Električne oscilacije: vrste i karakteristike, amplituda, frekvencija i faza oscilacija

Oscilacije su procesi koji se ponavljaju više puta ili se grubo ponavljaju u određenim intervalima. Fluktuirajući procesi rašireni su u prirodi i tehnologiji.

U elektrotehnici i elektronici moraju se baviti širokim spektrom vrsta električnih oscilacija, tj. kolebanja napona i struja. u različitim električnim krugovimakao i mehaničke vibracije kao što su vibracije membrane mikrofona odnosno zvučnika.

Karakteristike vibracija

Oscilacije kao ponavljajuće procese karakteriziraju prije svega najveća odstupanja dosegnuta fluktuirajućom vrijednošću, odn. amplituda vibracija, drugo, učestalost ponavljanja istih stanja, ili frekvencija vibracija, i treće, iz koje države, što faza procesa odgovara vremenu početka odbrojavanja. Ova posljednja karakteristika oscilirajućeg procesa naziva se "početna faza" ili skraćeno jednostavno "faza".

Strogo govoreći, ovi su koncepti primjenjivi samo na određene vrste oscilacija, naime periodične i, posebno, sinusoidalni… Pojmovi: amplituda, frekvencija i faza općenito se primjenjuju u gornjem smislu na bilo koju vibraciju općenito (vidi - Osnovni parametri izmjenične struje).

Oscilacijske karakteristike (amplituda, period, frekvencija i faza):

Vrste vibracija

Ovisno o tome što se događa s amplitudom, oscilacije se razlikuju:

• stacionarni ili neprigušeni, čija se amplituda ne mijenja tijekom vremena;

• amortizirani, čija se amplituda smanjuje s vremenom;

• povećava, čija se amplituda povećava s vremenom;

• amplitudna modulacija čija amplituda raste i opada s vremenom.

Ovisno o tome kako se oscilacije ponavljaju u vremenu, oscilacije se razlikuju:

• periodične, odnosno one u kojima se sva stanja ponavljaju točno u određenim vremenskim razmacima;

• približno periodično, u kojem se sva stanja samo približno ponavljaju, na primjer, prigušenje ili frekvencijski modulirano (tj. oscilacije čija se frekvencija stalno mijenja unutar određenih granica oko određene vrijednosti).

pogledaj -Slobodne prigušene i prisilne oscilacije

Ovisno o obliku, razlikuju se oscilacije:

• sinusoidalni (harmonijski) ili blizu sinusoidnog;

• opuštanje, čiji se oblik značajno razlikuje od sinusoidnog.

Konačno, prema podrijetlu titrajnog procesa razlikuju se:

• prirodne ili slobodne oscilacije koje su nastale kao posljedica udara u sustavu (ili općenito, kršenje ravnoteže sustava);

• prisilne, koje nastaju kao rezultat dugotrajnog vanjskog oscilatornog djelovanja na sustav, i samooscilacije koje se javljaju u sustavu u odsutnosti vanjskih utjecaja, zbog sposobnosti samog sustava da održava oscilatorni proces u njemu.

Električne vibracije — fluktuacije struje, napona, naboja koje se javljaju u električnim krugovima, krugovima, vodovima itd. Najčešći tip električnih vibracija su one uobičajene izmjenična električna struja, u kojem se napon i struja u krugu periodički mijenjaju s frekvencijom od 50 Hz. Takve relativno spore oscilacije obično se postižu pomoću Električni strojevi izmjenične struje.

Brze vibracije stvaraju se posebnim metodama, među kojima u suvremenim tehnologijama imaju najveću ulogu elektronički generatori.

Ovisno o frekvenciji, uobičajeno je podijeliti električne vibracije u dvije skupine - niske frekvencije, čija je frekvencija ispod 15.000 Hz, i visoke frekvencije, čija je frekvencija veća od 15.000 Hz. Ovo je ograničenje odabrano jer vibracije ispod 15.000 Hz stvaraju osjećaj zvuka u ljudskom uhu, dok vibracije iznad 15.000 Hz ljudsko uho ne može čuti.

Oscilatorski sustavi — sustavi u kojima se mogu pojaviti prirodne oscilacije.

Oscilatorski krug — strujni krug u kojem mogu nastati prirodne električne oscilacije ako se u njemu poremeti električna »ravnoteža«, odnosno ako se u njemu stvore početni naponi ili struje.

Lanac — normalno zatvoreni električni krug. Međutim, ovaj izraz se također odnosi na otvorene krugove, odnosno antene. Kako bismo razlikovali ove dvije vrste petlji, one se nazivaju zatvorene i otvorene.Pojam "kontura" ponekad ima posebno značenje. Titrajni krug se često naziva jednostavno "krug" radi kratkoće.

Da bi došlo do prirodnih oscilacija u krugu, on mora imati kapacitet i induktivitet, a ne preveliki otpor. Frekvencija vlastitih oscilacija u krugu ovisit će o vrijednosti kapaciteta C i induktiviteta L. Što su veći kapacitet i induktivitet uključeni u titrajni krug, niža je frekvencija njegovih vlastitih oscilacija (za više detalja pogledajte ovdje — Oscilatorski krug).

Frekvencija vlastitih vibracija u strujnom krugu određena je približno tzv po Thomsonovoj formuli:

Budući da svaki krug ima otpor gdje dolazi do gubitaka energije i oslobađanja topline, tada će prirodne oscilacije u krugu uvijek biti prigušne. Drugim riječima, titrajni krug se vraća u električnu "ravnotežu" kao rezultat prigušenog oscilatornog procesa.

Ako je otpor kruga vrlo velik, tada je to aperiodički krug u kojem se ne pojavljuju vlastite oscilacije. Početni naponi i struje stvoreni u takvom krugu opadaju bez oscilacija, ali monotono. Drugim riječima, kada se električna "ravnoteža" poremeti, takva se petlja aperiodički (tj. bez oscilacija) vraća u "ravnotežni" položaj.

Vidi također o ovoj temi:

Induktivno spregnuti titrajni krugovi

Kontinuirane oscilacije i parametarska rezonancija