilde ayarlamaktır.Düzgün çalışmasını sağlayamıyorum - etrafta iyi bir AM radyo istasyonu olduğunu düşünmüyorum (veya indüktörüm bozuk). Ancak bu eski kristal radyo kitinin daha iyi çalıştığını buldum.
Zar zor duyabildiğim bir istasyon buldum, bu yüzden kendi yaptığım radyonun bir istasyonu almak için yeterince iyi olmayabileceğini düşünüyorum. Peki bu RLC rezonans devresi tam olarak nasıl çalışıyor ve ondan ses sinyalini nasıl alıyorsunuz? Belki Gelecekteki bir yazıya kaydedeceğim.
© 2021 Condé Nast.tüm hakları saklıdır. Bu web sitesini kullanarak, kullanıcı sözleşmemizi, gizlilik politikamızı ve çerez bildirimimizin yanı sıra Kaliforniya gizlilik haklarınızı da kabul etmiş olursunuz. Perakendecilerle olan ortaklık ortaklığımızın bir parçası olarak Wired, web sitemiz aracılığıyla satın alınan ürünlerden satış.Condé Nast'ın önceden yazılı izni olmadan, bu web sitesindeki materyaller kopyalanamaz, dağıtılamaz, iletilemez, önbelleğe alınamaz veya başka bir şekilde kullanılamaz.Reklam seçimi